MAGNETISMO: MAGNETIC KATANGIAN NG MGA MATERYALES, GUMAGAMIT - PISIKAL - 2025

Ang magnetism o magnetic energy ay isang puwersa na nauugnay sa paggalaw ng likas na katangian at may kakayahang makagawa ng pang-akit na pag-akit o pagtanggi sa ilang mga sangkap na naglo-load. Ang mga magneto ay kilalang mapagkukunan ng magnetism.

Sa loob nito ay may mga pakikipag-ugnayan na isinalin sa pagkakaroon ng mga magnetic field, na pinipilit ang kanilang impluwensya sa maliit na piraso ng bakal o nikel, halimbawa.

Ang magagandang kulay ng mga hilagang ilaw ay dahil sa mga sangkap na kosmiko na naglalabas ng enerhiya dahil sila ay nahiwalay ng magnetic field ng Earth. Pinagmulan: Pixabay.

Ang magnetic field ng isang magnet ay makikita kapag inilalagay ito sa ilalim ng isang papel kung saan kumalat ang mga filing ng bakal. Ang mga pag-file ay agad na nakatuon sa mga linya ng patlang, na lumilikha ng isang imahe na may dalawang dimensional na larangan.

Ang isa pang kilalang mapagkukunan ay mga wire na nagdadala ng mga de-koryenteng kasalukuyang; Ngunit hindi tulad ng permanenteng magneto, nawawala ang magnetism kapag huminto ang kasalukuyang.

Tuwing nangyayari ang isang magnetic field sa isang lugar, ang ilang ahente ay kailangang gumana. Ang enerhiya na namuhunan sa prosesong ito ay nakaimbak sa nilikha na magnetic field at pagkatapos ay maituturing na magnetikong enerhiya.

Ang pagkalkula ng kung magkano ang enerhiya ng magnetic na naka-imbak sa patlang ay nakasalalay sa patlang at ang geometry ng aparato o rehiyon kung saan ito nilikha.

Ang mga induktor o coil ay magagandang lugar upang gawin ito, na lumilikha ng magnetic energy katulad ng elektrikal na enerhiya ay nakaimbak sa pagitan ng mga plato ng isang kapasitor.

Kasaysayan at pagtuklas

Lumang apps

Ang mga alamat na sinabi ni Pliny tungkol sa sinaunang Greece ay nagsasalita tungkol sa pastol na si Magnes, na higit sa 2000 taon na ang nakakaraan ay natagpuan ang isang mahiwagang mineral na may kakayahang umakit ng mga piraso ng bakal, ngunit hindi iba pang mga materyales. Ito ay magnetite, isang iron oxide na may malakas na magnetic properties.

Ang dahilan para sa pang-akit na pang-akit ay nanatiling nakatago sa daan-daang taon. Sa pinakamaganda, maiugnay ito sa mga supernatural na kaganapan. Bagaman hindi dahil sa kadahilanang ito, ang mga kagiliw-giliw na aplikasyon ay natagpuan para dito, tulad ng kumpas.

Ang kumpas na naimbento ng mga Intsik ay gumagamit ng sariling magnetism ng Earth upang gabayan ang gumagamit sa panahon ng pag-navigate.

Unang pag-aaral sa agham

Ang pag-aaral ng magnetic phenomena ay nagkaroon ng isang mahusay na advance salamat kay William Gilbert (1544 - 1603). Ang siyentipikong Ingles ng panahong Elizabethan ay nag-aral sa magnetikong larangan ng isang spherical magnet at napagpasyahan na ang Earth ay dapat magkaroon ng sariling magnetic field.

Mula sa kanyang pag-aaral ng mga magnet, nalaman din niya na hindi siya makakakuha ng hiwalay na mga magnetic pole. Kapag ang isang magnet ay nahati sa dalawa, ang mga bagong magneto ay mayroon ding parehong mga poste.

Gayunpaman, ito ay sa simula ng ika-19 na siglo nang natanto ng mga siyentipiko ang pagkakaroon ng ugnayan sa pagitan ng electric current at magnetism.

Si Hans Christian Oersted (1777 - 1851), na ipinanganak sa Denmark, ay noong 1820 ang ideya ng pagpasa ng isang de-koryenteng kasalukuyang sa pamamagitan ng isang conductor at pagmasdan ang epekto na ito sa isang kompas. Ang kompas ay lihis, at kapag ang kasalukuyang tumigil sa pag-agos, ang kumpas ay ituturo muli sa hilaga tulad ng dati.

Ang ganitong kababalaghan ay maaaring mapatunayan sa pamamagitan ng pagdadala ng kumpas sa malapit sa isa sa mga cable na lumalabas sa baterya ng kotse, habang ang starter ay pinatatakbo.

Sa sandaling isara ang circuit ay dapat maranasan ang karayom ​​ng isang napapansin na pag-agaw, dahil ang mga baterya ng mga kotse ay maaaring makapagbigay ng mga alon na sapat nang sapat upang ang kompas ay lumihis.

Sa paraang ito ay naging malinaw na ang paglipat ng mga singil ay kung ano ang magbibigay ng magnetism.

Mga modernong pagsisiyasat

Ilang taon pagkatapos ng mga eksperimento sa Oersted, ang mananaliksik sa Britanya na si Michael Faraday (1791 - 1867) ay minarkahan ang isa pang milestone sa pamamagitan ng pagtuklas na ang iba't ibang mga magnetic field ay magbubunga ng mga de-koryenteng alon.

Ang parehong mga phenomena, electric at magnetic, ay malapit na nauugnay sa bawat isa, sa bawat isa na nagbibigay ng pagtaas sa isa pa. Pinagsama sila ng alagad ni Faraday na si James Clerk Maxwell (1831 - 1879), sa mga equation na nagdadala ng kanyang pangalan.

Ang mga equation na ito ay naglalaman at buod ng teorya ng electromagnetic at may bisa kahit na sa loob ng pisika na relativistic.

Mga magnetikong katangian ng mga materyales

Bakit ang ilang mga materyales ay nagpapakita ng mga katangian ng magnet o madaling makakuha ng magnetism? Alam namin na ang magnetic field ay dahil sa paglipat ng mga singil, samakatuwid sa loob ng magnet dapat mayroong hindi nakikitang mga electric alon na nagdaragdag sa magnetism.

Ang lahat ng bagay ay naglalaman ng mga elektron na naglalakad ng atomic nucleus. Ang electron ay maihahambing sa Earth, na may galaw ng translational sa paligid ng Araw at mayroon ding pag-ikot na paggalaw sa sarili nitong axis.

Ang mga klasikal na pisika ay katangian ng mga katulad na paggalaw sa elektron, bagaman ang pagkakatulad ay hindi ganap na tumpak. Gayunpaman, ang punto ay ang parehong mga pag-aari ng elektron gawin itong kumilos tulad ng isang maliit na loop na lumilikha ng isang magnetic field.

Ito ay ang pag-ikot ng elektron na nagbibigay ng higit sa magnetic field ng atom. Sa mga atomo na may maraming mga elektron, pinagsama-sama ang mga ito sa mga pares at may kabaligtaran na mga spins. Kaya, kinakalkula ng kanilang mga magnetic field ang bawat isa. Ito ang nangyayari sa karamihan ng mga materyales.

Gayunpaman, mayroong ilang mga mineral at compound kung saan mayroong isang hindi bayad na elektron. Sa ganitong paraan, ang net magnetic field ay hindi zero. Lumilikha ito ng isang magnetic moment, isang vector na ang kalakhan ay ang produkto ng kasalukuyang at ang lugar ng circuit.

Ang mga katabing magnetikong sandali ay nakikipag-ugnay sa bawat isa at mga form na tinatawag na magnetic domain, kung saan maraming mga spins ang nakahanay sa parehong direksyon. Ang nagresultang magnetic field ay napakalakas.

Ferromagnetism, paramagnetism at diamagnetism

Ang mga materyales na nagtataglay ng kalidad na ito ay tinatawag na ferromagnetic. Ilan sila: iron, nickel, kobalt, gadolinium at ilang mga haluang pareho.

Ang natitirang bahagi ng mga elemento sa pana-panahong talahanayan ay kulang sa napaka-binibigkas na mga epekto ng magnetic. Nahuhulog sila sa kategorya ng paramagnetic o diamagnetic.

Sa katunayan, ang diamagnetism ay isang pag-aari ng lahat ng mga materyales, na nakakaranas ng isang bahagyang pagtanggi sa pagkakaroon ng isang panlabas na larangan ng magnetic. Ang Bismuth ay ang elemento na may pinakatanyag na diamagnetism.

Sa kabilang banda, ang paramagnetism ay binubuo ng isang hindi gaanong matinding tugon ng magneto kaysa sa ferromagnetism ngunit pantay na kaakit-akit. Ang mga sangkap ng paramagnetic ay halimbawa ng aluminyo, hangin at ilang mga iron oxides tulad ng goite.

Gumagamit ng magnetic energy

Ang magneto ay bahagi ng mga pangunahing pwersa ng kalikasan. Tulad ng mga tao ay bahagi din nito, inangkop sila sa pagkakaroon ng magnetic phenomena, pati na rin ang natitirang buhay sa planeta. Halimbawa, ang ilang mga hayop ay gumagamit ng magnetic field ng Earth upang i-orient ang kanilang mga sarili sa heograpiya.

Sa katunayan, pinaniniwalaan na ang mga ibon ay nagsasagawa ng kanilang mahabang paglipat salamat sa katotohanan na sa kanilang talino mayroon silang isang uri ng organikong kompas na nagbibigay-daan sa kanila upang makitang at gumamit ng larangan ng geomagnetic.

Habang ang mga tao ay kulang sa isang kumpas na tulad nito, sa halip ay mayroon silang kakayahang baguhin ang kapaligiran sa maraming higit pang mga paraan kaysa sa natitirang kaharian ng hayop. Sa gayon, ang mga miyembro ng aming mga species ay gumamit ng magnetism sa kanilang kalamangan mula sa sandaling natuklasan ng unang pastol ng Griego ang tuluyan.

Ang ilang mga aplikasyon ng magnetic energy

Mula noon maraming mga aplikasyon ng magnetism. Narito ang ilang:

- Ang nabanggit na kompas, na gumagamit ng larangan ng geomagnetic ng Earth upang mai-orient ang sarili nito sa heograpiya.

- Lumang mga screen para sa telebisyon, computer at oscilloscope, batay sa tubo ng cathode ray, na gumagamit ng mga coil na bumubuo ng mga magnetic field. Ang mga ito ay may pananagutan sa pag-iwas sa beam ng elektron upang maabot nito ang ilang mga lugar sa screen, kaya nabuo ang imahe.

- Mass spectrometer, ginamit upang pag-aralan ang iba't ibang uri ng mga molekula at may maraming mga aplikasyon sa biochemistry, criminology, antropolohiya, kasaysayan at iba pang disiplina. Gumagamit sila ng mga de-kuryenteng at magnetic na mga patlang upang mawala ang mga sisingilin na mga particle sa mga tilapon na nakasalalay sa kanilang bilis.

- Ang magneticodyodyic na propulsion, kung saan ang magnetic force ay nagtutulak ng isang jet ng tubig sa dagat (isang mahusay na conductor) pabalik, upang sa pamamagitan ng ikatlong batas ni Newton, ang isang sasakyan o bangka ay tumatanggap ng pasulong na salpok.

- Magnetic resonance imaging, isang hindi nagsasalakay na pamamaraan upang makakuha ng mga imahe ng interior ng katawan ng tao. Karaniwan, gumagamit ito ng isang napaka matinding magnetic field at sinusuri ang tugon ng hydrogen nuclei (proton) na naroroon sa mga tisyu, na mayroong nabanggit na pag-aari ng pag-ikot.

Ang mga application na ito ay naitatag na, ngunit sa hinaharap pinaniniwalaan na ang magnetism ay maaari ring labanan ang mga sakit tulad ng kanser sa suso, sa pamamagitan ng mga diskarteng hyperthermic, na gumagawa ng magnetically sapilitan na init.

Ang ideya ay upang mag-iniksyon ng tuluy-tuloy na magnetite nang direkta sa tumor. Salamat sa init na ginawa ng mga magnetically sapilitan na alon, ang mga bakal na bakal ay magiging sapat na mainit upang sirain ang mga malignant cells.

Mga kalamangan at kawalan

Kung iisipin mo ang paggamit ng isang tiyak na uri ng enerhiya, hinihiling nito ang pag-convert sa ilang uri ng kilusan tulad ng isang turbine, isang elevator o sasakyan, halimbawa; o ito ay binago sa elektrikal na enerhiya na lumiliko sa ilang aparato: telepono, telebisyon, isang ATM at iba pa.

Ang enerhiya ay isang kalakhang may maraming mga pagpapakita na maaaring mabago sa maraming paraan. Maaari bang mapalakas ang enerhiya ng isang maliit na pang-akit upang ito ay patuloy na gumagalaw ng higit sa ilang mga barya?

Upang magamit, ang enerhiya ay dapat magkaroon ng isang mahusay na saklaw at nagmula sa isang napakaraming mapagkukunan.

Pangunahing at pangalawang lakas

Ang ganitong mga energies ay matatagpuan sa likas na katangian, kung saan ang iba pang mga uri ay ginawa. Kilala sila bilang pangunahing energies:

- Enerhiyang solar.

- Enerhiya ng Atomic.

- Enerhiya ng Geothermal.

- Kapangyarihan ng hangin.

- Enerhiya ng biomass.

- Enerhiya mula sa fossil fuels at mineral.

Ang pangalawang lakas, tulad ng koryente at init, ay ginawa mula sa mga ito. Nasaan ang magnetic energy dito?

Ang elektrisidad at magnetismo ay hindi dalawang magkakahiwalay na phenomena. Sa katunayan, ang dalawang magkasama ay kilala bilang mga electromagnetic phenomena. Hangga't umiiral ang isa sa kanila, ang iba pa ay magkakaroon.

Kung saan may de-koryenteng enerhiya, magkakaroon ng magnetic energy sa ilang anyo. Ngunit ito ay isang pangalawang enerhiya, na nangangailangan ng paunang pagbabagong-anyo ng ilan sa mga pangunahing energies.

Mga katangian ng pangunahing at pangalawang enerhiya

Ang mga kalamangan o kawalan ng paggamit ng ilang uri ng enerhiya ay itinatag ayon sa maraming pamantayan. Kasama dito kung gaano kadali at murang ang paggawa nito, at kung magkano ang proseso ay may kakayahang negatibong nakakaimpluwensya sa kapaligiran at tao.

Isang bagay na dapat tandaan ay ang pagbabago ng enerhiya ay maraming beses bago nila magamit.

Gaano karaming mga pagbabago ang naganap upang gawin ang pang-akit na idikit ang listahan ng pamilihan sa pintuan ng refrigerator? Ilan ang magtatayo ng electric car? Tiyak na sapat.

At gaano kalinis ang magnetic o electromagnetic energy? Mayroong naniniwala na ang patuloy na pagkakalantad sa mga larangan ng electromagnetic na nagmula sa tao ay nagdudulot ng mga problema sa kalusugan at kapaligiran.

Sa kasalukuyan mayroong maraming mga linya ng pananaliksik na nakatuon sa pag-aaral ng impluwensya ng mga larangan na ito sa kalusugan at sa kapaligiran, ngunit ayon sa prestihiyosong internasyonal na mga organisasyon, sa ngayon ay wala pang katibayan na katibayan na sila ay nakakapinsala.

Mga halimbawa ng magnetic energy

Ang isang aparato na nagsisilbing naglalaman ng magnetic energy ay kilala bilang isang inductor. Ito ay isang likid na nabuo sa pamamagitan ng paikot-ikot na kawad ng tanso na may sapat na bilang ng mga liko, at kapaki-pakinabang ito sa maraming mga circuit upang higpitan ang kasalukuyang at maiwasan ito mula sa pagbabago nang bigla.

Coil ng tanso. Pinagmulan: Pixabay.

Sa pamamagitan ng pag-ikot ng isang kasalukuyang sa pamamagitan ng mga liko ng isang coil, isang magnetic field ay nilikha sa loob nito.

Kung ang mga kasalukuyang pagbabago, gayon gawin ang mga linya ng magnetic field. Ang mga pagbabagong ito ay nag-udyok sa isang kasalukuyang sa mga liko na tumututol sa kanila, ayon sa Faraday-Lenz batas ng induction.

Kapag ang kasalukuyang pagtaas o pagbawas bigla, ang coil ay tutol dito, samakatuwid maaari itong magkaroon ng mga proteksiyon na epekto sa circuit.

Ang magnetic energy ng isang coil

Ang magnetikong enerhiya ay naka-imbak sa magnetic field na nilikha sa lakas ng tunog na tinatanggal ng mga pagliko ng coil, na kung saan ay isasailalim bilang U _B at kung saan nakasalalay sa:

- Ang intensity ng magnetic field B.

- Ang cross-sectional area ng co A.

- Ang haba ng coil l.

- Ang pagkamatagusin ng vacuum μ _o.

Ito ay kinakalkula tulad ng sumusunod:

Ang equation na ito ay may bisa sa anumang rehiyon ng puwang kung saan may magnetic field. Kung ang dami ng V ng rehiyon na ito ay kilala, ang pagkamatagusin at ang tindi ng patlang, posible na kalkulahin kung magkano ang magnetic energy na taglay nito.

Nalutas ang ehersisyo

Ang magnetic field sa loob ng isang naka-air na coil na may diameter na 2.0 cm at isang haba ng 26 cm ay 0.70 T. Gaano karaming enerhiya ang nakaimbak sa patlang na ito?

Solusyon

Ang mga numerical na halaga ay nahalili sa nakaraang equation, na nag-iingat upang mai-convert ang mga halaga sa mga yunit ng International System.

1. Giancoli, D. 2006. Pisika: Mga Prinsipyo na may Aplikasyon. Ika-anim na edisyon. Prentice Hall. 606-607.
2. Wilson, JD 2011. Physics 12. Pearson. 135-146.