Магнитът е обект, който създава магнитно поле. Това магнитно поле е невидима сила, която се поражда от движението на електрически заредени частици. Магнитите имат различим северен и южен полюс и създават силово поле, което е най-силно при полюсите. Това магнитно поле се привлича от други магнитни полета и може да привлича и други феромагнитни материали, като желязо и никел. Силата на привличане на магнита зависи от материала и формата му, тъй като различните материали и форми влияят върху разпределението на силата на магнитното поле.
Видове магнити
Съществуват три основни вида магнити: диамагнитни, парамагнитни и феромагнитни. Диамагнитните магнити са съставени от материали, които създават магнитно поле в противовес на външно магнитно поле. Тези материали са слабо отблъсквани от соленоид и включват бисмут, въглерод и вода. Парамагнитните магнити са съставени от материали, които слабо се привличат от външно магнитно поле. Алуминият, хромът и манганът са примери за парамагнитни материали. И накрая, феромагнитните магнити са магнити, изработени от материали, които са силно привлечени от външно магнитно поле. Желязото, кобалтът и никелът са примери за феромагнитни материали. Напоследък широко се използват постоянни магнити, изработени от редкоземни елементи като неодим и самарий в комбинация с други по-често срещани елементи, които обикновено са малко по-силни от магнитите на основата на желязо.
Как работят магнитите?
Магнитите работят в резултат на сила, наречена магнетизъм, която е невидима сила, причинена от движението на електроните. Всички твърди материали се състоят от съединение на атоми със заряди, които създават магнитно поле. Когато два различни магнитни материала влязат в контакт, те или се привличат, или се отблъскват. Магнитите могат да бъдат естествени или изкуствено създадени и могат да имат разнообразни форми. Магнитите имат два полюса – северен и южен, като сходните полюси се отблъскват, а противоположните се привличат. Силата на привличане и отблъскване е най-силна при полюсите и когато магнитите са принудени да се съберат, силата на привличане е най-голяма, когато полюсите са най-близо един до друг. Магнитното поле се простира от северния до южния полюс в кръгова форма, наречена магнитосфера. Магнитните полета могат да се използват за създаване на електрически ток и се срещат в електродвигатели, генератори, трансформатори, соленоиди и други устройства. Магнитите могат да се използват и за направата на постоянни магнити, които могат да се използват за улавяне или прехвърляне на магнетизъм между два обекта. Магнитите могат да се използват и за генериране на топлина и енергия за други цели.
Кои метали привличат магнита?
Желязото, кобалтът, никелът, гадолиният, диспрозият и неодимът са магнитни метали. Тези метали съдържат атомни магнитни моменти, които се подреждат успоредно един на друг, дори когато са в слабо външно магнитно поле. Редкоземни елементи като самарий и неодим, комбинирани с други по-разпространени елементи, също се използват за създаване на постоянни магнити с полета в диапазона 1-1,5 тесла. Тези магнити често са анизотропни, което означава, че е трудно да се промени посоката на отделните диполни магнитни моменти и ги прави трудни за размагнитване.
Кои метали не се привличат от магнита?
Медта, алуминият и среброто не са магнитни. Тези метали са добри електрически проводници, което означава, че зарядът от триенето на метала лесно ще премине през метала и ще се насочи към Земята, като не позволява на метала да се намагнетизира. Феромагнитните материали като желязо, кобалт, никел, гадолиний и диспрозий са магнитни и ще създадат магнитно поле, ако са изложени на външно магнитно поле, дори то да е слабо.
Защо неръждаемата стомана не я лови магнит?
Неръждаемата стомана не е магнитна, защото магнитните ѝ свойства са много слаби поради наличието на хром и никел. Хромът и никелът съдържат във външната си обвивка два електрона с еднакъв спин, известни като „спинова двойка“. Това създава силно, но балансирано „обменно поле“, което се стреми да неутрализира всяко външно приложено магнитно поле. Освен това атомите на неръждаемата стомана са подредени в решетъчна структура „аустентит“, която е немагнитна. Следователно, макар че неръждаемата стомана може да има лек магнитен ефект, той е твърде малък, за да се счита за значителен.
Как се определят полюсите на магнита?
Полюсите на магнита се определят чрез наблюдение на поведението на магнита, когато е поставен в магнитно поле. През 1269 г. Пиер дьо Марикур картографира посоките, които поема игла, поставена в различни точки на повърхността на сферичен естествен магнит. Той забелязал, че посоките образуват линии, които обгръщат сферата и преминават през две диаметрално противоположни точки, които той нарекъл полюси на магнита. Впоследствие това наблюдение е потвърдено чрез експерименти, които показват, че всеки магнит, независимо от формата му, има два полюса, известни като северен и южен. Тези полюси могат да се определят, като се наблюдава поведението на магнита, когато е поставен в магнитно поле, тъй като подобните полюси се отблъскват, а неподобните се привличат. Освен това магнит, окачен в средната си точка и оставен да се върти свободно в хоризонтална равнина, ще се върти, докато северният му полюс не започне да сочи към северния географски полюс на Земята и по същия начин южният му полюс не започне да сочи към южния географски полюс на Земята. Магнитните компаси, разположени в ъглите на равностранен триъгълник, също могат да се използват за определяне на полюсите на магнита – ориентацията, която те евентуално заемат, може да се определи с помощта на аргументи за симетрия.
Как да си направим магнит?
За направата на магнит са необходими материали, които могат да се намагнитват, като желязо, кобалт, никел и някои редкоземни метали. Тези материали могат да бъдат трайно намагнитизирани, като се подредят магнитните им диполи в една и съща посока, или чрез прилагане на силно външно магнитно поле, или чрез механични манипулации, като удряне с чук или нагряване и охлаждане. За да направите магнит, използвайки силно външно магнитно поле, ще трябва да конструирате устройство за изпращане на електрически ток през намотка от проводник (като соленоид или електромагнит). Интензивното магнитно поле, създадено в намотката, ще създаде подобно поле в целия магнетизиран материал, което ще позволи на магнитните диполи да се подредят в една и съща посока. Електрическият ток трябва да е прав, а не променлив, за да се създаде интензивно, постоянно магнитно поле. За да намагнетизирате механично даден материал, трябва да го поставите в силно околно магнитно поле и да го ударите с чук или да го нагреете и охладите, за да се подредят магнитните диполи.
От какво се прави магнита?
Повечето постоянни магнити са изработени от комбинация от желязо и други елементи, като никел, кобалт и кислород. Но през последните години все повече постоянни магнити се изработват от редкоземни елементи като неодим и самарий (в комбинация с други по-често срещани елементи). Редкоземните магнити обикновено са малко по-силни от тези на желязна основа и по-трудно се размагнитват, поради което станаха популярни заместители на стандартните железни магнити в много електронни устройства.
Как се реже магнит?
Рязането на магнити може да се извърши с помощта на различни инструменти, в зависимост от вида на магнита и начина, по който трябва да се отреже. За силни постоянни магнити най-добрият инструмент за използване е трион с диамантено острие. Може да се използва и прободен трион, но е важно да се използва острие, специално предназначено за рязане на метали. Друг вариант е да използвате бутален трион с острие за рязане на метали. Когато режете с някой от тези инструменти, е важно да носите предпазни очила и маска против прах, за да се предпазите от частиците, които се образуват по време на процеса на рязане. Препоръчително е също така да използвате скоба или клещи, за да държите здраво магнита на място.
За по-меки или по-слаби магнити, като например магнити за занаятчии, най-добрият инструмент е чифт ножици за рязане в тежки условия (авиационни). Тези ножици ще изискват известно усилие, за да отрежат магнита, но ще осигурят чист разрез. Важно е също така да се вземат мерки за безопасност, когато се използват ножици, като например да се носят предпазни очила и ръкавици.
Когато режете с някой от гореспоменатите инструменти, е важно да режете бавно и внимателно. Това ще гарантира, че рязането е точно и че магнитът няма да се повреди по време на процеса на рязане.
За какво използваме магнитите?
Магнитите се използват за най-различни неща – от навигация и комуникации до медицински изображения. В навигацията магнитите се използват, за да помагат на хората и корабите да определят посоката си, както и в компасите и инструменти като магнитните диполи, използвани за измерване на магнитното поле на Земята. В областта на комуникациите магнитите се използват във всичко – от безжичните комуникации до мощните високоговорители, както и в твърдите дискове и лентовите устройства за съхранение на информация. Магнитите се използват и в медицинските образи, като например магнитно-резонансните томографи, както и при целенасочено доставяне на лекарства, протези и хирургически инструменти. Редкоземните магнити, които се използват в много електронни устройства поради своята здравина, се използват също така в двигатели и генератори, двигатели на електрически превозни средства, прахосмукачки и в ежедневни приложения като играчки и магнити за хладилници.
Защо Земята е магнит?
Земята е магнит, защото нейното ядро е съставено от разтопени, богати на желязо материали, които генерират електрически ток чрез взаимодействие с магнитно поле. Това генерира диполна част на полето, която след това се открива на повърхността на Земята. Учените смятат, че конвекционните потоци, пренасящи заряд в земното ядро, създават и поддържат това магнитно поле, а големината на полето може да варира в зависимост от скоростта на въртене на планетата. И накрая, съществуват по-малко предсказуеми промени в земното поле, дължащи се на разтопения материал в ядрото, които могат да предизвикат неочаквани промени в северния и южния магнитен полюс с течение на времето.
Каква е ролята на магнитите при магнитни бури?
Магнитите играят важна роля в геомагнитните бури. Геомагнитните бури се предизвикват от взаимодействието на земната магнитосфера с относително плътни, високоскоростни потоци слънчев вятър, които носят със себе си продължителни периоди на южен МВФ. Тези потоци слънчев вятър смущават земната магнитосфера, предизвиквайки промени в земното магнитно поле, които могат да предизвикат геомагнитни бури. Когато магнитосферата е нарушена, потокът от електрони, протони и йони с всички енергии може да се промени значително. Тези смущения в магнитосферата могат да се измерят чрез промени в магнитното поле и тези промени влияят на способността на компаса да дава надеждни показания. Компасите, използващи магнитометри, могат да се използват за измерване на географската ширина, дължина и интензивност на магнитното поле на Земята, тъй като то се променя по време на буря. Освен това бързо променящите се полета предизвикват токове в дълги „жици“, като електропроводи, тръбопроводи, кабели и влакови релси, което може да доведе до повреда на оборудването. Чрез измерване на промените в магнитното поле учените могат да определят местоположението и интензивността на бурите, като тази информация се използва за изготвяне на прогнози и предвиждания за потенциалните въздействия на слънчевата активност и геомагнитните бури.