Hoe Magneten Werken

{h1}

Magneten zijn objecten die magnetische velden produceren en metalen aantrekken zoals ijzer, nikkel en kobalt. Meer informatie over magneten, hoe magneten worden gemaakt en waarom magneten blijven plakken.

-

-

- Het begon allemaal toen we gingen winkelen voor een magneet voor een demonstratie over vloeibaar kogelvrij vest. We wilden laten zien dat een magnetisch veld ervoor kan zorgen dat bepaalde vloeistoffen zich als vaste stoffen gedragen. Samen met de petrischalen en ijzervijlsel die we nodig hadden, had de Steve Spangler Science-catalogus een neodymiummagneet die beschreven werd als 'supersterk'. We bestelden onze benodigdheden, in de hoop dat de magneet krachtig genoeg zou zijn om een ​​effect te creëren dat we op film konden vastleggen.

De magneet transformeerde niet alleen ons ijzer-en-oliefluïdum in een vaste stof - soms trof de trek in de vloeistof de petrischaal die hem vasthield. Eens vloog de magneet onverwachts uit de hand van een videograaf en in een schaal vol met droge vijlsels, die aanzienlijke vindingrijkheid vereisten om te verwijderen. Het hechtte zich ook zo stevig aan de onderkant van een metalen tafel dat we een paar griptangen moesten gebruiken om het op te halen. Toen we besloten dat het veiliger zou zijn om de magneet tussen de opnames in een zak te houden, stopten mensen even vast aan de tafel, een ladder en de deur van de studio.

Rond het kantoor werd de magneet een object van nieuwsgierigheid en het onderwerp van geïmproviseerde experimenten. Zijn griezelige kracht en zijn neiging om plotseling en luidruchtig van onbewuste grepen naar het dichtstbijzijnde metalen oppervlak te springen, zette ons aan het denken. We kenden allemaal de basis van magneten en magnetisme - magneten trekken specifieke metalen aan, en ze hebben noord en zuid polen. Tegenover elkaar trekken polen elkaar aan terwijl gelijke polen afstoten. Magnetische en elektrische velden zijn gerelateerd, en magnetisme, samen met de zwaartekracht en sterke en zwakke atoomkrachten, is een van de vier fundamentele krachten in het universum.

Maar geen van die feiten leidde tot een antwoord op onze meest elementaire vraag. Wat houdt precies een magneet aan bepaalde metalen vast? Waarom houden ze zich bij uitbreiding niet aan andere metalen? Waarom trekken ze elkaar aan of stoten ze elkaar af, afhankelijk van hun positionering? En wat maakt neodymium magneten zoveel sterker dan de keramische magneten waarmee we als kinderen speelden?

Hoe magneten werken: zijn

IJzervijlsel (rechts) uitgelijnd langs de magnetische veldlijnen van een cilindrische neodymiummagneet.

Om de antwoorden op deze vragen te begrijpen, helpt het om een ​​basisdefinitie van een magneet te hebben. Magneten zijn objecten die produceren magnetische velden en trekken metalen aan zoals ijzer, nikkel en kobalt. Het magnetisch veld is krachtlijnen verlaat de magneet van zijn noordpool en ga de zuidpool binnen. blijvend of hard magneten creëren de hele tijd hun eigen magnetisch veld. tijdelijk of zacht magneten produceren magnetische velden in de aanwezigheid van een magnetisch veld en een korte tijd na het verlaten van het veld. elektromagneten produceer alleen magnetische velden wanneer elektriciteit door hun draadspoelen reist.

Hoe magneten werken: zijn

IJzervijlsel (rechts) uitgelijnd langs de magnetische veldlijnen van een kubusvormige neodymiummagneet.

Tot voor kort werden alle magneten gemaakt van metaal elementen of legeringen. Deze materialen produceerden magneten met verschillende sterkten. Bijvoorbeeld:

  • Keramische magneten, zoals die worden gebruikt in koelkastmagneten en wetenschappelijke experimenten op de basisschool, bevatten ijzeroxide in een keramische composiet. De meeste keramische magneten, ook wel bekend als ijzer magneten, zijn niet bijzonder sterk.
  • Alnico-magneten zijn gemaakt van aluminium, nikkel en kobalt. Ze zijn sterker dan keramische magneten, maar niet zo sterk als die met een klasse elementen die bekend staan ​​als zeldzame aardmetalen.
  • Neodymium magneten bevatten ijzer, boor en het neodymium met zeldzame aarde.
  • Samarium-kobalt magneten combineren kobalt met het samarium van zeldzame aardematerialen. In de afgelopen jaren hebben wetenschappers ook ontdekt magnetische polymerenof plastic magneten. Sommige hiervan zijn flexibel en vormbaar. Sommige werken echter alleen bij extreem lage temperaturen en andere halen alleen zeer lichte materialen, zoals ijzervijlsel.

Het kost wat moeite om deze materialen magneten te maken. We zullen kijken naar hoe het in de volgende sectie gebeurt.

Magneten maken: de basis

Hoe magneten werken: magneten

Veel van de elektronische apparaten van tegenwoordig hebben magneten nodig om te functioneren. Deze afhankelijkheid van magneten is relatief recent, vooral omdat de meeste moderne apparaten magneten nodig hebben die sterker zijn dan die in de natuur. Magneet, een vorm van magnetiet, is de sterkste natuurlijk voorkomende magneet. Het kan kleine voorwerpen aantrekken, zoals paperclips en nietjes.

In de 12e eeuw hadden mensen ontdekt dat ze lodestone konden gebruiken om stukjes ijzer te magnetiseren, waardoor een kompas. Herhaaldelijk wrijven lodestone langs een ijzeren naald in een richting magnetiseerde de naald. Het zou zich dan in noord-zuidrichting richten als het wordt opgehangen. Uiteindelijk legde wetenschapper William Gilbert uit dat deze noord-zuid uitlijning van gemagnetiseerde naalden het gevolg was van het feit dat de aarde zich gedroeg als een enorme magneet met noord- en zuidpolen.

Een kompasnaald is lang niet zo sterk als veel van de permanente magneten die tegenwoordig worden gebruikt. Maar het fysieke proces dat kompasnaalden en brokken neodymiumlegering magnetiseert, is in wezen hetzelfde. Het is afhankelijk van microscopische gebieden die bekend staan ​​als magnetische domeinen, die deel uitmaken van de fysieke structuur van ferromagnetische materialen, zoals ijzer, kobalt en nikkel. Elk domein is in wezen een kleine, onafhankelijke magneet met een noord- en zuidpool. In een niet-gemagnetiseerd ferromagnetisch materiaal wijst elk van de noordpolen in een willekeurige richting.Magnetische domeinen die in tegengestelde richtingen zijn gericht, heffen elkaar op, zodat het materiaal geen netto magnetisch veld produceert.

Hoe magneten werken: veld

In een niet-gemagnetiseerd ferromagnetisch materiaal wijzen domeinen in willekeurige richtingen.

In magneten daarentegen, wijzen de meeste of alle magnetische domeinen in dezelfde richting. In plaats van elkaar op te heffen, vormen de microscopisch kleine magnetische velden samen één groot magnetisch veld. Hoe meer domeinen in dezelfde richting wijzen, hoe sterker het algemene veld. Het magnetische veld van elk domein strekt zich uit van zijn noordpool tot de zuidpool van het domein ervoor.

Hoe magneten werken: magneten

In een magneet wijzen de meeste of alle domeinen in dezelfde richting.

Dit verklaart waarom het breken van een magneet in tweeën zorgt voor twee kleinere magneten met noord- en zuidpool. Het verklaart ook waarom tegengestelde polen aantrekken - de veldlijnen verlaten de noordpool van één magneet en komen op natuurlijke wijze de zuidpool van een ander binnen, in wezen één grotere magneet. Zoals palen stoten elkaar af omdat hun krachtlijnen in tegenovergestelde richtingen reizen, botsen met elkaar in plaats van samen te bewegen.

Hoe magneten werken: magneten

Het verbinden van de noordpool van één magneet met de zuidpool van een andere magneet zorgt in essentie voor één grotere magneet.

Magneten maken: de details

IJzervijlsel staat opgesteld langs de magnetische velden van vier kleine magneten. Na het verwijderen van de magneet blijven de vijlen hun eigen zwakke magnetische velden hebben.

IJzervijlsel staat opgesteld langs de magnetische velden van vier kleine magneten. Na het verwijderen van de magneet blijven de vijlen hun eigen zwakke magnetische velden hebben.

Om een ​​magneet te maken, hoeft u alleen maar de magnetische domeinen in een stuk metaal te stimuleren om in dezelfde richting te wijzen. Dat is wat er gebeurt als je over een naald wrijft met een magneet - de blootstelling aan het magnetische veld moedigt de domeinen aan om uit te lijnen. Andere manieren om magnetische domeinen in een stuk metaal uit te lijnen zijn:

  • Het plaatsen van een sterk magnetisch veld in een noord-zuid richting
  • Houd hem in een noord-zuid richting en herhaaldelijk slaand met een hamer, waarbij de domeinen fysisch in een zwakke uitlijning worden geschud
  • Er stroomt een elektrische stroom doorheen

Twee van deze methoden behoren tot wetenschappelijke theorieën over hoe lodestone zich in de natuur vormt. Sommige wetenschappers speculeren dat magnetiet magnetisch wordt wanneer het wordt geraakt door bliksem. Anderen theoretiseren dat stukjes magnetiet magneten werden toen de aarde voor het eerst werd gevormd. De domeinen zijn uitgelijnd met het magnetische veld van de aarde, terwijl ijzeroxide gesmolten en flexibel was.

De meest gebruikelijke methode om magneten te maken, bestaat tegenwoordig uit het plaatsen van metaal in een magnetisch veld. Het veld oefent torque op het materiaal, het aanmoedigen van de domeinen om aan te sluiten. Er is een kleine vertraging, bekend als hysteresis, tussen de toepassing van het veld en de verandering in domeinen - het duurt even voordat de domeinen beginnen te bewegen. Dit is wat er gebeurt:

  • De magnetische domeinen roteren, waardoor ze kunnen worden uitgelijnd langs de noord-zuid lijnen van het magnetisch veld.
  • Domeinen die al in de richting noord-zuid zijn gericht, worden groter naarmate de domeinen eromheen kleiner worden.
  • Domein muren, of grenzen tussen de naburige domeinen, fysiek bewegen om domeingroei te accommoderen. In een zeer sterk veld verdwijnen sommige muren volledig.

De sterkte van de resulterende magneet hangt af van de hoeveelheid kracht die wordt gebruikt om de domeinen te verplaatsen. De duurzaamheid, of remanentie, hangt af van hoe moeilijk het was om de domeinen aan te moedigen om aan te sluiten. Materialen die moeilijk te magnetiseren zijn, behouden hun magnetisme doorgaans langer, terwijl materialen die gemakkelijk te magnetiseren zijn, vaak terugkeren naar hun oorspronkelijke niet-magnetische toestand.

U kunt de sterkte van een magneet verminderen of deze volledig demagnetiseren door deze bloot te stellen aan een magnetisch veld dat in de tegenovergestelde richting is uitgelijnd. Je kunt een materiaal ook demagnetiseren door het boven het te verwarmen Curie puntof de temperatuur waarbij het zijn magnetisme verliest. De hitte vervormt het materiaal en exciteert de magnetische deeltjes, waardoor de domeinen uitvallen.

Vervolgens zullen we bekijken waarom gemagnetiseerde materialen specifieke metalen aantrekken.

Verzendmagneten

Grote, krachtige magneten hebben tal van industriële toepassingen, van het schrijven van gegevens tot het induceren van stroom in draden. Maar het verzenden en installeren van grote magneten kan moeilijk en gevaarlijk zijn. Niet alleen kunnen magneten andere voorwerpen tijdens het transport beschadigen, ze kunnen bij aankomst zelfs moeilijk of onmogelijk te plaatsen zijn. Bovendien hebben magneten de neiging om een ​​reeks ferromagnetische deeltjes te verzamelen, die moeilijk te verwijderen zijn en zelfs gevaarlijk kunnen zijn.

Om deze reden hebben faciliteiten die zeer grote magneten gebruiken vaak apparatuur ter plaatse waarmee ze ferromagnetische materialen in magneten kunnen veranderen. Vaak is het apparaat in wezen een elektromagneet.

Waarom magneten plakken

Een vereenvoudigde weergave van een atoom, met een kern en in een baan omringende elektronen

Een vereenvoudigde weergave van een atoom, met een kern en in een baan omringende elektronen

Als u hebt gelezen hoe elektromagneten werken, weet u dat een elektrische stroom die door een draad beweegt, een magnetisch veld creëert. Bewegende elektrische ladingen zijn ook verantwoordelijk voor het magnetisch veld in permanente magneten. Maar het veld van een magneet komt niet van een grote stroom die door een draad gaat - het komt van de beweging van elektronen.

Veel mensen stellen zich elektronen voor als kleine deeltjes die rond een atoom draaien kern de manier waarop planeten om een ​​zon draaien. Zoals kwantumfysici het op dit moment uitleggen, is de beweging van elektronen iets gecompliceerder dan dat. Elektronen vullen in essentie de schil van een atoom orbitalen, waar ze zich gedragen als zowel deeltjes als golven. De elektronen hebben een in rekening brengen en een massa-, evenals een beweging die fysici beschrijven als spinnen in een opwaartse of neerwaartse richting. Je kunt meer leren over elektronen in How Atoms Work.

Over het algemeen vullen elektronen de atoomorbitalen erin paren. Als een van de elektronen in een paar naar boven draait, draait de andere naar beneden.Het is onmogelijk voor beide elektronen in een paar om in dezelfde richting te draaien. Dit maakt deel uit van een kwantummechanisch principe dat bekend staat als de Pauli-uitsluitingsbeginsel.

Hoewel de elektronen van een atoom niet erg ver bewegen, is hun beweging voldoende om een ​​klein magnetisch veld te creëren. Omdat gepaarde elektronen in tegengestelde richtingen draaien, heffen hun magnetische velden elkaar op. Atomen van ferromagnetische elementen, aan de andere kant, hebben verschillende ongepaarde elektronen die dezelfde spin hebben. IJzer heeft bijvoorbeeld vier ongepaarde elektronen met dezelfde spin. Omdat ze geen tegenover elkaar liggende velden hebben om hun effecten te annuleren, hebben deze elektronen een orbitaal magnetisch moment. Het magnetische moment is a vector - het heeft een magnitude en een richting. Het is gerelateerd aan zowel de magnetische veldsterkte als het koppel dat het veld uitoefent. De magnetische momenten van een hele magneet komen uit de momenten van al zijn atomen.

Hoe magneten werken: veld

Een ijzeren atoom en zijn vier ongepaarde elektronen

In metalen zoals ijzer, moedigt het orbitale magnetische moment de nabijgelegen atomen aan om langs dezelfde noord-zuid-veldlijnen uit te lijnen. IJzer en andere ferromagnetische materialen zijn kristallijn. Terwijl ze afkoelen vanuit een gesmolten toestand, komen groepen atomen met parallelle orbitale spin binnen de kristalstructuur. Dit vormt de magnetische domeinen die in de vorige sectie zijn besproken.

U hebt misschien gemerkt dat de materialen die goede magneten maken dezelfde zijn als de materiaalmagneten aantrekken. Dit komt omdat magneten materialen aantrekken met ongepaarde elektronen die in dezelfde richting draaien. Met andere woorden, de kwaliteit die een metaal in een magneet verandert, trekt ook het metaal naar magneten aan. Veel andere elementen zijn diamagnetisch - hun ongepaarde atomen creëren een veld dat zwak een magneet afstoot. Een paar materialen reageren helemaal niet met magneten.

Deze verklaring en de onderliggende kwantumfysica zijn tamelijk gecompliceerd en zonder hen kan het idee van magnetische aantrekking raadselachtig zijn. Het is dus niet verwonderlijk dat mensen een groot deel van de geschiedenis hebben bekeken met magnetische materialen. In het volgende gedeelte bekijken we de krachten die worden toegeschreven aan magneten, en wat ze wel en niet kunnen doen.

Magneten meten

Je kunt magnetische velden meten met behulp van instrumenten zoals gauss meteren je kunt ze beschrijven en uitleggen met behulp van talloze vergelijkingen. Hier zijn enkele van de basics:

  • Magnetische krachtlijnen, of vloeien, worden gemeten in Webers (Wb). In elektromagnetische systemen heeft de flux betrekking op de stroom.
  • De sterkte van een veld, of de dichtheid van de vloeien, wordt gemeten in Tesla (T) of Gauss (G). Eén Tesla is gelijk aan 10.000 Gauss. Je kunt ook de veldsterkte meten in Webers per vierkante meter. In vergelijkingen, het symbool B staat voor veldsterkte.
  • De grootte van het veld wordt gemeten in ampère per meter of oersted. Het symbool H staat voor in vergelijkingen.

Magnet Mythen

Transrapidentrein bij de testfaciliteit van Emsland, Duitsland

Transrapidentrein bij de testfaciliteit van Emsland, Duitsland

Elke keer dat u een computer gebruikt, gebruikt u magneten. Een harde schijf is afhankelijk van magneten om gegevens op te slaan en sommige monitoren gebruiken magneten om afbeeldingen op het scherm te maken. Als uw huis een bel heeft, gebruikt deze waarschijnlijk een elektromagneet om een ​​noisemaker te besturen. Magneten zijn ook essentiële componenten bij CRT-televisies, luidsprekers, microfoons, generatoren, transformatoren, elektromotoren, inbraakalarmen, cassettebandjes, kompassen en autosnelheidsmeters.

Naast hun praktische toepassingen hebben magneten tal van verbazingwekkende eigenschappen. Ze kunnen stroom in draad en voedingskoppel voor elektrische motoren induceren. Een sterk genoeg magnetisch veld kan kleine voorwerpen of zelfs kleine dieren laten zweven. Maglev-treinen gebruiken magnetische voortstuwing om met hoge snelheden te rijden en magnetische vloeistoffen helpen raketmotoren te vullen met brandstof. Het magnetische veld van de aarde, bekend als de magnetosfeer, beschermt het tegen de zonnewind. Volgens Wired magazine implanteren sommige mensen zelfs minuscule neodymium magneten in hun vingers, waardoor ze elektromagnetische velden kunnen detecteren [Bron: Wired].

Magnetic Resonance Imaging (MRI) -machines maken gebruik van magnetische velden om artsen in staat te stellen de interne organen van patiënten te onderzoeken. Artsen gebruiken ook gepulste elektromagnetische velden om gebroken botten te behandelen die niet goed zijn genezen. Deze methode, goedgekeurd door de Amerikaanse Food and Drug Administration in de jaren 1970, kan botten herstellen die niet op andere behandelingen hebben gereageerd. Soortgelijke pulsen van elektromagnetische energie kunnen helpen bij het voorkomen van bot- en spierverlies bij astronauten die zich gedurende langere tijd in zwaartekrachtomgevingen bevinden.

Magneten kunnen ook de gezondheid van dieren beschermen. Koeien zijn vatbaar voor een aandoening genaamd traumatische reticulopericarditisof hardware ziekte, die ontstaat door metalen voorwerpen te slikken. Doorgeslikte voorwerpen kunnen de maag van een koe doorprikken en zijn diafragma of hart beschadigen. Magneten zijn essentieel om deze aandoening te voorkomen. Eén oefening houdt in dat je een magneet over het voedsel van de koeien steekt om metalen voorwerpen te verwijderen. Een andere is om magneten naar de koeien te voeren. Lange, smalle alnico-magneten, bekend als Koemagneten, kan stukjes metaal aantrekken en voorkomen dat ze de maag van de koe verwonden. De ingenomen magneten helpen de koeien te beschermen, maar het is nog steeds een goed idee om de voedergebieden vrij van metaalresten te houden. Mensen, aan de andere kant, mogen nooit magneten eten, omdat ze door de darmwanden van een persoon kunnen blijven plakken, de bloedstroom blokkeren en weefsel doden. Bij mensen hebben ingeslikte magneten vaak een operatieve verwijdering nodig.

Hoe magneten werken: zijn

Koemagneten

Sommige mensen pleiten voor het gebruik van magneettherapie om een ​​breed scala aan ziekten en aandoeningen te behandelen.Volgens beoefenaars kunnen magnetische inlegzolen, armbanden, halskettingen, matrasbeschermers en kussens alles van artritis tot kanker genezen of verlichten. Sommige voorstanders suggereren ook dat het consumeren van gemagnetiseerd drinkwater verschillende kwalen kan behandelen of voorkomen. Amerikanen geven naar schatting $ 500 miljoen per jaar uit aan magnetische behandelingen, en mensen geven wereldwijd ongeveer $ 5 miljard uit. [Bron: Winemiller via NCCAM].

Voorstanders bieden verschillende verklaringen voor hoe dit werkt. Een daarvan is dat de magneet het ijzer aangetrokken door hemoglobine in het bloed aantrekt, waardoor de bloedsomloop naar een bepaald gebied verbetert. Een andere is dat het magnetische veld op een of andere manier de structuur van nabijgelegen cellen verandert. Wetenschappelijke studies hebben echter niet bevestigd dat het gebruik van statische magneten enig effect heeft op pijn of ziekte. Klinische studies suggereren dat de positieve voordelen die aan magneten worden toegeschreven, feitelijk kunnen voortkomen uit het verstrijken van de tijd, extra demping in magnetische inlegzolen of het placebo-effect. Bovendien bevat drinkwater meestal geen elementen die kunnen worden gemagnetiseerd, waardoor het idee van magnetisch drinkwater twijfelachtig is.

Sommige voorstanders suggereren ook het gebruik van magneten om hard water in huizen te verminderen. Volgens productfabrikanten kunnen grote magneten het niveau van de hardwaterschaal verminderen door ferromagnetische hardwatermineralen te elimineren. De mineralen die in het algemeen hard water veroorzaken, zijn echter niet ferromagnetisch. Een twee jaar durende Consumer Reports-studie suggereert ook dat het behandelen van inkomend water met magneten de hoeveelheid ketelsteenopbouw niet verandert.

Hoewel magneten waarschijnlijk geen einde zullen maken aan chronische pijn of kanker zullen elimineren, zijn ze nog steeds fascinerend om te bestuderen. Raadpleeg de links op de volgende pagina voor meer informatie.

Magnetische palen

Een magneet kan meerdere noord- en zuidpolen hebben en deze polen komen altijd voor in paren. Er kan geen noordpool zijn zonder een corresponderende zuidpool, geen zuidpool zonder een corresponderend noorden.


Video Supplement: Hoe werkt een magneet?.




Onderzoek


Waarom Houden Mensen Hun Accenten?
Waarom Houden Mensen Hun Accenten?

Spider Bite Cures Paralysed Man: Miracle Or Bad Reporting?
Spider Bite Cures Paralysed Man: Miracle Or Bad Reporting?

Science Nieuws


Feiten Over Thallium
Feiten Over Thallium

Flooding Kan 350 Gators In Texas Sanctuary Gratis Maken
Flooding Kan 350 Gators In Texas Sanctuary Gratis Maken

Illegale Butt-In-Injecties Van Siliconen Veroorzaken Gastheer Van Gezondheidsproblemen
Illegale Butt-In-Injecties Van Siliconen Veroorzaken Gastheer Van Gezondheidsproblemen

Dit Is Hoe Mensen Voor Het Eerst In De Nieuwe Wereld Zijn Aangekomen... Misschien
Dit Is Hoe Mensen Voor Het Eerst In De Nieuwe Wereld Zijn Aangekomen... Misschien

Yoga: Voordelen, Risico'S En Verschillende Soorten
Yoga: Voordelen, Risico'S En Verschillende Soorten


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com