Magneti. Li hai sul tuo frigorifero, hai giocato con loro da bambino, hai persino tenuto una bussola in mano mentre l'ago della bussola indicava il polo nord magnetico della Terra. Ma come lavorano? Che cos'è questo fenomeno del magnetismo?
Che cos'è il magnetismo?
Il magnetismo è un aspetto della forza elettromagnetica fondamentale. Descrive i fenomeni e le forze associati ai magneti o agli oggetti magnetici.
Tutti i campi magnetici sono generati dalla carica in movimento o dalla modifica dei campi elettrici. Questo è il motivo per cui i fenomeni di elettricità e magnetismo vengono definiti collettivamente elettromagnetismo. Sono davvero la stessa cosa!
All'interno di tutti i materiali, gli atomi contengono elettroni e quegli elettroni formano una nuvola attorno al nucleo atomico, con il loro movimento complessivo che crea un dipolo magnetico in miniatura. Nella maggior parte dei materiali, tuttavia, la distribuzione casuale degli orientamenti di questi mini-magneti provoca l'annullamento dei campi. I materiali ferromagnetici sono l'eccezione.
Molti materiali presentano fenomeni magnetici, tra cui ferro, manganese, magnetite e cobalto. Questi possono esistere come magneti permanenti o possono essere paramagnetici (cioè attratti da materiali magnetici ma non mantengono il magnetismo permanente). Gli elettromagneti vengono creati facendo passare corrente elettrica attraverso un filo avvolto attorno a un materiale come il ferro (o da qualsiasi situazione in cui vi sia una carica elettrica in movimento).
I materiali magnetici possono attrarsi a vicenda o respingersi, a seconda su quali parti di quei materiali sono riunite.
Campi magnetici
Proprio come con la forza elettrica e la forza gravitazionale, gli oggetti che esercitano forze magnetiche l'uno sull'altro generano un campo attorno a loro. Un magnete a barra, ad esempio, crea un campo magnetico nello spazio circostante, facendo sì che altri magneti o materiali ferromagnetici portati in quel campo avvertano una forza di conseguenza.
Un modo per visualizzare il campo magnetico è "to use iron filings.", 3, [[Le limature di ferro sono piccoli pezzi di ferro che, una volta spruzzati attorno a un magnete, si allineeranno alle linee del campo magnetico esterno, consentendoti di visualizzarle.
L'unità SI associata all'intensità del campo magnetico è la tesla.
1 \\ text {Tesla} \u003d 1 \\ text {T} \u003d 1 \\ frac {\\ text {kg}} {\\ text {As} ^ 2} \u003d \\ frac {\\ text {Vs}} {\\ text {m} ^ 2} \u003d \\ frac {\\ text {N}} {\\ text {Am}}
Un'altra unità comune associata alla forza del campo magnetico è il gauss.
1 Gauss \u003d 1 G \u003d 10 -4 T Esistono molti tipi diversi di magnetismo: Il paramagnetismo Il diamagnetismo L'elettromagnetismo Il ferromagnetismo I materiali fortemente attratti dai magneti sono chiamati ferromagnetici. Il ferro è il materiale più comune di questo tipo. (Non sorprende dal momento che il prefisso latino ferro I materiali ferromagnetici hanno quelli che sono chiamati domini magnetici; vale a dire, regioni al loro interno che sono come magneti, ma orientate in direzioni diverse in modo che l'effetto complessivo si annulli e in genere non si comportano come magneti. Se, tuttavia, questi materiali vengono posizionati in campi magnetici, ciò può causare un allineamento dei domini in modo che siano tutti allineati nella stessa direzione e quindi diventino (spesso temporaneamente) come i magneti stessi. I materiali ferromagnetici includono pietra di lod, ferro, nichel, cobalto e vari materiali di terre rare tra cui il neodimio. Un magnete a barra è una barra rettangolare o cilindrica di materiale magnetico. Le estremità di un magnete a barra sono poli nord e sud. Questi sono i due tipi di poli magnetici e interagiscono tra loro tramite una forza magnetica in un modo simile a come le cariche positive e negative interagiscono tramite la forza elettrica. I magneti a barra sono dipoli magnetici. Hanno poli opposti separati da una distanza, simile a un dipolo elettrico. Una differenza principale, tuttavia, è che con i magneti non è possibile avere un monopolo (un polo isolato) come si può avere con le cariche. Un magnete esiste sempre come dipolo e mai come polo nord da solo o polo sud da solo. (Se tagli a metà un magnete a barra per cercare di separare i poli, finirai semplicemente con due magneti dipolari più piccoli!) Come probabilmente sai, la Terra ha un magnete campo. Ciò consente alle persone di utilizzare le bussole per determinare la direzione verso cui sono rivolte rispetto ai poli. Una bussola magnetica è costituita da un piccolo magnete che può muoversi liberamente e allinearsi a qualsiasi campo esterno. L'estremità rossa dell'ago della bussola punta verso nord. Il campo magnetico terrestre si comporta come un magnete a barra gigante. Questo immaginario magnete a barra è orientato in modo tale che l'estremità nord del magnete si trovi sul polo sud della Terra e l'estremità sud del magnete sia sul polo nord della Terra. Anche il campo magnetico terrestre non è parallelo alla superficie del Terra nella maggior parte dei luoghi. Puoi determinare la declinazione del campo magnetico terrestre usando un ago da immersione. Per prima cosa orientare l'ago in orizzontale e allinearlo con il nord magnetico della Terra. Quindi ruotarlo verticalmente e osservare l'angolo di immersione. L'angolo è maggiore quanto più sei vicino ai poli. Il campo magnetico terrestre crea una regione di spazio che circonda il pianeta chiamata magnetosfera. La magnetosfera assomiglia essenzialmente al campo magnetico di un magnete a barra molto grande allineato vicino all'asse terrestre, sebbene la magnetosfera possa deformarsi mentre interagisce con particelle cariche. La magnetosfera ci protegge dal vento solare, che contiene particelle cariche . Le interazioni tra queste particelle e le linee del campo magnetico sono ciò che dà origine alle aurore. Il fenomeno del magnetismo viene utilizzato in tutti i tipi di applicazioni quotidiane. Il fenomeno dell'elettromagnetismo consente noi per convertire l'energia meccanica in energia elettrica nei generatori elettrici. I generatori elettrici usano mezzi meccanici per girare una turbina (che soffia vento o acqua corrente) che cambia un campo magnetico rispetto alle bobine di filo, inducendo corrente a fluire. I motori elettrici sono essenzialmente l'opposto dei generatori elettrici, usando l'elettromagnetismo per convertire l'energia elettrica in energia meccanica, sia che si tratti di un trapano elettrico, di un miscelatore o di un veicolo elettrico. Gli elettromagneti industriali sono magneti giganti con campi magnetici molto potenti che consentono loro di raccogliere vecchi veicoli nel deposito . Le macchine per risonanza magnetica utilizzano forti campi magnetici per creare immagini dei tuoi interni e consentire ai medici di diagnosticare tutta una serie di condizioni mediche.
Tipi di magnetismo
descrive alcuni materiali che possono essere debolmente attratti dai magneti ma che lo fanno non mantengono un campo magnetico permanente. In presenza di un campo esterno, formeranno campi magnetici indotti interni che si allineano. Ciò può comportare un'amplificazione temporanea del campo magnetico complessivo. Esistono molti tipi diversi di materiali paramagnetici, tra cui anche alcune pietre preziose.
è una proprietà esibita da tutti i materiali, ma che è tipicamente più evidente nei materiali che riteniamo non magnetici . I materiali diamagnetici sono respinti debolmente dai campi magnetici. Nei magneti permanenti e nei materiali paramagnetici, gli effetti del diamagnetismo sono trascurabili.
si verifica quando la corrente elettrica viene fatta passare attraverso un filo. Quel filo può essere avvolto attorno a una sbarra di ferro per amplificare l'effetto mentre il ferro creerà il proprio campo magnetico che si allinea con il campo esterno. Questa forma di magnetismo è il risultato diretto del fatto che il movimento degli elettroni crea un campo magnetico. (Ancora una volta, l'elettricità e il magnetismo sono due facce della stessa proprietà fisica fondamentale!)
descrive come alcuni materiali - chiamati materiali ferromagnetici - formano magneti permanenti, che sono discussi più dettagliatamente in la sezione successiva.
Materiali ferromagnetici
- significa "ferro")
Magneti a barra, dipoli e proprietà magnetiche
Campo magnetico terrestre
Esempi
