Czym jest obrazowanie?

Magnetyzacja, zwana również magnetyzacją lub polaryzacją magnetyczną, jest gęstością magnetycznych momentów dipolowych, które są indukowane w materiale magnetycznym po umieszczeniu w pobliżu magnesu.

Efekty magnetyczne materiału mogą być również indukowane przez przepuszczanie prądu elektrycznego przez materiał.

Efekt magnetyczny jest spowodowany ruchem elektronów w atomach lub spinem elektronów lub jąder (Magnetization and Magnetic Intensity, 2016).

Z prostego punktu widzenia jest to przemiana materiału (zwykle żelaza) w magnes. Namagnesowanie nazwy wywodzi się z francuskiego słowa aimantation, które przekłada się na magnes.

Po umieszczeniu w niejednorodnym polu materia jest przyciągana lub odpychana w kierunku gradientu pola. Ta właściwość jest opisana przez podatność magnetyczną materii i zależy od stopnia namagnesowania materii w polu.

Magnetyzacja zależy od wielkości momentów dipolowych atomów w substancji i stopnia, w jakim momenty dipolowe są wyrównane względem siebie.

Niektóre materiały, takie jak żelazo, wykazują bardzo silne właściwości magnetyczne dzięki wyrównaniu momentów magnetycznych ich atomów w pewnych małych obszarach zwanych domenami.

W normalnych warunkach różne domeny mają pola, które się wzajemnie anulują, ale mogą być również wyrównane, aby wytworzyć bardzo duże pola magnetyczne.

Kilka stopów, takich jak NdFeB (stop neodymu, żelaza i boru), utrzymuje swoje domeny w równowadze i służy do wytwarzania magnesów trwałych.

Silne pole magnetyczne wytwarzane przez typowy trzy milimetrowy magnes tego materiału jest porównywalne do elektromagnesu wykonanego z miedzianej pętli przenoszącej prąd kilku tysięcy amperów. Dla porównania, prąd w typowej żarówce wynosi 0, 5 A.

Ponieważ wyrównanie domen materiału wytwarza magnes, dezorganizacja uporządkowanego wyrównania niszczy magnetyczne właściwości materiału.

Mieszanie termiczne wynikające z ogrzewania magnesu w wysokiej temperaturze niszczy jego właściwości magnetyczne (Edwin Kashy, 2017).

Definicja i charakterystyka magnetyzacji

Magnetyzacja lub magnetyzacja M dielektryka jest definiowana przez:

Gdzie N jest liczbą dipoli magnetycznych na jednostkę objętości, a μ jest momentem magnetycznym dipola na dipol (Griffiths, 1998). Magnesowanie można również zapisać jako:

Gdzie β to zdolność magnetyczna.

Efektem magnetyzacji jest wywołanie połączonych gęstości prądu w materiale

I prąd powierzchniowy złączony na jego powierzchni

Gdzie jest jednostka wskazująca normalnie na zewnątrz (Weisstein, 2007).

Dlaczego niektóre materiały mogą być namagnesowane, a inne nie?

Właściwości magnetyczne materiałów są związane z parowaniem spinów w ich atomach lub cząsteczkach. To zjawisko mechaniki kwantowej.

Pierwiastki takie jak nikiel, żelazo, kobalt i niektóre pierwiastki ziem rzadkich (dysproz, gadolin) wykazują unikalne zachowanie magnetyczne zwane ferromagnetyzmem, żelazo jest najczęstszym i najbardziej dramatycznym przykładem.

Te materiały ferromagnetyczne przedstawiają zjawisko uporządkowania dalekiego zasięgu na poziomie atomowym, które powoduje, że spiny niesparowanych elektronów są wyrównane równolegle do siebie w regionie zwanym domeną.

W obrębie domeny pole magnetyczne jest intensywne, ale w próbce zbiorczej materiał normalnie nie magnesuje, ponieważ wiele domen będzie losowo zorientowanych względem siebie.

Ferromagnetyzm przejawia się w tym, że małe pole magnetyczne narzucone zewnętrznie, powiedzmy z solenoidu, może spowodować, że domeny magnetyczne zrównają się ze sobą i mówi się, że materiał jest namagnesowany.

Pole magnetyczne będzie wówczas zwiększane o duży współczynnik, który zwykle jest wyrażany jako względna przepuszczalność dla materiału. Istnieje wiele praktycznych zastosowań materiałów ferromagnetycznych, takich jak elektromagnes (Ferromagnetyzm, SF).

Od 1950 r., A zwłaszcza od 1960 r., Odkryto, że kilka związków związanych jonowo jest ferromagnetycznych, z których niektóre są izolatorami elektrycznymi. Inne mają przewodnictwo o wielkości typowej dla półprzewodników.

Powyżej punktu Curie (zwanego również temperaturą Curie) spontaniczne namagnesowanie materiału ferromagnetycznego znika i staje się paramagnetyczne (to znaczy pozostaje słabo magnetyczne).

Dzieje się tak, ponieważ energia cieplna jest wystarczająca do pokonania sił wewnętrznego wyrównania materiału.

Temperatury Curie dla niektórych ważnych materiałów ferromagnetycznych to: żelazo, 1043 K; Kobalt, 1394 K; Nikiel, 631 K; I gadolin, 293 K (Encyclopædia Britannica, 2014).

Materiały, które nie mają właściwości magnetycznych, nazywane są diamagnetycznymi. Dzieje się tak, ponieważ wykazują one parowanie spinowe w swoich orbitali atomowych lub orbitali molekularnych.

Sposoby namagnesowania materiału

1- Wcieraj metal mocnym magnesem

1. Zbierz niezbędne materiały. Aby namagnesować metal za pomocą tej metody, potrzebujesz tylko silnego magnesu i kawałka metalu o znanej zawartości żelaza. Metale bez żelaza nie będą magnetyczne.
2. Zidentyfikuj biegun północny magnesu. Każdy magnes ma dwa bieguny, biegun północny i biegun południowy. Biegun północny jest stroną ujemną, podczas gdy biegun południowy jest stroną dodatnią. Niektóre magnesy mają oznaczone na nich bieguny.
3. Przeciągnij biegun północny od środka metalu do końca. Mocnym naciskiem szybko przepuść magnes przez kawałek metalu. Akt wcierania magnesu w metal pomaga atomom żelaza wyrównać w jednym kierunku. Wielokrotne głaskanie metalu daje atomom więcej możliwości ustawiania się w linii.
4. Sprawdź magnetyzm. Dotknij metalu na kilka klipów lub spróbuj przykleić go do lodówki. Jeśli klipsy przyklejają się lub pozostają w lodówce, metal staje się wystarczająco namagnesowany. Jeśli metal nie magnesuje, kontynuuj pocieranie magnesu w tym samym kierunku przez metal.
5. Kontynuuj pocieranie magnesu o obiekt, aby zwiększyć magnetyzm. Pamiętaj, aby za każdym razem pocierać magnes w tym samym kierunku. Po dziesięciu uderzeniach sprawdź ponownie magnetyzm. Powtarzaj, aż magnes będzie wystarczająco mocny, aby podnieść klipsy. Jeśli zostanie potarty w kierunku przeciwnym do bieguna północnego, spowoduje to rozmagnesowanie metalu (jak magnesować metal, SF).

2- Utwórz elektromagnes

1. Do wykonania elektromagnesu potrzebny jest izolowany przewód miedziany, kawałek metalu o znanej zawartości żelaza, bateria 12 V (lub inne źródło prądu stałego), separatory drutu i przecinarki elektryczne oraz taśma izolacyjna.
2. Owiń izolowany przewód wokół kawałka metalu. Weź drut i zostaw ogon o cal, owinąć drut wokół metalu kilkadziesiąt razy. Im więcej razy cewka zostanie owinięta, tym silniejszy będzie magnes. Zostaw także ogon na drugim końcu drutu.
3. Usuń końce drutu miedzianego. Używając niszczarek drutu, usuń co najmniej ¼ cala do ½ cala z obu końców drutu. Miedź musi być odsłonięta, aby mogła wejść w kontakt ze źródłem zasilania i dostarczyć energię elektryczną do systemu.
4. Podłącz kable do akumulatora. Weź pusty koniec drutu i owinąć go wokół ujemnego bieguna akumulatora. Za pomocą taśmy elektrycznej zabezpiecz ją na miejscu i upewnij się, że metalowy drut dotyka przewodu. Drugim kablem owinąć go i zabezpieczyć wokół dodatniego zacisku akumulatora.
5. Sprawdź magnetyzm. Kiedy bateria jest prawidłowo podłączona, zapewni prąd elektryczny, który powoduje, że atomy żelaza ustawiają się w linii, tworząc bieguny magnetyczne. Prowadzi to do namagnesowania metalu. Dotknij metalem niektórych klipów i sprawdź, czy możesz je podnieść (Ludic Science, 2015).