Mokslas apie tai, kaip veikia magnetai

Andrew Brookesas / Getty Images

Magneto sukuriama jėga yra nematoma ir paslaptinga. Ar kada nors susimąstėte kaip veikia magnetai ?

Pagrindiniai dalykai: kaip veikia magnetai

• Magnetizmas yra fizinis reiškinys, kai medžiaga pritraukiama arba atstumiama magnetinio lauko.
• Du magnetizmo šaltiniai yra elektros srovė ir elementariųjų dalelių (pirmiausia elektronų) sukimosi magnetiniai momentai.
• Stiprus magnetinis laukas susidaro, kai medžiagos elektroniniai magnetiniai momentai yra suderinti. Kai jie yra netvarkingi, magnetinis laukas medžiagos nei stipriai traukia, nei atstumia.

Kas yra Magnetas?

Magnetas yra bet kokia medžiaga, galinti sukurti a magnetinis laukas . Kadangi bet koks judantis elektros krūvis sukuria magnetinį lauką, elektronų yra mažyčiai magnetukai. Ši elektros srovė yra vienas iš magnetizmo šaltinių. Tačiau daugumoje medžiagų elektronai yra atsitiktinai orientuoti, todėl grynojo magnetinio lauko yra mažai arba jo nėra. Paprasčiau tariant, elektronai magnete linkę būti orientuoti taip pat. Tai natūraliai nutinka daugelyje jonų, atomų ir medžiagų, kai jie atšaldomi, tačiau kambario temperatūroje tai nėra taip įprasta. Kai kurie elementai (pvz., geležis, kobaltas ir nikelis) kambario temperatūroje yra feromagnetiniai (gali būti įmagnetinti magnetiniame lauke). Dėl šių elementai , elektrinis potencialas yra mažiausias, kai valentinių elektronų magnetiniai momentai yra suderinti. Daugelis kitų elementų yra diamagnetinis . Nesuporuoti atomai diamagnetinėse medžiagose sukuria lauką, kuris silpnai atstumia magnetą. Kai kurios medžiagos visiškai nereaguoja su magnetais.

Magnetinis dipolis ir magnetizmas

Atominis magnetas dipolis yra magnetizmo šaltinis. Atominiame lygmenyje magnetiniai dipoliai daugiausia yra dviejų tipų elektronų judėjimo rezultatas. Aplink branduolį vyksta orbitinis elektrono judėjimas, kuris sukuria orbitinį dipolio magnetinį momentą. Kitas elektronų magnetinio momento komponentas yra dėl suktis dipolio magnetinis momentas. Tačiau elektronų judėjimas aplink branduolį iš tikrųjų nėra orbita, taip pat sukimosi dipolio magnetinis momentas nėra susijęs su tikruoju elektronų „sukimu“. Nesuporuoti elektronai linkę prisidėti prie medžiagos gebėjimo tapti magnetiniais, nes elektronų magnetinio momento negalima visiškai panaikinti, kai yra „nelyginių“ elektronų.

Atominis branduolys ir magnetizmas

Protonai ir neutronai branduolyje taip pat turi orbitinį ir sukimosi kampinį momentą bei magnetinius momentus. Branduolinis magnetinis momentas yra daug silpnesnis už elektroninį magnetinį momentą, nes nors skirtingų dalelių kampinis momentas gali būti palyginamas, magnetinis momentas yra atvirkščiai proporcingas masei (elektrono masė yra daug mažesnė nei protono ar neutrono). Silpnesnis branduolio magnetinis momentas yra atsakingas už branduolinį magnetinį rezonansą (BMR), kuris naudojamas magnetinio rezonanso tomografijai (MRT).

Šaltiniai

• Cheng, David K. (1992). Lauko ir bangų elektromagnetika . Addison-Wesley Publishing Company, Inc. ISBN 978-0-201-12819-2.
• Du Trémolet de Lacheisserie, Etjenas; Damienas Gignoux; Michelis Schlenkeris (2005). Magnetizmas: pagrindai . Springeris. ISBN 978-0-387-22967-6.
• Kronmuleris, Helmutas. (2007). Magnetizmo ir pažangių magnetinių medžiagų vadovas . Johnas Wiley ir sūnūs. ISBN 978-0-470-02217-7.