Magnēts — definīcija, veidi un īpašības

Uzzini, kas ir magnēts — definīcija, magnētu veidi (pastāvīgie, elektromagnēti), īpašības, materiāli un piemēri ar praktisku pielietojumu ikdienā un tehnoloģijās.

Magnēts ir objekts, kas rada magnētisko lauku un spēj piesaistīt vai atgrūst citus magnētiskus materiālus. Daži magnēti ir izgatavoti no metāls, bet tiek ražoti arī magnēti no keramikām un sakausējumiem. Ja magnēts atrodas tuvu magnētiski reaģējošam materiālam vai citam magnētam, tad to mijiedarbību nosaka poli (ziemeļu—N un dienvidu—S pols): pretēji poli viens otru piesaista, bet vienādi poli viens otru atgrūž. To sauc par magnētismu. Magnēti var arī nograndzināt vai magnetizēt citus materiālus — piemēram, dažus priekšmetus var pārvērst par pagaidu magnētiem, berzējot tos ar stipru magnētu.

Tipi un iedalījums

• Pastāvīgie (cietie) magnēti: saglabā savu magnetizāciju ilgstoši. Kā piemēri minami Neodīma dzelzs bora (NdFeB) un Alnico magnēti. Citas grupas — ferīta (keramiskie) un samārija‑kobalta magnēti.
• Elektromagnēti: magnētiskais lauks rodas, kad caur vadu plūst elektriskā strāva. Bieži serdē izmanto mīkstos magnētus jeb materiālus ar mazu koercivitāti, kuri viegli magnetizējas un demagnetizējas. Elektromagnētos serdes materiāls pastiprina magnētisko lauku — ar pareizu serdi lauka stiprums var būt daudzreiz lielāks nekā bez tās.
• Pagaidu (mīkstie) magnēti: materiāli, kas kļūst magnētiski tikai strāvas vai ārēja magnētiska lauka ietekmē un pēc tam zaudē magnētismu.

Īpašības un fizikālā būtība

• Magnētisko lauku rada elektronu kustība un to spins atomu līmenī; feromagnētiskos materiālos atsevišķu atomu magnētiskie momenti sakārtojas paralēli, veidojot domēnus.
• Domēnu orientāciju var mainīt ar ārēju lauku, un materiāla spēja saglabāt magnētismu pēc laukam noņemšanas tiek raksturota ar remanenci un koercivitāti.
• Magnētiskā lauka līnijas iziet no N pola uz S polu, un magnētu laukus bieži modelē kā dipōlus — laukam tālāk no magnēta stiprums samazinās strauji (dipola lauks ārpus magnēta samazinās aptuveni atkarībā no attāluma līdz trešajai pakāpei).
• Nav novēroti izolēti magnētiski monopoli (vienpolus); magnēta galā vienmēr būs gan N, gan S poles.
• Temperatūras ietekme: materiāla magnētisms samazinās, tuvojoties tā Kurija punktam (Curie temperature). Kurija temperatūra ir atšķirīga dažādiem materiāliem — piemēram, tīra dzelzs Kurija temperatūra ir apmēram 770 °C. Augsta temperatūra var pilnībā demagnetizēt pastāvīgos magnētus.

Materiāli, ko magnēti piesaista

Magnēti piesaista galvenokārt feromagnētiskus elementus un sakausējumus. Galvenie magnētiskie elementi ir dzelzs, kobalts un niķelis. Metāli, kuru sastāvā ir dzelzs, piemēram, tērauds, labi reaģē uz magnētisko lauku.

Nemagnētiski vai vāji magnētiski materiāli: tādi metāli kā misiņš, varš, cinks un alumīnijs parasti neizjūt spēcīgu pievilkšanu no magnētiem. Nemagnētiski materiāli, piemēram, koks un stikls, magnētus nepiesaista.

Praktiskie pielietojumi

• Elektriskie motori un ģeneratori — magnēti un elektromagnēti pārvērš elektrisko enerģiju mehāniskā un otrādi.
• Magnētiskā datu glabāšana — cietie diski un joslu datu nesēji izmanto magnētiskus materiālus informācijas ierakstīšanai.
• Skaļruņi un klausules — magnēti veido pastāvīgo lauku, kuru izmanto skaņas reproducēšanai.
• Medicīna — magnētiskā rezonanse (MRI) izmanto spēcīgus elektromagnētiskos laukus.
• Celtniecība un rūpniecība — krāni ar elektromagnētiem pārvieto metāla detaļas, magnētiskie sensori mēra pozīciju vai strāvu.
• Zinātne un izglītība — kompass, demonstrācijas par magnētisma pamatprincipiem.

Drošība un kopšana

• Stiprākie pastāvīgie magnēti, piemēram, Neodīma dzelzs bora, ir trausli (viegli lūst) un spēcīgi; tie var saplakties kopā un sabojāt ādu vai piederumus. Ar tiem jāstrādā uzmanīgi.
• Pastāv risks bojāt elektroniku — magnēti var ietekmēt cietā diska darbību, kredītkartes magnetiskos sloksnes un pacemakerus; cilvēkiem ar medicīniskām ierīcēm jāizvairās no stipriem magnētiem.
• Karstums demagnetizē pastāvīgos magnētus; glabāt sausā, mērenā temperatūrā un izvairīties no pārmērīgas saskares ar stipriem laukiem, ja nevēlaties zaudēt magnetizāciju.

Parasti sastopami pastāvīgo magnētu veidi

• Neodīma dzelzs bora (NdFeB): ļoti spēcīgi pastāvīgie magnēti ar augstu remanences un koercivitātes kombināciju; plaši izmanto elektronikas un rūpniecības ierīcēs, taču tie ir jutīgi pret karstumu.
• Alnico: sakausējumi no alumīnija, niķeļa, kobalta un dzelzs; izturīgi pret augstu temperatūru, bet parasti mazāk spēcīgi nekā NdFeB.
• Ferīta (keramiskie) magnēti: lēti, korozijizturīgi, bieži izmantoti ikdienas piederumos.
• Samārija‑kobalta: augsta temperatūras stabilitāte un laba magnētiskā izturība, taču dārgāki.

Magnēti ir fundamentāla daļa no daudzu mūsdienu tehnoloģiju darbības un ikdienas dzīves. Sapratne par to īpašībām, veidiem un drošības prasībām palīdz efektīvi un droši izmantot magnētus dažādās jomās.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir magnēts?

J: Kā magnēts mijiedarbojas ar citu objektu?

J: Kas notiek, kad magnēti saskaras ar noteiktiem metāliem?

J: Kā sauc spēku starp diviem magnētiem?

J: Vai visus metālus var pārvērst magnētos, berzējot tos pret magnētu?

J: Vai ir dažādi magnētu veidi?

J: Kā zināt, kurš magnēta polis (puse) jāizmanto, lai piesaistītu kādu priekšmetu?

Meklēt pēc burta