Magneten: wat, typen, belangrijke feiten die beginners moeten weten

Inhoud

• Geschiedenis van magneten
• Soorten magnetische materialen
• Diamagnetische materialen
• Paramagnetische materialen
• Ferromagnetische materialen
• Soorten magneten
• Harde magneten en zachte magneten
• Permanente magneet en elektromagneet
• Toepassingen van elektromagneten

Geschiedenis van magneten

Van lodestones (of magnetiet) kregen mensen eerst een idee over de werking van magneten, dit zijn gemagnetiseerde stukjes ijzererts die in de natuur worden gevonden. Het woord magneet kwam uit het Grieks, uit het land genaamd "Magnesia", een deel van het oude Griekenland waar lodestones werden gevonden. Tegen het einde van de 12e eeuw na Christus werden magneten gebruikt en magnetische kompassen werden gebouwd en gebruikt in navigatie in verschillende delen van de wereld, zoals China, Europa, enz.

In principe zijn magneten materiaal dat magnetische velden produceert. Natuurkundigen Curie en Faraday merkten op dat bijna alle materialen bepaalde magnetische eigenschappen hebben en verdeelden ze volgens hun magnetische gedrag in drie categorieën:

• Diamagnetische materialen
• Paramagnetische materialen
• Ferromagnetische materialen

Soorten magneet:

Harde magnetische materialen: 

Harde magneten zijn over het algemeen ferromagnetische materialen die de mogelijkheid hebben om de magnetisatie gedurende een vrij lange tijd vast te houden, dwz het materiaal moet een hoge remanentie hebben.

Harde magneten moeten ook een hoge graad van hebben dwang, dwz alleen een grote omvang van het externe magnetische veld zou in staat moeten zijn om het restmagnetisme dat door het materiaal wordt vastgehouden, te elimineren.

Enkele voorbeelden van harde magnetische materialen zijn Alnico (een legering gevormd door de combinatie van ijzer, kobalt, aluminium, nikkel en koper) en lodestone (een natuurlijk voorkomend metaal).

Zachte magnetische materialen: 

Zachte magneten zijn ook ferromagnetische materialen die hun magnetisatie kunnen behouden zolang het externe magnetische veld naar buiten treedt, dwz ze hebben een lage remanentie. Ze hebben ook een lage coërciviteit, dat wil zeggen dat hun vastgehouden magnetisatie (hoewel zeer gering) zeer gemakkelijk kan worden geëlimineerd.

Daarom kunnen ze gemakkelijk worden gemagnetiseerd en gedemagnetiseerd.

Dit soort materialen (zachte magneten) worden gebruikt om een ​​elektromagneet te maken, aangezien een elektromagnetisch materiaal een lage remanentie en ook een lage coërciviteit moet hebben. Zacht ijzer is een geschikt materiaal als zachte ferromagneet.

.

De twee soorten magneten: permanente magneet en elektromagneet

Permanente magneten:

De materialen die hun ferromagnetische eigenschappen gedurende lange tijd bij normale kamertemperatuur kunnen behouden, kunnen worden geclassificeerd als permanente magneten.

Een hoge mate van remanentie (de magneet kan zijn magnetisme behouden in afwezigheid van extern magnetisch veld) en ook een hoge mate van coërciviteit (de magnetische eigenschap wordt niet weggevaagd door externe magnetische velden) is nodig om een ​​permanente magneet te zijn.

Permanente magneten moeten ook bestand zijn tegen mechanische belasting en temperatuurveranderingen. 

Zoals eerder vermeld, wordt een magnetisch veld geproduceerd door een veranderend elektrisch veld. Daarom wordt getheoretiseerd dat het magnetische veld van een permanente magneet een gevolg is van de uniforme rotatie van de elektronen in een bepaalde richting binnen de atomen van het materiaal, aangezien de bewegende elektrische lading een veranderend elektrisch veld produceert. Dit soort uniform ronddraaien van de elektronen in de atomen van een materiaal is in wezen te wijten aan de atomaire structuur en elektronische oriëntatie van het materiaal. Daarom hebben slechts een paar soorten stoffen het vermogen om een ​​magnetisch veld permanent in stand te houden of vast te houden.

Lodestone, Alnico, zoals vermeld in de harde magneten, kan een voorbeeld zijn van een permanente magneet. Uit de discussies die we hadden, kan worden afgeleid dat staal geschikter is voor de vervaardiging van permanente magneet dan ijzer, aangezien staal een veel hogere coërcitiewaarde heeft dan ijzer, hoewel ijzer een iets hogere remanentie heeft dan staal. Een aantal legeringen met vrij grote waarden van remanentie en coërciviteit zijn ontwikkeld voor de vervaardiging van permanente magneten. Zo'n legering met een zeer hoge coërciviteitswaarde wordt vocaal genoemd (een legering bestaande uit vanadium, ijzer en kobalt).

elektromagneten

Elektromagneten worden over het algemeen geconstrueerd door een materiaal (meestal ferromagnetische materialen) met een draad in een spoel te wikkelen en de draden aan te sluiten op een variabele voeding (zodat de stroom in de draden kan worden gevarieerd).

Hoe werkt een elektromagneet?

Wanneer er een stroom door de draden vloeit, wordt het magnetische veld dat door elk van de individuele spoellussen wordt geproduceerd, opgeteld bij het magnetische veld van de aangrenzende lussen, en al met al werkt het als een sterke staafmagneet met de verschillende noordpool en de zuidpool.

Deze resulterende staafmagneet met zijn aparte noord- en zuidpool is veel sterker dan elke permanente staafmagneet die naar believen kan worden gemagnetiseerd en gedemagnetiseerd, dwz hij kan zich alleen als een magneet gedragen als hij nodig is.

Het materiaal dat als kern wordt gebruikt, moet een hoge permeabiliteit, een lage remanentie en ook een lage coërciviteit hebben. In een elektromagneet kunnen het magnetische veld en de fluxdichtheid gemakkelijk worden gevarieerd volgens de stroom in de wikkelingen. Deze eigenschap van een elektromagneet wordt veel gebruikt in verschillende toepassingen, maar in tegenstelling tot een permanente magneet heeft deze een voeding nodig om te werken en ook voor de elektromagneet is er enig energieverlies bij magnetisatie en demagnetisatie van de kern, zoals eerder bestudeerd in de vorm van de hysteresislus.

De formatie van de Noordpool en de Zuidpool wanneer er stroom door de wikkelingen vloeit, hangt af van de richting waarin de stroom in de lussen stroomt. Waar de Noord- en Zuidpool zullen worden gevormd, kan worden voorspeld door het onderstaande diagram.

Factoren waarvan de sterkte van de elektromagneet afhangt

De magnetische veldsterkte of de magnetische fluxdichtheid is afhankelijk van de hoeveelheid stroom die door de wikkelingen stroomt en ook het aantal windingen in de spoel. Meer specifiek is de magnetische veldsterkte recht evenredig met beide, wat relevant is uit de uitdrukking van de magnetomotorische kracht, die als volgt is:

Magneto-aandrijfkracht (MMF) = IXN 

WAAR  is de stroom die door de wikkeling vloeit en N is het aantal windingen.

Een andere voorwaarde waarop de magnetische sterkte van een electromagneet hangt af van het materiaal dat als kern wordt gebruikt. Over het algemeen bestaat de kern uit ferromagnetisch materiaal met een hoge mate van permeabiliteit (de maat voor het gemak waarmee een magnetiserend veld een bepaald materiaal kan binnendringen of doordringen). Als we een niet-magnetisch materiaal zoals hout, plastic, enz. Gebruiken, kan worden aangenomen dat de kern uit vrije ruimte bestaat, aangezien de doorlaatbaarheid van dergelijk materiaal erg laag is en daarom de magnetische fluxdichtheid verwaarloosbaar zal zijn.

Toepassingen van elektromagneten

• Elektromagneten worden op grote schaal gebruikt in elektrische apparaten zoals elektrische bellen, inductieverhitters, elektrische ventilatoren, telegraaf, elektrische treinen, elektrische motor-generator enz.
• Ze worden gebruikt voor magnetische levitatie zoals in magneettreinen.
• Ze worden gebruikt in koptelefoons, luidsprekers, bandrecorders en zelfs in harde schijven van onze computers.
• Ze worden gebruikt als relais en in apparatuur zoals massaspectrometers en zelfs in deeltjesversnellers.
• Ze worden zelfs gebruikt voor medische doeleinden, zoals het verwijderen van stukjes ijzer uit wonden en ook in MRI-machines (Magnetic Resonance Imaging). 

Voor meer elektronica gerelateerd artikel klik hier

Lees ook:

• S gepolariseerd versus p gepolariseerd
• Soorten harmonische oscillator
• Kan fusie gecontroleerd worden?
• Wolken en mist
• Dynamische evenwichtsomstandigheden
• Waarom is de lucht blauw
• oplosbaarheid
• Numerieke problemen op zwaartekrachtklasse 9
• 4 belangrijke stadia van de zon
• Soorten katrol