Магнит

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Магнит във формата на конска подкова

Магнит (на гръцки: μαγνήτης λίθος, magnḗtis líthos, означаващо камък от Магнезия) е тяло или предмет, което притежава собствено магнитно поле. Магнитното поле е невидимо, но е отговорно за най-важното свойство на магнитите: силата с която привличат или отблъскват феромагнитни материали като например желязо. Магнезия, откъдето идва името, е област в Древна Гърция, където са намерени залежи от магнетит. Най-ранните описания на магнити, запазени до днес са от Гърция, Индия и Китай и датират от преди около 2500 години.[1][2][3] През 12-ти и 13-ти век компасите, използвани за навигация в Европа и Китай са направени от магнити.[4]

За най-простия и най-малкия магнит може да се счита електронът. Магнитните свойства на всички останали магнити се обуславят от магнитния момент на електроните в тях.[5] Магнитите могат да се изработват в различна форма — като конска подкова, пръчка, диск и други по-екзотични форми.

Основни видове[редактиране | edit source]

Магнетит лодстоун

Постоянен магнит[редактиране | edit source]

Постоянният магнит е феромагнетик, който поставен временно в магнитно поле е способен да съхранява остатъчната магнитна индукция след изключване на външното магнитно поле. Материали, които могат да бъдат намагнитени и по принцип могат да бъдат привлечени силно от магнит, се наричат феромагнетици. Такива са желязо, никел, кобалт, някои сплави, както и съществуващи в природата руди и минерали. Постоянните магнити, които се срещат в природата и са използвани като източници на самостоятелно магнитно поле, имат характерни магнитни полета до 1 Т. Елементарен пример за такива постоянни магнити са тези, които се поставят на хладилника.

Феромагнитните материали могат да се разделят на „меки“ — такива, които могат да бъдат намагнитени, но не остават дълго такива и „твърди“ — такива, които са изработени при специални условия, намагнитени в много силни магнитни полета, което прави тяхното демагнетизиране почти невъзможно.

Електромагнит[редактиране | edit source]

Електромагнитите създават магнитното си поле вследствие протичането на електрически ток и параметрите му се определят от тока. Представлява намотка от проводник, която се държи като магнит при протичане на ток през нея, но престава да е магнит, когато токът е спрян. Обикновено намотката се навива около феромагнитен материал, което засилва магнитното поле.

Характеристики на магнитите[редактиране | edit source]

Магнитно поле[редактиране | edit source]

Железни стърготини, които са се подредили по магнитното поле на постоянен магнит

Английският физик Майкъл Фарадей пръв стига до извода, че постоянните магнити взаимодействат посредством създадените от тях полета. Всеки магнит е източник на магнитно поле, което изпълва пространството около него и му придава нови свойства. Тези свойства се изразяват например в това, че на всеки друг магнит, поставен в полето, действа сила. Магнитното поле на земята действа на стрелката на компаса със сили, които я завъртат в посока север — юг. По този начин магнитните сили действат от разстояние, а непосредствено — те се пораждат от полето на мястото, където се намира магнитната стрелка, и са приложени върху нея.

Магнитен момент[редактиране | edit source]

Магнитният диполен момент на атома е свързан с орбиталното движение на електроните около атомното ядро, както и с въртенето на последните около собствената им ос (спин на електроните). Поради квантовите явления в атома, магнитния момент не може да се измери. Възможно е да се измери само проекцията на последния върху дадена ос, която е прието да се означава със z.

Намагнитване[редактиране | edit source]

Намагнитването е свойство на магнитите, което определя степента на въздействие върху последните от приложено от външен източник магнитно поле. Намагнитването се дефинира като количество магнитен момент за единица обем. Произходът на магнитните моменти, които са причина за намагнитването, се разглежда на ниво атоми и е свързан с орбиталното движение на електроните както и с техния спин. В някои материали (напр. феромагнити) намагнитването съществува дори без прилагане на магнитно поле (спонтанно намагнитване). При други видове материали, намагнитването се индуцира само при наличие на приложено магнитно поле от външен източник. В някои материални среди магнитното поле не е хомогенно, а функция на положението в пространството.

Магнитни полюси[редактиране | edit source]

Модел на Ампер, на който се виждат двата полюса на магнита и съдаденото около тях магнитно поле

Макар че идеята за полюси е много удобна за практически нужди, тя не бива да се приема буквално. Магнитът няма различни частици или различно естество на материала на двата си края, които условно е прието да се наричат северен N и южен S полюс. Ако магнит се счупи на две с намерението да се отделят двата полюса, всъщност всяка една от частите се превръща в магнит с два полюса. Макар че теоретично няма забрана за съществуването на магнитен монопол, засега такъв не е открит. Разноименните полюси се привличат, а едноименните се отблъскват. Също така понеже Земята е всъщност един огромен магнит, тя също притежава полюси, но има разлика между северен магнитен полюс и северен географски полюс (важи и за южните). С течение на времето магнитните полюси на земята се менят.

Разлика между географски и магнитни полюси
  • Модел на Гилберт — при този подход повърхностите на двата полюса се разглеждат като покрити с „магнитен заряд“ и ако се знае неговото разпределение, може да се построи точна картина на магнитното поле извън магнита. Този метод обаче не може да даде точната картина на магнитното поле вътре в магнита.[6]
  • Модел на Ампер — според този модел намагнитването се дължи на микроскопични, на ниво атом, кръгови токове. Използвайки правилото на дясната ръка, може да се намери тяхната посока. Този модел дава точна картина както за вътрешните, така и за външните полета. Това разбира се е само модел и тези миниатюрни токове не са само в краищата на магнита, а са разпределени по цялата дължина на магнита.

Магнитна проницаемост[редактиране | edit source]

Материалите, които силно се привличат от магнита, се характеризират с висока магнитна проницаемост. Такава група материали са феромагнитите, чиито представители са желязото, кобалтът, никелът и гадолиният, сплавите на тези вещества помежду им и с някои други метали, както и някои сплави на неферомагнитни метали. Относителната магнитна проницаемост на феромагнитните вещества е много по-голяма от единица и зависи от интензитета на намагнитващото поле и от магнитното състояние на тялото. Други материали съвсем слабо се привличат от магнитното поле и се наричат парамагнити — такъв е например кислородът в течно състояние, както и манганът и алуминият. Парамагнитите се отнасят към слабомагнитните вещества и тяхната магнитната проницаемост незначително се отличава от единица μ~1. Водата от друга страна има толкова ниска магнитна проницаемост, че на практика леко се отблъсква от магнитното поле — тя принадлежи към групата на диамагнетиците. В отсъствие на външно магнитно поле диамагнетиците са немагнити. Магнитната им възприемчивост е винаги отрицателна. Всички предмети имат някаква магнитна проницаемост: хората, газовете и дори космическият вакуум.

Единици и приложение[редактиране | edit source]

Единица мярка за магнитен поток в SI е вебер (Wb), за магнитна проницаемостхенри на метър (H/m), а за интензитет на магнитно полетесла (T).

Магнитен сепаратор на тежки минерали
  • Електродвигатели и електрически генератори: те се основават на комбинацията от постоянни и електромагнити. Електродвигателите преобразуват електрическа в механична енергия. От друга страна генераторите преобразуват механична в електрическа енергия при движение на проводник в магнитно поле.
  • Трансформатори: това са устройства без движещи се части, които пренасят променливотокова електрическа енергия от една верига към друга посредством магнитна връзка. Обикновено се състоят от две или повече намотки и в повечето случаи съдържат магнитопроводи. Първичната намотка, при подадено към нея напрежение, създава променлив магнитен поток в околната магнитна среда. Промените в този магнитен поток индуцират напрежение във вторичната намотка. Ако навивките на вторичната намотка са повече от навивките на първичната, то трансформаторът е повишаващ и обратно — ако са по-малко е понижаващ.
  • Релетата са електрически проводници, намотани на бобина със сърцевина от феромагнитен материал. Котвата е пластина от магнитен материал, която чрез лостче управлява контактите. При пропускане на електричен ток през намотката на електромагнита възниква магнитно поле, което притегля котвата към сърцевината и тя превключва контактите.
  • Компасите представляват постоянни магнити, които се въртят свободно около ос и показват посоките, използват се главно в навигацията. Стрелката се ориентира по посоката на линиите на магнитното поле на земята.
  • Изкуство: магнитите намират различни приложения в изкуството
Магнитите често се използват в играчки.
  • Играчки: поради способността на магнитите да се привличат, отблъскват или дори левитират, те са интересно занимание за децата и се използват за направата на играчки със забавен или образователен ефект.
  • Бижутерия — магнитите се използват за направата на ювелирни изделия, заключалката на огърлици и гривни се манипулира лесно, ако е на магнитна основа. Съществуват и гривни, които са направени изцяло от отделни магнити.
  • Маглев: това е високоскоростен влак, който се движи и управлява от магнитни сили. Името е съкращение от магнитна левитация. За разлика от традиционните влакове той няма колела и не се докосва до релси. Между него и основата има въздушна възглавница, създавана от мощни електромагнити. Поради тази причина единственото триене е съпротивлението на въздуха.
  • Токамак — експериментално устройство с тороидална форма (подобна на кравай), в което се създава и удържа термоядрена плазма посредством силни магнитни полета, създавани от огромни електромагнити. Главната цел на провежданите експерименти е да се постигне управляем термоядрен синтез.
  • Магнитите намират още много други приложения в ежедневието, промишлеността и науката — датчици, в камерата на Уилсън, в електронно лъчеви тръби и много други.

Външни препратки[редактиране | edit source]

Източници[редактиране | edit source]

  1. Fowler, Michael. Historical Beginnings of Theories of Electricity and Magnetism. // 1997. Посетен на 2008-04-02.
  2. Vowles, Hugh P.. Early Evolution of Power Engineering. // 'Isis' 17 (2). University of Chicago Press, 1932. DOI:10.1086/346662. с. 412-420 [419-20].
  3. Li Shu-hua, „Origine de la Boussole 11. Aimant et Boussole,“ Isis, Vol. 45, No. 2. (Jul., 1954), p.175
  4. Schmidl, Petra G.. Two Early Arabic Sources On The Magnetic Compass. // Journal of Arabic and Islamic Studies 1. 1996-1997. с. 81-132.
  5. Статья о полях. (2010) http://wiseinit.blogspot.com/2010/01/magnet.html
  6. Griffiths, David J.. Introduction to Electrodynamics (3rd ed.). Prentice Hall, 1998. ISBN 0-13-805326-X., section 6.1.