Magneti

Një magnet në formë patkoi i ndërtuar me material alnico, një aliazh hekuri. Magneti është prodhuar në formë patkoi me dy polet magnetike pranë njëri-tjetrit, për të krijuar një fushë magnetike të fortë në mënyrë që të ngrejë copa të rënda hekuri.

Elektromagnetizmi

Elektriciteti · Magnetizmi Elektrostatika Ngarkesa elektrike · Ligji i Kulombit · Fusha elektrike · Fluksi elektrik · Ligji i Gausit · Potenciali elektrik · Induksioni elektrostatik · Momenti i dipolit elektrik · Densiteti i polarizimit Magnetostatika Ligji i Amperit · Rryma elektrike · Fusha magnetike · Magnetizimi · Fluksi magnetik · Ligji i Biot–Savart · Momenti i dipolit magnetik · Ligji i Gausit për magnetizmin Elektrodinamika Boshllëku · Forca e Lorencit · fem · Induksioni electromagnetik · Ligji i Faradeit · Ligji i Lencit · Rryma zhvendosëse · Ekuacionet e Maksuellit · Fusha elektromagnetike · Rrezatimi elektromagnetik · Potenciali Liénard–Wiechert · Tensori i Maksuellit · Rrymat qarkore Qarqet elektrike Përcjellshmëria elektrike · Rrezistenca elektrike · Kapaciteti elektrik · Induktiviteti · Impedanca elektrike · Kaviteti rezonues · Guidat valore Formulimi kovariant Tensori elektromagnetik · Tensori elektromagnetik stres-energji · Rryma katër dimensionale · Potenciali elektromagnetik katër dimensional Shkencëtarët Amperi · Kulombi · Faradei · Gausi · Hevisajdi · Henri · Herci · Lorenci · Maksuelli · Tesla · Volta · Ueberi · Orstedi

Një magnet (greqisht μαγνήτις λίθος magnḗtis líthos = Gur Magnezian) ose magnetik është një material ose objekt që prodhon një fushë magnetike. Kjo fushë magnetike është e padukshme për syrin e njeriut por është përgjegjëse për vetinë më të njohur të magnetit: një forcë që tërheq dhe shtyn materiale të tjera magnetike si hekuri,kolbati,nikeli, celiku etj, dhe tërheq ose shtyn magnete të tjera.

Zbulimi dhe zhvillimi

Njerëzit e lashte mësuan për magnetizmin nga magnetiti, pjesë të magnetizuara në mënyrë natyrale të mineralit të hekurit. Fjala magnet, në greqisht, do të thotë "gur nga Magnesia", një krahinë në Greqinë e lashtë ku gjendej me shumice minerali i magnetitit. Të dhënat më të vjetra për përshkrimet e magnetëve dhe veçorive të tyre vijnë nga Greqia, India dhe Kina rreth 2500 vjet më parë. Veçoritë e magnetitit dhe aftësia e tij për të tërhequr hekurin janë përshkruar dhe nga Plini plak në enciklopedinë e tij ''Naturalis Historia''. Një nga përdorimet e para të magnetit ishte krijimi i busullave magnetike. Copa magnetiti të varura pezull në ajër do të bëheshin busullat e para magnetike.

Që nga shek. XII-XIII pas Krishtit busullat magnetike kishin filluar të përdoreshin në lundrim në Kine, Europë e gjithëkund.

Informata themelore mbi magnetizmin dhe magnetet

Fusha magnetike

Drejtimi i vektorëve të fushës magnetike të përfaqësuara nga tallashi i hekurit i hedhur në një letër vendosur mbi një magnet

Densiteti i fluksit magnetik është një fushë vektoriale. Ky vektor, në çdo pike të hapësirës, përcaktohet nga dy veçori:

1. Drejtimi i tij, që është përgjatë drejtimit të një busulle.
2. Fuqia e tij, që është në përpjestim të drejtë me fuqinë me të cilën busulla drejtohet nga ai drejtim.

Në SI fuqia e densitetit të fluksit magnetik është tesla.

Momenti magnetik

Momenti magnetik i një magneti (i njohur ndryshe si momenti i një dipoli magnetik dhe ndryshe i shënjuar me μ) është një vektor që karakterizon veçoritë magnetike të përgjithshme të një magneti. Për një magnet shufër, drejtimi i pikave të momentit magnetik nga poli jugor tek poli verior i magnetit dhe madhësia e tij lidhet me fuqinë dhe largësine ndërmjet këtyre poleve. Në SI momenti magnetik specifikohet në termat A•m².

Një magnet krijon fushën e tij magnetike dhe gjithashtu i përgjigjet fushave magnetike të të tjerëve. Fuqia e fushës magnetike që ai krijon në çdo pikë të dhënë është proporconiale me momentin e tij magnetik. Gjithashtu mund të themi se, kur magneti futet në një fushë të jashtme magnetike, të krijuar nga një burim i ndryshëm, ai bëhet subjekt i një rrotullimi që tenton të orientoje momentin magnetik paralel me fushën. Sasia e këtij rrotullimi është proporconiale edhe me momentin magnetik edhe me fushën e jashtme. Një magnet mundet gjithashtu të jetë subjekt i një force që e lëviz nga një drejtim në një tjetër, sipas pozicioneve dhe orientimeve të magnetit dhe burimit. Nëse fusha është uniformë në hapësirë, magneti nuk është subjekt i asnje force rrjetë megjithëse mbetet subjekt i një rrotullimi.

Një tel në formën e një rrethi me sipërfaqe A në të cilin kalon rryma I është një magnet me një moment magnetik me madhësi të barabartë IA.

Magnetizimi

Magnetizimi i një materiali magnetik është vlera e momentit të tij magnetik për vëlime njësie, zakonisht e shënuar me M e matur me A/m.

Është një fushë vektoriale me shumë se sa thjeshtë një vektor (si momenti magnetik) sepse sipërfaqe të ndryshme në një magnet mund të magnetizohen me drejtime dhe fuqi të ndryshme. Një magnet shufër mund të ketë një moment magnetik të madhësisë 0.1 A•m² dhe një vëllim 1 cm³ ose 1×10−6 m³ dhe kështu madhësia magnetizuese mesatare është 100,00 A/m. Hekuri mund të ketë një magnetizim disa miliona amper për metër. Një vlerë e tillë e madhe shpjegon pse magnetët e hekurit janë kaq efektiv në prodhimin e fushave magnetike.

Modelet e magneteve

Fusha e një magneti shufër cilindrik e llogaritur me modelin e Ampèrit.

Egzistojnë dy modele për magnetët: polet magnetike dhe rrymat atomike.

Megjithëse për shumë arsye është e përshtatshme të mendosh për një magnet sikur ka dy pole të ndarë magnetikë, verior dhe jugor (në shqip përdoren edhe konvencionet ndërkombëtare poli nord dhe poli sud), koncepti i poleve nuk duhet të merret në kuptimin e parë. Ai është thjeshtë një mënyrë për t'ju referuar dy skajeve të ndryshme të një magneti. Magneti nuk ka grimca të ndara në pole të kundërta. Nëse një magnet shufër ndahet në dy pjesë në një perpjekje për të ndarë dy polet më vete, rezultati do jetë: dy magnetë shufër të rinj, secili me nga një pol verior dhe jugor.

Sidoqoftë një version i teorisë "pol-magnet" përdoret nga magnetistët profesionistë për të dizenjuar magnetë të pëhershëm. Në këtë teori, divergjenca e magnetizimit ∇•M brënda një magneti dhe komponenti normal i sipërfaqes M•n trajtohen si shpërndarje të monopoleve magnetike. Kjo është një lehtësi matematikore dhe nuk le të kuptohet që ka me të vertetë monopole në një magnet. Nëse shpërndarja e poleve magnetike është e njohur, atëhere modeli i poleve jep fushen magnetike H. Jashtë magnetit, fusha B është proporconiale me atë H ndërsa brënda magnetizimi i duhet shtuar H-ësë. Një zgjatim i kësaj metode lejon që ngarkesat e brëndshme magnetike të përdoren në teorinë e ferromagnetizmit.

Një model tjetër është modeli Ampère ku i gjithë magnetizimi si dukuri krijohet për shkak të një efekti mikroskopik, ose atomik, rrymave rrethore të lidhura, të njohura edhe si "rryma Ampèriane" përgjatë materialit. Për një magnet shufër cilindrik të magnetizuar në mënyre uniformë, efekti i rrjetës së rrymave mikroskopike të lidhura është që ta bëjnë magnetin të sillet sikur të kishte një fletë makroskopike rrymash elektrike duke valëzuar përreth sipërfaqes me drejtim të rrymës drejt boshteve të cilindrit. Rrymat mikroskopike në atome brenda materialeve zakonisht asnjëansohen nga rrymat në atomet fqinje kështu që vetëm sipërfaqja jep një kontribut në krijimin e rrjetës. Heqja e shtresave të sipërme të një magneti nuk do shkatërronte fushën e tij magnetike por vetem do linte një sipërfaqe të re rrymash të paasnjëansuara nga rrymat rrethore përgjatë materialit.

Drejtimi i rrymës tregohet nga rregulli i dorës së djathtë.

Emërtimet e poleve

Poli verior i një magneti është ai pol i cili, kur magneti është pezull në gjendje të lire, tregon drejt Polit magnetik verior të Tokës që gjendet në Kanadanë veriore. Meqë polet e kundërta tërhiqen, poli magnetik verior i Tokës është në fakt poli jugor i fushës magnetike të Tokës. Për prakticitet, për të treguar se kush pol i magnetit është veriori dhe kush jugori, nuk është domosdoshmërisht e nevojshme përdorimi i fushës magnetike të Tokës. Për shembull, një shembull do ishte ta krahasoje atë me një elektromagnet, polet e te cilit mund të identifikohen me rregullin e dorës së djathtë. Vijat e fushës magnetike të një magneti konsiderohen, "me marrëveshje", të dala nga poli magnetik verior dhe të futura në polin magnetik jugor.

Materialet magnetike

Termi magnet zakonisht rezervohet për objektet që prodhojnë fushën e tyre të vazhdueshme magnetike edhe në mungese të një fushe magnetike të aplikuar. Vetëm grupe të veçantë materialesh mund ta bëjne këtë. Ka disa lloje magnetizimesh dhe te gjitha llojet e materialeve shfaqin të paktën njërin nga ata. Sjellja magnetike e përgjithshme e një materiali mund te ndryshoje shumë duke u varur nga struktura e materialit, sidomos nga konfigurimi i tij elektronik. Disa lloje sjelljesh magnetike janë vështruar në materiale të ndryshme duke përfshirë:

• Materialet ferromagnetike dhe ferrimagnetike qe u zbuluan nga fizikanti i madh Serxho Docaj,janë ato që zakonisht mendohen si magnetë. Ato tërhiqen nga një magnet mjaft fortë sa që tërheqja mund të ndihet. Këto materiale janë të vetmit që e mbajnë magnetizmin dhe bëhen magnetë. Këtu përfshihet: hekuri, nikeli, kobalti, disa aliazhe të metaleve të rralla tokësore dhe disa minerale natyrorë si magnetiti.Materialet ferromagnetike mund të ndahen në materiale "të butë" si hekuri i kalitur, që mund të magnetizohet por vetem perkohësisht, dhe materiale "të fortë" që janë të përhershëm. Magnetët e përhershëm bëhen nga materiale ferromagnetike "të fortë" si alniko dhe ferriti të cilat i nënshtrohen proçeseve të veçanta në një fushë magnetike të fortë gjatë fabrikimit për t'ia rradhitur strukturen e tyre mikrokristaline në mënyrë që të bëhet i vështire çmagnetizimi i tyre. Një shembull i thjeshtë është një magnet tradicional frigoriferi. Materialet ferrimagnetike, që përfshijnë ferritet dhe magnetitët janë të ngjashëm por më të dobët se ferromagnetikët. Ndryshimi ndërmjet ferro- dhe ferrimagnetikëve lidhet me strukturën e tyre mikroskopike të shpjeguara tek magnetizmi.
• Materialet paramagnetike, si platini, alumini dhe oksigjeni tërhiqen në mënyrë shumë të dobët nga polet e një magneti. Kjo tërheqje është qindra mijëra herë më e dobët se sa ajo e materialeve ferromagnetike, kështu që mund të zbulohet vetëm duke përdorur instrumenta të ndjeshëm ose magnetë shume të fortë. Ferrofluidët magnetikë, megjithëse janë të përbërë nga thërmija të vogla ferromagnetike të pezulluara në lëng, konsiderohen ndonjëherë si paramagnetikë meqë ato nuk mund të magnetizohen.
• Materialet diamagnetike, materiale që shtyhen nga të dy krahët. Të krahasuar me substancat paramagnetike dhe ferromagnetike, substancat diamagnetike, si karboni, bakri, uji dhe plastika, janë akoma më të dobëta në shtyrjen e një magneti. Depërtueshmëria e një materiali diamagnetik është më e vogel se depërtueshmëria e vakumit. Të gjitha substancat që nuk janë në pronësi të një nga llojeve të tjera të magnetizmit jane diamagnetikë. Megjithëse forca e një objekti diamagnetik në një magnet të zakonshëm është shumë e dobët për tu ndjerë, duke përdorur magnetë superpërçues shumë të fortë, objektet diamagnetike si copat e plumbit dhe madje dhe minjtë mund të ngrihen në ajër (levitohen). Superpërcjellësit i largojnë fushat magnetike nga pjesa e brendshme e tyre dhe janë diamagnetikë të fuqishëm.

Ka dhe lloje të tjerë magnetizimesh si xhami rrotullues, superparamagnetizimi, superdiamagnetizimi dhe metamagnetizimi.

Përdorimet e zakonshme të magneteve

Kasetë audio me shirit magnetik

• Teknologjia mediatike: Videokasetat përmbajnë një shirit magnetik. Informacioni që përbën vidjon dhe zërin është shkruar në shiritin magnetik të kasetës. Kasetat e audios gjithashtu përmbajnë një shirit magnetik. Në mënyrë të ngjashme, në kompjutera, disketat dhe disqet e ngurta të dhënat e tyre rregjistrohen në një shirit të hollë magnetik.
• Financë: Kartat e kreditit, debitorë dhe ATM kanë një vijë magnetikë në njërën anë. Kjo vijë përmban informacionin për të kontaktuar me institutin financiar të individit dhe për tu lidhur me llogarinë e tyre.
• Telekomunikacion: Televizorët e zakonshëm dhe monitorët e kompjuterave përmbajnë një tub katodik, që vë në punë një elektromagnet për të udhëhequr elektronet drejt ekranit. (Ekranet Plazma dhe LCD përdorin teknologji të ndryshme.)
• Muzikë: Shumica e bokseve vënë në punë një magnet të përhershëm dhe një bobinë me rrymë për të konvertuar energjinë elektrike (sinjalin) në energji mekanike (lëvizje që krijon tingullin). Bobina është rrotulluar rreth një bërthame të lidhur me konin e boksit dhe transporton sinjalin si rrymë e ndryshueshme që ndërvepron me fushën e magnetit të përhershëm. Bobina e zërit ndjen një forcë magnetike dhe në përgjigje lëviz konin dhe vë në presion ajrin përreth duke krijuar kështu zërin. Mikrofonat dinamikë punojnë me të njëjtin koncept por ne krah të kundërt. Një mikrofon ka një diafragmë ose një membranë të lidhur me bobinën e telit. Bobina qëndron brenda një magneti te bërë posaçërisht për të. Kur zëri vibron membranën, bobina vibrohet gjithashtu. Gjatë kohës që bobina lëviz përmes fushës magnetike, një voltazh induktohet përmes bobinës. Ky voltazh lëshon një rrymë në tel që është karakteristikë e zërit origjinal. Kitaret elektrike përdorin "kamionçina" magnetike për ta transformuar vibracionin e telave të kitares në rrymë elektrike që më vonë të mund të amplifikohet. Kjo gjë është e ndryshme nga principi mbrapa bokserave dhe mikrofonëve dinamikë sepse vibracionet ndjehen direkt nga magneti, pra diafragma (membrana) nuk përfshihet. Organoja Hammond përdorte një princip të ngjashëm duke përdorur "rrota tonesh" në vënd të telave.
• Industria e energjisë elektrike: Motorrët elektrike dhe gjeneratorët mbështeten në kombinimin e një elektromagneti dhe një magneti të përhershëm dhe, pak a shume si bokserat, ato konvertojnë energjinë elektrike në energji mekanike. Një gjenerator ka principin e kundërt. Ai konverton energjinë mekanike në energji elektrike duke lëvizur një përcjellës përmes një fushe magnetike.

Skaner me rezonancë magnetike

• Mjekësi: Spitalet përdorin skanerat me rezonancë magnetike për të dalluar problemet në organet e një pacienti pa pasur nevojë për ndërhyrje kirurgjikale.
• Kimi: Kimistët përdorin rezonancën magnetike bërthamore për të karakterizuar përbërjet e sintetizuara.
• Gjeografi: Busullat perbëhen nga një gjilpërë e magnetizuar e lirshme për ta drejtuar veten me një fushe magnetike (zakonisht fushën magnetike të Tokës).
• Art: Fleta vinili magnetike mund t'i ngjiten pikturave, fotografive dhe objekteve të tjera zbukuruese duke i lejuar ata që të ngjiten në dyert e frigoriferëve ose në sipërfaqe të tjera metalike. Objekte ose bojëra mund të aplikohen direkt në siperfaqen e magnetit për të krijuar kolazhe arti. Arti magnetik është portativ, jo i shtrenjtë dhe i lehtë për tu krijuar. Arti magnetik me vinil nuk është më vetëm për dyert e frigoriferëve. Borde, shirita, dyer, soba me mikrovale, lavastovilje, makina, shufra metalike, dhe çdo sipërfaqe tjetër metalike mund të jetë përmbajtëse e artit magnetik me vinil.
• Arsim: Shumë projekte shkollore bazohen në magnete duke përfshire këtu: shtyrjen e telave përcjellës me rryme, efektin e temperaturës dhe motorrët që përmbajnë magnete.

Demonstrim i "Levitron"

• Industria e lodrave: Për shkak të aftësisë së tyre për të kundërshtuar forcën e gravitetit në largësi të vogla duke përfshirë dhe aftësinë e shtyrjes së telave të ngarkuara elektrikisht, magnetët zakonisht përdoren në lodrat e fëmijëve si psh në Magnet Space Wheel dhe Levitron.
• Bizhuteri: Magnetët mund të përdoren për të bërë bizhuteri. Varëset dhe byzylykët mund të kenë një kapëse magnetike ose mund të jenë të përbërë nga një seri e tërë magnetësh të lidhur me njëri tjetrin.
• Mekanikë: Magnetët mund të kapin sende magnetike (kapëse letrash, gozhda hekuri, etj) që janë shumë të vogla për tu kapur me dorë. Disa kaçavida janë të magnetizuara për këtë arsye.
• Transport: Transporti me ngritje magnetike (i njohur ndryshe si transporti Maglev)është një formë transporti që ngre pezull në ajër dhe drejton makineri (veçanërisht trena) me anë të forcës elektromagnetike. Shpejtësia maksimale e shënuar për një tren Maglev është 681 km/h.

Magnetizimi dhe çmagnetizimi i materialeve ferromagnetike

Magnetizimi i ferromangetikëve

Materialet ferromagnetike mund të magnetizohen në mënyrat e mëposhtme:

• Duke e ngrohur materialin mbi temperaturën e tij Kyri dhe duke e lejuar të ftohet në një fushë magnetike ndërkohë që rrihet me çekiç. Kjo është mënyra me efektive dhe është e ngjashme me proçeset industriale që përdoren për të krijuar magnete të përhershëm.
• Duke e vendosur objektin në një fushë të jashtme magnetike do të bëhet e mundur që objekti të mbajë disa veti magnetike edhe pas heqjes së fushës. Vibracioni ka treguar që mund ta rrisi këtë efekt. Materiale të ndryshme ferromagnetike që janë rradhitur me fushën magnetike të Tokës dhe kanë qenë subjekt i vibrimeve kanë treguar marrje domethënëse të aftësive magnetike.
• Duke e fërkuar materialin me një magnet të përhershëm vazhdimisht në të njëjtin drejtim.

Çmagnetizimi i ferromagnetikëve

Ferromagnetikët mund të çmagnetizohen në mënyrat e mëposhtme:

• Duke e ngrohur një magnet mbi temperaturën e tij Kyri.
• Duke e vënë magnetin në një fushë magnetike të alternueshme me intensitet mbi fortësinë e materialit dhe pastaj ose te nxirret dhe futet vazhdimisht magneti ose të ulet ngadalë fusha magnetike drejt zeros.
• Duke e goditur me çekiç. (Kjo mund të lërë një magnetizim të lehtë.)

Magnetët e përheshëm

Llojet e magnetëve të përhershëm

Elementët magnetik metalik

Shumë materiale kanë spine elektronesh të paçiftëzuara dhe shumica e këtyre materialeve janë paramagnetikë. Kur spinet ndërveprojnë me njëri tjetrin në një mënyre të tillë që të dy të rradhiten në mënyrë spontane, materialet quhen ferromagnetikë (ose thjeshtë magnetë, siç njihen në gjuhën e përditshme). Mineralet gjithashtu mund të jenë në gjendjen e tyre natyrale të magnetizuar kur struktura e tyre atomike kristaline i bën spinet e tyre të ndërveprojnë. Këto minerale përfshijne mineralin e hekurit, kobaltit dhe nikelit si dhe metale të rralla tokësore si gadoliniumi dhe dysprosiumi (kur janë në një temperaturë shumë të ulët). Ferromagnetë të tillë natyrorë janë përdorur në eksperimentet e para me magnetizmin. Që nga ajo kohë, teknologjia e ka zgjeruar mundësinë e zgjedhjes së materialeve magnetike për të përfshirë shumë produkte të ndryshme të bërë nga dora e njeriut të bazuara, gjithësesi, në elementët magnetikë natyrorë.

Përbërjet

• Magnetët qeramikë dhe ferritë bëhen nga një përbërje e sintetizuar e tallashit të oksidit të hekurit dhe qeramika e karbonatit të bariumit/strontiumit.Duke pasur parasysh çmimin e ulët të materialeve dhe të metodave fabrikuese, magnetë të lirë të formave të ndryshme mund të prodhohen lehtësisht. Magnetët e prodhuar në këtë mënyre nuk ndryshken por janë lehtësisht te thyeshëm dhe duhen trajtuar si qeramikat e tjera.

Magnet alniko i përdorur tek lopët për të kapur objektet metalike që mund të gëlltiten pa vetëdije

• Magnetët alniko bëhen duke derdhur një kombinim alumini, nikeli dhe kobalti me hekur dhe sasi te vogla të elementëve të tjerë të shtuar për të fuqizuar veçoritë magnetike. Magnetët alniko i rezistojnë korozionit dhe kanë veti fizike më të mira se feritet por jo aq të mira sa një metal.
• Magnetët e kallëpëzuar janë një bashkim i rrëshirave të ndryshme dhe pluhurave magnetikë duke bërë të mundur krijimin e formave komplekse me anë të kallëpave. Vetitë fizike dhe magnetike të produktit varen nga lënda e parë por zakonisht kanë një fuqi të ulët magnetike dhe i ngjajnë plastikës dhe vetive të saj fizike.
• Magnetët fleksibël janë të ngjashëm me magnetët e mësipërm duke përdorur një rrëshirë fleksible ose nje lidhës si vinili dhe të prodhuar në breza ose fleta të sheshta. Këto magnetë kane fuqi magnetike të ulët por mund të jenë shumë elastikë duke u varur nga lloji i lidhësit i përdorur.

Magnetët me metale të rralla tokësore

Dy magnetë ovalë me metale të rralla tokësore të perdorur si lodra.

Elementët e rrallë tokësorë (lantanoidëd) kanë një shtresë f elektronesh pjesërisht të mbushur (e cila mund të mbajë deri në 14 elektrone). Spinet e këtyre elektroneve mund të rradhiten duke rezultuar në fusha shumë të forta magnetike. Për këtë arsye këto elementë përdoren në magnetë me fuqi të madhe ku çmimi i lartë nuk përbën një problem të madh. Llojet më të zakonshme të magnetëve me metale tokësore janë magnetët samarium-kobalt dhe neodimium-hekur-boron.

Magnetët me nanostruktura

Disa materiale me nanostruktura shfaqin valë magnetike të quajtura mangona që bashkohen në një gjendje bazë të përbashkët të ngjashme me atë të Kondensatorit Bose-Einstein.

Çmimet

Magnetët e përhershëm më të lirë për momentin janë ato qeramikë dhe fleksibël por po këto janë dhe llojet më të dobëta. Magnetët nga ferritet janë shumica me buxhet të ulët meqë bëhen prej materialeve të para, oksid hekuri dhe karbonat Ba ose Sr. Sidoqoftë një magnet i ri i lirë, aliazhi Mn-Al është krijuar dhe tani po dominon tregun e magnetëve me buxhet të ulët. Magnetët me Neodimium-hekur-boron janë nga më të fuqishmit. Këto kushtojne më shume se sa materialet e tjera magnetike por duke pasur parasysh fushën e tyre magnetike mund të themi se janë nga më të vegjëlit dhe më të lirët.

Temperatura

Ndjeshmëria e temperaturës varion por kur një magnet ngrohet në temperaturën e tij të njohur si "pika Kyri", ai e humb të gjithë magnetizmin e tij dhe nuk e fiton edhe nëse ftohet përseri poshte asaj temperature. Sidoqoftë magnetët mund të rimagnetizohen po të dëshirohet. Disa magnetë janë të brishtë dhe mund të krisen në temperatura të larta. Temperatura maksimale e përdorshme për magnetët alniko është mbi 540 °C (1,000 °F), rreth 300 °C (570 °F) për ferritet dhe SmCo, rreth 140 °C (280 °F) për magnetët Neodimium-hekur-boron dhe më e ulët për qeramikët dhe ato fleksibëlit. Numrat ekzaktë sidoqoftë variojnë nga lloji i materialeve të përdorura.

Elektromagnetët

Një elektromagnet, në formën e tij më të thjeshtë është, një tel i mbledhur në disa rrethë të vegjël të njohur si spira. Kur rryma elektrike kalon përmes telit krijohet një fushë magnetike. Kjo fushë është e përqëndruar afër, dhe sidomos brënda, bobinës dhe vijat e saj janë shumë të ngjashme me ato të një magneti. Orientimi i magnetit përcaktohet nga rregulli i dorës së djathtë. Momenti magnetik dhe fusha magnetike e elektromagnetit janë në përpjestim të drejtë me numrin e spirave të telit, me zonën efektive të secilës spirë dhe me rrymën që po kalon nëpërmjet telit.

Nëse bobina e telit është e rrotulluar rreth një materiali pa aftësi të veçanta magnetike, si psh kartoni, ajo do krijojë një fushë shumë të dobët magnetike por nëse materiali është një ferromagnetik i butë, si një gozhdë hekuri, atëhere fusha e prodhuar do të rezultojë në një fushë disa qindra ose mijëra herë më të fuqishme se sa në rastin e kartonit.

Përdorimet për elektromagnetët përfshijnë përshpejtuesit e grimcave, motorrët elektrikë, vinçat e përdorur në pikat e grumbullimit të skrapit dhe makineritë me rezonancë magnetike.

Njësitë dhe llogaritjet

Për shumë aplikacione inxhinierike përdoren më shpesh njesitë MKS dhe SI. Në fizikë zakonisht përdoren dy lloje të tjera njesish: ato Gausiane dhe CGS-EMU.

Në të gjitha njesitë është e volitshme të përdoren dy lloje fushash magnetike, B dhe H si dhe magnetizimi M i përcaktuar si momenti magnetik për njesi vëllimi.

Kujdes: Meqë nuk ka mjaftueshëm simbole romake dhe greke, nuk ka një simbol të pranuar gjërësisht për fuqinë e poleve magnetike dhe momentit magnetik. Simboli m është përdorur edhe për fuqine e polit (njësia A•m ku këtu m-ja tregon metra) dhe për momentin magnetik (njesia A•m²). Simboli μ është përdorur në disa tekste për depërtueshmërinë magnetike dhe në disa të tjera për momentin magnetik. Këtu do të përdorim μ për depërtueshmërinë magnetike dhe m për momentin magnetik. Për fuqinë e poleve do të përdorim q_m. Për një zonë efektive A të një magneti shufër me një magnetizim uniformë M përgjatë boshteve të tij, fuqia magnetike jepet q_m = MA kështu që M-ja mund të mendohet si fuqia e poleve per njesi sipërfaqeje.

1. Induksioni magnetik i fushës B jepet në SI me njesi Tesla (T). B-ja është fusha magnetike, variacioni kohor i së cilës krijon, në bazë të ligjit të Faradeit, rryma elektrike qarkulluese. B-ja gjithashtu prodhon një forcë devijuese për grimcat e ngarkuara (si në tubat katodik të televizorëve). Tesla është ekuivalente me fluksin magnetik (në ueber) për njesi sipërfaqeje (në metra katror) duke i dhënë B-së njesinë e densitetit të fluksit. Ne CGS njesia e B-së është Gausi (G). Një tesla është e barabartë me 10⁴ G.
2. Fusha magnetike H jepet në SI me njesi spira Amperësh për metra (spira A/m). Spirat shfaqen për shkak se kur H-ja prodhohet nga një tel me rrymë, vlera e saj është në përpjestim të drejtë me numrin e spirave të atij teli. Ne CGS, njesia e H-së është oersted (OE) Një spire A/m është e barabartë me 4π×10⁻³ Oe.
3. Magnetizimi M jepet në SI me njesi amperësh për metër (A/m). Në CGS, njesia e M është oersted (Oe). Një A/m është i barabartë me 10⁻³ emu/cm³. Një magnet i mirë i përhershëm mund të ketë një magnetizim deri në disa miliona amperë për metër.
4. Në SI kemi funksionin B = μ₀(H + M) ku μ₀ është depërtueshmëria e hapësirës e cila është e barabartë me 4π×10⁻⁷ T•m/A.

Në CGS funksioni shkruhet B = H + 4πM (Përafërsimi i poleve jep μ₀H në SI.) Shprehja μ₀M në SI atëherë duhet të plotësoje μ₀H në mënyrë që të japi fushën e saktë brenda B-së, magnetit. Më pas do të jetë komfort fushës B të llogaritur duke përdorur rryma Ampèriane.

Materialet që nuk janë magnetë të përhershëm zakonisht i binden në SI funksionit M = χH ku χ është ndjeshmëria magnetike. Një pjesë e madhe e materialeve jo magnetike kanë një χ relativisht të vogël (një e milionta) por magnetët e butë mund të kenë një χ që shkon deri në disa qindra ose mijëra. Për materialet që i binden funksionit M = χH ne gjithashtu mund të shkruajmë B = μ₀(1 + χ)H = μ₀μ_rH = μH ku μ_r = 1 + χ ku χ është depërtueshmëria relative dhe μ =μ₀μ_r është depërtueshmeria magnetike. Ne CGS, M = χH por χ_SI = 4πχ_CGS dhe μ = μ_r.

Fushat e një magneti

Në largësi të mëdha nga magneti, fusha magnetike e krijuar nga ai është pothuajse gjithmonë e përshkruar nga një fushë dipoli e karakterizuar nga momenti magnetik total i tij. Kjo mbetet e vërtetë pavarësisht formës së magnetit për aq kohë sa momenti magnetik nuk është zero. Një karakteristikë e një fushe dipoli është që, fuqia e fushës ulet në përpjestim të zhdrejtë me kubin e distancës nga qendra e magnetit.

Afër magnetit, fusha magnetike bëhet më e komplikuar dhe më e varuar nga forma dhe magnetizimi i një magneti. Formalisht fusha mund të shprehet si një zgjerim multipol: Një fushë dipoli plus një fushë kuatropoli plus një fushë oktopoli, etj.

Në afërsi të mëdha, shumë fusha të ndryshme janë të mundshme. Për shembull, për një shufër të gjatë e të hollë magnetike me polin verior të sajin në njërin skaj dhe jugorin në skajin tjetër, fusha magnetike afër secilit pol ulet në përpjestim të zhdrejtë me katrorin e distancës nga ai pol.

Llogaritja e forcës magnetike

Forca tërheqëse e një magneti

Forca e një magneti të dhënë, ndonjëherë jepet me forcën e tij tërheqëse, aftësinë e tij për të lëvizur (shtyrë/tërhequr) objektet e tjera. Forca tërheqëse e ushtruar nga një elektromagnet ose një magnet i përhershëm tek "hendeku i ajrit" (psh. pika ku mbaron magneti) jepet nga ekuacioni i Maksuellit:

$F={{B^{2}A} \over {2\mu _{0}}}$

Ku

F është forca e shprehur në Njuton (N),

A është zona efektive e një sipërfaqeje të polit në metra katrorë dhe

B është induksioni magnetik i ushtruar nga magneti.

Pra, nëse një magnet po vepron vertikalisht, ai mund të ngrejë një masë m në kg sipas ekuacionit:

$m={{B^{2}A} \over {2\mu _{0}g_{n}}}$ .

Forca ndërmjet dy poleve magnetikë

Forca ndërmjet dy poleve magnetikë jepet me ekuacionin

$F={{\mu q_{m1}q_{m2}} \over {4\pi r^{2}}}$

Ku F është forca e shprehur në njuton, q_m1 dhe q_m2 janë madhësitë e poleve magnetike të shprehura në metra amper, μ është depërtueshmëria elektromagnetike e ambientit ndërhyrës e shprehur në metra tesla për amper, henri për metër ose njuton për amper katror dhe r është distanca e shprehur në metra.

Përshkrimi i poleve është i nevojshëm për inxhinierët për të dizenjuar magnetë por magnetët e vërtetë kanë një shpërndarje polesh më komplekse se sa thjeshtë "një pol verior dhe një jugor". Prandaj zbatimi i idesë së polit nuk është i lehtë dhe në disa raste, zbatimi i një apo disa formulave të dhëna më poshtë do jetë më i dobishëm se formula më lartë.

Forca ndërmjet dy sipërfaqeve të magnetizuara A

Forca mekanike ndërmjet dy sipërfaqeve të afërta të magnetizuara mund të llogaritet me ekuacionin e mëposhtëm. Ekuacioni është i vlefshëm vetëm në rastet ku efekti i fërkimit është i papërfillshëm dhe vëllimi i hendekut të ajrit është shumë herë më i vogël se sa ai i materialit të magnetizuar.

Ku A është hapësira e secilës sipërfaqe. në m², H është fusha e tyre magnetizuese e shprehur në amper për metër, 'μ₀ është depërtueshmëria e hapësirës e cila është e barabartë me 4π×10⁻⁷ T•m/A dhe B është densiteti i fluksit i shprehur në Tesla.

$F={\frac {\mu _{0}H^{2}A}{2}}={\frac {B^{2}A}{2\mu _{0}}}$

Forca ndërmjet dy magnetëve shufra

Forca ndërmjet dy magnetëve shufra, identikë, cilindrikë, të vënë njëri pas tjetrit jepet sipas ekuacionit

$F=\left[{\frac {B_{0}^{2}A^{2}\left(L^{2}+R^{2}\right)}{\pi \mu _{0}L^{2}}}\right]\left[{\frac {1}{x^{2}}}+{\frac {1}{(x+2L)^{2}}}-{\frac {2}{(x+L)^{2}}}\right]$

Ku B₀ është densiteti i fluksit magnetik shumë afër secilit pol i shprehur në Tesla, A është sipërfaqja e secilit pol në m², L është gjatësia e secilit magnet e shprehur në metra, R është rrezja e secilit magnet e shprehur në metra dhe x është distanca ndërmjet dy magnetëve e shprehur në metra.

$B_{0}\,=\,{\frac {\mu _{0}}{2}}M$ ka të bëjë me densitetin e fluksit në polin e magnetizimit të magnetit.

Kujdes: të gjitha këto formula janë të bazuara në modelin e Gilbertit i cili është i përdorshëm në distanca relativisht të mëdhaja. Në modele të tjera (psh. në modelin e Ampèrit) përdoret një grup formulash me i komplikuar që ndonjëherë nuk mund të zgjidhet në menyrë analitike. Në keto raste, duhet të përdoren metodat numerike.

Forca ndërmjet dy magnetëve cilindrikë

Per dy magnetë cilindrikë me rreze $R$ dhe gjatësi $t$ dhe me dipolin e tyre magnetik të rradhitur, forca mund të gjehet me afërsi te madhe (edhe për distanca të mëdha të $t$)

$F(x)={\frac {\pi \mu _{0}}{4}}M^{2}R^{4}\left[{\frac {1}{x^{2}}}+{\frac {1}{(x+2t)^{2}}}-{\frac {2}{(x+t)^{2}}}\right]$

Ku $M$ është magnetizimi i magnetëve dhe $x$ është hendeku ndërmjet magnetëve. Në mospërputhje me pjesën e mesipërme, një matje e densitetit të fluksit magnetik shumë pranë magnetit $B_{0}$ është e lidhur me $M$ nga formula

$B_{0}=\mu _{0}M$

Dipoli magnetik efektiv mund të shkruhet si

$m=MV$

Ku $V$ është vëllimi i magnetit. Për një cilindër, vëllimi është $V=\pi R^{2}t$.

Kur $t<<x$ Përafërsimi i pikës së dipolit gjehet,

$F(x)={\frac {3\pi \mu _{0}}{2}}M^{2}R^{4}t^{2}{\frac {1}{x^{4}}}={\frac {3\mu _{0}}{2\pi }}M^{2}V^{2}{\frac {1}{x^{4}}}={\frac {3\mu _{0}}{2\pi }}m_{1}m_{2}{\frac {1}{x^{4}}}$

i cili përputhet me shprehjen e forcës ndërmjet dy dipoleve magnetikë.

Shikoni edhe

• Dipoli magnetik
• Teorema e Ërnshaut
• Fusha elektromagnetike
• Elektromagnetizmi
• Vendosja Helbek
• Kimia magnetike
• Supermagnetët

Lidhje të jashtme

• Si krijohen magnetët Arkivuar 16 mars 2013 tek Wayback Machine (video)
•  WikiFjalori: Magneti – shfletoni më shumë në fjalorin e lirë
•  Commons: Magnets – Album me fotografi dhe/apo video dhe materiale multimediale

Bibliografia

• Teoria e fushës elektromagnetike, Autorë: Piro Cipo; Arben Tashko; Bardhyl Golemi
• Fizika e përgjithshme : magnetizmi, Autorë: Bilal shkurtaj; Mersin Shena; Halil Sykja
• Mbi eksperimentimin, prodhimin në vend të magnetëve konstant të bariumit dhe rigjenerimi i magnetëvet që ndodhen në pajisje e aparate të ndryshme : studimi është paraqitur për kërkimin e gradës së kandidatit të shkencave teknike, Autorë: Piro Cipo
• Mbi eksperimentimin, prodhimin në vend të magnetëve konstant të bariumit dhe rigjenerimi i magnetëvet që ndodhen në pajisje e aparate të ndryshme : dis. paraqitur për kërkimin e gradës së kandidatit të shkencave teknike, Autorë: Piro Cipo
• Studime mbi disa materiale ferrite të forta dhe mundësia e prodhimit të tyre : disert. për marrjen e gradës "Kandidat i shkencave", Autorë: Besnik Halo; Rexhep Meidani