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 është një material ose objekt i cili prodhon një fushë magnetike. Kjo fushë magnetike është e padukshme për syrin e njeriut por përgjegjëse për vetinë më të njohur të magnetit: një forcë e cila tërheq materialet e tjera ferromagnetike si hekuri, çeliku, nikeli, kobalti etj. dhe tërheq ose shtyn magnetet e tjerë.

Një magnet i përhershëm është një objekt i krijuar nga një material i magnetizuar dhe që prodhon fushën e tij magnetike të përhershme. Një shembull i jetës së përditshme është magneti i frigoriferit i cili përdoret për të mbajtur shënime në derën e frigoriferit. Materialet të cilat mund të magnetizohen, që janë ato që mund të tërhiqen nga magnetet, quhen ferromagnetike. Ndër to përfshihen elementet hekur, nikel dhe kobalt dhe aliazhet e tyre, disa aliazhe të metaleve të rralla dhe disa minerale që ndeshen në natyrë si magnetiti. Edhe pse materialet ferromagnetike janë të vetmit që tërhiqen mjaftueshëm fort nga magnetet për tu quajtur magnetik, të gjitha substancat i përgjigjen dobët fushës magnetike, sipas një ose disa llojeve të magnetizimit.

Materialet ferromagnetike mund të ndahen në materiale magnetike "të buta" si hekuri i farkëtuar, i cili mund të magnetizohet por nuk e ruan magnetizimin dhe materialet magnetike "të forta" si AlNiCo dhe ferriti të cilët i nënshtrohen trajtimit të veçantë nën një fushë magnetike të fortë gjatë prodhimit për të rreshtuar strukturën e tyre të brendshme mikrokristalore, gjë që i bën ata të vështirë për t'u çmagnetizuar. Për të çmagnetizuar një magnet një fushë magnetike e caktuar duhet të ushtrohet dhe kufiri i kësaj force përcaktohet nga fortësia magnetike e materialit respektiv. Materialet "e forta" magnetike kanë fortësi magnetike të lartë ndërsa materialet "e buta" magnetike kanë fortësi magnetike të ulët. Forca e përgjithshme e një magneti matet nga momenti magnetik, ose, nga fluksi i plotë magnetik që ai prodhon. Forca lokale e magnetizmit në një material matet nga magnetizimi i tij.

Një elektromagnet është krijuar nga një bobinë teli e cila vepron si një magnet kur rryma elektrike kalon në tel por ndalon së qeni një magnet kur rryma ndalon. Zakonisht bobina mblidhet rreth një materiali "të butë" ferromagnetik si çeliku i lehtë, i cili përmirëson shumë fushën magnetike të prodhuar nga spiralja.

Zbulimi dhe zhvillimi

Njerëzit e lashtë mësuan rreth magnetizmit nga magnetiti, pjesë të magnetizuara në mënyrë natyrale të mineralit të hekurit. Fjala magnet, nga greqishtja μαγνῆτις [λίθος] (magnētis [lithos]) do të thotë "[gur] nga Magnesia", një krahinë në Greqinë e lashtë ku gjendej me shumice minerali i magnetitit. Copa magnetiti, të mbajtura pezull në mënyrë që të rrotulloheshin, ishin busullat e para magnetike. 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".

Në shekullin e 11-të në Kinë u zbulua që shuarja e një cope hekuri të nxehtë në drejtimin e fushës magnetike të Tokës do ta shndërronte atë në një magnet të përhershëm . Kjo çoi në zhvillimin e busullave për lundrim, siç përshkruhet në "Esetë e përroit të ëndrrave" në vitin 1088. Nga shekulli i 12-të dhe ai i 13-të p.K., busullat magnetike përdoreshin në lundrim në Kinë, Europë, gadishujt arabik dhe gjithëkund.

Një magnet hekuri i drejtë tenton ta çmagnetizojë veten me anë të fushës së vetë magnetike. Për të kapërcyer këtë, magneti në formë patkoi u shpik nga Daniel Bernoulli në vitin 1743. Një magnet në formë patkoi shmangte çmagnetizimin duke i kthyer vijat e fushës magnetike drejt polit të kundërt.

Në vitin 1820, Hans Christian Ørsted zbuloi që gjilpëra e busullës devijonte si pasojë e një rryme elktrike që kalonte pranë. Në të njëjtin vit André-Marie Ampère tregoi që hekuri mund të magnetizohet duke e futur brenda një solenoidi të ushqyer me elektricitet. Kjo çoi William Sturgeon-in që të zhvillonte një elektromagnet me bërthamë hekuri në vitin 1824. Joseph Henry e zhvilloi më tej elektromagnetin duke e kthyer në një produkt tregtar në vitet 1830-1831, duke i dhënë mundësinë për herë të parë njerëzve për të përdorur fusha të forta magnetike. Në vitin 1831 ai ndërtoi një ndarës mineralesh me një magnet i cili ishte i aftë të ngrinte 340kg.

Fizikë

Fusha magnetike

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

Dendësia e 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 gjilpërës së busullës.
2. Vlera e tij, që është në përpjestim të drejtë me fuqinë me të cilën busulla drejtohet nga ai drejtim.

Në SI, fuqia e dendësisë të fluksit magnetik matet me 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 (amperë herë metër në katror).

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 asnjë 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 me 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 më 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.

Ekzistojnë 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, veri dhe jug (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'iu 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 përpjekje për të ndarë dy polet më vete, rezultati do jetë: dy magnetë shufër të rinj, secili me nga një pol veri dhe jug. Sidoqoftë një version i teorisë "pol-magnet" përdoret nga magneticienët profesionistë për të dizenjuar magnetë të pëhershëm.

Në këtë teori, divergjenca e magnetizimit ∇·M brënda një magneti trajtohet si shpërndarje e monopoleve magnetike. Kjo është një lehtësi matematikore dhe nuk lë 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 brenda magnetizimi i duhet shtuar H-së. Një zgjatim i kësaj metode lejon që ngarkesat e brendshme 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, të rrymave rrethore të lidhura, të njohura edhe si "rryma Ampèriane" përgjatë materialit. Për një magnet shufër cilindrik të magnetizuar në mënyrë 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 asnjëanësohen 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 Arktik (polet magnetike dhe ato gjeografike nuk përputhen). Meqë polet e kundërta (veri dhe jug) 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 i nevojshëm përdorimi i fushës magnetike të Tokës. Për shembull, një metodë do ishte ta krahasoje atë me një elektromagnet, polet e të 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 bëjnë këtë. Shumica e materialeve, në fakt, prodhojnë fushë magnetike si përgjigje kundër një fushe magnetike të aplikuar - një fenomen i njohur si magnetizim. Ka disa lloje magnetizimesh dhe të gjitha llojet e materialeve shfaqin të paktën njërin prej tyre.

Sjellja magnetike e përgjithshme e një materiali mund të ndryshojë 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 janë ato që zakonisht mendohen si magnetike. 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. Një shembull i zakonshëm është magneti i frigoriferit. Materialet ferromagnetike, të cilat përfshijnë ferritet dhe magnetitin, si materialin më shumë të përdorur magnetik i cili gjendet në natyrë, të cilët janë të ngjashëm por më të dobët se materialet ferromagnetikë. Ndryshimi mes materialeve ferro- dhe ferrimagnetikë lidhet me strukturën e tyre mikroskopike.
• 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 cilat qendrojnë pezull në një lëng, konsiderohen ndonjëherë si paramagnetikë meqë ato nuk mund të magnetizohen.
• Materialet dimagnetike, materiale që shtyhen nga të dy polet. Krahasuar me substancat paramagnetike dhe ferromagnetike, substancat dimagnetike, si karboni, bakri, uji dhe plastika, janë akoma më të dobëta në shtyrjen e një magneti. Depërtueshmëria e një materiali dimagnetik është më e vogel se depërtueshmëria e vakumit. Të gjitha substancat që nuk zotërojnë një nga llojet e tjera të magnetizmit janë dimagnetike. Megjithëse forca e një objekti dimagnetik në një magnet të zakonshëm është shumë e dobët për tu ndjerë, duke përdorur magnetë superpërçues shumë të fortë, objektet dimagnetike si copat e plumbit dhe madje dhe minjtë mund të ngrihen në ajër. Superpërcjellësit i largojnë fushat magnetike nga pjesa e brendshme e tyre dhe janë dimagnetikë të fuqishëm.

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

Përdorimet e zakonshme

Kasetë audio me shirit magnetik

• Mjete magnetike të regjistrimit: Videokasetat përmbajnë një shirit magnetik. Informacioni që përbën videon 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 me një veshje të hollë magnetike.
• Kartat e kreditit, debitit dhe ATM: Të gjitha këto karta kanë një shirit magnetikë në njërën anë. Ky shirit përmban informacionin për të kontaktuar me institutcionin financiar të individit dhe për tu lidhur me llogarinë e tyre.
• Modelet e vjetra të televizorëve dhe monitorët e kompjuterave: Televizorët dhe ekranët e kompjuterave përmbajnë një tub katodik, që vë në punë një elektromagnet për të udhëhequr elektronet drejt ekranit.
• Altoparlantët dhe mikrofonat: Shumica e altoparlantëve vënë në punë një magnet të përhershëm dhe një bobinë me rrymë për të kthyer 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 të 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 në 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 vibron gjithashtu. Gjatë kohës që bobina lëviz përmes fushës magnetike, një tension induktohet përmes bobinës. Ky tension lëshon një rrymë në tel që është karakteristikë e zërit origjinal.
• Kitaret elektrike përdorin "kamionçina" magnetike për ta transformuar vibrimin e telave të kitares në rrymë elektrike që më vonë të mund të amplifikohet. Kjo gjë është e ndryshme nga parimi pas altoparlantëve dhe mikrofonëve dinamikë sepse vibrimet ndjehen direkt nga magneti, pra diafragma (membrana) nuk përfshihet. Organoja Hammond përdorte një parim të ngjashëm duke përdorur "rrota tonesh" në vënd të telave.
• 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.
• Mandrinat përdoren në fushën e metalurgjisë për të mbajtur objekte. Magnetet përdoren gjithashtu edhe në lloje të tjera të pajisjeve të shtrëngimit, si baza magnetike, kapësja magnetike dhe magneti i frigoriferit.
• Busullat: Një busull është e përbërë nga një gjilpërë e magnetizuar e lirë për ta drejtuar veten me një fushë magnetike, zakonisht me 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.Tabela metailke magnetike, shirita, dyer, soba me mikrovalë, lavastovilje, makina, shufra metalike, dhe çdo sipërfaqe tjetër mund të përdoret për artin me vinil magnetik.
• Projekte shkollore: Shumë tema bazohen te magnetet, duke përfshirë shtyrjen e telave me rrymë, efektin e temperaturës dhe motorrët me magnetë.
• Industria e lodrave: Për shkak të aftësisë së tyre për të kundërshtuar forcën e gravitetit në largësi të vogla magnetët zakonisht përdoren në lodrat e fëmijëve si për shembull në Magnet Space Wheel dhe Levitron.
• Magnetët e frigoriferit përdoren për të zbukuruar kuzhinën, si suvenir ose thjesht për të mbajtur një shënim ose foto në derën e frigoriferit.
• Magnetet mund të përdoren për të bërë bizhuteri. Varëset dhe byzlykët mund të kenë një kapëse magnetike ose mund të ndërtohen tërësisht nga seri magnetësh të lidhur dhe rruazash hekuri.
• Magnetët mund të mbledhin materiale magnetike (gozhdë hekuri, kapëse, kapëse letre) të cilat janë tepër të vogla, të vështira për t'u arritur ose tepër të holla për gishtat për ti kapur. Disa kaçavida janë të magnetizuara për këtë qëllim.
• Magnetët mund të përdoren në operacione të skrapit ose rikuperimit për të ndarë metalet magnetike (hekur, kobalt dhe nikel) nga ato jomagnetike (alumin, aliazhe pa hekur, etj.). E njëjta ide mund të përdoret në një të ashtëquajtur "test magneti", në të cilin shasia e një makine kontrollohet me një magnet për të dalluar zonat të cilat riparohen me lesh xhami ose stuko plastike.
• Maglev është një formë e transportit i cili mban pezull, drejton dhe shtyn veturat (sidomos trenat) me anë të forcës elektromagnetike. Eliminimi i fërkimit rrotullues rrit efikasitetin. Shpejtësia maksimale e regjistruar e një treni maglev është 581 kilometra në orë.
• Magnetet mund të shërbejnë si pajisje në rast dështimi për disa lidhje kabllosh. Për shembull, kabllot e rrymës te disa laptopa janë magnetike për të parandaluar dëmtimin e papritur të portës kur pengohemi te ta.

Siguria dhe problemet mjekësore

Meqënëse indet njerëzore kanë një ndjeshmëri të ulët ndaj fushave magnetike statike, ka pak prova shkencore të cilat tregojnë efekte mbi shëndetin lidhur me qëndrimin në prani të fushave statike. Fushat magnetike dinamike mund të jenë një çështje më vete. Lidhjet reciproke mes rrezatimit elektromagnetik dhe shkallës së kancerit janë marrë si të mirëqena për shkak të lidhjes reciproke demografike.

Nëse një trup i huaj ferromagnetik është i pranishëm në indet njerëzore, një fushë magnetike e jashtme e cila bashkëvepron me të mund të paraqesë një rrezik serioz të sigurisë.

Një lloj tjetër i tërthortë i rrezikut shëndetësor nga magnetet ekziston dhe përfshin stimuluesit kardiak. Nëse një stimulues kardiak është futur në kraharorin e pacientit (zakonisht për qëllim monitorimin dhe rregullimin e zemrës për rrahje të qendrueshme të nxitura nga elektriciteti), kujdes duhet patur për ta mbajtur atë larg fushave magnetike. Për këtë arsye kjo pajisje e instaluar nuk mund të testohet me përdorimin e pajisjes së imazherisë me rezonancë magnetike.

Fëmijët ndonjëherë kapërcejnë magnete të vegjël nga lodrat dhe kjo mund të jetë e rrezikshme nëse dy ose më shumë magnete janë gëlltitur pasi magnetet mund të dëmtojnë ose shpojnë indet e brendshme.

Pajisjet me rezonancë magnetike (p.sh. MRI) prodhojnë fusha magnetike jashtëzakonisht të forta prandaj dhomat që synohen për të mbajtur ato nuk përmbajnë materiale ferromagnetike. Sjellja e materialeve metalike (siç janë bombolat e oksigjenit) në këtë dhomë krijon rrezik të rënd sigurie pasi këto objekte mund të tërhiqen fuqishëm nga fushat magnetike intensive.

Magnetizimi i materialeve ferromagnetike

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 më efektive dhe është e ngjashme me proceset 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. Dridhja e objektit ka treguar që mund ta rrisë këtë efekt. Materiale të ndryshme ferromagnetike që rradhiten me fushën magnetike të Tokës dhe që i nënshtrohen dridhjeve kanë treguar marrje domethënëse të aftësive magnetike. Po ashtu, goditja me çekiç e një gozhde e cila mbahet me anë të gishtave në drejtimin veri-jug do ta magnetizojë përkohësisht atë.
• Fërkimi: Një magnet ekzistues lëvizet nga njëri skaj i objektit në tjetrin (metoda e një prekjeje të vetme) ose dy magnete lëvizen në drejtim të jashtëm nga qendra e një trupi të tretë (metoda e dy prekjeve).
• Rryma elektrike: Fusha magnetike e prodhuar nga një rryne elektrike që kalon përmes një bobine mund të bëjë rreshtimin e vijave të fushës. Kur të gjitha vijat e fushës të jenë rreshtuar, rritja e rrymës nuk mund të çojë në rritjen e magnetizimit.

Çmagnetizimi i ferromagnetikëve

Ferromagnetikët mund të çmagnetizohen në mënyrat e mëposhtme:

• Ngrohja e magnetit përtej temperaturës së tij Kyri. Lëvizjet molekulare shkatërrojnë rradhitjen e vijave të fushës. Kjo gjë gjithmonë e heq të gjithë magnetizimin.
• 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. Ky është parimi i përdorur nga çmagnetizuesit tregtar për të çmagnetizuar mjetet, për të fshirë kartat e kreditit, hard disqet dhe heqja e fushës magnetike të mbetur në bobina për të çmagnetizuar tubat katodik.
• Pak çmagnetizim os magnetizim i kundërt mund të ndodhë nëse një pjesë e magnetit i nënshtrohet një fushe të kundërt mbi fortësinë magnetike të materialit magnetik.
• Çmagnetizimi ndodh në mënyrë të njëtrajtshme nëse magneti i nënshtrohet fushave ciklike të mjaftueshme për të lëvizur magnetin nga pjesa vijëdrejtë e kuadratit të dytë të lakores B-H të materialit magnetik (lakorja e çmagnetizimit).
• Goditja ose luhatja: shqetësimi mekanik tenton të rastësojë vijat e fushës magnetike dhe të ulë magnetizimin e një objekti por mund të shkaktojë dëme të papranueshme.

Llojet e magnetëve të përhershëm

Elementët magnetik metalik

Shumë materiale kanë spin elektronesh të paçiftëzuara dhe shumica e këtyre materialeve janë paramagnetikë. Kur spinet ndërveprojnë me njëri tjetrin në një mënyrë të tillë që të dy të rradhiten në mënyrë spontane, materialet quhen ferromagnetikë (ose thjeshtë magnetë, siç njihen në gjuhën e përditshme). Për shkak të mënyrës se si struktura e rregullt kristalore shkakton spinet që të bashkëveprojnë, disa materiale janë ferromagnetikë kur zbulohen në gjendjen natyrale, si minerale. Ata përfshijnë mineralin e hekurit (magnetit), kobaltin dhe nikelin, si dhe disa materiale të rralla si gadoliniumi dhe disprosiumi (në temperaturë të ulët). Ferromagnetë të tillë natyror janë përdorur në eksperimentet e para me magnetizimin. Që nga ajo kohë, teknologjia e ka zgjeruar disponueshmërinë e materialeve magentike të cilat përfshijnë edhe produkt të bëra nga dora e njeriut të cilat, gjithsesi, bazohen në elementet magnetik natyror.

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 mënyrë 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 AlNiCo bëhen duke derdhur ose presuar një kombinim alumini, nikeli dhe kobalti me hekur dhe sasi të vogla të elementëve të tjerë të shtuar për të fuqizuar veçoritë magnetike. Presimi ofron karakteristika mekanike superiore ndërsa derdhja paraqet fusha magnetike më të forta dhe për projektimin e formave të ndërlikuara. Magnetët AlNiCo i rezistojnë gërryerjes dhe kanë veti fizike më të mira se ferritet 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 e përkulshëm

Magnetët e përkulshëm janë të përbërë nga një përbërje ferromagnetike me fortësi magnetike të lartë e përzier me një polimer lidhës rrëshinor. Ata nxirren si një fletë e cila kalohet nëpërmjet një linje me magnet të fuqishëm të përhershëm cilindrikë. Këta magnetë rradhiten në rafte me pole të alternuara në një bosht. Kjo e ngulit fletën plastike në formatin e një vije të alternuar. Asnjë elektromagnetizëm nuk përdoret për të krijuar magnetet. Largesa nga poli në pol është në rendin 5 mm, por ndryshon me prodhuesit. Këta magnetë kanë forcë magnetike më të ulët por mund të jenë shumë të përkulshëm, varet nga lidhësi i përdorur.

Për përbërjet magnetike (p.sh. Nd₂Fe₁₄B) të cilat janë të cënueshme nga gërryerja e kufirit të grimcave ai jep mbrojtje shtesë.

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-bor.

Magnetët me një molekulë (SMM) dhe magnetët me një zinxhir (SCM)

Në vitet 1990 u zbulua që disa molekula të cilat përmbanin jone paramagnetike ishin të afta të ruanin një moment magnetik në temperatura shumë të ulëta. Këta janë shumë të ndryshëm nga magnetët tradicional të cilët ruajnë informacionin në nivelin e vijave të fushës dhe teorikisht mund të ofrojnë një mjedis ruajtjeje shumë herë më të dendur sesa ato me magnete tradicionalë. Në këtë drejtim hulumtime rreth SMM njështresore janë duke u zhvilluar. Shkurtimisht, dy karakteristikat kryesore të SMM-ve janë:

1. një vlerë e madhe e spinit të gjendjes bazë (S), e cila ofrohet nga çiftëzimi ferromagnetik i qendrave të metaleve paramagnetike
2. një vlerë negative e anizotropisë të ndarjes zero të fushës (D)

Shumica e SMM-ve përmbajnë mangan por mund të gjenden edhe me grumbuj vanadi, hekuri, nikeli dhe kobalti. Kohët e fundit është zbuluar se disa sisteme zinxhirë mund të shfaqin një magnetizim i cili qendron i njëjtë përperiudha të gjata kohore në temperatura të larta. Këto sisteme janë quajtur magnete me një zinxhir.

Magnetët me nanostruktura

Disa materiale me nanostruktura shfaqin valë magnetike të quajtura mangona të cilat 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. Ai ka një ngopje më të madhe me magnetizim se magnetet e bërë nga ferritet. Ai gjithashtu ka koefiçentë më të favorshëm, edhe pse mund të jetë i paqendrueshëm termikisht. Magnetët me neodimium-hekur-bor janë nga më të fuqishmit. Këto kushtojnë më shumë sesa 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 AlNiCo 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-bor dhe më e ulët për qeramikët dhe ato të përkulshëm. 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 rrathë të vegjël të njohur si spira. Kur rryma elektrike kalon përmes telit krijohet një fushë magnetike. Kjo fushë është e përqëndruar afër (dhe sidomos brenda) 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 prerjen tërthore 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 (p.sh. kartoni), ajo do të krijojë një fushë shumë të dobët magnetike. Por, nëse materiali është ferromagnetik i butë, si një gozhdë hekuri, atëherë 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. Disa zbatime përfshijnë konfigurimet e më shumë se një dipoli magnetik të thjeshtë, për shembull magnetet katër-polësh dhe gjashtë-polësh përdoren për të fokusuar rrezet e grimcave.

Njësitë dhe llogaritjet

Për shumë zbatime inxhinierike përdoren më shpesh njësitë MKS ose 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 njësi vëllimi.

1. Induksioni i fushës magnetike B jepet në SI me njësinë tesla (T). B-ja është fusha magnetike, luhatja kohore e 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 njësi sipërfaqeje (në metra katror) duke i dhënë B-së njesinë e dendësisë të fluksit. Në CGS njësia e B-së është gausi (G). Një tesla është e barabartë me 10⁴ G.
2. Fusha magnetike H jepet në SI me njësi 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. Në CGS, njësia e H-së është oersted (Oe). Një spirë A/m është e barabartë me 4π×10⁻³ Oe.
3. Magnetizimi M jepet në SI me njësi amperësh për metër (A/m). Në CGS, njësia 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 plotësojë μ₀H në mënyrë që të japë 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 depërtueshmëria magnetike. Në CGS, M = χH por χ_SI = 4πχ_CGS dhe μ = μ_r.

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 prerje tërthore 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 për njësi sipërfaqeje.

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 ndërlikuar 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 katërpoli 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" (p.sh. 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

A është prerja tërthore e një sipërfaqeje të polit në metra katrorë

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:

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

ku g është nxitimi i rënies së lirë.

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 amper metër

μ është depërtueshmëria elektromagnetike e ambientit ndërhyrës e shprehur në tesla metër për amper henri për metër ose njuton për amper katror

r është laregesa e shprehur në metra.

Përshkrimi i poleve është i nevojshëm për inxhinierët për të projektuar magnetë por magnetët e vërtetë kanë një shpërndarje polesh m të ndërlikuar 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:

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

ku:

A është hapësira e secilës sipërfaqe, në m²

H është fusha e tyre magnetizuese e shprehur në A/m

μ₀ është depërtueshmëria e hapësirës e cila është e barabartë me 4π×10⁻⁷ T•m/A

B është dendësia e fluksit e shprehur në T.

Forca ndërmjet dy magnetëve shufra

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

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

ku:

B₀ është dendësia e fluksit magnetik shumë afër secilit pol i shprehur në T,

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

z 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 mëdha. Në modele të tjera (p.sh. në modelin e Ampèrit) përdoret një grup formulash më i ndërlikuar që ndonjëherë nuk mund të zgjidhet në mënyrë analitike. Në këto raste, duhet të përdoren metodat numerike.

Forca ndërmjet dy magnetëve cilindrikë

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

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

ku $M$ është magnetizimi i magnetëve dhe $z$ është hendeku ndërmjet magnetëve. Në mospërputhje me pjesën e mesipërme, një matje e dendësisë 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 $V=\pi R^{2}L$.

Kur $L\ll z$. Përafërsimi i pikës së dipolit gjendet,

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

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)
• Definimi i magnet tek WikiFjalori
•  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