De magnetisatie is een vectorgrootheid die de magnetische toestand van een materiaal beschrijft en wordt gedefinieerd als het aantal magnetische dipoolmomenten per volume-eenheid. Een magnetisch materiaal - bijvoorbeeld ijzer of nikkel - kan worden beschouwd alsof het bestaat uit vele kleine magneten die dipolen worden genoemd.
Normaal gesproken zijn deze dipolen, die op hun beurt magnetische noord- en zuidpolen hebben, met een zekere mate van wanorde verdeeld binnen het volume van het materiaal. Stoornis is minder in materialen met sterke magnetische eigenschappen zoals ijzer en groter in andere met minder duidelijk magnetisme.
Door het materiaal echter in het midden van een extern magnetisch veld te plaatsen, zoals dat wordt geproduceerd in een solenoïde, worden de dipolen georiënteerd volgens het veld en kan het materiaal zich gedragen als een magneet (figuur 2).
Worden M. de magnetisatievector, die wordt gedefinieerd als:
Nu, de intensiteit van de magnetisatie in het materiaal, het product van ondergedompeld zijn in het externe veld H., is hier evenredig mee, daarom:
M. H.
De evenredigheidsconstante is afhankelijk van het materiaal, wordt magnetische susceptibiliteit genoemd en wordt aangeduid als χ:
M. χ. H.
De eenheden van M. in het internationale systeem zijn ampère / meter, zoals die van H., daarom χ is dimensieloos.
Artikel index
Magnetisme ontstaat door elektrische ladingen in beweging, dus om het magnetisme van het atoom te bepalen, is het noodzakelijk om rekening te houden met de bewegingen van de geladen deeltjes waaruit het bestaat..
Beginnend met het elektron, waarvan wordt aangenomen dat het in een baan rond de atoomkern draait, is het als een kleine lus (gesloten circuit of gesloten stroomlus). Deze beweging draagt bij aan het magnetisme van het atoom dankzij de orbitale magnetische momentvector m, wiens omvang is:
m = I.A
Waar ik is de huidige intensiteit en NAAR is het gebied dat wordt omsloten door de lus. Daarom zijn de eenheden van m in het internationale systeem (SI) zijn ampère x vierkante meter.
De vector m staat loodrecht op het vlak van de lus zoals weergegeven in figuur 3 en is gericht zoals aangegeven door de regel van de rechterduim.
De duim is gericht in de richting van de stroom en de vier overgebleven vingers zijn naar boven gericht om de lus gewikkeld. Dit kleine circuit is gelijk aan een staafmagneet, zoals aangegeven in figuur 3.
Afgezien van het orbitale magnetische moment, gedraagt het elektron zich alsof het op zichzelf roteert. Het gebeurt niet precies op deze manier, maar het resulterende effect is hetzelfde, dus het is een andere bijdrage waarmee rekening moet worden gehouden voor het netto magnetische moment van een atoom..
In feite is het magnetische spinmoment intenser dan het orbitale moment en is het voornamelijk verantwoordelijk voor het netto magnetisme van een stof..
De draaimomenten worden uitgelijnd in de aanwezigheid van een extern magnetisch veld en creëren een cascade-effect, achtereenvolgens uitgelijnd met naburige momenten.
Niet alle materialen vertonen magnetische eigenschappen. Deze zijn te wijten aan het feit dat de elektronen met tegengestelde spin paren vormen en hun respectievelijke magnetische draaimomenten opheffen..
Alleen als er een paar zijn, is er een bijdrage aan het totale magnetische moment. Daarom hebben alleen atomen met een oneven aantal elektronen een kans om magnetisch te zijn.
Ook de protonen in de atoomkern leveren een kleine bijdrage aan het totale magnetische moment van het atoom, omdat ze ook spin hebben en dus een bijbehorend magnetisch moment..
Maar dit hangt omgekeerd af van de massa, en die van het proton is veel groter dan die van het elektron..
Binnen een spoel, waar een elektrische stroom doorheen gaat, wordt een uniform magnetisch veld gecreëerd.
En zoals beschreven in figuur 2, bij het plaatsen van een materiaal daar, zijn de magnetische momenten hiervan uitgelijnd met het veld van de spoel. Het netto-effect is om een sterker magnetisch veld te produceren.
Transformatoren, apparaten die wisselspanning verhogen of verlagen, zijn goede voorbeelden. Ze bestaan uit twee spoelen, de primaire en de secundaire, gewikkeld op een zachte ijzeren kern..
Een veranderende stroom gaat door de primaire spoel die afwisselend de magnetische veldlijnen in de kern wijzigt, wat op zijn beurt een stroom induceert in de secundaire spoel..
De frequentie van de oscillatie is hetzelfde, maar de grootte is anders. Op deze manier kunnen hogere of lagere spanningen worden verkregen.
In plaats van de spoelen op te wikkelen tot een massieve ijzeren kern, verdient het de voorkeur om een vulling te plaatsen van metalen platen bedekt met vernis.
De reden is te wijten aan de aanwezigheid van wervelstromen in de kern, die het effect hebben dat deze overmatig wordt verwarmd, maar de stromen die in de platen worden geïnduceerd, zijn lager en daarom wordt de verwarming van het apparaat tot een minimum beperkt..
Een mobiele telefoon of een elektrische tandenborstel kan worden opgeladen door middel van magnetische inductie, ook wel bekend als draadloos opladen of inductief opladen..
Het werkt als volgt: er is een basis- of laadstation, die een solenoïde of hoofdspoel heeft, waardoor een veranderende stroom wordt geleid. Een andere spoel (secundair) wordt op de borstelhendel geplaatst.
De stroom in de primaire spoel induceert een stroom in de spoel van het handvat wanneer de borstel in het laadstation wordt geplaatst, en dit zorgt voor het opladen van de accu die ook in het handvat zit.
De grootte van de geïnduceerde stroom wordt vergroot wanneer een kern van ferromagnetisch materiaal, dat ijzer kan zijn, in de hoofdspoel wordt geplaatst..
Om de primaire spoel de nabijheid van de secundaire spoel te laten detecteren, zendt het systeem een onderbroken signaal uit. Zodra een reactie is ontvangen, wordt het beschreven mechanisme geactiveerd en begint de stroom te worden geïnduceerd zonder dat er kabels nodig zijn..
Een andere interessante toepassing van de magnetische eigenschappen van materie zijn ferrofluïda. Deze bestaan uit kleine magnetische deeltjes van een ferrietverbinding, gesuspendeerd in een vloeibaar medium, dat organisch of zelfs water kan zijn..
De deeltjes zijn bedekt met een stof die hun agglomeratie verhindert, en blijven zo verdeeld in de vloeistof.
Het idee is dat de vloeibaarheid van de vloeistof wordt gecombineerd met het magnetisme van de ferrietdeeltjes, die op zichzelf niet sterk magnetisch zijn, maar een magnetisatie verwerven in de aanwezigheid van een extern veld, zoals eerder beschreven..
De verworven magnetisatie verdwijnt zodra het externe veld wordt teruggetrokken.
Ferrofluids zijn oorspronkelijk ontwikkeld door NASA om brandstof te mobiliseren in een ruimtevaartuig zonder zwaartekracht, en een impuls te geven met behulp van een magnetisch veld..
Momenteel hebben ferrofluids veel toepassingen, sommige nog in de experimentele fase, zoals:
- Verminder wrijving op de geluiddempers van luidsprekers en koptelefoons (voorkom nagalm).
- Sta de scheiding toe van materialen met verschillende dichtheid.
- Werk als afdichtingen op de assen van de harde schijf en stoten vuil af.
- Als kankerbehandeling (in de experimentele fase). Ferrofluid wordt in kankercellen geïnjecteerd en er wordt een magnetisch veld aangelegd dat kleine elektrische stroompjes produceert. De warmte die hierdoor ontstaat, valt de kwaadaardige cellen aan en vernietigt ze.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.