Magnetisme dan Elektromagnetisme

Magnet alami dan buatan

Di antara bijih besi yang ditambang untuk industri metalurgi adalah bijih yang disebut bijih besi magnetik. Bijih ini memiliki sifat menarik benda besi ke dirinya sendiri.

Sepotong bijih besi semacam itu disebut magnet alam, dan sifat daya tarik yang ditunjukkannya adalah magnetisme.

Saat ini, fenomena kemagnetan digunakan secara luas di berbagai instalasi listrik. Namun, sekarang mereka tidak menggunakan magnet alami, tetapi yang disebut magnet buatan.

Magnet buatan terbuat dari baja khusus. Sepotong baja semacam itu dimagnetisasi dengan cara khusus, setelah itu memperoleh sifat magnetik, yaitu menjadi magnet permanen.

Bentuk magnet permanen bisa sangat beragam, tergantung tujuannya.

Dalam magnet permanen, hanya kutubnya yang memiliki gaya gravitasi. Ujung magnet yang menghadap ke utara disepakati disebut magnet kutub utara, dan ujung yang menghadap ke selatan disebut magnet kutub selatan. Setiap magnet permanen memiliki dua kutub: utara dan selatan. Kutub utara sebuah magnet dilambangkan dengan huruf C atau N, kutub selatan dengan huruf Yu atau S.

Magnet menarik besi, baja, besi tuang, nikel, kobalt ke dirinya sendiri. Semua benda ini disebut benda magnetik. Semua benda lain yang tidak tertarik oleh magnet disebut benda non-magnetik.

Struktur magnetnya. Magnetisasi

Setiap benda, termasuk benda magnetis, terdiri dari partikel terkecil - molekul. Berbeda dengan molekul benda non-magnetik, molekul benda magnetis memiliki sifat magnetis, yang mewakili magnet molekuler. Di dalam benda magnet, magnet molekuler ini disusun dengan sumbunya dalam arah yang berbeda, sehingga benda itu sendiri tidak menunjukkan sifat magnet apa pun. Tetapi jika magnet ini dipaksa berputar pada sumbunya sehingga kutub utaranya berputar ke satu arah dan kutub selatannya ke arah lain, maka benda akan memperoleh sifat magnet, yaitu menjadi magnet.

Proses dimana benda magnetik memperoleh sifat-sifat magnet disebut magnetisasi... Dalam produksi magnet permanen, magnetisasi dilakukan dengan bantuan arus listrik. Tapi Anda bisa menarik tubuh dengan cara lain, menggunakan magnet permanen biasa.

Jika magnet bujursangkar dipotong sepanjang garis netral, maka dua magnet independen akan diperoleh, dan polaritas ujung magnet akan dipertahankan, dan kutub yang berlawanan akan muncul di ujung yang diperoleh sebagai hasil pemotongan.

Masing-masing magnet yang dihasilkan juga dapat dibagi menjadi dua magnet, dan tidak peduli berapa banyak kita melanjutkan pembagian ini, kita akan selalu mendapatkan magnet independen dengan dua kutub. Tidak mungkin mendapatkan batang dengan satu kutub magnet. Contoh ini menegaskan posisi bahwa benda magnetik terdiri dari banyak magnet molekuler.

Badan magnet berbeda satu sama lain dalam tingkat mobilitas magnet molekuler. Ada benda yang termagnetisasi dengan cepat dan juga mengalami demagnetisasi dengan cepat. Sebaliknya, ada benda yang bermagnet perlahan tetapi mempertahankan sifat magnetnya untuk waktu yang lama.

Jadi besi dengan cepat termagnetisasi di bawah pengaruh magnet luar, tetapi dengan cepat mengalami demagnetisasi, yaitu kehilangan sifat magnetnya saat magnet dilepas Baja, setelah dimagnetisasi, mempertahankan sifat magnetnya untuk waktu yang lama, yaitu , itu menjadi magnet permanen.

Sifat besi untuk magnetisasi dan demagnetisasi dengan cepat dijelaskan oleh fakta bahwa magnet molekul besi sangat mobile, mereka dengan mudah berputar di bawah pengaruh gaya magnet eksternal, tetapi dengan cepat kembali ke posisi tidak teratur sebelumnya ketika tubuh magnetisasi adalah dihapus.

Dalam besi, bagaimanapun, sebagian kecil dari magnet, dan setelah penghapusan magnet permanen, masih tetap untuk beberapa waktu di posisi yang mereka tempati pada saat magnetisasi. Oleh karena itu, setelah magnetisasi, besi mempertahankan sifat magnet yang sangat lemah. Hal ini diperkuat oleh fakta bahwa ketika pelat besi dilepas dari kutub magnet, tidak semua serbuk gergaji jatuh dari ujungnya - sebagian kecil tetap tertarik ke pelat.

Sifat baja untuk tetap termagnetisasi untuk waktu yang lama dijelaskan oleh fakta bahwa magnet molekul baja sulit berputar ke arah yang diinginkan selama magnetisasi, tetapi mereka mempertahankan posisi stabilnya untuk waktu yang lama bahkan setelah badan magnetisasi dilepas.

Kemampuan benda magnetik untuk menunjukkan sifat magnetik setelah magnetisasi disebut magnet sisa.

Fenomena magnet sisa disebabkan oleh fakta bahwa dalam benda magnet terdapat apa yang disebut gaya perlambatan yang menjaga magnet molekul pada posisi yang ditempatinya selama magnetisasi.

Pada besi, aksi gaya perlambatan sangat lemah, sehingga cepat mengalami demagnetisasi dan memiliki sisa magnetisme yang sangat kecil.

Sifat besi untuk menarik dan mendemagnetisasi dengan cepat sangat banyak digunakan dalam teknik kelistrikan. Cukuplah untuk mengatakan bahwa inti masing-masing elektromagnetyang digunakan dalam perangkat listrik terbuat dari besi khusus dengan magnet sisa yang sangat rendah.

Baja memiliki daya cengkeram yang besar, yang karenanya sifat magnetisme dipertahankan di dalamnya. itu sebabnya magnet permanen terbuat dari paduan baja khusus.

Sifat-sifat magnet permanen terpengaruh oleh guncangan, benturan, dan fluktuasi suhu yang tiba-tiba. Jika, misalnya, magnet permanen dipanaskan menjadi merah dan kemudian dibiarkan dingin, maka sifat magnetnya akan hilang sama sekali. Demikian pula, jika magnet permanen terkena guncangan, maka gaya tariknya akan berkurang secara signifikan.

Ini dijelaskan oleh fakta bahwa dengan pemanasan atau kejutan yang kuat, aksi gaya perlambatan diatasi dan dengan demikian susunan magnet molekuler yang teratur terganggu. Oleh karena itu, magnet permanen dan perangkat magnet permanen harus ditangani dengan hati-hati.

Garis gaya magnet. Interaksi kutub magnet

Di sekitar setiap magnet ada yang disebut Medan gaya.

Medan magnet disebut ruang tempat gaya magnet... Medan magnet magnet permanen adalah bagian ruang tempat medan magnet bujursangkar dan gaya magnet magnet ini bekerja.

Gaya magnet medan magnet bekerja dalam arah tertentu... Arah aksi gaya magnet disepakati disebut garis gaya magnet... Istilah ini banyak digunakan dalam studi teknik kelistrikan, namun harus diingat bahwa garis gaya magnet bukanlah materi: ini adalah istilah konvensional yang diperkenalkan hanya untuk memfasilitasi pemahaman sifat medan magnet.

Bentuk medan magnet, yaitu letak garis-garis medan magnet di ruang angkasa bergantung pada bentuk magnet itu sendiri.

Garis medan magnet memiliki sejumlah sifat: selalu tertutup, tidak pernah berpotongan, cenderung mengambil jalur terpendek, dan saling tolak jika mengarah ke arah yang sama. Garis gaya keluar dari kutub utara diterima secara umum dari magnet dan masuki kutub selatannya; di dalam magnet, mereka memiliki arah dari kutub selatan ke utara.

Seperti kutub magnet menolak, tidak seperti kutub magnet menarik.

Sangat mudah untuk meyakinkan diri sendiri tentang kebenaran kedua kesimpulan tersebut dalam praktiknya. Ambil kompas dan bawa ke salah satu kutub magnet bujursangkar, misalnya kutub utara. Anda akan melihat bahwa panah akan langsung membelokkan ujung selatannya ke kutub utara magnet. Jika Anda memutar magnet dengan cepat 180 °, maka jarum magnet akan langsung berputar 180 °, artinya ujung utaranya akan menghadap ke kutub selatan magnet.

Induksi magnetik. fluks magnet

Gaya aksi (tarikan) magnet permanen pada benda magnet berkurang seiring bertambahnya jarak antara kutub magnet dan benda ini. Sebuah magnet menunjukkan gaya tarik-menarik terbesar secara langsung di kutubnya, tepatnya di tempat garis gaya magnet berada paling padat. Menjauh dari kutub, kerapatan garis-garis gaya berkurang, mereka semakin jarang ditemukan, seiring dengan ini, gaya tarik magnet juga melemah.

Dengan demikian, gaya tarik magnet pada berbagai titik medan magnet tidak sama dan dicirikan oleh kerapatan garis gaya. Untuk mengkarakterisasi medan magnet di berbagai titik, kuantitas yang disebut induksi medan magnet diperkenalkan.

Induksi magnetik medan secara numerik sama dengan jumlah garis gaya yang melewati area seluas 1 cm2, yang terletak tegak lurus dengan arahnya.

Artinya semakin besar kerapatan garis-garis medan pada suatu titik tertentu di dalam medan, semakin besar pula induksi magnet pada titik tersebut.

Jumlah total garis gaya magnet yang melewati suatu daerah disebut fluks magnet.

Fluks magnet dilambangkan dengan huruf F dan berhubungan dengan induksi magnet melalui hubungan berikut:

Ф = BS,

di mana F adalah fluks magnet, V adalah induksi magnet medan; S adalah area yang ditembus oleh fluks magnet tertentu.

Rumus ini hanya berlaku jika luas S tegak lurus dengan arah fluks magnet. Jika tidak, besarnya fluks magnet juga akan bergantung pada sudut di mana area S berada, dan kemudian rumusnya akan mengambil bentuk yang lebih kompleks.

Fluks magnet magnet permanen ditentukan oleh jumlah total garis gaya yang melewati penampang magnet.Semakin besar fluks magnet magnet permanen, semakin menarik magnet tersebut.

Fluks magnet magnet permanen tergantung pada kualitas baja dari mana magnet itu dibuat, ukuran magnet itu sendiri, dan tingkat magnetisasinya.

permeabilitas magnetik

Sifat benda yang membiarkan fluks magnet menembus dirinya sendiri disebut permeabilitas magnet... Lebih mudah fluks magnet melewati udara daripada melalui benda non-magnetik.

Mampu membandingkan zat-zat yang berbeda menurut sifat-sifatnya permeabilitas magnetik, merupakan kebiasaan untuk menganggap permeabilitas magnetik udara sama dengan satu kesatuan.

Mereka disebut zat dengan permeabilitas magnetik kurang dari satu diamagnetik... Mereka termasuk tembaga, timah, perak, dll.

Aluminium, platina, timah, dll. Mereka memiliki permeabilitas magnetik sedikit lebih besar dari kesatuan dan disebut zat paramagnetik.

Zat dengan permeabilitas magnetik jauh lebih besar dari satu (diukur dalam ribuan) disebut feromagnetik. Ini termasuk nikel, kobalt, baja, besi, dll. Semua jenis perangkat magnet dan elektromagnetik dan bagian dari berbagai mesin listrik diproduksi dari zat ini dan paduannya.

Kepentingan praktis untuk teknologi komunikasi adalah paduan besi-nikel khusus yang disebut permaloid.