Magnetyzm i materia, elektromagnesy

Ferromagnetyki

Z doświadczenia wiemy, że magnesy przyciągają nie tylko inne magnesy, ale również przedmioty wykonane z żelaza lub stali.

Do ferromagnetyków należą m.in. żelazo, nikiel, kobalt oraz ich stopy (stal jest stopem żelaza i węgla).

Domeny magnetyczne

Wiemy też, że stalowe i żelazne przedmioty można namagnesować – wtedy same przyciągają inne przedmioty wykonane ze stali lub żelaza.

Ferromagnetyki da się namagnesować, ponieważ mają specyficzna budowę wewnętrzną: zawierają obszary zwane domenami magnetycznymi, w których pola magnetyczne wytworzone przez elektrony poszczególnych atomów mają zgodny kierunek i zwrot.

Magnesowanie ferromagnetyku

W normalnych warunkach oddziaływania magnetyczne poszczególnych domen znoszą się nawzajem, więc przedmiot wykonany z ferromagnetyku nie wykazuje właściwości magnetycznych – stalowy gwóźdź nie przyciąga innych stalowych przedmiotów.

Jednak taki przedmiot można namagnesować. Jeśli ferromagnetyk znajdzie się w polu magnetycznym, jego domeny ułożą się zgodnie z liniami tego pola.

Tak się właśnie dzieje np. wtedy, gdy do stalowego gwoździa zbliżymy magnes. Domeny w stalowym gwoździu układają się zgodnie z liniami pola wytworzonego przez magnes: gwóźdź zostaje namagnesowany i sam staje się magnesem.

 
Uporządkowanie układu domen magnetycznych może zostać zniszczone pod wpływem temperatury. Nawet temperatura pokojowa sprawia, że po usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego (odsunięciu magnesu) gwóźdź szybko traci właściwości magnetyczne.

 

Ferromagnetyki można umownie podzielić na twarde i miękkie:

• twarde – trudno namagnesować i trudno rozmagnesować, zachowują właściwości magnetyczne po usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego,

• miękkie – łatwo namagnesować i łatwo rozmagnesować, łatwo tracą właściwości magnetyczne.

Z twardych ferromagnetyków wykonuje się np. magnesy trwałe, a z miękkich – rdzenie do elektromagnesów i transformatorów.

 

Elektromagnesy

W temacie Pole magnetyczne wokół magnesu trwałego i przewodników z prądempowiedzieliśmy, że zwojnica wytwarza pole takie jak sztabkowy magnes trwały.

Jeśli wewnątrz zwojnicy zostanie umieszczony rdzeń z ferromagnetyku, to po włączeniu prądu domeny magnetyczne w rdzeniu ułożą się zgodnie z polem wytwarzanym przez zwojnicę. Rdzeń zostanie namagnesowany i sam znacznie wzmocni oddziaływanie magnetyczne zwojnicy.

Ponieważ elektromagnesy działają na prąd, w łatwy sposób można je włączać i wyłączać, a także regulować siłę ich oddziaływania.

Znajdują one zastosowania w wielu urządzeniach takich jak:

• elektryczne zamki drzwi, 

• dźwigi do stali i żelaza w hutach i na złomowiskach,

• urządzenia do diagnostyki metodą magnetycznego rezonansu jądrowego.

 

Diamagnetyki, paramagnetyki

Oprócz ferromagnetyków można wyróżnić jeszcze dwie grupy substancji ze względu na ich właściwości magnetyczne.

• Diamagnetyki

• Diamagnetyki to substancje, które są odpychane przez magnesy trwałe.
• Inaczej mówiąc, to substancje, które słabo magnesują się przeciwnie do zewnętrznego pola magnetycznego. Diamagnetykami są np. grafit, miedź, woda lub złoto.
• Oddziaływanie diamagnetyku, np. miedzi, z magnesem trwałym jest jednak znacznie słabsze niż w przypadku stali.

 

• Paramagnetyki

• Paramagnetyki to substancje, które są przyciągane przez magnesy trwałe, ale ich oddziaływanie magnetyczne jest bardzo słabe.
• Do paramagnetyków należą m.in. platyna, magnez i aluminium.