Magnet

Bara magnetica

Pile de fier orientate de-a lungul liniilor câmpului magnetic generate de o bară.

Un magnet (sau magnet ) este un corp care generează un câmp magnetic . Astecii derivă din greacă λίθος μαγνήτης (magnétes Lithos), însemnând „piatră de Magnesia “, de la numele unei localități din Asia Mică , cunoscută încă din cele mai vechi timpuri pentru depozitele sale mari de magnetit . Un câmp magnetic este invizibil pentru ochiul uman, dar efectele sale sunt bine cunoscute, deoarece pot deplasa materiale feromagnetice precum fierul și pot atrage sau respinge magneții.

Un magnet permanent este alcătuit dintr-un material feromagnetic (doar câteva) care a fost magnetizat și își creează propriul câmp magnetic. Materialele care pot fi magnetizate sunt și cele puternic atrase de un magnet și se numesc feromagnetice (sau ferimagnetice); acestea includ fierul , nichelul , cobaltul , unele aliaje de pământuri rare și unele minerale naturale, cum ar fi magnetitul . Deși materialele feromagnetice (și ferimagnetice) sunt singurele atrase de un magnet atât de intens încât sunt considerate în mod obișnuit „magnetice”, toate substanțele răspund slab la un câmp magnetic, printr-unul din mai multe tipuri de magnetism .

Materialele feromagnetice pot fi împărțite în materiale magnetice „ moi ” (cum ar fi fierul recoacut ), care pot fi magnetizate, dar care tind să nu rămână în această stare, și materiale „ dure ” magnetic, care în schimb rămân magnetice. Magneții permanenți sunt realizați din materiale feromagnetice „dure” supuse în timpul producției lor unui tratament special într-un câmp magnetic puternic, care își aliniază structura microcristalină internă și le face foarte greu de demagnetizat. Pentru demagnetizarea unui magnet de acest tip, de fapt, trebuie aplicat un anumit câmp magnetic, a cărui intensitate depinde de coercitivitatea materialului corespunzător; materialele „dure” au coercitivitate ridicată, în timp ce cele „moi” au coercitivitate scăzută.

Un electromagnet constă dintr-o bobină de sârmă conductoare care acționează ca un magnet atunci când un curent electric trece prin el, dar care nu mai este un magnet când curentul se oprește. Adesea un electromagnet este înfășurat în jurul unui miez de material feromagnetic (de exemplu oțel) pentru a crește câmpul magnetic produs de bobină.

Puterea generală a unui magnet este măsurată de momentul său magnetic sau, alternativ, de fluxul magnetic total pe care îl produce. Puterea locală a magnetismului într-un material este măsurată prin magnetizarea acestuia.

Caracteristicile magneților

Câmpul magnetic

Același subiect în detaliu: câmp magnetic .

Câmpul magnetic (de obicei indicat cu litera B ) este un câmp vectorial caracterizat printr-o direcție , care poate fi obținută prin utilizarea unei busole simple, printr-o direcție și printr-o intensitate .

Unitatea SI de măsurare a câmpului magnetic este tesla (T) în timp ce unitatea de măsură a fluxului magnetic total este weber ; 1 tesla este egal cu 1 weber pe metru pătrat (o valoare foarte mare a fluxului magnetic).

Momentul magnetic

Același subiect în detaliu: Moment magnetic .

Momentul magnetic (numit și momentul dipol magnetic și indicat de litera greacă μ ) este un vector care caracterizează proprietățile magnetice ale unui corp; într-o bară magnetică, de exemplu, direcția momentului magnetic este direcționată de la polul sud la polul nord al barei și intensitatea acestuia depinde de forța polilor și de distanța lor.

Un magnet produce un câmp magnetic și este la rândul său afectat de câmpuri magnetice. Intensitatea câmpului magnetic produs este proporțională cu momentul magnetic și, de asemenea, momentul mecanic al cărui magnet este afectat, odată plasat într-un câmp magnetic extern, este proporțional cu acesta (precum și cu intensitatea și direcția exteriorului câmp).

În unitățile sistemului internațional, momentul magnetic este măsurat în A · m ² (Ampere pe metru pătrat); de exemplu, o buclă cu o secțiune circulară egală cu S traversată de un curent electric de intensitate I este un magnet cu un moment dipolar magnetic de intensitate IS

Magnetizare

Același subiect în detaliu: Magnetizare .

Magnetizarea unui corp este valoarea momentului său magnetic pe unitate de volum, de obicei notată cu M și măsurată în A / m . Este un câmp vectorial (ca și câmpul magnetic și spre deosebire de momentul magnetic), deoarece valoarea acestuia variază pe măsură ce diferitele secțiuni ale corpului variază. O tijă magnetică bună are de obicei un moment magnetic de aproximativ 0,1 A · m² și, prin urmare, presupunând un volum de 1 cm³ (sau 0,000001 m³), o magnetizare de 100 000 A / m. Fierul poate ajunge până la un milion de A / m de magnetizare.

Polii magnetici

Liniile de forță ale câmpului magnetic generate de o bară cilindrică; se vede cum părăsesc polul nord și intră în polul sud.

Toți magneții au cel puțin doi poli, adică au cel puțin un pol „nord” și unul „sud”; polul nu este o entitate materială, ci un concept utilizat în descrierea magneților.

Pentru a-i înțelege semnificația, un exemplu poate fi făcut imaginând o linie de oameni aliniați și orientați în aceeași direcție; deși are o latură „din față” și „din spate”, nu există un loc special în rândul în care să fie doar „laturile din față” ale oamenilor sau „laturile din spate” ale acestora; o persoană are în față partea din spate a persoanei din față și în spate o altă persoană cu fața în față. Dacă împărțiți rândul în două rânduri mai mici, acestea vor avea totuși o orientare. Continuând să împărțiți rândurile, ajungând chiar la un singur individ, totuși se arată aceeași orientare față / spate.

La fel se întâmplă și cu magneții: nu există nicio zonă în interiorul magnetului în care se găsesc numai polii nordici sau numai polii sudici; chiar dacă împărțiți magnetul în doi, ambii magneți rezultați vor avea un pol nord și un pol sud. Chiar și acești magneți mai mici pot fi defalcați în continuare, producând în continuare magneți cu pol nord și pol sud. Dacă continuați să împărțiți magnetul în părți din ce în ce mai mici, la un moment dat aceste părți vor fi prea mici chiar și pentru a menține un câmp magnetic. Aceasta nu înseamnă că au devenit poli unici, ci pur și simplu că și-au pierdut capacitatea de a genera magnetism. Pentru unele materiale, se poate ajunge la nivelul molecular și se poate observa totuși un câmp magnetic, cu poli nord și sud (aceștia sunt „ magneții moleculari ”). Cu toate acestea, unele teorii fizice prezic existența unui monopol magnetic nord și sud.

În ceea ce privește câmpul de inducție magnetică B , într-un magnet permanent liniile de forță intră din polul sud și ies din polul nord. În mod similar, un pol nord și un pol sud pot fi identificați într-un solenoid care transportă curent continuu.

Polul nord și polul sud al câmpului magnetic

Diagramă reprezentând câmpul magnetic al Pământului (poli și linii de forță ale câmpului magnetic.)

Același subiect în detaliu: Câmpul geomagnetic , Polul Nord și Polul Sud .

Din punct de vedere istoric, termenii polului nord și polul sud al unui magnet reflectă conștientizarea interacțiunilor dintre acesta și câmpul geomagnetic : un magnet suspendat liber în aer se va orienta de-a lungul direcției nord-sud datorită atracției nordului magnetic și polii sudici ai Țării; capătul magnetului îndreptat spre polul geografic nord al Pământului este numit polul nord al magnetului, în timp ce în mod evident celălalt capăt va fi polul sud al magnetului.

Cu toate acestea, polul nord geografic actual al Pământului nu corespunde polului său magnetic sudic ; complicând și mai mult scenariul, s-au găsit roci magnetizate găsite în fundul oceanului care arată cum câmpul geomagnetic și-a inversat polaritatea de mai multe ori în trecut. Din fericire, folosind un electromagnet și regula mâinii drepte , orientarea oricărui câmp magnetic poate fi definită fără a fi nevoie să se refere la câmpul geomagnetic.

Pentru a evita confuzii suplimentare între polii geografici și magnetici, aceștia din urmă sunt adesea denumiți „pozitivi” și „negativi” (unde polul pozitiv este cel care corespunde polului nord geografic).

Materiale magnetice

Termenul „magnet” este în general rezervat acelor obiecte care își produc propriul câmp magnetic persistent chiar și în absența unui câmp magnetic extern aplicat. Doar unele clase de materiale pot face acest lucru, în timp ce majoritatea produc un câmp magnetic numai ca răspuns la un câmp magnetic extern; prin urmare, există diferite tipuri de magnetism și toate materialele au o anumită formă. Comportamentul magnetic general al unui material poate varia foarte mult în funcție de structura acestuia, în special configurația sa electronică . S-au observat diferite forme de comportament magnetic în diferite materiale:

Materialele feromagnetice sunt cele considerate în mod tradițional „magnetice”: aceste materiale sunt de fapt singurele care își pot menține magnetizarea și pot deveni magneți. Materialele ferimagnetice , care includ ferita și magnetitul , sunt similare cu cele anterioare, dar cu proprietăți magnetice mai slabe.
Materialele paramagnetice precum platina , aluminiul și oxigenul sunt slab atrase de un magnet: acest efect este de sute de mii de ori mai slab decât în materialele feromagnetice și poate fi detectat doar de instrumente sensibile sau folosind magneți extrem de puternici. Ferofluidele magnetice, deși sunt formate din mici particule feromagnetice suspendate într-un lichid, sunt uneori considerate paramagnetice, deoarece nu pot fi magnetizate.
Materialele diamagnetice sunt respinse de ambii poli ai unui câmp magnetic; În comparație cu substanțele paramagnetice și feromagnetice, substanțele diamagnetice precum carbonul , cuprul , apa și plasticul sunt respinse și mai slab de un magnet. Permeabilitatea materialelor diamagnetice este mai mică decât permeabilitatea vidului . Toate substanțele care nu posedă unul dintre celelalte tipuri de magnetism sunt diamagnetice, iar aceasta include majoritatea acestora. Chiar dacă forța asupra unui obiect diamagnetic cauzată de un magnet obișnuit este prea slabă pentru a fi percepută, cu un magnet supraconductor extrem de puternic, chiar și obiectele diamagnetice, cum ar fi piesele de plumb , pot fi levitate în aer: superconductorii resping câmpurile. în interior și sunt puternic diamagnetice.
În cele din urmă, există și alte tipuri de materiale magnetice, cum ar fi sticla rotativă și substanțele superparamagnetice .

Originile fizice ale magnetismului

Magneți permanenți

Magneți strânși în contact prin forță magnetică

Orice obiect comun este alcătuit din particule precum protoni , neutroni și electroni ; fiecare dintre ele are printre proprietățile sale mecanice cuantice spinul , care asociază un câmp magnetic cu aceste particule. Din acest punct de vedere, orice corp material, fiind compus din nenumărate particule, este de așteptat să posede caractere magnetice (chiar și particulele de antimaterie au proprietăți magnetice); Cu toate acestea, experiența zilnică respinge această afirmație.

În cadrul fiecărui atom sau moleculă, aranjamentele fiecărui spin urmează strict principiul excluderii Pauli ; în orice caz, în substanțele diamagnetice nu există o ordonare „pe termen lung” a acestor rotiri, deci nu există câmp magnetic, deoarece fiecare moment magnetic al unei particule este anulat de cel al altuia.

Cu toate acestea, la magneții permanenți această comandă pe distanțe lungi există; cel mai înalt grad de ordonare este cel prezent în așa-numitele domenii magnetice : ele pot fi considerate ca regiuni microscopice în care o interacțiune puternică între particule, numită interacțiune de schimb, generează o situație extrem de ordonată; cu cât gradul de ordine al domeniului este mai mare, cu atât câmpul magnetic generat va fi mai puternic.

O triere pe scară largă (și, prin urmare, un câmp magnetic puternic) este una dintre caracteristicile principale ale materialelor feromagnetice .

O stratagemă care este exploatată pentru a genera câmpuri magnetice foarte intense este de a orienta toate domeniile magnetice ale unui feromagnet cu un câmp mai puțin intens, generat de o înfășurare a materialului conductiv în interiorul căruia este trecut un curent electric : este electromagnetul .

Rolul electronilor

Electronii joacă un rol primordial în formarea câmpului magnetic; într-un atom, electronii pot fi găsiți fie individual, fie în perechi, în cadrul fiecărui orbital . Dacă sunt în perechi, fiecare electron are o rotire opusă față de cealaltă (rotire în sus și rotire în jos); deoarece rotirile au direcții opuse, se anulează reciproc: o pereche de electroni nu poate genera un câmp magnetic.

Cu toate acestea, la mulți atomi există electroni nepereche: toate materialele magnetice au electroni de acest tip, dar nu este sigur că, dimpotrivă, un atom cu electroni nepereche este feromagnetic. Pentru a fi feromagnetici, electronii neperecheați ai materialului trebuie, de asemenea, să interacționeze între ei la scări mari, astfel încât toți să fie orientați în aceeași direcție. Configurația electronică specifică a atomilor, precum și distanța dintre fiecare atom, este principalul factor care conduce această comandă pe distanțe lungi. Dacă electronii prezintă aceeași orientare, aceștia se află în starea de energie inferioară.

Electromagneți

Cel mai simplu exemplu de electromagnet este cel al unui fir conductor înfășurat ca o bobină de una sau mai multe ori: această configurație se numește, respectiv, o bobină sau un solenoid . Când un curent electric trece prin bobină, bobina generează un câmp magnetic în jurul ei. Orientarea câmpului magnetic poate fi determinată prin regula mâinii drepte , în timp ce intensitatea acestuia depinde de diverși factori: suprafața interacțiunii se obține din numărul de spire, activitatea din densitatea curentului electric; cu cât sunt mai multe rotații (sau cu cât densitatea curentului este mai mare), cu atât câmpul magnetic este mai mare.

Dacă bobina este goală în interior, câmpul generat este relativ slab; diverse materiale feromagnetice sau paramagnetice pot fi utilizate pentru a face miezul unui electromagnet: adăugarea miezului poate crește intensitatea câmpului magnetic de la 100 la 1000 de ori.

La diferite distanțe de magnet, puterea câmpului magnetic observat este invers proporțională cu cubul distanței.

Dacă electromagnetul se sprijină pe o placă metalică, forța necesară pentru separarea celor două obiecte este mai mare cu cât cele două suprafețe sunt mai plane și netede: în acest caz, de fapt, există un număr mai mare de puncte de contact și cu atât mai mică este reticența . a circuitului magnetic.

Electromagneții au multe aplicații, de la excavatoare și macarale la acceleratoare de particule , motoare electrice, mașini de imagistică prin rezonanță magnetică . Există, de asemenea, mașini mai complexe în care nu se utilizează dipoli magnetici simpli, ci cvadrupoli magnetici , cu scopul, de exemplu, de a concentra grinzile de particule. Un exemplu este spectrometrul de masă .

Recent, câmpuri de câteva milioane de tesla au fost produse în solenoizi micrometrici în care un curent de milioane de amperi a fost trecut prin descărcarea de impuls a unei baterii de condensatori. Forțele intense generate de descărcare au făcut ca sistemul să implodeze în câteva milisecunde.

Utilizarea magneților

Magneții pot fi găsiți și în jucării, cum ar fi aceste bețe magnetice conectate prin bile mici de metal.

Magneții își găsesc aplicația într-o gamă largă de instrumente, inclusiv:

Suport de înregistrare magnetică: Casetele VHS obișnuite conțin o bobină de bandă magnetică, iar informațiile vizuale și audio sunt stocate în stratul magnetic al benzii; casetele audio conțin și bandă magnetică. În mod similar, dischetele și hard diskurile înregistrează date pe o peliculă magnetică subțire.
Carduri de credit , debit și ATM : toate au o bandă magnetică, care conține informațiile de care aveți nevoie pentru a contacta instituția de credit.
Televizoare și monitoare pentru computer: Majoritatea televizoarelor și ecranelor computerului depind parțial de un electromagnet în generarea imaginii (a se vedea „ Tubul cu raze catodice ”). Pe de altă parte, ecranele cu plasmă și LCD de astăzi sunt legate de tehnologii complet diferite.
Boxe , cartușe și microfoane : majoritatea boxelor funcționează datorită combinației unui magnet permanent și a unui electromagnet, care transformă energia electrică (semnalul) în energie mecanică (sunetul); electromagnetul poartă semnalul, care generează un câmp magnetic care interacționează cu cel generat de magnetul permanent, creând sunet. Capetele sau pickup-urile fonografice sunt capabile să citească canelurile discurilor de vinil printr-un ac de diamant conectat la un consolă metalică și la un aparat de traductoare format dintr-un magnet permanent și o bobină, așa cum se întâmplă în cele mai frecvente tipuri, cu magnet în mișcare sau în mișcare bobina. Microfoanele normale se bazează pe aceleași concepte, dar funcționează în sens opus: în interiorul microfonului există o membrană conectată la o bobină, împreună cu un magnet de aceeași formă; atunci când un sunet vibrează membrana, același lucru se întâmplă cu bobina care, deplasându-se în interiorul unui câmp magnetic, generează o tensiune (vezi „ Legea lui Lenz ”); această tensiune este semnalul electric utilizat pentru a transmite sunetul.
Motoare electrice și generatoare : Multe motoare electrice funcționează în mod similar cu difuzoarele (un magnet permanent și un electromagnet transformă energia electrică în energie mecanică). Un generator este exact opusul: transformă energia mecanică în energie electrică.
Medicină : în spitale, imagistica prin rezonanță magnetică este utilizată pentru a identifica problemele din organele pacienților, fără a utiliza metode invazive.
Transformatoare : un transformator transferă curent electric prin două spire izolate electric, dar nu magnetic.
Busolă : constă dintr-un indicator magnetizat liber pentru a se alinia cu câmpul magnetic al Pământului .
Trenuri de levitație magnetică sau maglev .
Acceleratoare de particule : folosesc magneți pentru a direcționa fasciculele de particule pe calea stabilită; magneții sunt folosiți și pentru a colima fasciculele de pe ținte.

Separator magnetic pentru minerale.

În domeniul artistic, 1 milimetru de patină magnetică este adesea folosit pentru a acoperi picturi și fotografii, pentru a permite adăugarea de suprafețe metalice de diferite tipuri.
Magneții pot fi folosiți în bijuterii: colierele și brățările pot avea, de fapt, o închidere magnetică sau pot fi alcătuite în întregime dintr-o serie legată de magneți și margele feroase.
Magneții pot fi folosiți pentru a ridica alte obiecte magnetice (cuie, capse, agrafe de hârtie), care sunt prea mici, prea greu de atins sau prea subțiri pentru a fi ținute cu degetele. Unele șurubelnițe sunt magnetizate în acest scop.
Magneții pot fi folosiți în operațiuni de resturi și recuperare pentru a separa metalele magnetice (fier, oțel și nichel) de metale nemagnetice (aluminiu, aliaje de metale neferoase etc.). Aceeași idee este utilizată în așa-numitul „test magnetic”, în care caroseria unei mașini este verificată cu un magnet pentru a detecta zonele reparate cu fibră de sticlă sau chit.
Pietrele cu proprietăți magnetice sunt, de asemenea, folosite de diferite grupuri etnice afro-americane în practici magico-șamanice cunoscute sub numele de ritualuri Hoodoo : se crede că aceste pietre sunt legate magic de numele unei persoane și printr-un ritual sunt presărate cu nisip de fier care dezvăluie câmp.; o piatră poate fi utilizată pentru a face realitatea dorințelor unei persoane, două pietre pentru a efectua o vrajă de dragoste.
Magneții sunt utilizați pentru producerea de gadgeturi și suveniruri (de exemplu magneți pentru frigider).

Ilustrație preluată din Acta Eruditorum din 1763 unde este publicată recenzia volumului De magnete libri quatuor de Giovanni Battista Scarella

Stimulare magnetică transcraniană neinvazivă a îngrijirii neurologice

Cum să magnetizăm și să demagnetizăm un corp

Electromagnet supraconductor al spectrometrului de masă 7 Tesla FT-ICR

Materialele feromagnetice pot fi magnetizate în mai multe moduri:

plasând obiectul feromagnetic într-un câmp magnetic, se pot observa urme de magnetism în material; alinierea cu câmpul geomagnetic și prezența oscilațiilor sunt efectele acestui magnetism rezidual;
plasarea acestuia în interiorul unui solenoid traversat de curent continuu ;
frecarea în mod repetat și întotdeauna în aceeași direcție spre un magnet de-a lungul unui capăt al obiectului de magnetizat;
în cazul particular al oțelului, acesta poate fi plasat într-un câmp magnetic și apoi încălzit la temperaturi ridicate (magnetul trebuie să fie orientat de-a lungul direcției polilor magnetici ai Pământului). Magnetismul rezultat al oțelului nu este deosebit de intens, dar este totuși permanent.

În schimb, pot fi demagnetizate cu următoarele proceduri:

prin încălzirea sau răcirea lor ^[1] , creșterea temperaturii duce la o pierdere de magnetizare de intensitate și durată variabilă în funcție de temperatura atinsă, în timp ce doar unii magneți își pierd magnetizarea la temperaturi scăzute
- Demagnetizare reversibilă de intensitate redusă, atingând temperaturi ușor peste temperatura maximă sau minimă de funcționare, atunci când temperatura de funcționare este restabilită, magnetul își reia caracteristicile.
- Demagnetizare durabilă și restaurabilă, atingând temperaturi cu mult peste temperatura de funcționare, dar sub limitele punctului Curie, magnetul își pierde în mod constant o parte din magnetizare chiar și atunci când temperatura de funcționare este restabilită, dar este posibilă restabilirea magnetizării cu un tratament de magnetizare.
- Demagnetizarea permanentă și ireversibilă, prin încălzirea până la punctul Curie , distrugerea ordinii lor pe distanțe lungi și ulterior răcirea lor în absența unui câmp;

frecarea lor cu un alt magnet în direcții aleatorii (acest lucru nu este deosebit de eficient în prezența materialelor cu un grad ridicat de magnetism);

ruperea magnetului, pentru a reduce ordinea lor intrinsecă;

plasând magnetul într-un solenoid traversat de un curent alternativ cu intensitate descrescătoare treptat.

Într-un electromagnet care conține un miez de fier , întreruperea fluxului de curent înseamnă eliminarea majorității câmpului magnetic (efectele magnetice slabe rămân datorate fenomenului de histerezis ).

Tipuri de magneți permanenți

Un teanc de magneți

Magneți metalici

Multe materiale au perechi de electroni nepereche și cele mai multe dintre ele sunt paramagnetice . Dacă cei doi electroni interacționează între ei în așa fel încât rotirile lor să se alinieze spontan, aceste materiale devin feromagnetice (sau pur și simplu „ magnetice ”). În funcție de structura atomică a cristalelor din care sunt formate, multe metale sunt deja feromagnetice atunci când sunt încă minerale , de exemplu fier ( magnetit ), cobalt , nichel sau chiar minerale din pământuri rare precum gadoliniul sau disproziul . Acești magneți naturali au fost, în mod evident, primii care au fost folosiți pentru proprietățile lor magnetice, urmate de alții de fabricație artificială, cum ar fi borul, un material foarte magnetic folosit pentru clapele aeronavelor, permițând un zbor confortabil și lin.

Magneți compoziți

Ceramică : magneții ceramici sunt un aliaj compozit din pulbere de oxid de fier și ceramică cu carbonat de bariu (sau carbonat de stronțiu). Datorită costului redus al acestor materiale și tehnicilor de fabricație, acest tip de magnet poate fi produs în cantități mari și vândut la un preț scăzut. Magneții ceramici sunt imuni la coroziune , dar pot fi foarte fragili.
AlNiCo : Magneții AlNiCo sunt obținuți prin topirea sau sinterizarea aluminiului, nichelului și cobaltului cu fier, plus eventual alte elemente adăugate pentru a crește proprietățile magnetice. Sinterizarea conferă magnetului proprietăți mecanice superioare, în timp ce turnarea îi conferă proprietăți magnetice mai mari. Acești magneți sunt rezistenți la coroziune și, deși sunt mai versatili decât magneții ceramici, sunt încă mai puțini decât magneții metalici.
TiCoNiAl : magneții TiCoNiAl constau dintr-un aliaj de titan , cobalt, nichel, aluminiu (în simbolurile chimice Ti, Co, Ni și Al) de unde și numele, împreună cu fierul și alte elemente. Au fost dezvoltate de Philips pentru producerea de difuzoare.
Turnate prin injecție : magneții turnați prin injecție sunt fabricate dintr-un amestec de rășini și pulberi magnetice și pot fi turnate în cele mai diferite forme și dimensiuni. Proprietățile lor mecanice și magnetice depind în mod evident de diferitele tipuri de materiale utilizate, deși, în general, primele pot fi urmărite înapoi la cele ale materialelor plastice, iar acestea din urmă sunt inferioare celor ale magneților metalici.
Flexibile : magneții flexibili sunt foarte asemănători cu cei mulați prin injecție: sunt de fapt obținuți dintr-un amestec de rășini sau lianți, cum ar fi vinilul . Nu posedă proprietăți magnetice ridicate, dar, așa cum sugerează și numele, au proprietăți mecanice excelente.

Cu pământuri rare

Elementele chimice numite pământuri rare (adică lantanide ) au nivelul electronic f (care poate conține până la 14 electroni) doar parțial umplut. Rotirea electronilor la acest nivel se poate alinia cu ușurință în prezența câmpurilor magnetice puternice și, prin urmare, tocmai în aceste situații sunt folosiți magneții de pământuri rare. Cele mai comune soiuri ale acestor magneți sunt magneții de samariu-cobalt și magneții de neodim-fier-bor .

Molecular (SMM)

În anii 1990 s- a descoperit că anumite tipuri de molecule care conțin ioni paramagnetici metalici erau capabili să-și păstreze momentul magnetic chiar și la temperaturi extrem de scăzute. Acest mecanism este diferit de cel folosit de magneții convenționali și este teoretic și mai eficient. Cercetarea acestor magneți moleculari sau SMM („ magneți cu o singură moleculă ”) este încă în desfășurare. Multe SMM conțin mangan, în timp ce altele conțin, de asemenea, vanadiu, fier, nichel și cobalt.

Magneți organici

Il primo materiale organico, magnetico a temperatura ambiente, è stato ottenuto in diclorometano , dalla reazione del dibenzene-vanadio con tetracianoetilene (TCNE) e si presenta come un materiale nero, amorfo, di composizione V(TCNE) ₂ ½CH ₂ Cl ₂ , magnetico sino alla temperatura di decomposizione a 77 °C. Così ottenuto risulta poco stabile, mentre ottenuto dalla fase gassosa di TCNE e V(CO) ₆ ( Vanadio esacarbonile ) e condensato direttamente su supporti, rigidi o flessibili, forma film magnetici abbastanza stabili all'aria ^[2] .

Forze magnetiche

Calcolare la forza di attrazione o repulsione tra due magneti è, in generale, un'operazione estremamente complessa, che dipende dalla forma, dal grado di magnetizzazione, dall'orientamento e dalla distanza dei due magneti.

Forza tra due monopoli

La forza esistente tra due monopoli magnetici è espressa dalla seguente formula:

F={{\mu m_{1}m_{2}} \over {4\pi r^{2}}}

F={{\mu m_{1}m_{2}} \over {4\pi r^{2}}}

F={{\mu m_1m_2}\over{4\pi r^2}}

^[3]

dove

F è la forza (unità SI: newton )

m è la forza del polo (in ampere · metri )

μ è la permeabilità magnetica del mezzo (in henry su metro )

r è la distanza tra i due monopoli (in metri).

Questa equazione non descrive una situazione finora osservabile; è tuttavia l'esempio più semplice di calcolo della forza magnetica.

Forza magnetica tra due superfici vicine

F={\frac {AB^{2}}{2\mu _{0}}}

F={\frac {AB^{2}}{2\mu _{0}}}

F=\frac{AB^2}{2\mu_0}

^[4]

dove

A è l'area di ciascuna superficie, in m ² ;

B è la densità del flusso magnetico tra esse, in tesla ;

\mu _{0}

\mu _{0}

\mu_0

è la costante di permeabilità magnetica del vuoto, pari a

4\pi

4\pi

4\pi

x 10 ^-7 tesla·metri/ampere.

Forza tra due barre magnetiche

La forza che si instaura tra due barre magnetiche cilindriche e identiche è pari a:

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]

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]

F=\left[\frac {B_0^2 A^2 \left( L^2+R^2 \right)} {\pi\mu_0L^2}\right] \left[{\frac 1 {x^2}} + {\frac 1 {(x+2L)^2}} - {\frac 2 {(x+L)^2}} \right]

^[4]

dove

B ₀ è la densità del flusso magnetico misurato in ogni polo, in Tesla;

A è la superficie di ogni polo, in m ² ;

L è la lunghezza di ciascun magnete, in metri;

R è il raggio di ciascun magnete, in metri;

x è la distanza tra i due magneti, sempre in metri.

L'equazione seguente lega invece la densità del flusso magnetico in un polo alla magnetizzazione:

B_{0}\,=\,{\frac {\mu _{0}}{2}}M

B_{0}\,=\,{\frac {\mu _{0}}{2}}M

B_0 \,=\, \frac{\mu_0}{2}M

Forza tra due magneti cilindrici

Nel caso di magneti cilindrici con raggio $R$ ${\displaystyle R}$ $R$ ed altezza $t$ ${\displaystyle t}$ $t$ , con i poli allineati, la forza che si instaura tra di loro può essere ben approssimata (solo per distanze paragonabili a $t$ ${\displaystyle t}$ $t$ ) dalla seguente equazione ^[5] :

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]

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]

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]

dove $M$ ${\displaystyle M}$ $M$ è la magnetizzazione dei magneti e $x$ ${\displaystyle x}$ $x$ la distanza tra essi. In questo caso, la legge che lega il flusso $B_{0}$ $B_{0}$ $B_0$ alla magnetizzazione $M$ ${\displaystyle M}$ $M$ è:

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

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

B_0 = \mu_0 M

L'effettivo dipolo magnetico può essere scritto come:

m=MV

{\displaystyle m=MV}

m = M V

dove $V$ ${\displaystyle V}$ $V$ è il volume del magnete; per un cilindro, esso è pari a $V=\pi R^{2}t$ $V=\pi R^{2}t$ $V = \pi R^2 t$ . Se $t<<x$ ${\displaystyle t<<x}$ $t << x$ , si ottiente una formula approssimata:

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}}}

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}}}

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}

che ricorda quella già incontrata in precedenza del caso dei due monopoli.

Note

^ Quanto si possono scaldare i magneti?
^ Chem. Eng. News , aprile 2000, 47
^ Basic Relationships Archiviato il 9 luglio 2010 in Internet Archive .
^ ^a ^b Magnetic field at a distance from a bar magnet Archiviato il 20 febbraio 2012 in Internet Archive .
^ David Vokoun, Marco Beleggia, Ludek Heller, Petr Sittner, Magnetostatic interactions and forces between cylindrical permanent magnets, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Volume 321, Issue 22, November 2009, Pages 3758-3763, DOI:10.1016/j.jmmm.2009.07.030. [Article https://www.sciencedirect.com/science/article/B6TJJ-4WSRF7C-2/2/5ede3141fb91e35e83abf6edab5abb94 ]. Retrieved 02.2009

Voci correlate

Altri progetti

Wikizionario contiene il lemma di dizionario « magnete »
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su magnete

Collegamenti esterni

( EN ) Magnete , su Enciclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
Separatori Magnetici - Magnetic Separatos - Metals Separators , su cogelme.it .
( EN ) HyperPhysics E/M , diagramma ad albero sulle relazioni elettromagnetiche tra magneti.
( EN ) Detailed Theory on Designing a Solenoid , su oz.net . URL consultato il 27 gennaio 2007 (archiviato dall' url originale il 4 febbraio 2007) .
( EN ) Floating Magnet , su maniacworld.com . URL consultato il 27 gennaio 2007 (archiviato dall' url originale il 6 marzo 2007) .
( EN ) Magnets and Electromagnets - Video , su video.google.ca (archiviato dall' url originale il 5 marzo 2007) .
( EN ) Magnet Technology Center Informazioni commerciali sui materiali permanentemente magnetici.
( EN ) Magnet Design Guide Lista delle varie configurazioni dei magneti permanenti.
( EN ) Magnet University Informazioni varie sul magnetismo e sui magneti permanenti.
( EN ) Research Papers on Magnetics Lista di studi sui magneti.
( EN ) Magnet FAQ Archiviato il 27 gennaio 2007 in Internet Archive . Nozioni di magnetismo.
( DE ) Magneti AZ , su bvi-magnete.de .
( EN , IT ) Magneti permanenti: la Legge di Lenz all'opera .

Controllo di autorità	Thesaurus BNCF 46584 · LCCN ( EN ) sh85079796 · GND ( DE ) 4131576-5 · BNF ( FR ) cb119830634 (data) · NDL ( EN , JA ) 00574877

Portale Elettromagnetismo : accedi alle voci di Wikipedia che trattano di elettromagnetismo

[1] Quanto si possono scaldare i magneti?

[2] Chem. Eng. News , aprile 2000, 47

[3] Basic Relationships Archiviato il 9 luglio 2010 in Internet Archive .

[autogenerato1-4] Magnetic field at a distance from a bar magnet Archiviato il 20 febbraio 2012 in Internet Archive .

[5] David Vokoun, Marco Beleggia, Ludek Heller, Petr Sittner, Magnetostatic interactions and forces between cylindrical permanent magnets, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Volume 321, Issue 22, November 2009, Pages 3758-3763, DOI:10.1016/j.jmmm.2009.07.030. [Article https://www.sciencedirect.com/science/article/B6TJJ-4WSRF7C-2/2/5ede3141fb91e35e83abf6edab5abb94 ]. Retrieved 02.2009

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]