Magnete: Was, Typen, wichtige Fakten, die Anfänger wissen müssen

Inhalte

• Geschichte der Magnete
• Arten von magnetischen Materialien
• Diamagnetische Materialien
• Paramagnetische Materialien
• Ferromagnetische Materialien
• Arten von Magneten
• Harte und weiche Magnete
• Permanentmagnet und Elektromagnet
• Anwendungen von Elektromagneten

Geschichte der Magnete

Aus Lodestones (oder Magnetit) kamen die Menschen zuerst auf die Idee, wie Magnete funktionieren, bei denen es sich um magnetisierte Eisenerzstücke handelt, die in der Natur vorkommen. Das Wort Magnet stammt aus dem Griechischen und stammt aus dem Land „Magnesia“, einem Teil des antiken Griechenlands, in dem Logensteine ​​gefunden wurden. Bis zum Ende des 12. Jahrhunderts n. Chr. Wurden Magnete verwendet und Magnetkompasse wurden in verschiedenen Teilen der Welt wie China, Europa usw. gebaut und in der Navigation eingesetzt.

Magnete sind grundsätzlich Materialien, die Magnetfelder erzeugen. Die Physiker Curie und Faraday beobachteten, dass fast alle Materialien bestimmte magnetische Eigenschaften haben und teilten sie entsprechend ihrem magnetischen Verhalten in drei Kategorien ein:

• Diamagnetische Materialien
• Paramagnetische Materialien
• Ferromagnetische Materialien

Arten von Magneten:

Hartmagnetische Materialien: 

Harte Magnete sind im Allgemeinen ferromagnetische Materialien, die die Magnetisierung über einen ziemlich langen Zeitraum beibehalten können, dh das Material sollte eine hohe Remanenz aufweisen.

Harte Magnete sollten auch einen hohen Grad an haben KoerzitivkraftDas heißt, nur eine große Größe des externen Magnetfelds sollte in der Lage sein, den vom Material zurückgehaltenen Restmagnetismus zu beseitigen.

Einige Beispiele für hartmagnetische Materialien sind Alnico (eine Legierung, die aus der Kombination von Eisen, Kobalt, Aluminium, Nickel und Kupfer besteht) und Lodestone (ein natürlich vorkommendes Metall).

Weichmagnetische Materialien: 

Weiche Magnete sind auch ferromagnetische Materialien, die ihre Magnetisierung beibehalten können, solange das externe Magnetfeld austritt, dh sie weisen eine geringe Remanenz auf. Sie haben auch einen geringen Grad an Koerzitivkraft, dh ihre beibehaltene Magnetisierung (obwohl sie sehr gering ist) kann sehr leicht beseitigt werden.

Daher können sie leicht magnetisiert und entmagnetisiert werden.

Diese Arten von Materialien (weiche Magnete) werden verwendet, um Elektromagneten herzustellen, da ein elektromagnetisches Material eine geringe Remanenz und auch eine geringe Koerzitivkraft aufweisen sollte. Weicheisen ist ein geeignetes Material als weicher Ferromagnet.

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Die zwei Arten von Magneten: Permanentmagnet und Elektromagnet

Permanentmagnete:

Die Materialien, die bei normaler Raumtemperatur über lange Zeiträume ihre ferromagnetischen Eigenschaften behalten können, können als Permanentmagnete klassifiziert werden.

Ein hoher Grad an Remanenz (der Magnet kann seinen Magnetismus in Abwesenheit eines externen Magnetfelds beibehalten) und auch ein hoher Grad an Koerzitivkraft (die magnetische Eigenschaft wird nicht durch externe Magnetfelder ausgelöscht) sind erforderlich, um ein Permanentmagnet zu sein.

Permanentmagnete sollten auch gegen mechanische Beanspruchung und Temperaturänderung beständig sein. 

Wie zuvor angegeben, wird ein Magnetfeld durch ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt. Daher wird angenommen, dass das Magnetfeld eines Permanentmagneten eine Folge des gleichmäßigen Spins der Elektronen in einer bestimmten Richtung innerhalb der Atome des Materials ist, da die in Bewegung befindliche elektrische Ladung ein sich änderndes elektrisches Feld erzeugt. Diese Art des gleichmäßigen Spinnens der Elektronen in den Atomen eines Materials beruht im Wesentlichen auf der Atomstruktur und der elektronischen Orientierung des Materials. Daher können nur wenige Arten von Substanzen ein Magnetfeld dauerhaft aufrechterhalten oder aufrechterhalten.

Lodestone, Alnico, wie in den harten Magneten erwähnt, kann ein Beispiel für einen Permanentmagneten sein. Aus den Diskussionen, die wir geführt haben, kann geschlossen werden, dass Stahl für die Herstellung von Permanentmagneten besser geeignet ist als Eisen, da Stahl einen viel höheren Koerzitivfeldwert als Eisen aufweist, obwohl Eisen eine etwas höhere Remanenz als Stahl aufweist. Für die Herstellung von Permanentmagneten wurde eine Reihe von Legierungen mit ziemlich großen Werten für Remanenz und Koerzitivkraft entwickelt. Eine solche Legierung mit einem sehr hohen Koerzitivfeldwert wird als Gesang bezeichnet (eine Legierung aus Vanadium, Eisen und Kobalt).

Elektromagnete

Elektromagnete werden im Allgemeinen durch Wickeln eines Materials (normalerweise ferromagnetische Materialien) durch einen Draht in einer Spule und Verbinden der Drähte mit einer variablen Stromversorgung (so dass der Strom in den Drähten variiert werden kann) konstruiert.

Wie funktioniert ein Elektromagnet?

Wenn ein Strom durch die Drähte fließt, wird das von jeder der einzelnen Spulenschleifen erzeugte Magnetfeld mit dem Magnetfeld der benachbarten Schleifen summiert und wirkt insgesamt als starker Stabmagnet mit dem unterschiedlichen Nordpol und dem Südpol.

Dieser resultierende Stabmagnet mit seinem unterschiedlichen Nord- und Südpol ist viel stärker als jeder permanente Stabmagnet, der nach Belieben magnetisiert und entmagnetisiert werden kann, dh er kann sich nur dann als Magnet verhalten, wenn er benötigt wird.

Das als Kern verwendete Material sollte eine hohe Permeabilität, eine geringe Remanenz und auch eine geringe Koerzitivkraft aufweisen. In einem Elektromagneten können das Magnetfeld und die Flussdichte leicht entsprechend dem Strom in den Wicklungen variiert werden. Diese Eigenschaft eines Elektromagneten wird häufig in verschiedenen Anwendungen verwendet, aber im Gegensatz zu Permanentmagneten erfordert dieser eine Stromversorgung, damit er funktioniert, und auch für Elektromagneten gibt es einen gewissen Energieverlust bei der Magnetisierung und Entmagnetisierung des Kerns, wie zuvor in Form von untersucht die Hystereseschleife.

Die Nordpol- und Südpolbildung beim Stromfluss durch die Wicklungen hängt von der Richtung des Stromflusses in den Schleifen ab. Wo der Nord- und der Südpol gebildet werden, kann anhand des folgenden Diagramms vorhergesagt werden.

Faktoren, von denen die Stärke des Elektromagneten abhängt

Die Magnetfeldstärke oder die Magnetflussdichte hängt von der Strommenge, die durch die Wicklungen fließt und auch zu die Anzahl der Windungen in der Spule. Insbesondere ist die Magnetfeldstärke direkt proportional zu beiden, was aus dem Ausdruck der magnetomotorischen Kraft wie folgt relevant ist:

Magnetomotorische Kraft (MMF) = IXN 

woher  ist der Strom, der durch die Wicklung fließt, und N ist die Anzahl der Windungen.

Eine weitere Bedingung, unter der die magnetische Stärke eines Elektromagnet hängt davon ab, welches Material als Kern verwendet wird. Im Allgemeinen besteht der Kern aus ferromagnetischem Material mit einem hohen Grad an Permeabilität (das Maß für die Leichtigkeit, mit der ein Magnetisierungsfeld ein bestimmtes Material durchdringen oder durchdringen kann). Wenn wir nichtmagnetisches Material wie Holz, Kunststoff usw. verwenden, kann davon ausgegangen werden, dass der Kern aus freiem Raum besteht, da die Permeabilität dieses Materials sehr gering ist und daher die magnetische Flussdichte vernachlässigbar ist.

Anwendungen von Elektromagneten

• Elektromagnete werden häufig in elektrischen Geräten wie elektrischen Glocken, Induktionsheizgeräten, elektrischen Ventilatoren, Telegraphen, elektrischen Zügen, Elektromotor-Generatoren usw. verwendet.
• Sie werden wie in Magnetschwebebahnen zur Magnetschwebebahn eingesetzt.
• Sie werden in Kopfhörern, Lautsprechern, Tonbandgeräten und sogar auf Festplatten unserer Computer verwendet.
• Sie werden als Relais und in Geräten wie Massenspektrometern und sogar in Teilchenbeschleunigern eingesetzt.
• Sie werden sogar für medizinische Zwecke verwendet, beispielsweise zum Entfernen von Eisenstücken aus Wunden und auch in MRT-Geräten (Magnetresonanztomographie). 

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