לעתים קרובות אנו חושבים כיצד מגנטים מושכים חפצי מתכת. הם לא פחות מפלאים בחיים האמיתיים, במיוחד שנאים ואיך הם מכניסים את המכשירים שלנו. כל המכשירים שאנו משתמשים בהם הם אחד ממגנטים אלה של מגנטים שאנו מכנים חדירות מגנטית. זהו מושג טהור שהוא ליבם של מג'ורנים רבים כמו אלקטרומגנטיות, אלקטרוניקה ומדע חומרים.
אם אתה חושב שתקבל כאן הרצאה בפיזיקה משעממת, אל תדאג, אנו נראה לך מהי חדירות מגנטית בצורה פשוטה ומהנה. אז, בין אם אתה סטודנט או סתם יש לך זמן פנוי ללמוד משהו, כאן תמצא איך העולם האמיתי עובד.
במילים פשוטות, מהי חדירות מגנטית?
חדירות מגנטית היא באיזו קלות כל חומר יכול להפוך למגנט אחר או לקבל מגנט. לא להיות יותר מדי מורה לפיזיקה, אבל זה אומר לך איך כל דבר יכול לנהל קווי כוח מגנטיים.
עליכם להכיר את המוליכות החשמלית, המספרת באיזו קלות חשמל עובר בכל חוט. באופן דומה, חדירות מגנטית מראה כיצד הוא יכול לעבור על פני שדה מגנטי דרך חומר.
אז עכשיו, אם תניח חומר ליד שדה מגנטי, מה יקרה? יש ניחושים? תהיה חדירות גבוהה רק אם במקרה של כמה חומר תומך בתחום זה. אם החומר לא ששה להיכנס לשדה, אז פחות ופחות יהיה החדירות.
אנו מקווים שאתה יודע את הרעיון של חדירות מגנטית לעת עתה. גם אם לא עשית זאת, אל תדאג. תדע מתי נתחיל לדבר על מרווח החדירות המגנטית.
דוגמאות לחדירות מגנטית
אז בואו נביא לחיים חדירות מגנטית ונלמד כיצד זה עובד.
ברזל דבק במגנט:בואו נגיד, לרגע יש מסמר ברזל ביד אחת ומגנט ביד השנייה. כשאתה מפגיש אותם לאט לאט, תרגיש כוח של משיכה על הידיים במקום בו המגנט ימשוך לעצמו את מסמר הברזל. כעת פירוש הדבר שיש חדירות מגנטית גבוהה, המגיבה מאוד לשדות מגנטיים גבוהים.
עץ ומגנטים:מה עם עץ? האם אי פעם נתקלת בעץ שנדבק למגנט? כמובן שלא. ביערות אין חדירות מגנטית לעומת מתכות ברזל או פלדה.
פֶּתֶק: הדוגמה הטובה ביותר לחדירות מגנטית היא השנאי. ליבות שנאי עשויות פלדות מיוחדות עם החדירות הגבוהה ביותר, הפועלות בצורה מושלמת בשדות מגנטיים כדי לבצע את היישומים שלהם.
אז בין אם מגנט נדבק למשהו ובין אם לא, זה לא קשור למגנט; זה קשור אם זה משהו מעביר שדות מגנטיים דרכו או לא.
מה אומר המדע על חדירות מגנטית?
עכשיו, בואו נגיע לפרספקטיבות המדעיות. אני מבטיח לך שזה לא יהיה משעמם בכלל.
כשאנחנו מדברים על חדירות של משהו או חומר, זה נגזר ממשוואה שאומרת:μ=H/B
● כאן μ (MU) מתייחס לחדירות מגנטית.
● B מתייחס לצפיפות שטף מגנטי, המראה עד כמה שדות מגנטיים חזקים נמצאים סביב החומר.
● H מתייחס לחוזק שדה מגנטי, שהוא השדה המגנטי המופעל מבחוץ וכמה הוא חזק.
מה ההבדל בין חדירות מוחלטת לחדירות יחסית?
ישנם שני סוגים של חדירות.
חדירות מוחלטת:זה הערך של חדירות שאנו משתמשים בו כאשר חומר ספציפי עומד לרשותו. הסמל שלו הוא "μ."
חדירות יחסית:עכשיו, דברו על חדירות יחסית, שתתקשה קצת, אך אל תדאגו. זה משווה את החדירות של משהו במרחב הפנוי; אנו יכולים לומר שלואקום יש חדירות במונחים של המשוואה: μ 0=4 π × 10^7 שעות/מ
אז, החדירות היחסית תהיה: μr=μ/μO
אם יש חומר עם μᵣ> 1, הוא ייצג שיש לו שדה מגנטי טוב יותר, שנקרא גם פרומגנטי. אם μᵣ <1, הוא יציג שדה מגנטי חלש או פחות, המכונה Diamagnetic.
סוגי חומרים מגנטיים המבוססים על חדירות
עכשיו, הנה חלק המרווח בו תראו את כל העניין. מדברים על חומרים, ואז הם מגיבים באופן שונה לשדות מגנטיים בהתאם לחדירותם. אם נפרק אותם לחלקים שונים, תדע טוב יותר איך הם עובדים.
1. חומרים פרומגנטיים
חומרים פרומגנטיים נפוצים מאוד ובעלי חדירות יחסית גבוהה מאוד. סוג כזה של חומר מושך מאוד בשדות מגנטיים ויכול אפילו להסתגל למגנטיות לזמן מה כאשר הסיר את השדה.
דוגמאות: הוא כולל ברזל, ניקל, קובלט ועוד.
2. חומרים פרמגנטיים
חומרים פרמגנטיים נמשכים חלקית לשדות המגנטיים ולא חזק. חומר כזה אינו שומר או מאמץ מגנטיות כאשר הסיר את השדה. החדירות היחסית שלהם הופכת להיות מעט יותר מ- 1.
דוגמאות: כלול אלומיניום, פלטינה, מגנזיום וכו '.
3. חומרים דיאמגנטיים
סוג כזה של חומר נדחה מעט על ידי השדה המגנטי ולא נמשך אליו. חדירותו היחסית היא מעט פחות מ -1, מה שמסביר מדוע הוא נדחה על ידי שדות מגנטיים.
דוגמאות: נחושת, ביסמוט, מים ועוד.
חשיבות חדירות מגנטית
דיבורים על חדירות מטארית אינה רק הרצאה בשיעור פיזיקה; זו דוגמה מילולית לאופן שבו הטכנולוגיה המודרנית עובדת. כאן, גלה כיצד אנו משתמשים בחדירות מגנטית בכל מה שאנחנו משתמשים מדי יום.
מנועים ושנאים חשמליים
חדירות מגנטית משמשת בשנאים, ומנועים חשמליים תלויים ביסודיות בשדות מגנטיים כדי לייצר ולהעביר אנרגיה. החומרים המשמשים במערכות אלה עשירים בחדירות, ומאפשרים העברת אנרגיה טובה יותר וכתוצאה מכך הפחתת אובדן אנרגיה ואובדן חום.
מיגון משדות מגנטיים חיצוניים
יש מהנדסים המשתמשים בחומרים עם פחות חדירות, כמו סורקי MRI של חלליות. חומרים כאלה משמשים להגנה על רכיבים מכל אחד מהשדות המגנטיים החיצוניים.
התקני אחסון נתונים
אנו משתמשים בקלטות מגנטיות וכוננים קשיחים; כל החומרים הללו הם חומרים פרומגנטיים. הם משמשים לאחסון או לשמור נתונים.
שימוש באלקטרומגנטים
לאלקטרומגנטים יש שימושים רבים, כמו במנופים וסורקי דימות טרנס מגנטיים (MRI). האלקטרומגנטיות פועלת על חומרים החודרים שדות מגנטיים בגלל החדירות הגבוהה שלהם.
חדירות לא תמיד קבועה
עכשיו, יש עוד טוויסט שאתה צריך להבין. גורמים מסוימים יכולים לגרום לחדירות מגנטית לטעינה. כדי להבין את זה טוב יותר, תודיע לי מהם הגורמים האלה.
רוויה מגנטית
יש הבדל ברוויה: כמה חומר יכול לקחת שטף מגנטי. אם ברזל, שהוא חומר חדיר ביותר, מוחל על שדה מגנטי, הוא ייהיה רווי, אך הוא לא ייקח שטף מגנטי.
זה כמו ספוג כשהוא ספוג במים. כמה זה יכול להחזיק? כמה שזה יכול.
הבדלי טמפרטורה
הטמפרטורה משפיעה על חדירות.
● אם אתה מחמם חומרים פרומגנטיים, חדירותם יכולה לרדת.
● כמו כן, בטמפרטורת הקארי, הסוף יאבד את כל תכונותיו המגנטיות ואינו יגיב עוד לשדה המגנטי.
הבדל תדרים
אם משהו משתמש בזרם מתחלף, כמו שנאים, חדירות יכולה להיות בעלת תדרים שונים. מקרים כאלה מובילים לכמה הפסדי ליבה שהמהנדסים עדיין פועלים לניהול.
עובדות מהנות על חדירות מגנטית
כעת, מספיק מהמשוואות וכל המדע הרובוטי, הבה נכיר לך את החלק המהנה של חדירות מגנטית.
● אם נדבר על ואקום, יש לו חדירות בסיסית. משמעות הדבר היא כי חללים ריקים מאפשרים לשדות מגנטיים לעבור, מה שהופך את החדירות לקבוע אוניברסלי.
● חומרים מסוימים צפים בשדה מגנטי. בדומה לביסמוט וגרפיט, הם יכולים לרחף בשדות מגנטיים חזקים בגלל דיאמגנטיזם.
● תהיתו אי פעם כיצד הם מגנים על חלליות או מכשירי מעבדה מהשדה המגנטי של כדור הארץ? הם משתמשים ב- MU-Metals, שיש להם חדירות גבוהה במיוחד, כדי לשמור על שיווי המשקל שלהם ולהציל אותם מהשדה המגנטי של כדור הארץ.
● השדה המגנטי של כדור הארץ נוצר על ידי כדור פרומגנטי ענק בליבת כדור הארץ.
שאלות נפוצות
האם חדירות מגנטית ומגנטיות האם אותו דבר?
לא, הם לא. מגנטיות היא מאפיין כללי יותר; חדירות ניתנת למדידה באמצעות המשוואה שלה, המראה כיצד חומר מגיב לשדה המגנטי.
האם נוכל לשנות את חדירות החומר?
כן, אתה יכול לשנות את חדירות החומר. כל שעליך לעשות הוא ליישם גורמים אלה המשפיעים על חדירות. כמו יישום חום, לחץ, שינוי צורתו ועוד.
מדוע חדירות כל כך חשובה למהנדסים?
אחת הסיבות לחדירות חשובה מאוד היא מכיוון שהיא הליבה של כמה מכונות חשובות כמו שנאים, חיישנים וכל דבר אחר שמשתמש בתהליך האלקטרומגנטיות. במקרים כאלה, המהנדסים משתמשים בחומרים החדירים הנכונים, מגדילים את היעילות שלהם ומונעים פסולת.
מַסְקָנָה
חדירות מגנטית אכן נשמעת כמו נושא מדעי משעמם, אבל זה מאוד מעניין. מה שהופך אותו למעניין יותר הוא תפקידו בחיי היומיום שלנו. אנו משתמשים במטען שמפעיל את הטלפונים שלנו, סורקי MRI בבתי חולים ואפילו בשדות המגנטיים של כדור הארץ. כל אלה מסבירים מדוע חדירות מגנטית כל כך חשובה לנו. אז כל הידע הזה עונה כעת על שאלתך, "מהי חדירות מגנטית?"
