¿Qué son los imanes, el magnetismo y los campos magnéticos?
Imán
El magnetismo es un fenómeno natural y la gente en el país y en el extranjero se ha dado cuenta gradualmente de su esencia.
Hace más de 3.000 años, los trabajadores de nuestro país descubrieron el fenómeno de los imanes que atraen el hierro. En el Período de los Reinos Combatientes, la gente ya sabía que moler un imán natural hasta darle forma de cuchara y colocarlo sobre una losa de piedra lisa automáticamente apuntaría el mango de la cuchara hacia el sur. Esta es la brújula más antigua del mundo, que los antiguos llamaban "Sinan".
La brújula es uno de los cuatro grandes inventos de los que los chinos están orgullosos. Sólo con la brújula se produjo la posterior Era de los Descubrimientos, la civilización industrial occidental y el descubrimiento del continente americano. A principios del siglo XIX, el erudito danés Oersted observó por primera vez el efecto de la corriente eléctrica en agujas magnéticas. En 1831, el científico británico Faraday descubrió la ley de la inducción electromagnética. Desde entonces, la investigación y aplicación de los fenómenos magnéticos y los materiales magnéticos se ha convertido en un campo importante de la ingeniería eléctrica y la electrónica.
Electricidad y Electromagnetismo ¿Por qué los imanes pueden atraer metales como el hierro, el cobalto y el níquel, pero no el cobre, el aluminio y otros metales? ¿Por qué la brújula apunta al sur? ¿Hay alguna conexión?
Cuando se acerca un imán a clavos o monedas de cinco centavos, los atrae. Esta fuerza de atracción se llama magnetismo y el rango de fuerza magnética se llama campo magnético. Un objeto que puede ser atraído por un imán se llama "imán". También puede convertirse en un imán o volverse magnético bajo ciertas condiciones.
La propiedad de un imán de atraer el hierro se llama magnetismo. Si utilizamos un imán natural para frotar una aguja de acero varias veces en una dirección fija, la aguja de acero puede volverse magnética. Este proceso se llama magnetización. Así como las baterías producen electricidad, los imanes producen fuerza magnética. Dado que la fuerza magnética se genera desde ambos extremos del imán, si se esparcen limaduras de hierro alrededor de un imán permanente en forma de barra o de herradura, las limaduras de hierro se acumularán automáticamente en ambos extremos del imán, mientras que las partes restantes del imán Será casi invisible. Las limaduras de hierro se sienten atraídas por él. Este fenómeno muestra que la parte más fuerte del imán se concentra en los dos extremos del imán. A estos dos extremos los llamamos polos magnéticos. En una batería, el extremo por donde sale la corriente se llama electrodo positivo y el extremo por donde entra la corriente se llama electrodo negativo. Los dos extremos del imán se llaman polo norte y el otro extremo se llama polo sur.
Hay una razón científica por la que tienen estos dos nombres. Use un cable para colgar el imán. Luego, el imán siempre tiene un conductor en un extremo y un extremo apunta al norte. Por supuesto, el extremo que apunta al norte es el Polo Norte y el conductor es el Polo Sur. La razón por la que los imanes pueden apuntar al norte y al sur es porque la Tierra misma es un gran imán. Si lo miras desde la perspectiva de un imán, el Polo Norte de la Tierra está cerca del Polo Sur y el Polo Sur está cerca del Polo Norte. Por lo tanto, el polo N del imán apunta al norte y el polo S apunta al sur.
En inglés, "North" significa norte y "South" significa sur, por lo que se suele utilizar N para representar el Polo Norte y S para representar el Polo Sur.
Utilice un cable delgado para colgar el imán, y el imán puede girar libremente, pero cuando el imán regresa a su posición, un polo magnético siempre apunta al este y el otro polo magnético apunta al oeste. Generalmente llamamos al polo magnético que apunta al sur polo sur (o polo S) y al polo magnético que apunta al norte polo norte (o polo N). Así como las cargas positivas y negativas se repelen y atraen entre sí, también existe una fuerza de interacción entre el polo sur magnético y el polo norte magnético: la fuerza magnética.
Si no hay cables que conecten los dos extremos de la batería, la corriente no puede pasar, pero el magnetismo no requiere cables, puede pasar directamente a través del espacio. Y, de la misma manera que la electricidad fluye, debe viajar en círculo (de norte a sur), sin detenerse ni desconectarse nunca en el medio. Las líneas del campo magnético son invisibles y están representadas por líneas de campo magnético. Las líneas de campo magnético son un concepto abstracto que no existe en sí mismo, pero los campos magnéticos existen. Usamos la dirección de las líneas de campo magnético para representar la dirección del campo magnético y usamos la densidad de las líneas de campo magnético para representar la fuerza del mismo. campo magnético Cuanto más densas sean las líneas del campo magnético, más fuerte será el campo magnético.
Aunque el campo magnético no se puede ver ni tocar, de hecho es una sustancia que existe objetivamente. Si coloca una placa de plexiglás o una placa de plástico encima del imán, la espolvorea con polvo de hierro y luego hace vibrar suavemente la placa de plástico, veremos que el polvo de hierro se dispone regularmente en un círculo. Esta es la distribución de las líneas magnéticas. de fuerza, que es el campo magnético.
Los electrodos tienen las características de repulsión hacia el mismo sexo y atracción hacia el sexo opuesto. Lo mismo ocurre con los polos magnéticos y el polo sur y el polo norte se repelen entre sí cuando entran en contacto. Sin embargo, no es necesario que el polo sur y el polo norte de un imán estén en contacto, siempre que estén cerca uno del otro, se atraerán.
A las líneas magnéticas les gusta tomar atajos al pasar, por ejemplo, si pones un trozo de hierro (material magnético), no dará vueltas en un gran círculo, sino que atravesará el hierro. Además, hará todo lo posible para atraer la plancha hacia sí mismo, cuanto más cerca mejor, este es el efecto de "atracción".
Si estás perdido y quieres encontrar el camino, utiliza una brújula, que en realidad es un imán muy ligero. Es un imán ligero y, como una brújula puede señalar tanto al norte como al sur, se le llama simplemente "aguja magnética". Dado que el polo norte de la Tierra es el polo S, atrae al polo N de la brújula, por lo que el polo N de la brújula apunta al norte de manera similar, el polo sur de la Tierra es el polo N, que atrae al polo S de; la brújula, por lo que el polo S de la brújula apunta al sur. Las líneas del campo magnético de la Tierra y la brújula son iguales, pero en direcciones opuestas. Si se coloca una brújula en el polo sur o el polo norte de la Tierra, debe mantenerse en posición vertical.
Cuando una aguja magnética está cerca de otro imán, es decir, en un campo magnético, la aguja magnética cambia de dirección y por tanto gira. Si el imán es débil, la aguja se desviará en un ángulo menor; si el imán es más fuerte, la aguja se desviará en un ángulo mayor.
Según la leyenda, hay una isla mágica en el mar, y en la isla hay una sirena que puede cantar para confundir a los marineros que pasan. Cualquiera que escuche la canción quedará fascinado, y lo único que le espera es el naufragio y la muerte. Sin embargo, se dice que realmente existe una isla así en el mar, y cualquier barco que se acerque a ella inexplicablemente navegará hacia ella a velocidades extremadamente rápidas y se estrellará contra las escarpadas rocas de la orilla.
Más tarde, cuando un barco estaba a punto de cometer el mismo error, el capitán ordenó con decisión abandonar el barco, y la tripulación escapó en una lancha neumática. Según los supervivientes, todas las brújulas del barco fallaron y el barco perdió el control y se estrelló contra los acantilados de la isla.
Por supuesto, no hay sirenas en la isla, pero hay algo aún más mortal: un campo magnético. Resulta que la isla es rica en minerales magnéticos, por lo que toda la isla se convierte en un gran imán. Una vez que el barco con casco de hierro se acerca, inevitablemente será atraído por el imán. La brújula (por supuesto, sigue siendo una brújula). También estará en el fuerte campo magnético Fallo debido a interferencias.
Magnetismo y campos magnéticos
Hemos dicho que la fuerza de un campo magnético está representada por líneas de campo magnético. Cuando se colocan dos barras magnéticas en serie, el número de líneas de campo magnético por unidad de área de sección transversal no cambia; cuando se colocan dos barras magnéticas en paralelo, el número de líneas de campo magnético por unidad de área de sección transversal aumenta, es decir. , las líneas del campo magnético se vuelven más densas. Si la cantidad sigue siendo la misma, la intensidad del campo magnético permanece sin cambios; si la cantidad aumenta, la intensidad del campo magnético aumenta. Sin embargo, las dos barras magnéticas deben presionarse juntas cuando están yuxtapuestas, de lo contrario el campo magnético no se fortalecerá.
Coloque el bloque de hierro o acero en los dos polos magnéticos del imán en forma de "U", luego el bloque de hierro y el bloque de acero se magnetizarán y atraerán limaduras de hierro cuando el bloque de hierro y el bloque de acero. Al salir del extremo inferior del polo magnético, todavía quedan muchas limaduras de hierro absorbidas por el bloque de acero y casi todas las limaduras de hierro del bloque de hierro se caen.
Después de que se detiene la magnetización, el magnetismo que queda en el bloque de acero se llama remanencia. Hay menos magnetismo residual en el bloque de hierro y más remanencia en el bloque de acero.
Si dos imanes con diferentes intensidades se colocan uno al lado del otro, las líneas del campo magnético del imán fuerte pasarán a través del imán débil, provocando que las líneas del campo magnético del imán débil se cancelen. Originalmente eran paralelos y tenían los mismos polos magnéticos. Por lo tanto, cuando se van, el polo S y el polo N del imán débil intercambiarán posiciones entre sí, el polo S original se convierte en un polo N y el polo N original se convierte en un polo S.
Bajo la acción de un imán fuerte, un imán débil cambiará la dirección del imán pequeño en su cuerpo, por lo que, como dije antes, cambia la dirección de las líneas de fuerza magnéticas originales.
El siguiente juego te enseña a utilizar imanes para atraer objetos pequeños como clavos o clips, ¿verdad? Prepare algunos de estos elementos para el siguiente experimento. Ve a la tienda y compra de 3 a 5 imanes de ferrita y 10 metros de alambre esmaltado de 0,4 mm de diámetro. Al comprar imanes, elija imanes con una superficie plana y lisa. Estos imanes pueden atraerse firmemente entre sí cuando se colocan sobre una cuerda. Estos imanes pueden usarse como varillas magnéticas.
Utiliza un imán para coger un clavo pequeño y el clavo se convierte en un imán. Por supuesto, su fuerza magnética es muy débil en comparación con la de los imanes. Aunque débiles, también son magnéticos. Si colocas un pequeño clavo de hierro cerca de otros clavos de hierro cercanos, serán succionados uno por uno y colgados de una cuerda, lo cual es muy interesante.
No importa la forma que tenga el hierro, contiene los "ingredientes" de los imanes en su interior. Los exploraremos uno por uno más adelante. Por el momento, podemos considerarlos como imanes en miniatura. Normalmente, su disposición es desordenada, por lo que no exhiben magnetismo. Si pones hierro en un campo magnético, los pequeños imanes se alinearán perfectamente, mostrando magnetismo.
¿Por qué los imanes sólo pueden atraer hierro, cobalto y níquel?
De hecho, esta pregunta no es apropiada, porque los experimentos muestran que cualquier sustancia estará más o menos magnetizada en un campo magnético, pero el grado de magnetización es diferente. Cuando una sustancia es magnetizada, se convierte en un imán, y el imán que la magnetiza será repelido por el mismo sexo y atraído por el sexo opuesto. Los metales como el cobre y el aluminio también se magnetizarán, pero el grado de magnetización es muy débil, la fuerza magnética también es muy débil y es básicamente invisible.
Las sustancias que están fuertemente magnetizadas como el hierro, el cobalto y el níquel se denominan materiales ferromagnéticos. El acero y las aleaciones que contienen metales como el cobalto y el níquel pueden mantener su magnetismo durante mucho tiempo después de ser magnetizados. Se denominan imanes permanentes. Los imanes permanentes se utilizan en muchos equipos eléctricos, como amperímetros de CC, medidores de electricidad, parlantes y auriculares de uso común.
Después de la magnetización, el magnetismo de los materiales ferromagnéticos no desaparece por completo debido a la desaparición del campo magnético externo. Aún queda algo de magnetismo, que se denomina material magnético del imán residual. Según el magnetismo residual, se dividen en materiales magnéticos blandos y materiales magnéticos duros. El magnetismo residual de los materiales magnéticos blandos es débil y fácil de desmagnetizar. Los materiales magnéticos duros tienen un fuerte magnetismo residual y no se desmagnetizan fácilmente, lo que los hace adecuados para su uso como imanes permanentes. Utilizado en instrumentos magnetoeléctricos, parlantes, micrófonos, motores hidromagnéticos y otros equipos eléctricos.
También existe un material magnético llamado ferrita, que está compuesto por líneas oxidadas y óxidos de metales divalentes (como níquel, cobalto, manganeso, magnesio, etc.). Sus propiedades eléctricas son similares a las de los semiconductores. y sus propiedades magnéticas son similares a las de los semiconductores. Similares a los materiales ferromagnéticos. La ferrita se ha convertido en un material magnético indispensable en la tecnología electrónica. La ferrita se utiliza como dispositivo de almacenamiento en computadoras electrónicas y se usa ampliamente como núcleo magnético de bobinas inductoras en circuitos electrónicos.
No importa en cuántas piezas se corte un imán permanente, cada pieza es un imán con su propio polo sur y polo norte independientes. De hecho, es un fenómeno interesante.
Muchos dispositivos eléctricos, como motores, zumbadores y parlantes, utilizan el magnetismo para realizar su trabajo. Al fin y al cabo, no es lo mismo dos polos magnéticos que dos cargas eléctricas. Por ejemplo, podemos separar las cargas positivas y negativas, pero es imposible separar los polos sur y norte. Incluso si una barra magnética se divide en muchos segmentos, cada segmento siempre tendrá dos polos magnéticos opuestos, norte y sur.