¿Qué son los imanes, el magnetismo y los campos magnéticos?
Imán
El fenómeno magnético es un fenómeno natural, y la gente en el país y en el extranjero en los tiempos antiguos y modernos ha ido comprendiendo gradualmente sus propiedades.
Hace ya 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 al moler un imán natural hasta darle la forma de una cuchara y colocarlo sobre una losa de piedra lisa, el mango de la cuchara apuntaría automáticamente 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. Con la brújula llegó la era de los descubrimientos, la civilización industrial occidental y el descubrimiento del continente americano. A principios del siglo XIX, el erudito danés Oersted fue el primero en observar el efecto de la corriente eléctrica sobre una aguja magnética. En 1831, el científico británico Faraday descubrió la ley de la inducción electromagnética. Desde entonces, la investigación y aplicación de fenómenos magnéticos y materiales magnéticos se ha convertido en una categoría importante en ingeniería eléctrica y electrónica.
Electricidad y Electromagnetismo Pero ¿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 un imán está cerca de clavos o monedas de cinco centavos, los atraerá. Esta atracción se llama fuerza magnética, y el rango de fuerza magnética se llama campo magnético. Los objetos que pueden ser atraídos por imanes se denominan "objetos magnéticos" y ellos mismos pueden convertirse en imanes o tener magnetismo 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 en una dirección fija muchas veces, la aguja de acero puede magnetizarse. Este proceso se llama magnetización. Así como las baterías generan electricidad, el magnetismo también lo generan los imanes. 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 los dos extremos del imán, mientras que las partes restantes del imán. El imán será casi invisible. Este fenómeno muestra que las partes magnéticas más fuertes se concentran en los dos extremos del imán. A estos dos extremos los llamamos polos magnéticos. En la 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 polo sur.
Tienen estos dos nombres, que también tienen razón científica. Suspenda el imán con un cable. En este momento, el imán siempre tiene un extremo apuntando al polo norte y el otro extremo apuntando al norte. El extremo que apunta al norte es, por supuesto, el polo norte y el que apunta al polo sur. el Polo Sur. La razón por la que los imanes apuntan 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 S está cerca del Polo Norte y el polo N está cerca del Polo Sur. Por lo tanto, el polo N del imán apunta al norte y el polo S apunta al sur.
En inglés, la palabra "North" significa norte y la palabra "South" significa sur, por lo que se suele utilizar N para representar el Polo Norte y S para representar el Polo Sur.
El imán está suspendido de un alambre delgado para que pueda girar libremente, pero siempre termina estacionario en la dirección de un polo magnético que apunta al norte y el otro polo magnético que apunta al norte. Por lo general, 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 tienen la propiedad de repelerse entre sí y atraer cargas opuestas, también existe una fuerza interactiva, la fuerza magnética, entre los polos magnéticos sur y norte.
Si no hay cables que conecten los dos extremos de la batería, no pasará corriente. Sin embargo, el magnetismo no requiere cables y puede pasar directamente a través del espacio. Además, al igual que el flujo de electricidad, también debe recorrer un círculo (de N a S) y nunca detenerse ni desconectarse en el medio. El camino recorrido por el magnetismo es invisible y está representado por líneas de campo magnético. Las líneas de campo magnético son un concepto abstracto que no existe en sí mismo, pero los campos magnéticos sí 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 campo magnético. Cuanto más densas son las líneas del campo magnético, más fuerte es el campo magnético.
Aunque el campo magnético no se puede ver ni tocar, sí es una sustancia objetiva. Si coloca una placa de plexiglás o de plástico encima del imán y espolvorea polvo de hierro sobre ella, y luego hace vibrar suavemente la placa de plástico, veremos que el polvo de hierro se dispone regularmente en un círculo, que es la distribución de las líneas del campo magnético. Situación, es decir, la situación del campo magnético.
Los electrodos tienen las características de repulsión entre personas del mismo sexo y atracción hacia el sexo opuesto. Lo mismo ocurre con los polos magnéticos cuando el polo sur y el polo sur y el polo norte y el polo norte entran en contacto. se repelerán entre sí. Sin embargo, no es necesario que el polo sur y el polo norte del imán estén en contacto. Mientras estén cerca, se atraerán entre sí.
A las líneas magnéticas les gusta tomar atajos. Si colocas un trozo de hierro (material magnético) en su camino, no dará vueltas en un gran círculo, sino que atravesará el bloque de hierro. Además, haz todo lo posible para acercar el bloque de hierro a tu lado lo más posible. Este es el efecto de "atracción".
Si quieres determinar tu dirección cuando estás perdido, puedes utilizar una brújula, que en realidad es un imán muy ligero. Debido a que una brújula puede guiar y señalar el norte, simplemente se la llama "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 y 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 están alineadas pero en direcciones opuestas. Si la brújula se coloca en el Polo Sur o Polo Norte de la Tierra, se debe colocar en posición vertical.
Cuando se coloca una aguja magnética cerca de otros imanes, es decir, dentro de un campo magnético, su dirección cambia, provocando que gire. Si la fuerza magnética del imán es débil, el ángulo de desviación de la aguja magnética será relativamente pequeño. Si la fuerza magnética del imán es fuerte, el ángulo de desviación de la aguja magnética será relativamente grande.
Se dice que hay una isla mágica en el mar, y las sirenas cantan en la isla para confundir a los marineros que pasan. Cualquiera que escuche el canto será engañado, 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 una velocidad muy rápida 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 decididamente abandonar el barco, y la tripulación pudo sobrevivir en una pequeña embarcación. Según los supervivientes, todas las brújulas del barco fallaron y el barco perdió el control y se estrelló desesperadamente contra el acantilado de la isla.
Por supuesto, no hay sirenas en esta isla, pero hay otra cosa más mortal: un campo magnético. Resulta que la isla es rica en minerales magnéticos, por lo que toda la isla se ha convertido en un gran imán. Una vez que un barco con casco de hierro se acerca, inevitablemente será atraído por él y la brújula, es decir, la brújula. Por supuesto, también se verá afectado por el fuerte campo magnético. Fallo debido a interferencias.
Fuerza magnética y campo magnético
Hemos dicho que la fuerza del campo magnético está representada por líneas de fuerza magnéticas. Si se colocan dos varillas magnéticas en serie, el número de líneas de campo magnético que pasan a través de la unidad de área de sección transversal no cambiará; cuando se colocan en paralelo, la cantidad de líneas de campo magnético que pasan a través de la unidad de área de sección transversal aumenta; , las líneas del campo magnético se vuelven más densas. Si el número permanece sin cambios, la intensidad del campo magnético permanece sin cambios; si el número aumenta, el campo magnético se fortalecerá. Sin embargo, las dos barras magnéticas deben presionarse firmemente cuando se yuxtaponen, de lo contrario no se mejorarán.
Coloque el bloque de hierro o acero en los dos polos del imán en forma de "U", el bloque de hierro y acero se magnetizará y atraerá limaduras de hierro cuando se mueva el bloque de hierro y acero. Cuando se retira el 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.
Una vez que se detiene la magnetización, el magnetismo retenido en el bloque de acero se llama remanencia. El bloque de hierro tiene menos remanencia y el bloque de acero tiene más remanencia.
Si dos imanes con diferentes fortalezas y debilidades se colocan uno al lado del otro, las líneas del campo magnético del imán fuerte serán forzadas a través del imán débil, causando que las líneas del campo magnético del imán débil se cancelen. . Originalmente estaban yuxtapuestos con el mismo poste. De esta manera, cuando se van, el polo S y el polo N del imán débil intercambian posiciones entre sí, el polo S original se convierte en el polo N y el polo N original se convierte en el polo S.
Bajo la acción de un imán fuerte, la orientación del pequeño imán en el cuerpo cambia con un imán débil, por lo que, como acabamos de mencionar, cambia la dirección de las líneas de fuerza magnéticas originales.
¿Te enseñamos un juego de usar imanes para atraer objetos pequeños como clavos o clips? Prepare algunos de estos elementos para el siguiente experimento. Vaya a la tienda a comprar de 3 a 5 imanes de ferrita y 10 metros de alambre esmaltado con un diámetro de 0,4 mm. Al comprar imanes, busque aquellos con una superficie plana y lisa. Cuando están unidos, pueden atraerse entre sí firmemente. Estos imanes se pueden utilizar como barras magnéticas.
Después de usar un imán para atraer el pequeño clavo de hierro, el pequeño clavo de hierro también se convierte en un imán. Por supuesto, su fuerza magnética es muy débil en comparación con la de los imanes.
Aunque débil, también es magnético. Si colocas un pequeño clavo de hierro cerca de otros clavos de hierro cercanos, serán succionados uno por uno y colgados en una cuerda, lo cual es muy interesante.
No importa la forma del hierro, tiene el "ingrediente" de un imán. Discutiremos cuál es este ingrediente más adelante. Por el momento, podemos considerarlos como imanes en miniatura. Por lo general, están dispuestos al azar, por lo que no muestran magnetismo. Si se coloca hierro en un campo magnético, los pequeños imanes se disponen ordenadamente y se puede mostrar el magnetismo.
¿Por qué los imanes sólo atraen metales como el hierro, el cobalto y el níquel?
De hecho, esta pregunta es inapropiada, porque los experimentos han demostrado que cualquier sustancia puede magnetizarse en mayor o menor medida en un campo magnético, pero el grado de magnetización es diferente. Después de que una sustancia es magnetizada, se convierte en un imán, y el mismo sexo se repele y el sexo opuesto atrae el imán que lo magnetiza. Los metales como el cobre y el aluminio también pueden ser magnéticos, pero la magnetización es muy débil y la fuerza magnética recibida también es muy débil, lo que es básicamente invisible.
Las sustancias que pueden magnetizarse fuertemente, 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. La gente los llama imanes permanentes. Los imanes permanentes se utilizan en muchos equipos eléctricos, como amperímetros de CC, vatímetros, parlantes y auriculares de uso común.
Después de magnetizar las sustancias ferromagnéticas, su magnetismo no desaparece por completo debido a la desaparición del campo magnético externo. Aún queda una parte de magnetismo, que se denomina sustancia magnética imán residual. Según el magnetismo residual, se dividen en materiales magnéticos blandos y materiales magnéticos duros. Los materiales magnéticos blandos tienen un magnetismo residual débil y se desmagnetizan fácilmente. Los materiales magnéticos duros tienen un fuerte magnetismo residual y no se desmagnetizan fácilmente, lo que los hace adecuados para fabricar imanes permanentes. Se utiliza en equipos eléctricos como instrumentos magnetoeléctricos, parlantes, micrófonos y motores hidromagnéticos.
También existe un material magnético llamado ferrita, que está compuesto por hilos de óxido y óxidos de metales divalentes (como Ni, Co, Mn, Mg, etc.) y tiene propiedades eléctricas similares a las de los semiconductores. . Similares, magnéticamente similares a los materiales ferromagnéticos. La ferrita se ha convertido en un material magnético indispensable en la tecnología electrónica. La ferrita se utiliza como componente de memoria en computadoras electrónicas y se usa ampliamente como núcleo magnético de bobinas inductoras en circuitos electrónicos.
Un imán permanente, no importa en cuántos pedazos se corte, cada pequeño pedazo es un imán y tiene su propio polo sur y polo norte independientes. De hecho, es un fenómeno interesante.
Muchos equipos eléctricos, como motores, zumbadores, altavoces, etc., utilizan el magnetismo para funcionar. Después de todo, los dos polos magnéticos y las dos cargas son diferentes. Por ejemplo, las cargas positivas y negativas se pueden separar, pero es imposible obtener polos norte y sur separados. Incluso si una barra magnética se divide en muchos segmentos, cada segmento todavía tiene dos polos magnéticos opuestos, sur y norte.