Magneto
|
Tiu ĉi artikolo temas pri magnetisma objekto. “Magneto” havas ankaŭ alian signifon, vidu artikolon Magneto (ludo). |
Magneto estas objekto, kiu havas magnetismon. La vorto devenas de la antikva greka “líthos mágnes” (λίθος μάγνης) kiu signifas “magnesia ŝtono”. Magnesio estas parto de Grekio kie magnetito estis antikve malkovrita.
Magneto estas korpo aŭ aparato kun signifa magnetismo, tiel ke ĝi altiras aliajn magnetojn aŭ metalojn feromagnetajn (por ekzemplo, fero, kobalto, nikelo kaj alojoj de tiuj). Magneto povas esti natura aŭ artefarita kaj ankaŭ la materialoj povas esti paramagnetaj, kiuj estas altirataj pli malforte, kiel magnezio, plateno, aluminio, inter aliaj, aŭ diamagnetaj, nome tiuj kiuj ne altiras sin, kiel grafito de karbono, oro, arĝento, plumbo kaj bismuto.
La naturaj magnetoj retenas sian kontinuan magnetan kampon, se ili ne suferas grandan frapon aŭ oni aplikas magnetajn ŝarĝojn malajn aŭ je altaj temperaturoj. La magneta kampo ne estas videbla, sed ĝi estas la tialo ke la magnetoj altiras aŭ forpelas variajn materialojn, tiuj kiuj estas ofte altiritaj de magneto havas grandan magnetan permeablecon, kiel ĉe fero kaj ĉe kelkaj tipoj de ŝtalo, kaj ricevas la nomon de feromagnetaj materialoj. La materialoj kun malalta magneta permeableco, kiujn magnetoj altiras nur malforte, nomiĝas paramagnetaj. Unu ekzemplo de paranagneta materialo estas likva oksigeno. Finfine estas kelkaj materialoj, kiel akvo, kiuj havas magnetan permeablecon tiom malaltan ke la magnetismo estas konstatebla nur okaze de ekstera magneta kampo (diamagnetismo). Ĉio havas magnetan permeablecon mezureblan.
La magnetoj povas esti daŭraj, se magnetigitaj ili konservas persiste la magnetajn proprecojn, aŭ portempaj, se ili konservas la magnetajn proprecojn nur dum ili estas sub la influo de magneta kampo, kaj malaperas kiam la kampo malaperas. Elektromagneto estas tipo de portempa magneto farita per bobenado de elektra fadeno laŭ kiu pasas elektra kurento, kaj ĝi funkcias kiel magneto nur kiam pasas la kurento; foje la bobenado estas farata ĉirkaŭ materialo feromagneta por plibonigi la magnetan kampon okazigitan.
La mezurunuo de la ISU por la magneta kampo estas la teslo, kaj la unuo por la magneta flukso estas la vebero; 1 teslo estas po 1 vebero por kvadrata metro.
HistorioRedakti
La plej antikvaj konataj priskriboj pri la proprecoj de la magnetoj devenas de la antikva Egipto kaj de la antikvaj Grekio, Hindio kaj Ĉinio.[1][2][3] En 585 a.n.e. Taleso el Mileto jam priskribis, ke la magnetito altiras la feron, sed li pensis, ke la kaŭzo estas ke ĝi havas animon (en tiu epoko movo indikis vivon, animon aŭ la interveno de dio). Klargiklopodo sen interveno de dio aŭ animo estas trovebla en la verko De rerum natura de Lukrecio (98 a.n.e.- 54 a.n.e.). Sed nur en 1600 per la publikigo de De magnete de William Gilbert ekas la scienco de magnetismo en Eŭropo. En Ĉinio, la unua konata mencio pri magnetoj kaj ties proprecoj estas de la 4-a jarcento, kaj la unuaj priskriboj de la uzado de kompasoj estas de komenco de la 11-a jarcento. La uzado de tiuj aparatoj estos komunaj ĉie ajn en la 12-a kaj 13-a jarcentoj.[4]
Fizika deveno de la magnetismoRedakti
Daŭraj magnetojRedakti
Ajna ofta objekto estas komponita de partikloj kiel protonoj, neŭtronoj kaj elektronoj, ĉiu el kiuj havas inter siaj kvantaj proprecoj la spinon, kiu asocias magnetan kampon al tiuj partikloj. El tiu vidpunkto, estus logike pensi, ke ajna materialo, estante formita de enorma nombro de partikloj, havas magnetajn proprecojn (eĉ la partikloj de antimaterio havas magnetajn proprecojn), sed la ĉiutaga esperto, kontraŭdiras tiun eblon.
Ene de ĉiu atomo aŭ molekulo, la dispono de ĉiu spino sekvas strikte la principon de ekskludo de Pauli, sed por ajna diamagneta substanco ne estas ordigo de la spiío kiu tuŝas grandan nombron de partikloj, kaj pro tio ne estas magneta kampo ie ajn; la magneta momanto de partiklo estas nuligita per alia.
Male, en daŭraj magnetoj, ja estas grava grado de ordigo de la spino de ties partikloj. La nivelo de ordigo plej alta estas en la nomitaj propraĵoj de Weiss aŭ magnetaj propraĵoj: kiuj povas esti konsiderataj kiel mikroskopaj regionoj kie estas forta interagado inter la partikloj, nomitaj interagoj de interŝanĝo, kiu generas situacion tre ordigita: ju pli granda estos la grado de ordo de la propraĵo, des pli forta estos la magneta kampo generota.
Alta ordigo (kaj tiel, forta magneta kampo) estas unu de la ĉefaj karakterizaĵoj de la feromagnetaj materialoj.
Strategio utila por generi tre intensan magnetan kampon konsistas en orientigo de ĉiuj propraĵoj de Weiss de feromagneta materialoj per malpli intensa kampo, generita de bobeno de konduktila materialo tra kiu pasas elektra kurento: nome elektromagneto.
Magnetismo generita de elektronojRedakti
.png)
Elektronoj ludas gravan rolon en la formado de la magneta kampo, en atomo la elektronoj povas esti solaj aŭ laŭpare ene de ĉiu atomorbito. Se ili estas paraj, ĉiu elektrono havas spinon malan al tiu de la alia elektrono (spino supra kaj spino suba); ĉar la spinoj havas malajn direktojn ili internuliĝas, kaj tial paro de elektronoj ne povas generi magnetan kampon.
En multaj atomoj, la nombro de elektronoj estas malpara; ĉiuj magnetaj materialoj havas tiutipajn elektronojn, sed oni ne povas diri, ke unu atomo kun malparaj elektronoj jam estas feromagneta. Por povi estis feromagneta, la malparaj elektronoj de la materialo krome devas interagadi grandskale, tiel ke ĉiuj el ili devas esti orientitaj en la sama direkto. La specifa elektrona distribuado de la atomoj, same kiel la distanco inter ĉiu atomo, estas la ĉefa faktoro kiu impulsas tiu ordon grandskale, kiu tuŝas multajn partiklojn. Se la elektronoj havas la saman orientigon, ili estos en stato de malpli granda energio.
ElektromagnetojRedakti
Elektromagneto en sia plej simpla formo estas kondukila fadeno ĉirkaŭturnita unu aŭ pliajn fojojn; tiu distribuado estas nomita "spiro" aŭ "spiralero" (unu turno) aŭ solenoido. Kiam la elektra kurento pasas laŭ la kondukila fadeno de la bobenado estas generata magneta kampo kiu speras koncentrita ĉe la ĉirkaŭturnejo (speciale al ties interno). Ties kampolinioj estas tre similaj al tiuj de magneto kaj ties orientigo sekvas la regulon de la dekstra mano. La magnetaj momanto kaj kampo de la elektromagneto estas proporcia al la nombro de turnoj de la fadeno (ankaŭ nomataj spiraleroj), al la sekcio de ĉiu spiralero kaj al la denseco de la kurento kiu pasas tra la fadeno.
Se la spiraleroj de la kondukila fadeno estas farataj el materialo sen specialaj magnetaj proprecoj, aŭ al la aero, la magneta kampo generata estas malforta forto; sed se la fadeno estas turnita ĉirkaŭ feromagneta aŭ paramagneta materialo, kiel povas esti najlo el fero, la magneta kampo generita estos multe pli granda, ties forto estas de ĉirkaŭ centoj da fojoj plie kaj povas eĉ multobligi por 1000.
La magneta kampo observata ĉirkaŭ magneto etendiĝas al konsiderinda distanco kompare al la grando de la magneto, kaj sekvas la leĝon de la inverso de la kuba potenco: la intenseco de la kampo estas inverse proporcia al la kubo de la distanco.
Se la elektromagneto estas bazata sur metala lameno, la forto necesa por separi la du objektj estos eĉ pli granda, ĉar ambaŭ surfacoj estas ebenaj kaj glataj; tiuokaze estos pliaj kontaktopunktoj kaj la reluktanco de la magneta cirkvito estos pli malgranda.
La elektromagnetoj permesas aplikojn en variaj kampoj, ekde la partiklaj akceliloj ĝis la elektraj motorooj pasante tra la gruoj de la rubigoj de vehikloj aŭ la maŝinoj kiuj produktas bildojn per magneta resonanco. Estas ankaŭ maŝinoj pli kompleksaj en kiuj oni ne uzas la simplajn dupolusajn magnetojn, sed kiuj postulas kvar aŭ eĉ pliajn magnetajn polusojn; unu ekzemplo estas la Mas-spektrogramo en kiu oni koncentras la faskojn de partiklojn.
Ĵus eblis produkti magnetajn kampojn de kelkaj milionoj de tesloj uzante mikrometrajn solenoidojn pere de kiuj oni pasigis kurenton de milionoj de amperoj uzante impulselŝarĝon produktita per baterio de kondensiloj. La intensa forto de la elŝarĝo kondukis la sistemon al la interna eksplodo, detruante la eksperimenton en malmultaj milisekundoj.
MalkovroRedakti
Estis Ørsted kiu por la unua fojo pruvis en 1820, ke elektra kurento generas magnetan kampon en sia medio. En la interno de la materio ekzistas malgrandaj kurentoj fermitaj pro la movado de la elektronoj kiujn enkavas la atomoj, ĉiu el kiuj originas mikroskopan magneton. Kiam tiuj malgrandaj magnetoj estas orientitaj en ĉiuj direktoj, iliaj efikoj nuliĝas reciproke kaj la materialo ne montras magnetajn proprecojn; male se ĉiuj malgrandaj magnetoj estas liniigitaj, ili agadas kiel ununura magneto; tiuokaze la substanco estis magnetigita.
La unua sciencisto kiu konstruis elektromagneton estis la franca fizikisto kaj politkisto François Arago.[6]
Karakterizaj ecoj de magnetoRedakti
La tuj videblaj ecoj de magneto estas:
- altiri objektojn el fero aŭ el aliaj materialoj (kobalto, nikelo aŭ el tiel nomataj feromagnetaj substancoj);
- altiri aŭ forpuŝi alian magneton;
- transdoni sian magnetan econ al fera peco, kiun oni frotas sur ĝi.
MagnetismoRedakti
La magnetismo de magneto povas esti propra konstanta eco de la materialo, aŭ povas deveni de ekstera fonto, kiel elektromagnetismo.
La ecoj de magnetismo estas:
- La magnetkampaj linioj fermiĝas sur si mem (ili ne havas nek komencan nek finan punktojn).
- La magnetkampaj linioj ne intersekcas.
- La plej granda denseco de linioj estas proksime de la magnetpolusoj.
- La fluo de magneta fluo ekster la magneto estas de nordo al sudo, kaj ene de la magneto de sudo al nordo.
Magnetaj polusoj: norda kaj sudaRedakti
Oni ankaŭ povas vidi, ke la eco de magneto manifestiĝas en du (aŭ foje pli) difinaj punktoj, kiun oni nomos polusoj.
La du polusoj estas distingitaj de la direkto de la magneta flukso. En principo ĉi tiuj polusoj povus esti nomitaj iel ajn; ekzemple, kiel “+” kaj “−”, aŭ “A” Kaj “B”. Tamen, bazita sur la frua uzo de magnetoj en kompasoj, ili estas nomitaj la “norda poluso” (aŭ pli detale “nordserĉanta poluso”), “N”, kaj la “suda poluso” (aŭ “sudserĉanta poluso”), “S”, kun la norda poluso estanta la poluso kiu indikas norden (t.e. la poluso de magneto, kiu estas altirata al la tera Norda magneta poluso). Ĉar kontraŭaj polusoj allogas, la tera norda magnetpoluso estas sekve, de ĉi tiu difino, fizike magneta kampo suda poluso.[7][8][9] Kontraŭe, la tera Suda magneta poluso estas fizike la norda poluso de la magneta kampo.
GalerioRedakti
Jenaj bildoj de kelkaj daŭraj magnetoj:
Hufferoforma magneto
Stangetoforma magneto
Bildigo de kampolinioj pri stangetoforma magneto
Magneto ŝvebas super superkonduktanto malvarmigita per likva nitrogeno (-200 °C)
Vidu ankaŭRedakti
ReferencojRedakti
- ↑ Fowler, Michael (1997). «Historical Beginnings of Theories of Electricity and Magnetism». Konsultita la 08-11-2009.
- ↑ Vowles, Hugh P. (1932). «Early Evolution of Power Engineering». Isis (University of Chicago Press) 17 (2): 412–420 [419–20]. doi:10.1086/346662.
- ↑ Li Shu-hua, “Origine de la Boussole 11. Aimant et Boubssole,” Isis, Vol. 45, No. 2. (Jul., 1954), p. 175
- ↑ Schmidl, Petra G. (1996-1997). «Two Early Arabic Sources On The Magnetic Compass». Journal of Arabic and Islamic Studies 1: 81-132.
- ↑ Ball, Philip (26a de novembro 2009). «Quantum objects on show». Nature 462 (7272): 416. doi:10.1038/462416a. Konsultita la 12an de Aŭgusto 2021.
- ↑ Electricity and magnetism: a historical perspective[rompita ligilo]. Brian Baigrie. Greenwod Press. Westport, Connecticut. Londono. P. 68.
- ↑ http://www.kjmagnetics.com/glossary.asp K&J Magnetics, glossary
- ↑ Definition of north pole (of a magnet) at Merriam-Webster's Online Dictionary
- ↑ Earth's Magnetic Poles, Randy Russell, University Corporation for Atmospheric Research website
BibliografioRedakti
- "The Early History of the Permanent Magnet". Edward Neville Da Costa Andrade, Endeavour, Volume 17, Number 65, Januaro 1958. Ĝi enhavas bonkvalitan priskribon de fruaj metodoj produkti permanentajn magnetojn.
- "positive pole n". The Concise Oxford English Dictionary. Catherine Soanes kaj Angus Stevenson. Oxford University Press, 2004. Oxford Reference Online. Oxford University Press.
- Wayne M. Saslow, Electricity, Magnetism, and Light, Academic (2002). (ISBN 0-12-619455-6). Ĉapitro 9a studas magnetojn kaj ties magnetajn kampojn uzante la koncepton de magnetaj polusoj, sed ĝi ankaŭ havigas pruvaron ke magnetaj polusoj reale ne ekzistas en ordinara kompreno. Ĉapitroj 10a kaj 11a, sekvante tion kio ŝajnas esti alproksimiĝo de la 19-a jarcento, uzas la polusan koncepton por ekhavi la leĝojn kiuj priskribas la magnetismon de la elektraj kurentoj.
- Edward P. Furlani, Permanent Magnet and Electromechanical Devices:Materials, Analysis and Applications, Academic Press Series en Electromagnetism (2001). (ISBN 0-12-269951-3).
Eksteraj ligilojRedakti
- [1] Arkivigite je 2012-02-20 per la retarkivo Wayback Machine
- [2] Arkivigite je 2006-05-03 per la retarkivo Wayback Machine
- HyperPhysics E/M
- Magneta Klerigado Arkivigite je 2007-02-26 per la retarkivo Wayback Machine
