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√?m√£

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Limalha de ferro que têm orientado no campo magnético produzido por uma barra magnética
Linhas do campo magnético de um solenóide, que são semelhantes a um ímã de barra como ilustrado acima com a limalha de ferro

Um √≠m√£ √© um material ou objeto que produz um campo magn√©tico. A low-tech meios para detectar um campo magn√©tico √© para espalhar limalha de ferro e observar o seu padr√£o, como na figura abaixo. Um √≠m√£ "duro" ou "permanente" √© aquele que fica magnetizado, como um √≠m√£ usado para armazenar notas sobre a porta da geladeira. √?m√£s permanentes ocorrem naturalmente em algumas rochas , particularmente magnetita, mas agora s√£o mais comumente fabricado. Um √≠m√£ "soft" ou "impermanente" √© aquele que perde a sua mem√≥ria de magnetiza√ß√Ķes anteriores. "Soft" materiais magn√©ticos s√£o muitas vezes utilizados em electro√≠manes para aprimorar (muitas vezes centenas ou milhares de vezes) o campo magn√©tico de um fio que transporta uma corrente el√©trica e est√° envolvida em torno do √≠m√£; o campo do √≠m√£ "soft" aumenta com o atual.

Duas medidas de propriedades magn√©ticas de um material s√£o seu momento magn√©tico e sua magnetiza√ß√£o. Um material sem um momento magn√©tico permanente pode, na presen√ßa de campos magn√©ticos, ser atra√≠da ( paramagn√©tica), ou repelidos ( diamagn√©tico). L√≠quido oxig√™nio √© paramagn√©tico; grafite √© diamagn√©tico. Paramagnets tendem a intensificar o campo magn√©tico nas suas imedia√ß√Ķes, enquanto que diamagnets tendem a enfraquec√™-lo. √?m√£s "soft", que s√£o fortemente atra√≠dos a campos magn√©ticos, pode ser pensado como fortemente paramagn√©tica; supercondutores , que s√£o fortemente repelidos por campos magn√©ticos, pode ser pensado como fortemente diamagnetic.

Antecedentes sobre a física do magnetismo e ímãs

Os efeitos do magnetismo.

Campo magnético

O campo magn√©tico (denotado geralmente B) √© um campo de vectores (isto √©, um vector em todos os pontos do espa√ßo), com uma direc√ß√£o e uma amplitude que, em Unidades SI √© teslas. (B tamb√©m pode depender do tempo.) A sua direc√ß√£o pode ser obtido a partir da orienta√ß√£o de um agulha da b√ļssola. Sua magnitude (tamb√©m chamado de for√ßa) √© proporcional ao qu√£o fortemente a agulha da b√ļssola fica orientado ao longo dessa dire√ß√£o.

Momento magnético

Momento magn√©tico de um √≠man (tamb√©m chamado de momento de dipolo magn√©tico, e μ denotado geralmente) √© um vetor que caracteriza propriedades magn√©ticas globais do √≠m√£. Para um √≠m√£ de barra, a dire√ß√£o dos pontos momento magn√©tico do p√≥lo sul do √≠m√£ de seu p√≥lo norte, ea magnitude refere-se a qu√£o forte e qu√£o distantes esses p√≥los s√£o.

Um √≠m√£ tanto produz o seu pr√≥prio campo magn√©tico e ele responde aos campos magn√©ticos. A for√ßa do campo magn√©tico que produz √©, em qualquer ponto proporcional √† magnitude do seu momento magn√©tico. Al√©m disso, quando o √≠man est√° colocado num campo "externo" magn√©tico produzido por uma fonte diferente, que √© sujeito a uma bin√°rio que tende a orientar o momento magn√©tico paralela ao campo. O montante deste bin√°rio √© proporcional tanto para o momento magn√©tico eo campo "externo". Um √≠m√£ pode tamb√©m estar sujeito a uma for√ßa motriz-lo em uma dire√ß√£o ou outra, de acordo com as posi√ß√Ķes e orienta√ß√Ķes do √≠m√£ e fonte. Se o campo √© uniforme no espa√ßo do √≠man est√° sujeito a nenhuma for√ßa resultante, apesar de ser sujeito a um bin√°rio.

Um fio com a forma de um círculo, com uma superfície e levando Eu atual é um ímã, com um momento magnético de magnitude igual a IA.

Magnetização

A magnetiza√ß√£o de um objeto √© o valor local de seu momento magn√©tico por unidade de volume, geralmente denotado M, com unidades A / m. √Č um campo vetorial, ao inv√©s de apenas um vetor (como o momento magn√©tico), pois as diferentes sec√ß√Ķes de um √≠m√£ de barra geralmente s√£o magnetizado com diferentes dire√ß√Ķes e pontos fortes (por exemplo, devido a dom√≠nios, veja abaixo). Um √≠m√£ bom bar pode ter um momento magn√©tico de magnitude 0.1 A ¬∑ m¬≤ e um volume de 1 cm¬≥, ou 0,000001 m¬≥, e, portanto, uma magnitude m√©dia magnetiza√ß√£o √© de 100.000 A / m. Ferro pode ter uma magnetiza√ß√£o de cerca de um milh√£o de A / m.

Pólos magnéticos

Embora para muitos propósitos, é conveniente pensar em um ímã como tendo norte distinta e pólos magnéticos sul, o conceito de pólos não deve ser tomada literalmente: é apenas uma forma de se referir às duas extremidades diferentes de um ímã. O ímã em si pode ser homogênea; lá não são distintos "norte" ou partículas "Sul" em lados opostos, e não Monopole magnético ainda não foi observado. Se um ímã de barra é dividida ao meio, em uma tentativa de separar os pólos norte e sul, o resultado será duas barras magnéticas, cada uma das quais tem tanto um pólo norte e sul.

A abordagem pólo magnético é usado pela maioria magneticians profissionais, desde aqueles que projetar memória magnética para aqueles que projetar em larga escala ímãs. Se a distribuição do pólo magnético é conhecida, então o íman exterior do modelo de pólo dá o campo magnético exactamente. Por simplesmente completando o campo modelo pólo com um prazo proporcional à magnetização (veja Unidades e cálculos, abaixo) do campo magnético dentro do ímã é dado exatamente. Este modelo de pólo também é chamado de "Gilbert Modelo" de um dipolo magnético.

Outro modelo √© o " Amp√®re Modelo ", onde todos magnetiza√ß√£o √© devido ao efeito de macrosc√≥pica microsc√≥pico" correntes ligadas ", tamb√©m chamadas de" correntes Amp√®rian ". Para um √≠man em barra magnetizada uniformemente na forma de um cilindro, com p√≥los uniformemente distribu√≠dos sobre as suas extremidades, o efeito l√≠quido de as correntes microsc√≥picas ligado √© fazer com que o √≠man se comportam como se existe uma folha macrosc√≥pica da corrente que flui em torno do cilindro, com a direc√ß√£o de fluxo local normal ao eixo do cilindro. (Desde raspar a camada externa de um √≠man n√£o vai destruir as suas propriedades magn√©ticas, existem subtilezas associados com este modelo, bem como com o p√≥lo modelo. O que acontece √© que voc√™ s√≥ ter raspado um n√ļmero relativamente pequeno de √°tomos, cujas correntes limite n√£o contribuem muito para o momento magn√©tico l√≠quido.) A regra da m√£o direita devido a Amp√®re nos diz como as correntes de fluxo, para um dado momento magn√©tico. Alinhe o polegar de sua m√£o direita ao longo do momento magn√©tico e, com isso, segure o cilindro. Os dedos ent√£o apontar ao longo do sentido do fluxo da corrente. Como observado acima, o campo magn√©tico determinado pelo abordagem Amperian e a abordagem Gilbert s√£o id√™nticos fora todos os imans, e tornar-se id√™ntico em todos os imans ap√≥s a Gilbert "dom√≠nio" √© completada. Geralmente √© dif√≠cil encontrar as correntes Amperian na superf√≠cie de um √≠m√£, que √© muitas vezes mais f√°cil de encontrar os p√≥los eficazes para o mesmo √≠m√£. Para uma extremidade (p√≥lo) de um √≠m√£ permanente fora de um √≠m√£ "soft", a imagem do p√≥lo do √≠m√£ "soft" tem que responder com um p√≥lo imagem de sinal oposto ao p√≥lo aplicada; pode-se tamb√©m encontrar as correntes Amperian sobre a superf√≠cie do √≠man "macio".

Conven√ß√Ķes de nomenclatura Pole

O pólo norte do ímã é o pólo que (quando o ímã está suspensa livremente) aponta para a pólo norte magnético (no norte do Canadá). Desde pólos opostos (norte e sul) atrair Considerando como pólos (norte e norte ou sul e sul) repelir, presente norte geográfico da Terra é, portanto, na verdade, seu sul magnético. Confundindo ainda mais a situação, o campo magnético da Terra, ocasionalmente, inverte-se.

A fim de evitar esta confusão, os termos positivos e negativos pólos são por vezes utilizados em vez de norte e sul, respectivamente.

Como uma questão prática, a fim de contar o qual polo de um íman é norte e sul, que é, ele não é necessário para usar o campo magnético da terra, em todos os. Por exemplo, um método de calibração seria a compará-lo com um electroíman, cujos pólos pode ser identificado através do regra da mão direita.

As descri√ß√Ķes dos comportamentos magn√©ticos

Existem muitas formas de comportamento magnético, e todos os materiais apresentam pelo menos um deles. Imans variam tanto na permanência da sua magnetização, e na força e na orientação do campo magnético que criam. Esta secção descreve, qualitativamente, os principais tipos de comportamento magnético que pode mostrar materiais. As física subjacente cada um destes comportamentos é descrito na secção seguinte, e também pode ser encontrado em mais detalhe nos respectivos artigos.

  • Mais popularmente encontrados em clipes de papel, paramagnetismo √© exibido em subst√Ęncias que n√£o produzem campos por si, mas que, quando exposto a um campo magn√©tico, que refor√ßam campo magnetizado, tornando-se eles pr√≥prios, e, portanto, s√£o atra√≠dos para aquele campo. Um bom exemplo para este comportamento pode ser encontrado em um balde de unhas - se voc√™ pegar um √ļnico prego, voc√™ pode esperar que outras unhas n√£o vai seguir. No entanto, voc√™ pode aplicar um campo magn√©tico intenso para o balde, pegar um prego, e descobrir que muitos vir√£o com ele.
  • Unscientifically referido como ¬ęn√£o-magn√©tico, ' diamagnets realmente fazem apresentar algum comportamento magn√©tico - apenas para pequenas magnitudes. De facto, os materiais diamagn√©ticos, quando exposto a um campo magn√©tico, magnetizar (ligeiramente) no sentido oposto, obtendo (ligeiramente) repelidos do campo aplicado. Supercondutores s√£o fortemente diamagnetic.
  • Ferromagn√©tico e materiais ferrimagn√©ticos s√£o a percep√ß√£o "popular" de um √≠m√£. Estes materiais podem conservar a sua pr√≥pria magnetiza√ß√£o; Um exemplo comum √© um √≠m√£ de geladeira tradicional. (A diferen√ßa entre os materiais ferro- e ferrimagn√©ticos est√° relacionada com a sua estrutura microsc√≥pica, como explicado abaixo).

Física de comportamentos magnéticos

Vis√£o global

Magnetismo, em sua raiz, surge de duas fontes:

  • As correntes el√©tricas, ou mais em geral, a cargas el√©tricas , criar campos magn√©ticos (ver equa√ß√Ķes de Maxwell ).
  • Muitos part√≠culas t√™m diferente de zero "intr√≠nseca" (ou " spin ") momentos magn√©ticos. (Assim como cada part√≠cula, por sua natureza, tem uma certa massa e carga , cada um tem um determinado momento magn√©tico, possivelmente zero.)

Em materiais magn√©ticos, as fontes mais importantes de magnetiza√ß√£o s√£o, mais especificamente, os electr√Ķes movimento angular orbital em torno do ' n√ļcleo, e momento magn√©tico intr√≠nseco dos el√©trons (veja Electron momento de dipolo magn√©tico). As outras potenciais fontes de magnetismo s√£o muito menos importantes: Por exemplo, a momentos magn√©ticos nucleares do n√ļcleos no material s√£o normalmente milhares de vezes menor do que os momentos magn√©ticos dos electr√Ķes, de modo que eles s√£o negligenci√°veis no contexto da magnetiza√ß√£o de materiais. (Momentos magn√©ticos nucleares s√£o importantes em outros contextos, em particular Resson√Ęncia Magn√©tica Nuclear (RMN) e Imagem por Resson√Ęncia Magn√©tica (MRI).)

Normalmente, as in√ļmeras el√©trons em um material s√£o dispostos de tal modo que os seus momentos magn√©ticos (tanto orbitais e intr√≠nsecos) cancelam. Isto √© devido, em certa medida, a combina√ß√£o de electr√Ķes em pares opostos com momentos magn√©ticos intr√≠nsecos (como um resultado da Princ√≠pio de exclus√£o de Pauli; ver Configura√ß√£o eletr√īnica), ou combinando em "preenchido subcamadas "com zero de movimento orbital l√≠quido; em ambos os casos, a disposi√ß√£o √© de electr√Ķes de modo a cancelar exactamente os momentos magn√©ticos de cada electr√£o Al√©m disso, mesmo quando a. electr√£o de configura√ß√£o √© tal que existem electr√Ķes desemparelhados e / ou subcamadas n√£o preenchido, √© muitas vezes o caso que os v√°rios electr√Ķes no s√≥lido contribuir√° momentos magn√©ticos que apontam em sentidos diferentes, aleat√≥rio, de modo que o material n√£o ser√° magn√©tico.

No entanto, por vezes (quer espontaneamente, ou devido a um campo magn√©tico externo aplicado) cada um dos momentos magn√©ticos de electr√Ķes ser√°, em m√©dia, alinhados. Em seguida, o material pode produzir um campo magn√©tico total l√≠quido, que pode, potencialmente, ser bastante forte.

O comportamento magn√©tico de um material depende da sua estrutura (em particular a sua configura√ß√£o eletr√īnica, pelas raz√Ķes acima mencionadas), e tamb√©m sobre a temperatura (em altas temperaturas, aleat√≥rio movimento t√©rmico faz com que seja mais dif√≠cil para os el√©trons para manter o alinhamento).

Física de paramagnetismo

Numa paramagnet existem electr√Ķes desemparelhados, ou seja at√īmica ou orbitais moleculares com exatamente um el√©tron neles. Enquanto el√©trons emparelhados s√£o exigidos pela Princ√≠pio de exclus√£o de Pauli para ter seu intr√≠nseco ('spin') momentos magn√©ticos que apontam em dire√ß√Ķes opostas (somando a zero), um el√©tron n√£o emparelhado √© livre para alinhar seu momento magn√©tico em qualquer direc√ß√£o. Quando um campo magn√©tico externo √© aplicado, estes momentos magn√©ticos tendem a alinhar-se no mesmo sentido que o campo aplicado, o que refor√ßa-la.

Física de diamagnetism

Numa diamagnet, n√£o h√° electr√Ķes desemparelhados, de modo que os momentos magn√©ticos de electr√Ķes intr√≠nseca n√£o pode produzir qualquer efeito grandes quantidades. Nestes casos, a magnetiza√ß√£o surge de movimento orbital dos electr√Ķes, que podem ser compreendidos classicamente como se segue:

Quando um material √© colocado num campo magn√©tico, os electr√Ķes que circundam o n√ļcleo vai experimentar, para al√©m da sua Coulomb atrac√ß√£o para o n√ļcleo, uma Lorentz for√ßa do campo magn√©tico. Dependendo de qual dire√ß√£o o el√©tron est√° em √≥rbita, esta for√ßa pode aumentar a for√ßa centr√≠peta sobre os electr√Ķes, puxando-os para dentro na direc√ß√£o do n√ļcleo, ou pode diminuir a for√ßa, puxando-os para fora a partir do n√ļcleo. Este efeito aumenta sistematicamente os momentos magn√©ticos orbitais que foram alinhados em frente do campo, e diminui os alinhados paralelamente ao campo (de acordo com A lei de Lenz). Isso resulta em um pequeno momento magn√©tico grandes quantidades, com uma direc√ß√£o oposta √† do campo aplicado.

Note-se que esta descri√ß√£o √© destinado somente como uma heur√≠stica; uma compreens√£o adequada exige um quantum-mec√Ęnico descri√ß√£o.

Note-se que todos os materiais, incluindo paramagnets, submeter esta resposta orbital. No entanto, em um paramagnet, esta resposta é esmagada pela resposta adversária muito mais forte descrito acima (ou seja, o alinhamento de momentos magnéticos intrínsecos dos elétrons).

Física de ferromagnetismo

A ferromagnet, como um paramagnet, tem electr√Ķes desemparelhados. No entanto, para al√©m de momentos magn√©ticos intr√≠nsecos dos electr√Ķes que pretendem ser paralela a um campo aplicado, h√° tamb√©m nestes materiais uma tend√™ncia para estes momentos magn√©ticos querer estar paralelos uns aos outros. Assim, mesmo quando o campo aplicado √© removido, os electr√Ķes do material pode manter-se continuamente apontado na mesma direc√ß√£o.

Cada ferromagneto tem a sua própria temperatura indivíduo, o chamado Temperatura Curie, ou ponto de Curie, acima do qual ele perde suas propriedades ferromagnéticas. Isto acontece porque a tendência para a desordem térmica domina a energia de abaixamento devido à ordem ferromagnético.

Domínios magnéticos

Domínios magnéticos em material ferromagnético.

O momento magn√©tico de √°tomos numa material ferromagn√©tico, lev√°-los a se comportar algo como min√ļsculos √≠m√£s permanentes. Eles ficar juntos e alinhar-se em pequenas regi√Ķes do alinhamento mais ou menos uniforme chamados ou dom√≠nios magn√©ticos √?reas de Weiss. Dom√≠nios magn√©ticos podem ser observados com Microsc√≥pio de for√ßa magn√©tica para revelar os limites de dom√≠nio magn√©ticos que se assemelham a linhas brancas no sketch.There muitas experi√™ncias cient√≠ficas que podem mostrar fisicamente campos magn√©ticos.

Efeito de um ímã sobre os domínios.

Quando um dom√≠nio cont√©m muitas mol√©culas, torna-se inst√°vel e se divide em dois dom√≠nios alinhados em direc√ß√Ķes opostas de modo a que elas se unem de forma mais est√°vel, como mostrado √† direita.

Quando exposto a um campo magnético, os limites do domínio mover de modo que os sítios alinhados com o campo magnético crescem e dominar a estrutura como mostrado à esquerda. Quando o campo de magnetização é removido, os domínios não podem retornar a um estado desmagnetizado. Isto resulta no material ferromagnético sendo magnetizado, formando um íman permanente.

Quando magnetizado com for√ßa suficiente que o dom√≠nio prevalecente satura√ß√Ķes todos os outros para resultar em apenas um √ļnico dom√≠nio, o material √© magneticamente saturado. Quando um material ferromagn√©tico magnetizado √© aquecida ao Temperatura do ponto de Curie, as mol√©culas s√£o agitados at√© o ponto de que os dom√≠nios magn√©ticos perder a organiza√ß√£o e as propriedades magn√©ticas que causam cessar. Quando o material √© arrefecido, esta estrutura de alinhamento do dom√≠nio retorna espontaneamente, de uma forma mais ou menos an√°logo √† forma como um l√≠quido pode congelar em forma de um s√≥lido cristalino.

Física de antiferromagnetismo

Ordenamento antiferromagnético

Numa antiferromagneto, ao contr√°rio de um ferromagneto, h√° uma tend√™ncia para os momentos magn√©ticos intr√≠nsecos da vizinha electr√Ķes de val√™ncia para apontar em direc√ß√Ķes opostas. Quando todos os √°tomos est√£o dispostos de uma subst√Ęncia, de modo que cada um vizinho √© "anti-alinhados¬Ľ, a subst√Ęncia √© antiferromagnetic. Antiferromagneto tem um momento magn√©tico l√≠quido zero, significando que nenhum campo √© produzido por eles. Antiferromagneto s√£o menos comuns em compara√ß√£o com os outros tipos de comportamentos, e muitas vezes s√£o observados a baixas temperaturas. Em temperaturas vari√°veis, antiferromagneto pode ser visto a apresentar propriedades diamagn√©ticos e ferrimagn√©ticos.

Em alguns materiais, os electr√Ķes vizinhas quer apontar em direc√ß√Ķes opostas, mas n√£o existe qualquer disposi√ß√£o geom√©trica em que cada par de vizinhos √© anti-alinhados. Isto √© chamado um girar o vidro, e √© um exemplo de frustra√ß√£o geom√©trica.

Física de ferrimagnetismo

Ordenação ferrimagnético

Como ferromagnetismo, ferrimagnets conservam a sua magnetiza√ß√£o, na aus√™ncia de um campo. No entanto, como antiferromagneto, pares vizinhos de el√©tron gira como o ponto em dire√ß√Ķes opostas. Estas duas propriedades n√£o s√£o contradit√≥rias, devido ao facto de, na disposi√ß√£o geom√©trica ideal, n√£o h√° mais momento magn√©tico da subrede de electr√Ķes que apontam numa direc√ß√£o, do que a partir da subrede que aponta na direc√ß√£o oposta.

A subst√Ęncia magn√©tica descoberto pela primeira vez, magnetita, foi originalmente acreditava ser um ferromagnet; Louis N√©el refutada isso, no entanto, com a descoberta de ferrimagnetismo.

Outros tipos de magnetismo

Existem v√°rios outros tipos de magnetismo, tal como eo vidro de spin (mencionados acima), superparamagnetismo, superdiamagnetism, e metamagnetism.

Os usos mais comuns de ímãs

Dados de registro de discos rígidos em um revestimento magnético fino.
  • Magnetic m√≠dia de grava√ß√£o: Comum Fitas VHS conter um carretel de fita magn√©tica. A informa√ß√£o que constitui o v√≠deo e som √© codificado no revestimento na fita magn√©tica. Comum cassetes √°udio tamb√©m contam com fita magn√©tica. Da mesma forma, em computadores, disquetes e dados de registro de discos r√≠gidos em um revestimento magn√©tico fino.
  • Cr√©dito, d√©bito e ATM cart√Ķes: Todos estes cart√Ķes t√™m uma fita magn√©tica em um dos seus lados. Esta faixa cont√©m as informa√ß√Ķes necess√°rias para entrar em contato com institui√ß√£o financeira de um indiv√≠duo e se conectar com sua conta (s).
  • Comuns televisores e monitores de computador: TV e telas de computador utilizam a tecnologia de tubo de v√°cuo empregar um eletro√≠m√£ para orientar os el√©trons para a tela, a fim de produzir uma imagem - veja o artigo sobre tubos de raios cat√≥dicos. Telas de plasma e LCDs utilizar diferentes tecnologias.
  • Alto-falantes e Microfones: A maioria dos oradores empregar um √≠m√£ permanente e uma bobina de transporte de corrente para converter a energia el√©trica (o sinal) em energia mec√Ęnica (movimento que cria o som). O bobina √© enrolada em torno de um bobina ligado ao alto-falante cone, e transporta o sinal de mudan√ßa de corrente que interage com o campo do √≠man permanente. O bobina de voz sente uma for√ßa magn√©tica e em resposta move o cone e pressuriza o ar vizinho, gerando assim som . Microfones din√Ęmicos empregar o mesmo conceito, mas em sentido inverso. Um microfone tem um diafragma ou membrana ligado a uma bobina de fio. A bobina descansa dentro de um √≠m√£ de forma especial. Quando vibra som da membrana, a bobina √© feito vibrar, bem. √Ä medida que a bobina se move atrav√©s do campo magn√©tico, √© gerada uma tens√£o atrav√©s da bobina (ver A lei de Lenz). Esta voltagem conduz corrente no fio que √© caracter√≠stica do som original.
Separador magnético mão de minerais pesados
  • Motores el√©tricos e geradores: Alguns motores el√©ctricos (muito parecido com alto-falantes) dependem de uma combina√ß√£o de um eletro√≠m√£ e um √≠m√£ permanente, e muito parecido com alto-falantes, eles convertem energia el√©trica em energia mec√Ęnica. Um gerador √© o inverso: ele converte energia mec√Ęnica em energia el√©trica.
  • Transformers: Os transformadores s√£o dispositivos que transferem energia el√©trica entre dois enrolamentos que s√£o eletricamente isoladas, mas est√£o ligadas magneticamente.
  • Mandris: mandris s√£o usados na metalurgia campo para segurar objetos. Se esses objetos pode ser realizada de forma segura com um √≠m√£, em seguida, um chuck permanente ou eletromagn√©tica pode ser usado. Imans tamb√©m s√£o usadas em outros tipos de dispositivos de fixa√ß√£o, tais como a base magn√©tica, o bra√ßadeira magn√©tica e o √≠m√£ do refrigerador.
  • Uma b√ļssola (ou b√ļssola do marinheiro) √© um instrumento de navega√ß√£o para encontrar instru√ß√Ķes sobre a Terra. Ele consiste em um ponteiro magnetizado livre para alinhar-se exatamente com o campo magn√©tico da Terra, que √© de grande ajuda na navega√ß√£o. Os pontos cardeais s√£o norte, sul, leste e oeste. Uma b√ļssola pode ser usado em conjunto com um cron√≥metro marinho e um sextante para fornecer uma capacidade de navega√ß√£o muito exactas. Este dispositivo melhorado muito o com√©rcio mar√≠timo, fazendo viagens mais seguro e mais eficiente. Um formul√°rio adiantado da b√ļssola foi inventada na China no s√©culo 11. B√ļssola do marinheiro familiarizado foi inventada na Europa por volta de 1300, como foi mais tarde a b√ļssola l√≠quida eo girosc√≥pio que n√£o funciona com um campo magn√©tico.
  • Magic: Naturalmente magn√©tica Os magnetos de ferro, bem como imans s√£o utilizados em conjunto com gr√£os finos de ferro (chamadas "areia magn√©tico") na pr√°tica do Magia popular Africano-Americano conhecido como hoodoo. As pedras s√£o simbolicamente ligado a nomes de pessoas e ritualmente polvilhado com areia magn√©tica para revelar o campo magn√©tico. Uma pedra pode ser utilizada para trazer as coisas desejadas para uma pessoa; um par de pedras pode ser manipulada para trazer duas pessoas mais juntos no amor.
  • Art : 1 mm ou folhas √≠m√£ vinil mais grossos podem ser ligados a pinturas, fotografias e outros objetos de ornamenta√ß√£o, permitindo-lhes ser preso de geladeiras e outras superf√≠cies met√°licas.
  • Ci√™ncia Projetos: Muitas perguntas t√≥pico s√£o muitas vezes baseadas em √≠m√£s. Por exemplo; como √© a for√ßa de um √≠m√£ afetados por vidro, pl√°stico e papel√£o?
√?m√£s t√™m muitos usos em brinquedos. H-tic utiliza barras magn√©ticas ligadas a esferas de metal para a constru√ß√£o
  • Brinquedos : Devido √† sua capacidade de neutralizar a for√ßa de gravidade muito de perto, √≠m√£s s√£o frequentemente utilizados em brinquedos para crian√ßas, tais como o Roda Espa√ßo √≠m√£ para efeito divertido.
  • Os √≠m√£s podem ser usados para fazer j√≥ias. Colares e pulseiras podem ter um fecho magn√©tico. Colares e pulseiras podem ser feitas de bolas pequenas, mas fortes, cil√≠ndricas e ligeiramente maiores √≠m√£s de ferro ou a√ßo conectados em um padr√£o que se repete at√© que seja longo o suficiente para caber no pulso ou no pesco√ßo. Estes acess√≥rios poder√£o ser fr√°geis o suficiente para entrar acidentalmente separadas, mas tamb√©m pode ser desmontada e remontada, com um design diferente. Quando conectado como um colar ou uma pulseira, √≠m√£s perdem sua atra√ß√£o por outras pe√ßas de a√ßo de ferro, porque eles j√° est√£o ligados √†s suas pr√≥prias bolas de ferro e a√ßo.
  • Os √≠m√£s podem pegar itens magn√©ticos (pregos de ferro, grampos, tachas, grampos de papel) que s√£o ou muito pequeno, muito dif√≠cil de alcan√ßar, ou muito fino para os dedos para segurar.
  • Transporte de levita√ß√£o magn√©tica, ou maglev, √© uma forma de transporte que suspende, guias e impulsiona ve√≠culos (especialmente comboios) atrav√©s da for√ßa eletromagn√©tica. Este m√©todo pode ser mais r√°pido do que os sistemas de transporte de massa de rodas, potencialmente atingindo velocidades compar√°veis √†s turbo-h√©lices e avi√Ķes a jacto (900 Km / h, 559 mph). A velocidade m√°xima registrada de um trem maglev √© 581 kmh (361 mph), alcan√ßado no Jap√£o em 2003.
  • A utiliza√ß√£o recentemente desenvolvido do magnetismo √© conectar os cabos de alimenta√ß√£o do computador port√°til. Essa conex√£o poder√° ocasionalmente quebrar acidentalmente empurrando contra o cabo, mas a bateria do computador impede a interrup√ß√£o do servi√ßo, ea desconex√£o f√°cil protege o cabo de empurr√Ķes graves ou de ser pisado.

Magnetização e desmagnetização

Materiais ferromagnéticos podem ser magnetizado, das seguintes formas:

  • Colocar o produto em um campo magn√©tico externo ir√° resultar no produto retido parte do magnetismo na remo√ß√£o. Vibra√ß√£o foi mostrado para aumentar o efeito. Materiais ferrosos alinhados com o campo magn√©tico da Terra e que est√£o sujeitas a vibra√ß√Ķes (por exemplo quadro de um transportador) foram mostrados para adquirir magnetismo residual significativo. Um campo magn√©tico muito mais forte do que a terra de pode ser gerado dentro de um solen√≥ide por passagem corrente cont√≠nua atrav√©s dele.
  • Stroking - Um √≠man existente √© movida a partir de uma extremidade do artigo para a outra v√°rias vezes na mesma direc√ß√£o.
  • Colocar uma barra de a√ßo em um campo magn√©tico, em seguida, aquecendo-o a uma temperatura elevada e, em seguida, finalmente martelando-o √† medida que arrefece. Isso pode ser feito colocando o √≠m√£ em uma dire√ß√£o norte-sul no campo magn√©tico da Terra. Neste caso, o √≠man n√£o √© muito forte, mas o efeito √© permanente.

√?m√£s permanentes podem ser desmagnetizado das seguintes maneiras:

  • Aquecimento um √≠m√£ passado o seu Ponto de Curie vai destruir a ordena√ß√£o de longo alcance.
  • Contacte atrav√©s acariciando um √≠m√£ com outro na forma aleat√≥ria vai desmagnetizar o √≠man que est√° sendo afagado, em alguns casos; alguns materiais t√™m um campo coercitivo muito elevado e n√£o pode ser desmagnetizado com outros √≠mans permanentes.
  • Martelando ou dissonante vai destruir a ordena√ß√£o de longo alcance dentro do √≠m√£.
  • Um √≠man de serem colocados numa solen√≥ide que tem uma corrente alternada que lhe √© transmitido atrav√©s ter√° a sua ordena√ß√£o de longo alcance interrompido, em muito da mesma maneira que a corrente cont√≠nua pode causar ordena√ß√£o.

Em um electro√≠man que utiliza um n√ļcleo de ferro mole, cessar o fluxo de corrente ir√° eliminar o campo magn√©tico. No entanto, uma ligeira campo pode permanecer no material do n√ļcleo como resultado de histerese.

Tipos de imans permanentes

Uma pilha de ímãs de ferrite

Elementos metálicos magnéticos

Muitos materiais t√™m spins de electr√Ķes desemparelhados, e a maior parte destes materiais s√£o paramagn√©tico. Quando os spins interagem uns com os outros, de tal maneira que os spins alinhar espontaneamente, os materiais s√£o chamados ferromagn√©tico (o que muitas vezes √© vagamente denominado como "magn√©tico"). Devido √† forma como o seu normal cristalino estrutura at√īmica faz com que seus spins para interagir, alguns metais est√£o (ferro) magn√©tica quando encontrados em seus estados naturais, como min√©rios. Estes incluem min√©rio de ferro ( magnetite ou magnetita), cobalto e n√≠quel , bem como os metais de terras raras de gadol√≠nio e dispr√≥sio (quando a uma temperatura muito baixa). Estas ocorrem naturalmente (ferro) √≠mans foram utilizados nas primeiras experi√™ncias com magnetismo. A tecnologia tem expandido desde a disponibilidade de materiais magn√©ticos para incluir v√°rios produtos sint√©ticos, todos com base, no entanto, sobre os elementos magn√©ticos naturalmente.

Composites

Cer√Ęmica ou ferrite

Cer√Ęmica, ou de ferrite, √≠mans s√£o feitos de um sinterizado composto de √≥xido de ferro em p√≥ e b√°rio / carbonato de estr√īncio cer√Ęmica. Devido ao baixo custo dos materiais e m√©todos de fabrico de baixo custo, imans (ou n√ļcleos ferromagn√©ticos nonmagnetized, para uso em componente eletr√īnico, como antenas de r√°dio, por exemplo) de v√°rias formas pode ser facilmente produzido em massa. Os imans resultantes s√£o noncorroding, mas fr√°gil e deve ser tratada como outras cer√Ęmicas.

Alnico

Alnico s√£o feitos por ou fundi√ß√£o sinteriza√ß√£o de uma combina√ß√£o de alum√≠nio , n√≠quel e cobalto, com ferro e pequenas quantidades de outros elementos adicionados para melhorar as propriedades do √≠man. Sinteriza√ß√£o oferece caracter√≠sticas mec√Ęnicas superiores, enquanto fundi√ß√£o oferece campos magn√©ticos mais altos e permite a concep√ß√£o de formas complexas. Alnico resistir √† corros√£o e t√™m propriedades f√≠sicas mais indulgente do que ferrite, mas n√£o t√£o desej√°veis como um metal.

Ticonal

Imans Ticonal s√£o uma liga de tit√Ęnio, cobalto, n√≠quel e alum√≠nio, de ferro e pequenas quantidades de outros elementos. Foi desenvolvido pela Philips para alto-falantes.

Moldado por injeção

Moldado por injeção ímãs são um composta de vários tipos de resina e pós magnéticos, permitindo que as peças de formas complexas para ser fabricado por moldagem por injecção. As propriedades físicas e magnéticas do produto depende das matérias-primas, mas são geralmente mais baixas em força magnética e assemelham-se plásticos nas suas propriedades físicas.

Flexível

Imans flexíveis são semelhantes aos imans de injecção moldados, usando uma resina flexível ou ligante tal como vinilo, e produzido em tiras planas ou em folhas. Estes ímans são mais baixos em força magnética, mas pode ser bastante flexível, dependendo do ligante usado.

√?m√£s de terras raras

"Terra rara" ( Lantanóides ) elementos têm um parcialmente ocupado f escudo do elétron (que pode acomodar até 14 elétrons). A rotação desses elétrons podem ser alinhadas, resultando em campos magnéticos muito fortes, e, portanto, esses elementos são usados em compactos de alta resistência ímãs onde seu preço mais elevado não é uma preocupação. Os tipos mais comuns de ímãs de terras raras são samário-cobalto e neodímio-ferro-boro (NIB) ímãs.

√?m√£s √ļnica mol√©cula (SMMS) e de cadeia simples √≠m√£s (MEC)

Na d√©cada de 1990, foi descoberto que certas mol√©culas contendo i√Ķes met√°licos paramagn√©ticos s√£o capazes de armazenar um momento magn√©tico a temperaturas muito baixas. Estes s√£o muito diferentes dos imans convencionais que armazenam informa√ß√£o a n√≠vel "dom√≠nio" e, teoricamente, poderia proporcionar um meio de armazenamento muito mais denso do que os √≠mans convencionais. Nesta pesquisa dire√ß√£o em monocamadas de SMMs est√° actualmente em curso. Muito brevemente, as duas principais atributos de um SMM s√£o:

  1. um valor de spin grande estado fundamental (S), que é fornecido pelo ferromagnético ou ferrimagnético acoplamento entre os centros metálicos paramagnéticos.
  2. um valor negativo da anisotropia do campo divis√£o zero (D)

A maioria do SMM contêm manganês, mas também podem ser encontrados com os conjuntos de vanádio, de ferro, níquel e cobalto. Mais recentemente verificou-se que alguns sistemas de cadeia pode também exibir uma magnetização que persiste durante períodos prolongados a temperaturas relativamente elevadas. Estes sistemas têm sido chamado de cadeia simples imans.

Nanoestruturados ímãs

Alguns de energia materiais de exposição nano-estruturados ondas chamados magnons que se aglutinam em um estado terreno comum na forma de um Condensado de Bose-Einstein.

Custos

O √≠m√£s permanentes atuais mais baratos, permitindo intensidades de campo, s√£o √≠m√£s flex√≠veis e de cer√Ęmica, por√©m estes tamb√©m est√£o entre os tipos mais fracos. Dos √≠m√£s fortes neod√≠mio-ferro-boro (NIB) √≠m√£s. Estes √≠m√£s s√£o mais caros do que a maioria dos outros materiais magn√©ticos por kg, mas devido ao seu intenso campo s√£o menores e mais baratos em muitas aplica√ß√Ķes.

Temperatura

Sensibilidade à temperatura varia, mas quando um íman é aquecida até uma temperatura conhecida como a Ponto de Curie, ele perde todo o seu magnetismo, mesmo depois do arrefecimento abaixo essa temperatura. Os ímans podem muitas vezes ser remagnetised no entanto. Além disso, alguns ímans são quebradiços e podem fracturar a altas temperaturas.

Eletroímãs

Um electroíman na sua forma mais simples, é um fio que foi enrolado em uma ou mais voltas, conhecidas como um solenóide. Quando a corrente eléctrica flui através do fio, um campo magnético é gerado. Concentra-se perto (e especialmente dentro) da bobina, e suas linhas de campo são muito semelhantes às de um íman. A orientação deste ímã eficaz é determinado através da regra da mão direita. O momento magnético e o campo magnético do electroíman é proporcional ao número de voltas de fio, para a secção transversal de cada ciclo, e para a passagem de corrente através do fio.

Se a bobina de fio está envolto em torno de um material sem propriedades magnéticas especiais (por exemplo, de papelão), que tenderão a gerar um campo muito fraco. No entanto, se for enrolada em torno de um "suave" material ferromagnético, como por exemplo um prego de ferro, então o campo produzido líquido pode resultar em um de cem a mil vezes vários aumento da intensidade de campo.

Usa para eletroímãs incluem aceleradores de partículas, motores elétricos, cemitério de automóveis, guindastes e máquinas de imagem de ressonância magnética. Algumas aplicações envolvem configurações mais do que um dipolo magnético simples; por exemplo, quadrupolo ímãs são utilizados para concentrar feixes de partículas.

Unidades e cálculos em magnetismo

Como nós escrevemos as leis do magnetismo depende de qual conjunto de unidades que empregam. Para a maioria das aplicações de engenharia, MKS ou SI (Sistema Internacional) é comum. Dois outros conjuntos, Gauss e CGS-UEM, são as mesmas para propriedades magnéticas, e são comumente usados ‚Äč‚Äčna física.

Em todas as unidades, é conveniente utilizar dois tipos de campo magnético,BeH, bem como a magnetizaçãoH, definido como o momento magnético por unidade de volume.

  1. O campo de indução magnética B é dada em unidades SI de teslas (T). B é o verdadeiro campo magnético, cuja a data da variação produz, pela Lei de Faraday, que circula campos elétricos (que as empresas de energia vendem). B também produz uma força de deflexão em mover partículas carregadas (como em tubos de TV). O Tesla é equivalente ao fluxo magnético (em Weber) por unidade de área (em metros ao quadrado), dando assim B da unidade de uma densidade de fluxo. Em CGS a unidade de B é o Gauss (G). Uma tesla é igual a 10 4 G.
  2. O campo magnético H é dada em unidades SI de ampères-espiras por metro (A-turn / m). Os "voltas" aparece porque quando H é produzida por um fio de condução de corrente, o seu valor é proporcional ao número de espiras de fio que. Em CGS a unidade de H é o Oersted (Oe). Um A-turn / m é igual 4\pi x 10 -3 Oe.
  3. A magnetiza√ß√£o M √© dado em unidades SI de amperes por metro (A / m). Em CGS a unidade de M √© o emu, ou unidade eletromagn√©tica. Um A / m √© igual a 10 -3 emu. Um √≠m√£ permanente bom pode ter uma magnetiza√ß√£o t√£o grande quanto um milh√£o de amperes por metro. Os campos magn√©ticos produzidos por fios condutores de corrente exigiria comparativamente enormes correntes por unidade de comprimento, uma das raz√Ķes que empregam √≠m√£s permanentes e eletro√≠m√£s.
  4. Em unidades do SI, a rela√ß√£o B = μ 0 (M + H) prende, onde μ 0 √© a permeabilidade do espa√ßo, o que equivale 4 \ pi x 10 -7 metros tesla por ampere. Em CGS est√° escrito como B = H + 4 πM. [A abordagem p√≥lo d√° μ 0 H em unidades SI. A μ 0 M prazo em SI deve, em seguida, completar o presente μ 0 H para dar o campo correto dentro B do √≠m√£.Ele vai concordar com o campoBcalculada utilizando correntes Amperian.]

Os materiais que não são magnetos permanentes geralmente satisfazer a relação H = Ōá H em SI, onde Ōá é o (adimensional) susceptibilidade magnética. A maioria dos materiais não-magnéticos têm um relativamente pequeno Ōá (da ordem de milionésimos), mas pode ter imans macios Ōá da ordem de centenas ou milhares. Para materiais que satisfaçam M = Ōá H , também podemos escrever B = őľ 0 (1 + Ōá ) H = u 0 u r H = őľ H , em que őľ r = 1 + Ōá é o (adimensional) e permeabilidade relativa \mu=\mu_0\mu_r é a permeabilidade magnética. Ambos os duros e moles ímãs têm um mais complexo, dependente da história, comportamento descrito por aquilo que são chamados laços de histerese, que dão ou B vs H ou M vs H . Em CGS M = Ōá H , mas Ōá SI = 4 ŌÄŌá CGS , e \mu=\mu_r .

Cuidado: Em parte porque não há suficiente romano e símbolos gregos, não há comumente acordado símbolo para a força pólo magnético e momento magnético. O símbolo m tem sido utilizada para a força pólo (unidade = A · m, em que aqui a posição vertical m é por metro) e para o momento magnético (unidade = A · m²). O símbolo őľ tem sido utilizado em alguns textos para a permeabilidade magnética e noutros textos de momento magnético. Usaremos őľ para permeabilidade magnética e m para o momento magnético. Por força do pólo que vai empregar q m . Para uma barra magnética de secção transversal A magnetização uniforme com H ao longo do seu eixo, a força pólo é dado por q m = ' MA , de modo que M pode ser pensado como um pólo força por unidade de área.

Campos de um ímã

Longe de um ímã, o campo magnético criado por ímã que é quase sempre descrito (para uma boa aproximação) por um campo de dipolo caracterizada pelo seu momento magnético total. Isto é verdade, independentemente da forma do íman, enquanto o momento magnético é diferente de zero. Uma característica de um campo dipolar é que a intensidade do campo cai inversamente com o cubo da distância do centro do magneto.

Mais perto do ímã, o campo magnético se torna mais complicado, e mais dependente da forma detalhada e magnetização do íman. Formalmente, o campo pode ser expressa como uma expansão multipolar: Um campo de dipolo, além de um campo quadripolar, além de um campo octupole, etc.

De perto, muitos campos diferentes são possíveis. Por exemplo, para um ímã de barra magro longo com seu pólo norte em uma extremidade e pólo sul, no outro, o campo magnético perto de cada extremidade cai inversamente com o quadrado da distância que pólo.

Calculando a força magnética

Calculando a força de atracção ou de repulsão entre os dois magnetos é, no caso geral, uma operação extremamente complexo, uma vez que depende da forma, a magnetização, orientação e separação dos ímans.

Força entre dois pólos magnéticos

A força entre dois pólos magnéticos é dada por:

F={{\mu q_{m1} q_{m2}}\over{4\pi r^2}}

onde

Fé a força (unidade SI:newton)
q m1eq m2são os pontos fortes do pólo (unidade SI:ampères metros)
őľé apermeabilidade do meio interveniente (unidade SI: tesla metro porampere, henry por metro ou newton por ampères ao quadrado)
ré a separação (unidade SI: metro).

A descrição pólo é útil para praticar magneticians que projetam do mundo real ímãs, mas ímãs reais têm uma distribuição pólo mais complexo do que um único norte e sul. Portanto, a implementação da idéia pólo não é simples. Em alguns casos, uma das mais complexas fórmulas dadas abaixo serão mais úteis.

Força entre duas superfícies vizinhas atraindo da áreaAe magnetizações iguais, mas opostasM

F=\frac{\mu_0}{2}AM^2

onde

Aé a área de cada superfície, em m²
Mé a sua magnetização, em A / m.
\ Mu_0é a permeabilidade do espaço, que é igual a4\pi10 x-7tesla-metros por ampere

Força entre dois ímãs de barra

A força entre duas barras de ímã cilíndrico idênticos colocados end-to-end é dado por:

F=\left[\frac {B_0^2 A^2 \left( L^2+R^2 \right)} {\pi\mu_0L^2}\right] \left[{\frac 1 {x^2}} + {\frac 1 {(x+2L)^2}} - {\frac 2 {(x+L)^2}} \right]

onde

B0representa a densidade de fluxo magnético muito próximo de cada um dos pólos, em T,
Aé a área de cada pólo, em m2,
Lé o comprimento de cada íman, em metros,
Ré o raio de cada íman, em metros, e
xé a distância entre os dois magnetos, em m

'B 0=\frac{\mu_0}{2} Hrefere-se a densidade de fluxo no pólo para a magnetização do magnete.

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