Mikä on magneetti? Magnetismin perusteet ja ominaisuudet
Tutustu magneetteihin: magnetismin perusteet, navat, vetovoima ja hylkiminen sekä miten metalleista syntyy magneetteja — selkeä ja käytännönläheinen opas.
Magneetti on esine tai materiaali, joka luo ympärilleen magneettikentän ja vetää tai hylkii muita magneettisia aineita. Se ei välttämättä ole pelkkä metalli, mutta useimmat magneetit sisältävät rautaa, nikkeliä tai kobolttia. Kun magneetin navat ovat vastakkaiset, ne vetävät toisiaan puoleensa; jos navat ovat samanmerkkiset, ne hylkivät toisiaan. Tätä vetovoimaa ja hylkimistä kutsutaan magnetismiksi.
Magnetismin perusominaisuudet
Navat: Magneetilla on yleensä kaksi napaa, pohjois- ja etelänapa. Kenttälinjat kulkevat pohjoisnavasta etelänavalle ja muodostavat magneettikentän, jonka suunta ja voimakkuus määrittävät vetävän tai hylkivän vaikutuksen.
Magnettikenttä: Magneetin ympärillä oleva tila, jossa magneettiset voimat tuntuvat. Magnettikentän voimakkuutta mitataan tesloina (T) tai gausseina (1 T = 10 000 G).
Materiaalit ja magneettisuus
- Ferromagneettiset aineet: Rauta, nikkeli ja koboltti sekä jotkut niiden seokset ja magneettikeraamit (esim. ferriitit) ovat ferromagneettisia — nämä aineet helposti magnetoituvat ja pitävät magneettisuuden pitkään.
- Diamagneettiset ja paramagneettiset aineet: Useimmat aineet reagoivat magneettikenttään heikommin ja vain tilapäisesti; niiden vaikutus on paljon heikompi kuin ferromagneettisilla aineilla.
Miten magnetisoituminen toimii
Mikroskooppisella tasolla magneettisuus syntyy sähköisten atomisten momenttien (varsinkin elektronien) järjestäytymisestä. Ferromagneettisissa aineissa atomien niin kutsutut magnetiset alueet eli domaatit voivat olla sattumanvaraisia, mutta magneetin vaikutuksesta ne asettuvat samaan suuntaan ja tuottavat vahvan, näkyvän magneettikentän. Magneetit voivat tehdä joistakin muista metalleista magneetteja, kun niitä hierotaan yhteen, koska hieronta voi auttaa domaanien suuntautumista.
Pysyvät magneetit ja sähkömagneetit
- Pysyvämagnetit (esim. neodyymi-, alnico- ja ferriittimagnetit) säilyttävät magneettisuuden ilman ulkoista virtaa. Niillä on laaja käyttöalue, kuten moottoreissa, kaiuttimissa ja magneettikiinnityksissä.
- Sähkömagneetit syntyvät, kun sähkövirta kulkee johtimen käämin läpi. Virran suunta ja voimakkuus määräävät kentän suunnan ja voimakkuuden. Sähkömagneetteja käytetään muun muassa nostureissa, releissä ja magneettisissa kokeissa.
Käytännön sovelluksia
- Kompassit ja navigointi (Maan magneettikentän hyödyntäminen)
- Sähkömoottorit, generaattorit ja kaiuttimet
- Tietojen tallennus (kovalevyt, magneettinauhat)
- Teollisuuden nosturit ja kiinnitysjärjestelmät
- Lääketieteelliset laitteet, kuten magneettikuvaus (MRI)
Demagnetisointi ja huolto
Magneetit voi menettää voimansa lämmön, tärähdyksen tai vahvan vastakkaisen magneettikentän vaikutuksesta. Pysyvämagnettien demagnetisoituminen tapahtuu usein, jos ne kuumenevat Curie-pisteen yli (eri materiaaleilla eri lämpötilat). Voimakas isku tai pitkäaikainen altistus ulkoiselle vastakkaiselle kentälle voi myös heikentää magneettisuutta.
Turvallisuus
- Voimakkaat magneetit voivat puristaa ihoa ja sormia tai rikkoa herkkiä laitteita.
- Ne voivat myös häiritä sydämentahdistimia ja muuta lääketieteellistä elektroniikkaa — varovaisuutta tarvitaan sairaalassa ja muualla.
- Pidä magneetit poissa elektronisten tallenteiden ja helposti vahingoittuvien laitteiden läheisyydestä.
Maapallon magneettikenttä
Maapallolla on oma magneettikenttä, joka syntyy Maan ytimessä liikkuvan sulan raudan sähkön kuljettamien virtojen seurauksena. Tämä kenttä suuntaa kompassin neulan ja suojaa planeettaa avaruussäteilyn vaikutuksilta. Kentän voimakkuus maapallolla vaihtelee, mutta on tyypillisesti kymmeniin mikrotesloihin (µT).
Yhteenvetona: Magneetit ovat arkipäiväisiä mutta monipuolisia työvälineitä ja komponentteja, joiden toiminta perustuu atomitasoiseen sähköiseen momenttiin ja magneettikenttiin. Niiden tunteminen auttaa ymmärtämään monia teknologiaan ja luontoon liittyviä ilmiöitä.
Palkkimagneetti
Magneettityypit
Sähkömagneeteissa käytetään usein pehmeitä magneetteja (eli epämääräisiä magneetteja). Ne kasvattavat (usein satoja tai tuhansia kertoja) sähkövirtaa johtavan ja magneetin ympärille käärityn johdon magneettikenttää. Kenttä kasvaa myös virran mukana.
Kestomagneetit ovat ferromagneetteja. Niitä esiintyy luonnostaan joissakin kivilajeissa, erityisesti lodestonissa, mutta nykyään niitä valmistetaan yleisesti. Magneetin magneettisuus vähenee, kun sitä lämmitetään, ja kasvaa, kun sitä jäähdytetään. Sitä on lämmitettävä noin 1 000 celsiusasteessa (1 830 °F). Samankaltaiset navat (S-napa ja S-napa/N-napa ja N-napa) hylkivät toisiaan, kun taas vastakkaiset navat (N-napa ja S-napa) vetävät toisiaan puoleensa.
Magneetit vetävät puoleensa vain erikoismetalleja. Rauta, koboltti ja nikkeli ovat magneettisia. Metallit, joissa on rautaa, vetävät magneetteja hyvin puoleensa. Teräs on yksi niistä. Sellaiset metallit kuin messinki, kupari, sinkki ja alumiini eivät vedä puoleensa magneetteja. Magneetit eivät vedä puoleensa ei-magneettisia materiaaleja, kuten puuta ja lasia, koska niissä ei ole magneettisia aineita.
Harvinaisten maametallien magneetit
Lantanoidielementeistä voidaan tehdä erittäin vahvoja magneetteja. Niiden elektronien spin voidaan kohdistaa, jolloin saadaan aikaan erittäin voimakkaita magneettikenttiä. Siksi näitä alkuaineita käytetään erittäin lujia magneetteja varten, kun niiden korkea hinta ei ole ongelma. Yleisimmät harvinaisten maametallien magneettityypit ovat samarium-koboltti- ja neodyymi-rauta-boori (NIB) magneetit.
Luonnolliset magneetit
Luonnolliset/pysyvät magneetit eivät ole keinotekoisia. Ne ovat eräänlaista kiveä, jota kutsutaan lodestoneksi tai magnetiitiksi.
Kompassi
Kompassi käyttää maapallon magneettikenttää ja osoittaa pohjoiseen magneettinavaan. Magneetin pohjoispuoli vetää puoleensa toisen magneetin eteläpuolta. Kompassin pohjoispuoli osoittaa kuitenkin pohjoisnapaan, tämä voi tarkoittaa vain sitä, että "pohjoisnapa" on todellisuudessa magneettinen etelänapa ja "eteläinen magneettinapa" on todellisuudessa magneettinen pohjoinen.
Discovery
Muinaiset ihmiset löysivät magneettisuuden lodestoneista (eli magnetiitista), jotka ovat luonnostaan magnetoituneita rautamalmin kappaleita. Ensimmäiset magneettiset kompassit olivat lodestoneja, jotka oli ripustettu niin, että ne pystyivät kääntymään.
Varhaisimmat tiedossa olevat kuvaukset magneeteista ja niiden ominaisuuksista ovat peräisin Anatoliasta, Intiasta ja Kiinasta noin 2500 vuotta sitten. Plinius vanhempi kirjoitti lodestoneiden ominaisuuksista ja niiden affiniteetista rautaa kohtaan tietosanakirjassaan Naturalis Historia.
Aiheeseen liittyvät sivut
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on magneetti?
V: Magneetti on erityinen metallilaji, jolla on kyky vetää puoleensa tai hylkiä muita esineitä, kun se joutuu kosketuksiin niiden kanssa.
K: Miten magneetti on vuorovaikutuksessa toisen esineen kanssa?
V: Kun magneetti menee lähelle toista esinettä, kuten toista magneettia tai tietyntyyppisiä metalleja, toisiaan koskettavat navat (puolet) määräävät, vetävätkö vai työntävätkö ne toisiaan poispäin. Jos navat ovat vastakkaiset, magneetti vetää toista esinettä lähemmäs; jos ne ovat samat, ne hylkivät toisiaan. Tätä vetovoimaa ja hylkimistä kutsutaan magnetismiksi.
K: Mitä tapahtuu, kun magneetti joutuu kosketuksiin tiettyjen metallien kanssa?
V: Kun magneetit joutuvat kosketuksiin tiettyjen metallien kanssa, ne voivat myös tehdä näistä metalleista magneetteja, kun niitä hierotaan yhteen.
K: Miksi kutsutaan kahden magneetin välistä voimaa?
V: Kahden magneetin välistä voimaa kutsutaan magnetismiksi.
K: Voiko kaikki metallit muuttaa magneetiksi hankaamalla niitä magneettia vasten?
V: Ei, kaikkia metalleja ei voida muuttaa magneetiksi hankaamalla niitä magneettikenttää vasten. Vain tietyntyyppisiin metalleihin tämä prosessi voi vaikuttaa.
K: Onko olemassa erilaisia magneetteja?
V: Kyllä, magneetteja on erityyppisiä riippuen niiden vahvuudesta ja koostumuksesta.
K: Mistä tietää, mitä magneetin napaa (puolta) käyttää esineen vetämiseen?
V: Yleisesti ottaen, jos haluat vetää magneetin avulla puoleesi esineen, käytä sen pohjoisnapaa; jos haluat hylkiä magneetin avulla esineen, käytä sen etelänapaista puolta.
Etsiä