אנו מסבירים מהו מגנט, מה המאפיינים שלו וכיצד הם פועלים. בנוסף, הסיווג, השדה המגנטי והיישומים שלו.
מהו מגנט?
מגנט ידוע כגוף מכל חומר המסוגל לייצר שדה מגנטי ולמשוך כלפי עצמו או להימשך למגנט אחר או לכל גוף אחר של ברזל, קובלט או אחר מתכות פרומגנטי. זהו חומר בעל תכונות פרומגנטיות טבעיות או מלאכותיות, היוצרים שדה מגנטי מתמשך.
מגנטים הם חלק מהביטויים הראשונים שה-בן אדם התגלה ממַגנֶטִיוּת, ידוע מהעת העתיקה הקלאסית אך הובן רק במאה התשע עשרה, כאשר נודע כי רוב היסודות והתרכובות מכרים הפגינו רמה מסוימת של מגנטיות.
מאפיינים של מגנט
מגנטים הם גופים שיוצרים סביבם שדה מגנטי המכוון על בסיס שני קטבים: שלילי (דרום) וחיובי (צפוני). קטבים אלו מושכים עם הניגודים שלהם (חיובי-שלילי) אך דוחים את בני גילם (חיובי-חיובי או שלילי-שלילי).הקו המחבר את שני הקטבים נקרא הציר המגנטי.
התכונות המגנטיות של מגנטים נשארות ללא פגע אלא אם כן מופעלים עליהם כוחות מגנטיים מנוגדים, הם מוגברים על ידי טֶמפֶּרָטוּרָה (מעל טמפרטורת קירי או נקודת קירי, שונה לפי האלמנט), או אם הם נתונים למכות חזקות או מגובה רב. מאידך, ניתן להעביר תכונות אלו באופן זמני לחומר רגיש, על ידי מגע (מגנטיזציה).
איך מגנטים עובדים?
המגנטיות של מגנטים היא תוצר של סידור מסוים של אלקטרונים (חלקיקים תת - אטומיים מטען שלילי) המרכיבים את החומר. לאלה יש סיבוב מהותי סביב הציר שלהם, הנקרא ספין. מטענים נעים יוצרים שדות מגנטיים. לכן, האלקטרונים המסתובבים, כלומר, נטענים פנימה תְנוּעָה, הם גם יוצרים שדה מגנטי. ההקדמה שלאֵנֶרְגִיָה עלחוֹמֶר (למשל יישום של מגנטיות אינטנסיבית מהסוג ההפוך או חום שמעלה את הטמפרטורה מאוד) הורס את המגנטיות, מכיוון שהיא משנה את האיזון העדין שלאלקטרונים.
במקרה של מגנטים מושרים (חומרים ממוגנטים) ההשפעה דומה: כאשר הם נתונים לשדה מגנטי מגע, האלקטרונים שלהם מסדרים את עצמם באותו כיוון ומשחזרים את השדה המגנטי למשך זמן מה.
סוגי מגנטים
ישנם שלושה סוגים של מגנטים, המסווגים על פי טבעם ב:
- מגנטים טבעיים. בדרך כלל מורכב מ תערובות מגנטיט (פרופליט או מורפוליט, המורכב מתחמוצות ברזל) ומינרלים יבשתיים אחרים, בעלי תכונות מגנטיות באופן טבעי. מרבצי המגנטיט העיקריים נמצאים בשוודיה (פאלון, מחוז דאלנה), נורבגיה (ארנדל), צרפת (פלסטין-לה-גרבס, בריטני) ופורטוגל (סאו ברטולומה, נצרה).
- מגנטים מלאכותיים קבועים. חומרים רגישים למגנטיות שלאחר שפשפו אותם במגנטיט, משכפלים את התכונות הפרומגנטיות שלהם במשך תקופה ארוכה עד שבסופו של דבר מאבדים אותם.
- מגנטים מלאכותיים זמניים. חומרים רגישים מגנטית שלאחר שפשפו אותם במגנטיט משכפלים את התכונות הפרומגנטיות שלהם, רק לפרק זמן קצר מאוד.
- אלקטרומגנטים. הם סלילי תיל הכרוכים סביב ליבה מגנטית העשויה מחומר פרומגנטי כמו ברזל. דרך הסלילים מסתובב חַשְׁמַל, יוצר א שדה חשמלי י מַגנֶטִי מסביב לזה. הליבה המגנטית של הברזל מרכזת את השטף המגנטי ויוצרת מגנט חזק יותר. תופעה זו נמשכת רק כל עוד החשמל מסתובב.
שדה מגנטי של מגנט
שדה מגנטי הוא אזור החלל סביב מגנט שבו הכוחות המגנטיים שלו באים לידי ביטוי ופועלים, תוך אינטראקציה (מושך או דוחה) עצמים פרומגנטיים, זרימה חשמלית ומגנטים אחרים בתוך השדה.
בדרך כלל הוא מיוצג על ידי קווי כוח, שהם חצים מעוקלים המציינים את כיוון הווקטור של הכוח המגנטי בשדה. הצורה והכיוון של הקווים הללו יהיו תלויים בצורת המגנט, ועוצמתם הגדולה ביותר באזור הקטבים.
שֶׁלָנוּ כדור הארץ יש לו שדה מגנטי דומה לזה של מגנטים, שכן ליבת הברזל שלו פועלת כמסה גדולה של חלקיקים טעונים בתנועה. מסיבה זו, המחטים של המצפנים מיושרות עם הקוטב הצפוני. השדה המגנטי הארצי הזה מגן עלינו גם מפני פליטות אלקטרומגנטיות סולאריות, המכונה "רוח סולארית".
יישומי מגנט
מגנטים מילאו תפקידים שונים בציוויליזציה שלנו מאז ימי קדם והיום הם מרכיב הכרחי ב מכשירי חשמל וחשמל. כמה מהיישומים הפופולריים ביותר שלו הם:
- ייצור סרטים מגנטיים. באלקטרוניקה ו מחשוב, מגנטיות מאפשרת אחסון של מֵידָע דרך תחמוצות ברזל שאת חלקיקיהן, הרגישים לסדר לפי השדה המגנטי, ניתן לקרוא עם קוד בינארי.
- שנאים חשמליים. באמצעות סלילים ואלקטרומגנטים, ניתן לשנות זרם חשמלי לשינוי מהיר של שדות אלקטרומגנטיים. עיקרון זה הוא מרכזי בשידור החשמל המודרני והוא חל גם על מכשירי רדיו, רמקולים ומכשירים אחרים.
- מנועי זרם חילופין. מנועים אלו הם סוג של אלקטרומגנט, שכן מגנטים מסתובבים מניעים את הרוטורים עם השדות המגנטיים שלהם.
- מתלה מגנטי. מגנטים גדולים וחזקים משמשים בהשעיה מגנטית של רכבות וכלי רכב אחרים, וכן במנוף תעשייתי מגנטי.
- שימוש במלאכה. מגנטים מוצמדים בדרך כלל לעבודות יד שונות או מזכרות תיירותיות למכירה, מתוך הנחה שכאשר תיירים חוזרים הביתה הם יניחו אותם על משטח המתכת של המקרר שלהם.