למד אילו מתכות מגנטיות ומדוע

מגנטים הם חומרים המייצרים שדות מגנטיים, המושכים מתכות ספציפיות. לכל מגנט יש צפון וצפון קוטב דרומי. קטבים מנוגדים מושכים אליהם, ואילו כמו מוטות דוחים.

בעוד שרוב המגנטים עשויים מתכות וסגסוגות מתכת, מדענים פיתחו דרכים ליצור מגנטים מחומרים מרוכבים, כמו פולימרים מגנטיים.

מגנטיות במתכות נוצרת על ידי התפלגות לא אחידה של אלקטרונים באטומים של יסודות מתכת מסוימים. הסיבוב והתנועה הלא סדירים הנגרמים על ידי חלוקה אלקטרונית לא אחידה זו מעבירים את המטען בתוך האטום קדימה ואחורה ויוצרים דיפולולים מגנטיים.

כאשר דיפולולים מגנטיים מתיישרים הם יוצרים תחום מגנטי, אזור מגנטי מקומי שיש לו צפון וצפון קוטב דרומי.

בחומרים לא מגנטיים, תחומים מגנטיים פונים לכיוונים שונים, מבטלים זה את זה. ואילו בחומרים ממוגנטים רוב התחומים הללו מיושרים ומצביעים באותו כיוון, מה שיוצר שדה מגנטי. ככל שיותר תחומים המתיישרים זה לזה חזק יותר הכוח המגנטי.

• מגנטים קבועים (המכונים גם מגנטים קשים) הם אלו המייצרים שדה מגנטי ללא הרף. שדה מגנטי זה נגרם על ידי פרומגנטיות והוא הצורה החזקה ביותר של מגנטיות.
• מגנטים זמניים (המכונה גם מגנטים רכים) הם מגנטיים רק בנוכחות שדה מגנטי.
instagram viewer
• אלקטרומגנטים דורשים זרם חשמלי כדי לעבור דרך חוטי הסליל שלהם בכדי לייצר שדה מגנטי.

סופרים יוונים, הודים וסיניים תיעדו ידע בסיסי בנושא מגנטיות לפני יותר מ -2000 שנה. עיקר ההבנה הזו התבססה על התבוננות בהשפעת אבן הלבן (מינרל ברזל מגנטי טבעי המתרחש) על ברזל.

מחקר מוקדם על מגנטיות נערך כבר במאה ה -16, אולם פיתוח מגנטים מודרניים בעלי חוזק גבוה לא התרחש עד המאה ה -20.

לפני 1940 שימשו מגנטים קבועים ביישומים בסיסיים בלבד, כמו מצפנים וגנרטורים חשמליים המכונים מגנטוס. התפתחות מגנטים מאלומיניום-ניקל-קובלט (אלניקו) אפשרה למגנטים קבועים להחליף אלקטרומגנטים במנועים, גנרטורים ורמקולים.

יצירת מגנטים של סמריום קובלט (SmCo) בשנות השבעים ייצרה מגנטים עם צפיפות אנרגיה מגנטית כפליים מכל מגנט שהיה קיים בעבר.

בראשית שנות השמונים, מחקר נוסף על התכונות המגנטיות של יסודות אדירים נדירים הוביל לכך גילוי מגנטים של ניאודימיום-ברזל-בורון (NdFeB), מה שהוביל להכפלה של האנרגיה המגנטית על ידי SmCo מגנטים.

כיום משמשים מגנטים אדירים נדירים בכל דבר, החל משעוני יד ואייפדים ועד מנועי רכב היברידיים ומחוללי טורבינת רוח.

למתכות וחומרים אחרים יש שלבים מגנטיים שונים, תלוי בטמפרטורת הסביבה בה הם נמצאים. כתוצאה מכך מתכת עשויה להציג יותר מצורה אחת של מגנטיות.

ברזל, למשל, מאבד ממגנטיותו, הופך לפרמגנטי, מתי מחומם מעל 1418 מעלות צלזיוס (770 מעלות צלזיוס). הטמפרטורה שבה מתכת מאבדת מכוח מגנטי נקראת טמפרטורת הקארי שלה.

ברזל, קובלט וניקל הם האלמנטים היחידים שבצורת מתכת - טמפרטורות הקארי מעל לטמפרטורת החדר. ככאלה, כל החומרים המגנטיים חייבים להכיל אחד המרכיבים הללו.