Μάθετε τι μέταλλα είναι μαγνητικά και γιατί

Οι μαγνήτες είναι υλικά που παράγουν μαγνητικά πεδία, τα οποία προσελκύουν συγκεκριμένα μέταλλα. Κάθε μαγνήτης έχει βόρειο και νότιο πόλο. Οι απέναντι πόλοι προσελκύουν, ενώ οι πόλοι αποκρούονται.

Ενώ οι περισσότεροι μαγνήτες είναι κατασκευασμένοι από μέταλλα και κράματα μετάλλων, οι επιστήμονες έχουν επινοήσει τρόπους για να δημιουργήσουν μαγνήτες από σύνθετα υλικά, όπως μαγνητικά πολυμερή.

Ο μαγνητισμός στα μέταλλα δημιουργείται από την άνιση κατανομή των ηλεκτρονίων στα άτομα ορισμένων μεταλλικών στοιχείων. Η ακανόνιστη περιστροφή και η κίνηση που προκαλείται από αυτή την άνιση κατανομή των ηλεκτρονίων μετατοπίζουν το φορτίο μέσα στο άτομο προς τα εμπρός και πίσω, δημιουργώντας μαγνητικά δίπολα.

Όταν τα μαγνητικά δίπολα ευθυγραμμίζονται, δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο, μια μαγνητική περιοχή που έχει έναν βόρειο και έναν νότιο πόλο.

Στα μη μαγνητισμένα υλικά, οι μαγνητικοί τομείς αντιμετωπίζουν διαφορετικές κατευθύνσεις, ακυρώνοντας ο ένας τον άλλον. Ενώ σε μαγνητισμένα υλικά, οι περισσότεροι από αυτούς τους τομείς είναι ευθυγραμμισμένοι, δείχνοντας την ίδια κατεύθυνση, που δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Οι περισσότερες περιοχές που ευθυγραμμίζουν την ισχυρότερη μαγνητική δύναμη.

• Μόνιμοι μαγνήτες (επίσης γνωστά ως σκληροί μαγνήτες) είναι εκείνοι που παράγουν συνεχώς ένα μαγνητικό πεδίο. Αυτό το μαγνητικό πεδίο προκαλείται από σιδηρομαγνητισμό και είναι η ισχυρότερη μορφή μαγνητισμού.
• Προσωρινοί μαγνήτες (επίσης γνωστά ως μαλακοί μαγνήτες) είναι μαγνητικά μόνο όταν υπάρχουν μαγνητικά πεδία.
• Ηλεκτρομαγνήτες απαιτούν ένα ηλεκτρικό ρεύμα να διέρχεται από τα σύρματα των πηνίων τους προκειμένου να παράγει ένα μαγνητικό πεδίο.

Οι Έλληνες, Ινδοί και Κινέζοι συγγραφείς κατέγραψαν βασικές γνώσεις για το μαγνητισμό πριν από περισσότερα από 2000 χρόνια. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της κατανόησης βασίστηκε στην παρατήρηση της επίδρασης του υποστρώματος (ένα φυσικώς απαντώμενο μαγνητικό μεταλλικό σίδηρο) στο σίδηρο.

Πρώιμη έρευνα για το μαγνητισμό διεξήχθη ήδη από τον 16ο αιώνα, ωστόσο, η ανάπτυξη σύγχρονων μαγνητών υψηλής αντοχής δεν συνέβη μέχρι τον 20ό αιώνα.

Πριν από το 1940, οι μόνιμοι μαγνήτες χρησιμοποιήθηκαν μόνο σε βασικές εφαρμογές, όπως πυξίδες και ηλεκτρικές γεννήτριες που ονομάζονταν μαγνήτες. Η ανάπτυξη των μαγνητών αλουμινίου-νικελίου-κοβαλτίου (Alnico) επέτρεψε στους μόνιμους μαγνήτες να αντικαταστήσουν ηλεκτρομαγνήτες σε κινητήρες, γεννήτριες και μεγάφωνα.

Η δημιουργία των μαγνητών σαμαρίου-κοβαλτίου (SmCo) στη δεκαετία του 1970 παρήγαγε μαγνήτες με διπλάσια μαγνητική πυκνότητα ενέργειας από οποιονδήποτε προηγουμένως διαθέσιμο μαγνήτη.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, η περαιτέρω έρευνα σχετικά με τις μαγνητικές ιδιότητες των στοιχείων σπάνιων γαιών οδήγησε στην ανακάλυψη μαγνητών νεοδυμίου-σιδήρου-βορίου (NdFeB), που οδήγησε σε διπλασιασμό της μαγνητικής ενέργειας πάνω από το SmCo μαγνήτες.

Οι μαγνήτες σπανίων γαιών χρησιμοποιούνται σήμερα σε όλα, από ρολόγια χειρός και iPad έως υβριδικούς κινητήρες οχημάτων και γεννήτριες ανεμογεννητριών.

Τα μέταλλα και άλλα υλικά έχουν διαφορετικές μαγνητικές φάσεις, ανάλογα με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος στο οποίο βρίσκονται. Ως αποτέλεσμα, ένα μέταλλο μπορεί να εμφανίζει περισσότερες από μία μορφές μαγνητισμού.

Ο σίδηρος, για παράδειγμα, χάνει το μαγνητισμό του, γίνεται παραμαγνητικός, όταν θερμαίνεται πάνω από 1418 ° F (770 ° C). Η θερμοκρασία στην οποία ένα μέταλλο χάνει μαγνητική δύναμη ονομάζεται θερμοκρασία Curie.

Ο σίδηρος, το κοβάλτιο και το νικέλιο είναι τα μόνα στοιχεία που - σε μεταλλική μορφή - έχουν θερμοκρασίες Curie πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου. Έτσι, όλα τα μαγνητικά υλικά πρέπει να περιέχουν ένα από αυτά τα στοιχεία.