Hva er magneter laget av?

Innhold

• TL; DR (for lang; ikke lest)
• Definere magneter og magnetisme
• Typer magneter
• Permanente magneter
• Midlertidige magneter
• elektro~~POS=TRUNC
• Verdens største magnet

Magneter virker mystiske. Usynlige krefter drar magnetiske materialer sammen, eller skyv dem fra hverandre med en magnetventil. Jo sterkere magneter, jo sterkere tiltrekning eller frastøtning. Og selvfølgelig er jorden selv en magnet. Mens noen magneter er laget av stål, finnes andre typer magneter.

TL; DR (for lang; ikke lest)

Magnetitt er et naturlig magnetisk mineral. Den spinnende jordkjernen genererer et magnetfelt. Alnico-magneter er laget av aluminium, nikkel og kobolt med mindre mengder aluminium, kobber og titan. Keramiske magneter eller ferrittmagneter er laget av enten bariumoksyd eller strontiumoksyd legert med jernoksyd. To sjeldne jordartsmagneter er samarium kobolt, som inneholder en legering av samarium-kobolt med sporstoffer (jern, kobber, zirkon) og neodymiumjernbormagneter.

Definere magneter og magnetisme

Ethvert objekt som produserer et magnetfelt og samhandler med andre magnetiske felt er en magnet. Magneter har en positiv ende eller stolpe og en negativ ende eller stolpe. Linjer av magnetfeltet beveger seg fra den positive polen (også kalt nordpolen) til den negative (sørpolen). Magnetisme viser til samspillet mellom to magneter. Motsetninger tiltrekker seg, så den positive polen til en magnet og den negative polen til en annen magnet tiltrekker hverandre.

Typer magneter

Tre generelle typer magneter finnes: permanente magneter, midlertidige magneter og elektromagneter. Permanente magneter beholder sin magnetiske kvalitet over lengre tid. Midlertidige magneter mister magnetismen raskt. Elektromagneter bruker elektrisk strøm for å generere et magnetfelt.

Permanente magneter

Permanente magneter har magnetiske egenskaper i lange perioder. Endringer i permanente magneter avhenger av styrken til magneten og magnetenes sammensetning. Endringer skjer vanligvis på grunn av temperaturendringer (vanligvis økende temperatur). Magneter oppvarmet til Curie-temperaturen deres mister permanent sin magnetiske egenskap fordi atomene skifter ut av konfigurasjonen som forårsaker magnetisk effekt. Curie-temperaturen, oppkalt etter oppdageren Pierre Curie, varierer avhengig av magnetisk materiale.

Magnetitt, en naturlig forekommende magnet, er en svak magnet. Sterkere permanente magneter er Alnico, neodymiumjernbor, samarium-kobolt og keramiske eller ferrittmagneter. Disse magnetene oppfyller alle kravene i definisjonen av permanent magnet.

magne~~POS=TRUNC

Magnetitt, også kalt lodestone, ga kompassnåler fra oppdagelsesreisende alt fra kinesiske jadejegere til verdensreisende. Mineralmagneten dannes når jern blir oppvarmet i en atmosfære med lite oksygen, noe som resulterer i jernoksydforbindelsen Fe₃O₄. Sliver av magnetitt fungerer som kompass. Kompassene går tilbake til omtrent 250 f.Kr. i Kina, der de ble kalt sørpekere.

Alnico Alloy Magneter

Alnico-magneter er ofte brukte magneter laget av en forbindelse av 35 prosent aluminium (Al), 35 prosent nikkel (Ni) og 15 prosent kobolt (Co) med 7 prosent aluminium (Al), 4 prosent kobber (Cu) og 4 prosent titan ( Ti). Disse magnetene ble utviklet på 1930-tallet og ble populære på 1940-tallet. Temperaturen har mindre effekt på Alnico-magneter enn andre kunstig opprettede magneter. Alnico-magneter kan demagnetiseres lettere, men Alnico-stang- og hestesko-magneter må imidlertid lagres riktig slik at de ikke blir demagnetiserte.

Alnico-magneter brukes på mange måter, spesielt i lydsystemer som høyttalere og mikrofoner. Fordelene med Alnico-magneter inkluderer høy korrosjonsmotstand, høy fysisk styrke (ikke spon, sprekker eller knekk lett) og høy temperaturbestandighet (opptil 540 grader celsius). Ulemper inkluderer svakere magnetisk trekk enn andre kunstige magneter.

Keramiske magneter

På 1950-tallet ble en ny gruppe magneter utviklet. Harde sekskantede ferriter, også kalt keramiske magneter, kan skjæres i tynnere skiver og utsettes for demagnetiseringsfelt på lavt nivå uten å miste magnetiske egenskaper. De er også billige å lage. Den molekylære sekskantede ferritstrukturen forekommer i både bariumoksyd legert med jernoksyd (BaO ∙ 6Fe₂O₃) og strontiumoksyd legert med jernoksyd (SrO ∙ 6Fe₂O₃). Strontium (Sr) ferritt har litt bedre magnetiske egenskaper. De mest brukte permanente magneter er ferritt (keramiske) magneter. I tillegg til kostnadene inkluderer fordelene ved keramiske magneter å ha god demagnetiseringsmotstand og høy korrosjonsmotstand. De er imidlertid sprø og bryter lett.

Samarium-koboltmagneter

Samarium-koboltmagneter ble utviklet i 1967. Disse magnetene, med en molekylær sammensetning av SmCo₅ble den første kommersielle permanente magneten med sjeldne jordarter og overgangsmetaller. I 1976 ble en legering av samarium kobolt med sporstoffer (jern, kobber og zirkon) utviklet, med en molekylstruktur av Sm₂(Co, Fe, Cu, Zr)₁₇. Disse magnetene har stort potensiale for bruk i høyere temperaturer, opptil 500 C, men de høye kostnadene for materialene begrenser bruken av denne typen magnet. Samarium er sjeldent selv blant de sjeldne jordelementene, og kobolt er klassifisert som et strategisk metall, så forsyninger kontrolleres.

Samarium-koboltmagneter fungerer godt under fuktige forhold. Andre fordeler inkluderer høy varmemotstand, motstand mot lave temperaturer (-273 C) og høy korrosjonsmotstand. Som keramiske magneter er imidlertid samarium-koboltmagneter sprø. De er som sagt dyrere.

Neodym Iron Iron Magneter

Neodymium jernbor (NdFeB eller NIB) magneter ble oppfunnet i 1983. Disse magnetene inneholder 70 prosent jern, 5 prosent bor og 25 prosent neodym, et sjeldent jordartselement. NIB-magneter korroderer raskt, slik at de får et beskyttende belegg, vanligvis nikkel, under produksjonsprosessen. Belegg av aluminium, sink eller epoksyharpiks kan brukes i stedet for nikkel.

Selv om NIB-magneter er de sterkeste kjente permanente magneter, har de også den laveste Curie-temperaturen, rundt 350 C (noen kilder sier så lave som 80 C), av andre permanente magneter. Denne lave Curie-temperaturen begrenser deres industrielle bruk. Neodymium jernbormagneter har blitt en viktig del av husholdningselektronikken inkludert mobiltelefoner og datamaskiner. Neodymium jernbormagneter brukes også i MRI-maskiner (Magnetic Resonance Imaging).

Fordelene med NIB-magneter inkluderer kraft-til-vekt-forhold (opptil 1.300 ganger), høy motstand mot demagnetisering ved menneskelige komfortable temperaturer og kostnadseffektivitet. Ulemper inkluderer tap av magnetisme ved lavere Curie-temperaturer, lav korrosjonsbestandighet (hvis pletteringen er skadet) og sprøhet (kan gå i stykker, sprekke eller sprekke ved plutselige kollisjoner med andre magneter eller metaller. (Se ressurser for magnetisk frukt, en aktivitet som bruker NIB-magneter) .)

Midlertidige magneter

Midlertidige magneter består av det som kalles myke jernmaterialer. Bløtt jern betyr at atomene og elektronene er i stand til å komme på linje i jernet, og oppføre seg som en magnet for en tid. Listen over magnetiske metaller inkluderer negler, binders og andre materialer som inneholder jern. Midlertidige magneter blir magneter når de blir utsatt for eller plassert i et magnetfelt. For eksempel blir en nål som gnides av en magnet en midlertidig magnet fordi magneten får elektronene til å samkjøre i nålen. Hvis magnetfeltet eller eksponeringen for magneten er sterk nok, kan myke stryker bli permanente magneter, i det minste til varme, sjokk eller tid får atomene til å miste sin innretting.

elektro~~POS=TRUNC

Den tredje typen magnet oppstår når strøm går gjennom en ledning. Å pakke ledningen rundt en myk jernkjerne forsterker styrken til magnetfeltet. Å øke strømmen øker styrken til magnetfeltet. Når strøm strømmer gjennom ledningen, fungerer magneten. Stopp strømmen av elektroner og magnetfeltet kollapser. (Se Ressurser for en PhET-simulering av elektromagnetisme.)

Verdens største magnet

Verdens største magnet er faktisk jorden. Jordens faste jern-nikkel indre kjerne som spinner i den flytende ytre kjerne-nikkel oppfører seg som en dynamo, og genererer et magnetfelt. Det svake magnetfeltet fungerer som en stangmagnet som vippes omtrent 11 grader fra jordas akse. Den nordlige enden av dette magnetfeltet er sørpolen til stangmagneten. Siden motsatte magnetiske felt tiltrekker hverandre, peker den nordlige enden av et magnetisk kompass mot sørenden av jordas magnetfelt som ligger nær nordpolen (for å si det på en annen måte, er jordens sør magnetiske pol faktisk plassert nær den geografiske nordpolen , selv om du ofte ser at den sørlige magnetiske polen merket som den nordmagnetiske polen).

Jordens magnetfelt genererer magnetosfæren som omgir jorden. Samhandling av solvinden med magnetosfæren forårsaker nord- og sørlys som er kjent som Aurora Borealis og Aurora Australis.

Jordens magnetfelt påvirker også jernmineralene i lavastrømmer. Jernmineralene i lava stemmer overens med jordas magnetfelt. Disse justerte mineralene "fryser" på plass når lavaen avkjøles. Studier av magnetiske tilpasninger i basaltstrømmer på hver side av midtatlantisk ås, gir ikke bare bevis for reversering av jordas magnetfelt, men også for teorien om platetektonikk.