Hvad er magneter lavet af?

Indhold

• TL; DR (for lang; læste ikke)
• Definition af magneter og magnetisme
• Typer af magneter
• Permanente magneter
• Midlertidige magneter
• elektromagneter
• Verdens største magnet

Magneter virker mystiske. Usynlige kræfter trækker magnetiske materialer sammen, eller skub dem fra hinanden med en magnet. Jo stærkere magneter, jo stærkere tiltrækning eller frastødelse. Og selvfølgelig er jorden selv en magnet. Mens nogle magneter er lavet af stål, findes andre typer magneter.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Magnetit er et naturligt magnetisk mineral. Den roterende jordkerne genererer et magnetfelt. Alnico-magneter er lavet af aluminium, nikkel og kobolt med mindre mængder aluminium, kobber og titan. Keramiske eller ferritmagneter er lavet af enten bariumoxid eller strontiumoxid legeret med jernoxid. To sjældne jordartsmagneter er samarium-kobolt, der indeholder en legering af samarium-kobolt med sporstoffer (jern, kobber, zirkon) og neodymium-jernbormagneter.

Definition af magneter og magnetisme

Ethvert objekt, der producerer et magnetfelt og interagerer med andre magnetfelter, er en magnet. Magneter har en positiv ende eller pol og en negativ ende eller pol. Linjer i magnetfeltet bevæger sig fra den positive pol (også kaldet nordpolen) til den negative (syd) pol. Magnetisme henviser til samspillet mellem to magneter. Modsætninger tiltrækker, så den positive pol af en magnet og den negative pol af en anden magnet tiltrækker hinanden.

Typer af magneter

Der findes tre generelle typer magneter: permanente magneter, midlertidige magneter og elektromagneter. Permanente magneter bevarer deres magnetiske kvalitet over lange perioder. Midlertidige magneter mister deres magnetisme hurtigt. Elektromagneter bruger elektrisk strøm til at generere et magnetfelt.

Permanente magneter

Permanente magneter holder deres magnetiske egenskaber i lange perioder. Ændringer i permanente magneter afhænger af styrken af ​​magneten og magnetsammensætningen. Ændringer sker normalt på grund af temperaturændringer (normalt stigende temperatur). Magneter, der opvarmes til deres Curie-temperatur, mister permanent deres magnetiske egenskab, fordi atomerne skifter ud af den konfiguration, der forårsager den magnetiske effekt. Curie-temperaturen, opkaldt efter opdageren Pierre Curie, varierer afhængigt af det magnetiske materiale.

Magnetit, en naturligt forekommende permanent magnet, er en svag magnet. Stærkere permanente magneter er Alnico, neodymiumjernbor, samarium-kobolt og keramiske eller ferritmagneter. Disse magneter opfylder alle kravene i definitionen af ​​permanent magnet.

magnetit

Magnetit, også kaldet lodestone, leverede kompasnåler fra opdagelsesrejsende lige fra kinesiske jadejægere til verdensrejsende. Mineralmagneten dannes, når jern opvarmes i en atmosfære med lavt ilt, hvilket resulterer i jernoxidforbindelsen Fe₃O₄. Slivers af magnetit tjener som kompasser. Kompasser går tilbage til ca. 250 f.Kr. i Kina, hvor de blev kaldt sydspidser.

Alnico Alloy Magneter

Alnico-magneter er almindeligt anvendte magneter fremstillet af en forbindelse af 35 procent aluminium (Al), 35 procent nikkel (Ni) og 15 procent cobalt (Co) med 7 procent aluminium (Al), 4 procent kobber (Cu) og 4 procent titan ( Ti). Disse magneter blev udviklet i 1930'erne og blev populære i 1940'erne. Temperaturen har mindre effekt på Alnico-magneter end andre kunstigt oprettede magneter. Alnico-magneter kan dog lettere afmagnetiseres, så Alnico-stang- og hestesko-magneter skal opbevares korrekt, så de ikke bliver demagnetiserede.

Alnico-magneter bruges på mange måder, især i lydsystemer som højttalere og mikrofoner. Fordelene ved Alnico-magneter inkluderer høj korrosionsbestandighed, høj fysisk styrke (må ikke spånes, sprækkes eller knækkes let) og høj temperaturmodstand (op til 540 grader Celsius). Ulemper inkluderer svagere magnetisk træk end andre kunstige magneter.

Keramiske (ferrit) magneter

I 1950'erne blev der udviklet en ny gruppe magneter. Harde hexagonale ferriter, også kaldet keramiske magneter, kan skæres i tyndere skiver og udsættes for demagnetiseringsfelter på lavt niveau uden at miste deres magnetiske egenskaber. De er også billige at fremstille. Den molekylære hexagonale ferritstruktur forekommer i både bariumoxid legeret med jernoxid (BaO ∙ 6Fe₂O₃) og strontiumoxid legeret med jernoxid (SrO ∙ 6Fe₂O₃). Strontium (Sr) ferrit har lidt bedre magnetiske egenskaber. De mest almindeligt anvendte permanente magneter er ferrit (keramiske) magneter. Udover omkostninger inkluderer fordele ved keramiske magneter at have god demagnetiseringsmodstand og høj korrosionsbestandighed. De er dog sprøde og bryder let.

Samarium-koboltmagneter

Samarium-koboltmagneter blev udviklet i 1967. Disse magneter med en molekylær sammensætning af SmCo₅blev den første kommercielle permanente magneter med sjældne jordarter og overgangsmetaller. I 1976 blev der udviklet en legering af samariumkobolt med sporelementer (jern, kobber og zirkon) med en molekylstruktur af Sm₂(Co, Fe, Cu, Zr)₁₇. Disse magneter har et stort potentiale til anvendelse i højere temperatur applikationer, op til ca. 500 C, men de høje omkostninger ved materialerne begrænser brugen af ​​denne type magnet. Samarium er sjældent, selv blandt de sjældne jordelementer, og kobolt klassificeres som et strategisk metal, så forsyningerne kontrolleres.

Samarium-koboltmagneter fungerer godt under fugtige forhold. Andre fordele inkluderer høj varmemodstand, modstand mod lave temperaturer (-273 C) og høj korrosionsbestandighed. Som keramiske magneter er samarium-koboltmagneter imidlertid sprøde. De er som sagt dyrere.

Neodymium jernboremagneter

Neodymium jernbor (NdFeB eller NIB) magneter blev opfundet i 1983. Disse magneter indeholder 70 procent jern, 5 procent bor og 25 procent neodym, et sjældent jordart. NIB-magneter korroderer hurtigt, så de får en beskyttende coating, normalt nikkel, under produktionsprocessen. Overtræk af aluminium, zink eller epoxyharpiks kan anvendes i stedet for nikkel.

Selvom NIB-magneter er de stærkeste kendte permanente magneter, har de også den laveste Curie-temperatur, ca. 350 C (nogle kilder siger så lave som 80 C) af andre permanente magneter. Denne lave Curie-temperatur begrænser deres industrielle anvendelse. Neodymium jernbormagneter er blevet en væsentlig del af husholdningselektronik, herunder mobiltelefoner og computere. Neodymium-jernbormagneter bruges også i MRI-maskiner (Magnetic Resonance Imaging).

Fordelene ved NIB-magneter inkluderer effekt / vægtforhold (op til 1.300 gange), høj modstand mod afmagnetisering ved menneskelige komfortable temperaturer og omkostningseffektivitet. Ulemper inkluderer tab af magnetisme ved lavere Curie-temperaturer, lav korrosionsbestandighed (hvis belægningen er beskadiget) og skørhed (kan gå i stykker, revne eller spånes ved pludselige kollisioner med andre magneter eller metaller.) Se ressourcer til magnetisk frugt, en aktivitet, der bruger NIB-magneter .)

Midlertidige magneter

Midlertidige magneter består af hvad der kaldes bløde jernmaterialer. Blødt jern betyder, at atomer og elektroner er i stand til at komme på linje inden i jernet og opføre sig som en magnet i et stykke tid. Listen over magnetiske metaller inkluderer søm, papirklip og andre materialer, der indeholder jern. Midlertidige magneter bliver magneter, når de udsættes for eller placeres i et magnetfelt. For eksempel bliver en nål, der gnides af en magnet, en midlertidig magnet, fordi magneten får elektronerne til at samle sig i nålen. Hvis magnetfeltet eller eksponeringen for magneten er stærk nok, kan bløde strygejern blive permanente magneter, i det mindste indtil varme, stød eller tid får atomerne til at miste deres justering.

elektromagneter

Den tredje type magnet forekommer, når elektricitet passerer gennem en ledning. At pakke ledningen rundt om en blød jernkerne forstærker styrken i magnetfeltet. Forøgelse af elektricitet øger styrken af ​​magnetfeltet. Når elektricitet strømmer gennem ledningen, fungerer magneten. Stop strømmen af ​​elektroner, og magnetfeltet kollapser. (Se Ressourcer for en PhET-simulering af elektromagnetisme.)

Verdens største magnet

Verdens største magnet er faktisk Jorden. Jordens faste jern-nikkel indre kerne, der spinder i den flydende ydre kerne af nikkel-nikkel, opfører sig som en dynamo, hvilket genererer et magnetfelt. Det svage magnetfelt fungerer som en stangmagnet, der vippes ca. 11 grader fra jordens akse. Den nordlige ende af dette magnetfelt er stangmagnetens sydpol. Da modsatte magnetiske felter tiltrækker hinanden, peger den nordlige ende af et magnetisk kompas mod den sydlige ende af jordens magnetfelt beliggende nær nordpolen (for at sige det på en anden måde, er jordens sydlige magnetiske pol faktisk placeret nær den geografiske nordpol , selvom du ofte ser den sydlige magnetiske pol mærket som den nordmagnetiske pol).

Jordens magnetfelt genererer magnetosfæren, der omgiver Jorden. Interaktion af solvinden med magnetosfæren forårsager nord- og sydlyset kendt som Aurora Borealis og Aurora Australis.

Jordens magnetfelt påvirker også jernmineralerne i lavastrømme. Jernmineralerne i lava er på linje med jordens magnetfelt. Disse justerede mineraler "fryser" på plads, når lavaen køler ned. Undersøgelser af magnetiske justeringer i basaltstrømme på hver side af den midtatlantiske ryg giver ikke kun bevis for vending af jordens magnetfelt, men også for teorien om pladetektonik.