Η ΥΛΗ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

Η ΥΛΗ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

Η ΥΛΗ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Θεωρούμε ξανά τη διάταξη με τη βοήθεια της οποίας μετράμε την ένταση του μαγνητικού πεδίου.

Σωληνοειδές χωρίς πυρήνα μαλακού σιδήρου

 Η ένταση του μαγνητικού πεδίου είναι Β0 όταν στο εσωτερικό  του πηνίου υπάρχει  αέρας και  γίνεται Β όταν το εσωτερικό γεμίσει με κατάλληλο υλικό όπως μαλακό σίδηρο. 

Σωληνοειδές με πυρήνα μαλακού σιδήρου

 Παρατηρούμε ότι  Β>Β0 αν και όλα  τα μεγέθη  τα  έχουμε κρατήσει σταθερά.Η αύξηση αυτή της  έντασης του μαγνητικού πεδίου πρέπει να  οφείλεται στον πυρήνα μαλακού σιδήρου που βάλαμε στο σωληνοειδές

ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ

 Μαγνητική διαπερατότητα του υλικού μ ονομάζεται το πηλίκο Β/Β0.

                                                                                         μ=Β/Β0

 Η μαγνητική διαπερατότητα δείχνει πόσες φορές αυξήθηκε η ένταση του μαγνητικού πεδίου λόγω της παρουσίας  του σιδήρου.

 Η μαγνητική διαπερατότητα είναι καθαρός αριθμός.

 Η αύξηση  της  έντασης  του πεδίου χωρίς να  αυξηθεί  το ρεύμα προέρχεται από  τον προσανατολισμό των στοιχειωδών μαγνητικών περιοχών  του σιδήρου

 Η αύξηση της έντασης  του πεδίου χωρίς να  αυξηθεί  το ρεύμα προέρχεται από τον προσανατολισμό των στοιχειωδών μαγνητικών περιοχών του σιδήρου.Ο προσανατολισμός τους προκαλείται από το μαγνητικό πεδίο Β0 του σωληνοειδούς.

Πειραματική έρευνα έδειξε ότι όλα τα υλικά,όταν βρεθούν μέσα στο μαγνητικό πεδίο παρουσιάζουν μαγνητικές ιδιότητες

 Πειραματική  έρευνα  έδειξε ότι όλα  τα υλικά,όταν βρεθούν μέσα στο μαγνητικό πεδίο παρουσιάζουν μαγνητικές  ιδιότητες.

 Ο παρακάτω πίνακας μας δείχνει την μαγνητική διαπερατότητα διάφορων υλικών.

ΠΙΝΑΚΑΣ

Μαγνητική διαπερατότητα	Υλικά	Χαρακτηρισμός
μ>>1	Fe, Ni, Co	Σιδηρομαγνητικά
μ>1	ΑΙ, Cr	Παραμαγνητικά
μ<1	C, Cu	Διαμαγνητικά

ΣΙΔΗΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

 Πολλά υλικά έχουν μαγνητική διαπερατότητα πολύ μεγαλύτερη της μονάδας.Για παράδειγμα η μαγνητική διαπερατότητα του σιδήρου (Fe) του Νικελίου (Ni) και του Κοβαλτίου (Co) είναι πολύ μεγαλύτερη της μονάδας.Τα υλικά αυτά χαρακτηρίζονται ως σιδηρομαγνητικά.

Σιδηρομαγνητικά υλικά ονομάζονται τα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα πολύ μεγαλύτερη της μονάδας

 Σιδηρομαγνητικά υλικά ονομάζονται τα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα πολύ μεγαλύτερη της μονάδας.
 Η τοποθέτηση τους σε ένα μαγνητικό πεδίο συνεπάγεται τη πολύ μεγάλη αύξηση  της έντασής  του.

Η τοποθέτηση  τους σε ένα μαγνητικό πεδίο συνεπάγεται  τη πολύ μεγάλη αύξηση  της έντασής  του

 Αυτά τα σίδηρομαγνητικά υλικά που βρίσκονται στη φύση χρησιμοποιήθηκαν στα πρώτα πειράματα για τον μαγνητισμό. Από τότε η τεχνολογία επεκτάθηκε όσον αφορά τη διαθεσιμότητα των μαγνητικών υλικών και περιέλαβε διάφορα τεχνητά προϊόντα,με βάση,όμως,όλα φυσικά μαγνητικά υλικά.

ΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

 Μερικά υλικά έχουν μαγνητική διαπερατότητα λίγο μεγαλύτερη της μονάδας.Για παράδειγμα η μαγνητική διαπερατότητα του Αργιλίου (ΑΙ) και  του Χρωμίου (Cr) είναι λίγο μεγαλύτερη της μονάδας.Τα υλικά αυτά χαρακτηρίζονται ως παραμαγνητικά.

Παραμαγνητικά υλικά ονομάζονται τα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα λίγο μεγαλύτερη της μονάδας

 Παραμαγνητικά υλικά ονομάζονται τα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα λίγο μεγαλύτερη της μονάδας.

Η τοποθέτηση  τους σε ένα μαγνητικό πεδίο συνεπάγεται  τη σχετικά μικρή αύξηση  της έντασής  του

 Η τοποθέτηση τους σε ένα μαγνητικό πεδίο συνεπάγεται τη σχετικά μικρή αύξηση της έντασής του.

ΔΙΑΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

 Υπάρχουν και λίγα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα μικρότερη  της μονάδας.Για παράδειγμα η μαγνητική διαπερατότητα του άνθρακα  (C) και του Χαλκού (Cu).Τα υλικά αυτά χαρακτηρίζονται ως διαμαγνητικά.

Διαμαγνητικά υλικά ονομάζονται τα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα λίγο μεγαλύτερη της μονάδας

 Διαμαγνητικά υλικά ονομάζονται τα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα λίγο μεγαλύτερη της μονάδας.
 Η τοποθέτησή τους σε ένα μαγνητικό πεδίο συνεπάγεται την ελάττωση  της έντασής του.

ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΛΟΓΩ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣ ΣΙΔΗΡΟΥ

 Θεωρούμε το φάσμα του ομογενούς μαγνητικού πεδίου του παρακάτω σχήματος.

Ομογενές μαγνητικό πεδίο

 Τοποθετούμε ένα μικρό κομμάτι σίδηρο μέσα σ΄αυτό το μαγνητικό πεδίο.Μετά την εισαγωγή  του σιδήρου  το φάσμα αλλοιώνεται όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Οι δυναμικές γραμμές παραμορφώνονται,και  φαίνεται να θέλουν να περάσουν όσο  το δυνατό περισσότερες μέσα από  το σίδηρο.

Το μαγνητικό πεδίο μετά την εισαγωγή του  σιδήρου.Οι δυναμικές γραμμές εκτρέπονται

 Τώρα τοποθετούμε ένα σιδερένιο κυκλικό δακτύλιο μέσα σ΄αυτό το μαγνητικό πεδίο.Επίσης υπάρχει παραμόρφωση των δυναμικών γραμμών του πεδίου.Παρατηρούμε ότι πολλές δυναμικές γραμμές παραμορφώνονται και περνούν από τη μάζα του σιδήρου,ενώ από το κοίλωμα δεν περνά καμία δυναμική γραμμή και άρα σ' αυτόν το χώρο δεν υπάρχει μαγνητικό πεδίο.

Το μαγνητικό πεδίο μετά την εισαγωγή του κυκλικού κυλινδρικού σιδερένιου πυρήνα

 Την ιδιότητα αυτή εκμεταλλευόμαστε,ώστε να προστατεύσουμε τα ρολόγια από ισχυρούς μαγνήτες,που ονομάζονται αντιμαγνητικά ρολόγια.

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Είδαμε ότι σε ένα σημείο του άξονα του σωληνοειδούς κοντά στο κέντρο του,το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου είναι:

                                                                   B=kμ·4·π· N/l ·I   

 Στην περίπτωση που βάλουμε κάποιο σιδηρομαγνητικό υλικό στο σωληνοειδές η ένταση του μαγνητικού πεδίου του σωληνοειδούς θα δίνεται από τη σχέση:

                                                                   B=μ·kμ·4·π· N/l ·I  

Στην περίπτωση που βάλουμε κάποιο σιδηρομαγνητικό υλικό μαγνητικής διαπερατότητας μ στο σωληνοειδές τότε η ένταση του μαγνητικού πεδίου του σωληνοειδούς αυξάνεται κατά μ

 Για παράδειγμα αν χρησιμοποιήσουμε μαλακό σίδηρο που έχει μ=12.000 τότε το μαγνητικό πεδίο θα μεγαλώσει κατά 12.000 φορές.

Η μαγνήτιση του σιδήρου είναι παροδική και παύει πρακτικά να υφίσταται μετά τη διακοπή του ρεύματος στο σωληνοειδές

 Η μαγνήτιση του σιδήρου είναι παροδική και παύει πρακτικά να υφίσταται μετά τη διακοπή του ρεύματος στο σωληνοειδές.

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗ

 Ο ηλεκτρομαγνήτης είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου με τη βοήθεια συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος.

Ο ηλεκτρομαγνήτης είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου με τη βοήθεια συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος

 Αποτελείται από μια ράβδος μαλακού σιδήρου ή χαλκού που λέγεται πυρήνας του ηλεκτρομαγνήτη και από ένα σύρμα που τυλίγεται στον πυρήνα και λέγεται πηνίο. 

Ηλεκτρομαγνήτης ονομάζεται το σύστημα που αποτελείται από μια ράβδος μαλακού σιδήρου ή χαλκού που λέγεται πυρήνας του ηλεκτρομαγνήτη και από ένα σύρμα που τυλίγεται στον πυρήνα και λέγεται πηνίο

 Ηλεκτρομαγνήτης ονομάζεται το σύστημα που αποτελείται από μια ράβδος μαλακού σιδήρου ή χαλκού που λέγεται πυρήνας του ηλεκτρομαγνήτη και από ένα σύρμα που τυλίγεται στον πυρήνα και λέγεται πηνίο.

Οι ηλεκτρομαγνήτες έχουν μεγάλη ελκτική δύναμη

 Οι ηλεκτρομαγνήτες έχουν μεγάλη ελκτική δύναμη και οφείλουν την ανακάλυψή τους στο Φαραντέι. 

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗ 

 Αν συνδέσουμε τα άκρα του πηνίου με τους πόλους μιας πηγής τότε ο πυρήνας του ηλεκτρομαγνήτη έχει ιδιότητες μαγνήτη.Αυτό συμβαίνει γιατί προσανατολίζονται τα στοιχειώδη ηλεκτρικά ρεύματα των ατόμων του σιδήρου ή χαλκού και δημιουργούν ένα νέο πηνίο.

Όταν πάψει να περνά ρεύμα από το πηνίο ο σίδηρος χάνει τη μαγνήτισή του

 Όταν πάψει να περνά ρεύμα από το πηνίο ο σίδηρος χάνει τη μαγνήτιση του,ενώ ο χαλκός τη διατηρεί.

Στους ηλεκτρομαγνήτες δίνουν συνήθως σχήμα πετάλου για να είναι κοντά οι άκρες του,που λέγονται πόλοι του ηλεκτρομαγνήτη,και να έλκουν μαζί

 Στους ηλεκτρομαγνήτες δίνουν συνήθως σχήμα πετάλου για να είναι κοντά οι άκρες του,που λέγονται πόλοι του ηλεκτρομαγνήτη,και να έλκουν μαζί.
 Αν αντί για μαλακό σίδηρο βάλουμε χάλυβα,διαπιστώνουμε ότι,ακόμα και αν διακόψουμε το ρεύμα, ο χάλυβας διατηρεί τις μαγνητικές του ιδιότητες,γίνεται δηλαδή ένας μόνιμος μαγνήτης.

ΙΣΧΥΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗ 

 Η ισχύς του ηλεκτρομαγνήτη εξαρτάται και από την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος,που μέχρι μια ορισμένη τιμή βρίσκεται σε σχέση ευθείας αναλογίας μ' αυτή,καθώς και από το πλήθος των σπειρών του πηνίου.

Η ισχύς του ηλεκτρομαγνήτη εξαρτάται και από το πλήθος των σπειρών του πηνίου

 Για να έχει ένας ηλεκτρομαγνήτης περισσότερη ισχύ θα πρέπει να έχει:

α) περισσότερα πηνία.

β) περισσότερο ρεύμα.

γ) πλησιέστερα μεταξύ τους πηνία. 

δ) έναν πυρήνα σιδήρου στο κέντρο του πηνίου. 

ε) κάμψη τους πόλους του μαγνήτη πιο κοντά για να κάνουν ένα μαγνήτη σε σχήμα U.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗ

 Σήμερα ο ηλεκτρομαγνήτης έχει πολλές πρακτικές εφαρμογές.Η βιομηχανία κατασκευάζει ηλεκτρομαγνήτες κάθε μορφής και κάθε μεγέθους.

Ο ηλεκτρομαγνήτης έχει πολλές πρακτικές εφαρμογές

 Χρησιμοποιούνται σε πολλές περιπτώσεις,όπως στις μηχανές που προσφέρουν εσωτερικά μαγνητικά πεδία,σε γερανούς για σήκωμα σιδηρούχων υλικών,στους τηλεγραφικούς δέκτες,στα ηλεκτρικά κουδούνια,στους διακόπτες κ.λπ.

Η βιομηχανία κατασκευάζει ηλεκτρομαγνήτες κάθε μορφής και κάθε μεγέθους

 Επειδή ένας ηλεκτρομαγνήτης ασκεί δύναμη όσο σε αυτόν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα,τον χρησιμοποιούμε σε γερανούς.Με αυτούς τους γερανούς ανυψώνουμε βαριά μεταλλικά αντικείμενα,τα οποία βεβαίως αποτελούνται από σιδηρομαγνητικά υλικά.

Ένα ηλεκτρικό κουδούνι

 Όταν ο ηλεκτρομαγνήτης λειτουργεί,έλκει τα μεταλλικά αντικείμενα.Μετά τη μεταφορά τους διακόπτουμε τη λειτουργία του ηλεκτρομαγνήτη και τα αντικείμενα απελευθερώνονται.

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΓΕΡΑΝΟΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΓΕΡΑΝΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Η ιδιότητα που έχει ένας ηλεκτρομαγνήτης μαλακού σιδήρου με το πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται μπορούμε να τη εκμεταλλευτούμε για να σηκώνουμε πολύ βαριά αντικείμενα.

Ένας γερανός εφοδιασμένος με  ένα  τέτοιο ηλεκτρομαγνήτη ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικός γερανός

 Ένας γερανός εφοδιασμένος με  ένα  τέτοιο ηλεκτρομαγνήτη ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικός γερανός.

Ηλεκτρομαγνητικός γερανός ονομάζεται ο γερανός που είναι εφοδιασμένος με ένα ηλεκτρομαγνήτη μαλακού σιδήρου με το πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται

 Ηλεκτρομαγνητικός γερανός ονομάζεται ο γερανός που είναι εφοδιασμένος με ένα ηλεκτρομαγνήτη μαλακού σιδήρου με το πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται.

ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΓΕΡΑΝΟΥ

 Ο  πεταλοειδής  ηλεκτρομαγνήτης έλκει με  μεγάλη δύναμη  τον οπλισμό  του που  είναι φτιαγμένος από μαλακό σίδηρο.

Αρχή λειτουργίας ηλεκτρομαγνητικού γερανού

 Όμως για να αποσπαστεί  αυτός από  τον ηλεκτρομαγνήτη, πρέπει να ασκηθεί πάνω του μία δύναμη F την οποία την ονομάζουμε φέρουσα δύναμη.Συνεπώς είναι προφανές ότι ο ηλεκτρομαγνήτης μπορεί να σηκώσει σώματα που το βάρος τους είναι μικρότερο της φέρουσας δύναμης.

Η κατασκευή ενός ηλεκτρομαγνητικού γερανού

 Στην περίπτωση που θέλουμε να ανυψώσουμε  σιδερένια αντικείμενα μπορούμε να μη χρησιμοποιήσουμε καθόλου τον οπλισμό αλλά να αποτελέσουν οπλισμό τα ίδια τα σιδερένια αντικείμενα,π.χ. φορτοεκφόρτωση πλοίου.

ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΓΕΡΑΝΟΥ

 Οι ηλεκτρομαγνητικοί γερανοί χρησιμοποιούνται ευρέως στην ανύψωση και μετακίνηση βαρέων μεταλλικών αντικειμένων, τα οποία βεβαίως αποτελούνται από σιδηρομαγνητικά υλικά.Όταν ο ηλεκτρομαγνήτης λειτουργεί,έλκει τα μεταλλικά αντικείμενα.Μετά τη μεταφορά τους διακόπτουμε τη λειτουργία του ηλεκτρομαγνήτη και τα αντικείμενα απελευθερώνονται.

Οι ηλεκτρομαγνητικοί γερανοί χρησιμοποιούνται ευρέως στην ανύψωση και μετακίνηση βαρέων μεταλλικών αντικειμένων,τα οποία βεβαίως αποτελούνται από σιδηρομαγνητικά υλικά

 Ηλεκτρομαγνήτες έχουν ιδιαίτερη απλότητα και πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα εργαλεία ανύψωσης.Είναι πιο γρήγοροι και πιο εύκολοι να να δουλεύουν.