Manyetik, demir, nikel, kobalt veya belirli diğer metal türlerini çekme yeteneğine sahip bir metal parçasıdır. Her mıknatıs, biri kuzey kutbu ve diğeri güney kutbu olarak bilinen iki ayrı bölge içerir. Elektrik yüklerinde olduğu gibi, farklı kutuplar birbirini çeker ve benzer kutuplar birbirini iter.
Mıknatıslarla ilgili bir çalışma, enerjide yeni bir kavramın, alan kavramının tanıtılmasına olanak tanır. Bir enerji alanı, uzayda manyetik, elektriksel veya başka bir tür kuvvetin deneyimlenebildiği bir bölgedir. Örneğin, bir demir parçasının bir çubuk mıknatıstan 2 inç (5 cm) uzağa yerleştirildiğini hayal edin. Mıknatıs yeterince güçlüyse, demiri hareket ettirecek kadar güçlü bir şekilde çekebilir. Demir parçasının çubuk mıknatısın manyetik alanı içinde olduğu söylenir.
Bir enerji alanı kavramı, bir zamanlar bilim adamlarının anlaması ve kabul etmesi çok zordu. İkisi birbiriyle temas halinde değilse, bir nesne başka bir nesneye nasıl kuvvet uygulayabilir? Sonunda, kuvvetlerin birbirinden uzakta çalışabileceği anlaşıldı. Elektrik yükleri ve manyetik kutuplar, kuvvetlerini, kuvvet çizgileri olarak bilinen yollar boyunca bir alan boyunca uygular gibi görünüyor.
Fizik tarihindeki en büyük keşiflerden biri, on dokuzuncu yüzyılın sonlarında İngiliz fizikçi James Clerk Maxwell (1831-1879) tarafından yapıldı. Maxwell, elektrik ve manyetizma olarak bilinen iki ana enerji formunun birbirinden gerçekten farklı olmadığını, bunun yerine birbiriyle yakından ilişkili olduğunu buldu. Yani her elektrik akımı kendisine bir manyetik alan bağlamıştır ve her değişen manyetik alan kendi elektrik akımını yaratır.
Maxwell’in çalışmasının bir sonucu olarak, hem elektriksel hem de manyetik bileşenlere sahip bir enerji biçimi olan elektromanyetik enerjiden bahsetmek genellikle daha doğrudur. Bilim adamları artık görünüşte farklı enerji türlerinin hepsinin aslında elektromanyetik enerjinin biçimleri olduğunu biliyorlar. Bunlara x ışınları , gama ışınları, morötesi ışık, görünür ışık, kızılötesi radyasyon , radyo dalgaları ve mikrodalgalar dahildir. Elektromanyetik enerjinin bu formları, üzerinde seyahat ettikleri enerji dalgasının dalga boyu ve frekansı açısından birbirinden farklıdır . Örneğin, x ışınlarıyla ilişkili dalgalar çok kısa dalga boylarına ve çok yüksek frekanslara sahipken, mikrodalgalarla ilişkili dalgalar çok daha uzun dalga boylarına ve çok daha düşük frekanslara sahiptir.
Her manyetik alan, manyetik enerji olarak da adlandırılan enerji içerir. O fizikte bir sabittir. Elektrik akımları tarafından bir manyetik alan oluşturulduğundan, manyetik enerji, hareketli yük taşıyıcılarının (elektronların) bir enerji biçimidir. Bu enerjinin nereden geldiğini anlamak için manyetik alanın nasıl çalıştığına bir göz atmaya değer.
Manyetik alan nasıl oluşur?
Manyetizma manyetik alanlar ile tanımlanır. Bunlara manyetik malzemeler (örneğin kalıcı mıknatıslar), elektrik akımları (örneğin akım taşıyan bobinler) veya elektrik alanındaki geçici bir değişiklik neden olur. Manyetik alan çizgileri manyetik akıyı gösterir. Dünyanın manyetik alanında olduğu gibi, mıknatısların (örneğin çubuk mıknatıslar) kuzey ve güney kutupları vardır, ilki her zaman Kuzey Kutbu manyetik kutbu yönünde hizalanır. Manyetik alan oluşturmak için iş yapıldığından, alanın manyetik enerji deposunda enerjisi vardır.
Malzemeye bağlı olarak, manyetik enerji miktarı farklı olabilir. Histerezis bu bağlantıyı açıklar. Yine, bu etkiler, elektrik yükü taşıyıcılarının neden manyetik alanlar oluşturduğunu gösteren Maxwell denklemleri ile tanımlanır .
Manyetik enerji nasıl hesaplanabilir?
Bir manyetik alanın (bobin) enerjisini tanımlamak için manyetik enerji için bir formül oluşturulabilir. Vakumdaki bir manyetik alanın herhangi bir noktasındaki manyetik enerji yoğunluğunun birimi (toplam enerji: E) aşağıdaki birimler ve boyutlar gereklidir:
- (manyetik alan gücü, CGS sistemi: Oersted birimi)
- (noktadaki manyetik akı yoğunluğu, Tesla birimi)
- L (bir bobinin manyetik enerjisinin endüktansı, birim Henry)
- I (Amperaj, Birim Amper)
Bunun sonucunda:
Sırasıyla. toplam enerji için:
Kural şudur: manyetik enerji ne kadar yüksekse, manyetik kuvvetler de o kadar büyük olur.
Manyetik enerji uygulamaları
Bir demir parçası bir mıknatısa yaklaştırıldığında, aradaki hava boşluğunda manyetik nesnedekinden daha büyük bir enerji oluşur. Demirin geçirgenliğine bağlı olarak bu enerjinin oranı azalır. Ancak mıknatıs ve demir birbirine değdiğinde alan enerjisi hava sahasında tamamen kaybolur.
Mıknatıs takmak için biraz iş yapmak zorundadır, ancak kendi manyetik enerjisini azaltır. İlginç olan şu ki, mıknatısın manyetik alanı yok edilmez, ancak demiri mıknatıstan ayırmak için tekrar dış kuvvet uygulanması gerektiğinde her seferinde yeniden konumlandırılır. Sonra koşan rüyadaki manyetik enerji de tekrar artar.
Manyetik enerji kullanımının klasik bir örneği jeneratördür. Basitçe söylemek gerekirse, bir bobin içindeki bir mıknatıs, manyetik alan iş yaparken sürekli olarak bir daire içinde döndürülür. İşte bir manyetik alanda hareket eden elektrik yüklerine etki eden Lorentz kuvveti. Sonuç olarak, manyetik alan değiştiğinde akım üretilebilir ve bir voltaj indüklenebilir.