1.1 Magneettinen vuorovaikutus
Magneettien välillä on niiden asennosta riippuen veto-, hylkimis- ja vääntövaikutuksia. Magneettinen vuorovaikutus on etävuorovaikutus Magneeti pohjoiseen kääntyvää päätä sanotaan pohjoiskohtioksi eli N-kohtioksi ja toista päätä eteläkohtioksi eli S-kohtioksi.
Magneetin samannimiset kohtiot hylkivät toisiaan. Magneetin erinimiset kohtiot vetävät toisiaan puoleensa. Jos magneettien välisten voimien vaikutussuorat eivät yhdy, magneetit pyrkivät kääntymään yhdensuuntaisiksi.
Käämistä rakennetulla sähkömagneetilla on N-kohtio ja S-kohtio. Kestomagneetti oli vuorovaikutuksessa sähkömagneetin kanssa. Magneettisessa vuorovaikutuksessa esiintyvää voimaa nimitetään magneettiseksi voimaksi.
Magneettinen vuorovaikutus on etävuorovaikutus. Magneeteilla on kaksi kohtiota. Samannimiset kohtiot hylkivät toisiaan ja erinimiset kohtiot vetävät toisiaan puoleensa.
Magneetti vetää puoleensa rautanauloja, vaikka rautanaulat eivät alun perin ole magneettisia. Rautanaulojen tarttuminen magneettiin johtuu naulojen magnetoitumisesta kestomagneetin magneettikentässä.
Aineen magneettiset ominaisuudet liittyvät mikrotasolla elektorien liikkeeseen atomissa. Varatun hiukkasen liike ytimen ympärillä synnyttää magneettikentän. Elektronien pyöriminen itsensä ympäri (spin) synnyttää myös magneettikentän. Atomit ja molekyylit ovat kuin pieniä kestomagneetteja, alkeismagneetteja.
Aineen rakenne ja keskinäinen järjestys määräävät aineen magneettiset ominaisuudet. Ominaisuudet riippuvat siitä kääntyvätkö aineen alkeismagneetit ulkoisen magneettikentän suuntaisiksi. Jos aineen alkeismagneetit ovat satunnaisessa järjestyksessä, kappale ei ole ulospäin magneettinen.
Jos atomin tai molekyylin magneettinen momentti eroaa nollasta, ulkoinen magneettikenttä pyrkii suuntaamaan atomien magneettisen momentit siten, että ne vahvistavat ulkoista magneettikenttää aineessa. Alkeismagneettien suuntautuminen ilmenee aineen magnetoitumisena.
Heikko ulkoinen magneettikenttä kääntää alkeisalueita ja kasvattaa kentän suuntaisten alkeisalueiden kokoa. Kun ulkoinen kenttä voimistuu, yhä useamman alkeisalueen magnetoitumissuunta on yhdensuuntainen ulkoisen magneettikentän suunnan kanssa, kunnes saavutetaan magneettinen kyllästyminen. Tällöin lähes kaikkien alkeisalueiden magnetoitumissuunnat ovat ulkoisen kentän suuntaisia.
Jos suureen arvoa laskettaessa kerrotaan, jaetaan tai korotetaan potenssiin määrää vastaukseen tulevien merkitsevien numeroiden Rautakappale määrän voi se muuttua laskussa magneetin käytetty lukuarvo, magneettikentässä jossa on vähiten magneettiseksi merkitseviä eli numeroita. magnetoitua. Rauta voidaan magnetoida myös sähkövirran avulla.
Magneetilla on aina kaksi kohtiota. Ei ole löydetty magneettia, jolla olisi vain yksi kohtio. Magneetti on dipoli eli kaksinapainen. Magneetin kohtioita ei voi irroittaa toisistaan. Jos magneetti katkaistaan saadaan kaksi heikompaa magneettia.
Aineen magneettisuus voidaan poistaa kuumentamalla. Kun aineen lämpötila ylittää tietyn rajan, niin aineen alkeismagneetit asettuvat satunnaisiin suuntiin ja aine menettää magneettisuutensa.
Magneetin vaikutusta kuvataan magneettikentän avulla. Jokaisen magneetin ympärillä on kolmiulotteinen magneettikenttä. Magneettikentässä oleva toinen magneetti tai virtajohdin kokevat magneettisen vuorovaikutuksen magneettikentän välityksellä.
Magneettikenttää kuvataan kenttäviivoilla. Kenttäviivat ilmaisevat magneettisen voiman suunnan kussakin kentän pisteessä. Magneettikentän kenttäviivat ovat sulkeutuvia käyriä.
Mitä tiheämmässä magneettikentän kenttäviivat ovat, niin sitä voimakkaampi magneettinen voima kentässä olevaan toiseen magneettiin kohdistuu.
Magneettikenttä on homogeeninen, jos kentän suunta ja voimakkuus ovat kaikkialla samat. Jos magneettikentän kenttäviivat ovat kohtisuorassa paperin tasoa vastaan ja poispäin katsojasta, niin kenttäviivoja kuvataan rasteilla ( nuolen pyrstö ) jos kenttäviivojen suunta on katsotaan päin käytetään pistettä ( nuolen kärki )
Magneettikentän suunta on kohtisuorassa tasoa vastaan ja katsojasta poispäin.
Magneettikentän voimakkuutta kuvaa suure magneettivuon tiheys. [B] = 1 T (tesla) Mitä tiheämmässä magneettikentän kenttäviivat ovat, sitä suurempi on magneettivuon tiheys. Magneettivuon tiheyden suunta on sama kuin magneettikentän kenttäviivan tangen suunta.
Magneetin vaikutusta kuvaa magneettikenttä, joka voidaan esittää kenttäviivojen avlla. Kenttäviivat ovat suljettuja käyriä. Niiden suunta on magneetin ulkopuolella N-kohtiosta S- kohtioon. Magneettikenttä on homogeeninen, jos kentän suunta ja voimakkuus ovat kaikkialla samat. Magneettivuon tiheys kuvaa magneettikentän voimakkuutta ja ilmoittaa magneettikentän suunnan.
Aineet ryhmitellään sen perusteella miten ne muuttavat ulkoista magneettikenttää. Aineet ovat joko ferro-, dia- tai paramagneettisia.
Ferromagneettiset aineet magnetoituvat voimakkaasti ja voivat olla pysyvästi magneettisia. Esim. Rauta, koboltti, nikkeli
Permeabiliteetti on aineen magneettista käyttäytymistä kuvaava suure. Se kuvaa miten aine vaikuttaa magneettikenttään. Permeabiliteetti ilmaistaan suhteellisen permeabiliteetin ja tyhjiön permeabiliteetin avulla.
Suhteellinen permeabiliteetti on jossa on permeabiliteetti ja on tyhjiön permeabiliteetti
Ferromagneettisen aineen suhteellinen permeabiliteetti on suurempi kuin yksi. Tämä tarkoittaa, että ferromagneettinen aine vahvistaa voimakkaasti ulkoista magneettikenttää. Suhteellinen permeabiliteetti riippuu magnetoivan kentän voimakkuudesta eikä ole vakio.
Aineita, jotka magnetoituvat helposti mutta myös menettävät magneettisuuden helposti kutsutaan magneettisesti pehmeiksi aineiksi. käyttökohteita mm. Releet, sähkölukot Kun sähkömagneettista sydäntä ympäröivään käämiin kytketään sähkövirta, jonka synnyttämä magneettikenttä magnetoi sydämen. Kun virta katkaistaan, niin magneettisuus häviää.
Magneettisesti kovien aineiden alkeisalueiden magnetoitumissuunnat säilyvät ja ulkoisen kentän hävittyä aineet jäävät magneettisiksi. Tätä jäljelle jäänyttä magnetismia kutsutaan jäännösmagnetismiksi. Magneettisesti kovia aineita käytetään kestomagneeteina ja magneettisissa muisteissa.
Ferromagneettinen aine menettää magneettisuutensa sille ominaisessa lämpötilassa ns. Curie-lämpötilassa. Raudan Curie-lämpötila on n. 770 celsiusastetta.