Seglar búa til segulsvið sem þú getur ekki séð en getur fundið fyrir því hvernig það laðar að eða hrindir hlutum eins og járni, nikkel og kóbalt. Fólk hefur heillast af seglum í mörg hundruð ár. Fyrsta segullin, kölluð magnetite, fundust í Grikklandi hinu forna og síðan hafa þau leikið stórt hlutverk í vísindum og daglegu lífi.
En hvernig vinna þeir? Það kemur allt niður á eðlisfræði. Ósýnilegt afl er búið til á milli tveggja hluta þökk sé einhverju sem kallast rafeindir. Nú þegar þú veist svolítið um segla skulum við kafa inn og kanna hvernig þessir ótrúlegu hlutir hafa áhrif á líf þitt!
Grunnatriði segulmagns
Segulstefna er heillandi og nauðsynlegur náttúruafl sem er samofinn daglegu lífi okkar. Þetta náttúrufyrirbæri er dularfullt og hagnýtt, frá ósýnilegu segulsviðinu sem umlykur jörðina til einfalda segla á ísskápnum þínum. Í gegnum söguna hefur það mótað tækniframfarir, vísindalegan skilning og jafnvel leiðsögukerfi. Til að meta sannarlega undur segulmagnsins verðum við fyrst að skilja hvað það er, hvernig það virkar og hvar það gerist.
Hvað er segulmagn?
Segulstefna er ein af krafti náttúrunnar og það gerist með hreyfingu og samspili agna, eins og rafeindir. Þú gætir nú þegar vitað að segull virka vegna þess að lítil segulsvæðum inni í þeim samræma og búa til segulsvið umhverfis segullinn.
Segulsvið er svæðið umhverfis segull þar sem þú getur fundið fyrir því að toga eða ýta - bein eða fráhrindandi kraftur. Ímyndaðu þér þá eins og ljósör sem geislar út frá annarri hlið segulsins, norður, beygðu sig um í ferlum til að snúa aftur til suðurs. Hversu sterkt eða staðfest þetta reit er háð efni og tegund segulls, þannig að hver segull sem þú lendir í verður aðeins öðruvísi.
Sérhver segull sem þú sérð hefur tvo stöng: Norðurpól og suðurpól. Þetta eru hlutirnir þar sem segullinn er sterkastur. Þegar þú færir tvo segla nálægt hvor öðrum bregðast stöng þeirra við. Þú munt sjá þá gagnstæða staura draga saman (eins og „Norður“ og „Suður“), en sömu staurar ýta frá hvor öðrum (eins og „norður“ og „norður“ eða „suður“ og „suður“).
Tegundir segla
Segulstefna er kraftur sem við lendum í daglega, en ekki eru allir segull eins. Þrjár helstu tegundir, sem eru varanlegar, rafsegul og tímabundin segull, hafa einstaka eiginleika og notkun í tækni, iðnaði og daglegu lífi. Við skulum kanna hvernig þau virka og hvar þau eru notuð.
1. Varanleg segull
Þú hefur sennilega séð varanlegan segla á undan þeim sem voru á ísskápnum þínum. Þessir segull halda segulmagninu með tímanum. Efni eins og járn, nikkel og kóbalt er hægt að segulmagnað varanlega vegna þess að atómbygging þeirra gerir segulsvið þeirra kleift að samræma.
2.. Rafseglur
Veistu hvernig rafseglur virka? Það er einfalt! Þú tekur vír, vefur hann um eitthvað segulmagnaðir og keyrir síðan rafmagn í gegnum vírinn. Þetta gerir segulsvið. Besti hlutinn? Þú getur slökkt og slökkt á seglinum hvenær sem þú vilt.
3. tímabundin segull
Tímabundin segull er efni sem verða aðeins segulmagnaðir þegar þeir eru nálægt segli. Til dæmis, ef þú setur járnstykki nálægt segli, mun það verða segulmagnaðir í stuttan tíma vegna þess að segulmagnaðir hlutar þess eru í röðinni.
Segulmagnaðir efni
Hefur þú einhvern tíma tekið eftir því að ekki er allt í kringum þig segulmagnað? Aðeins sum efni geta orðið segulmagnaðir og það fer eftir því hvernig atómum þeirra og rafeindum er raðað.
1. segulmagnaðir efni
Hægt er að segulmagnað efni eins og járn, nikkel og kóbalt. Þetta er kallað ferromagnetic efni. Inni í þeim, pínulítill hópar af atómum, kallaðir segulsvið, koma upp til að búa til sterkt segulsvið.
2.
Hlutir eins og tré, plast og gler er ekki hægt að segulmagnast. Atóm þeirra er ekki raðað á réttan hátt til að láta segulsvið lína upp, svo þau bregðast ekki við seglum.
Hvernig seglar virka: vísindin á bak við það
Vísindin um segla eru heillandi og svolítið flókin, en að skilja grunnatriðin geta hjálpað þér að átta sig á því hvernig þau vinna. Hér er sundurliðun á lykilhugtökunum:
1. Atómbygging og segulmagn
Segulmagn byrjar með örsmáum agnum sem kallast rafeindir. Rafeindir hreyfa sig um miðju atóms og hafa eitthvað sem kallast „snúningur“, sem býr til litla segulsvið. Þegar þessir litlu segulsvið eru allir í sömu átt, sameinast þeir til að búa til stærra segulsvið.
Í flestum efnum hætta þessir reitir hvor öðrum út, svo þú tekur ekki eftir þeim. En í efnum eins og járni, þá eru reitirnir í sömu átt og búa til sterkt segulsvið sem þú getur séð eða fundið.
2.. Rafsegulfræði
Þú gætir ekki gert þér grein fyrir því, en rafmagn og segulmagn eru nátengd. Þegar rafmagn rennur í gegnum vír, býr það til segulsvið í kringum það. Þessi tenging, útskýrð af eðlisfræðingnum James Clerk Maxwell, er meginreglan að baki rafsegulum, rafmótorum og rafala. Hugsaðu um næst þegar þú sérð mótor hlaupamagnetisma er í vinnunni!
3.. Skammtafræði og segulmagn
Ef þú vilt kafa djúpt geturðu skoðað segulmagn í gegnum linsu skammtaeðlisfræði. Rafeindir eru með eign sem kallast Quantum Spin og þegar þessir snúningar samræma færðu segulmagnaðir áhrif. Hinn frægi eðlisfræðingur Richard Feynman útskýrði að til að skilja segulmagn raunverulega þarftu að kanna skammtafræði og hvernig rafeindir hreyfa sig í atóm sporbrautum.
Jafnvel lengra komin er Quantum Electrodynamics (QED), sem skýrir hvernig hlaðnar agnir hafa samskipti við segulsvið. Þó að þú þurfir ekki að ná góðum tökum á QED til að nota segla, þá er það ansi ótrúlegt að hugsa um hversu mikið vísindi eru vafin í eitthvað eins einfalt og segull!
Notkun segulmagns
Seglar eru órjúfanlegur hluti af daglegu lífi og drifkraftur á bak við margar vísindalegir og tækniframfarir. Allt frá einföldum heimilum til að fá háþróaða iðnaðarferli og nýjungar nýjungar, segulmagn hefur mótað hvernig við höfum samskipti við heiminn og heldur áfram að hvetja til nýrrar þróunar í verkfræði, læknisfræði og flutningum.
1.. Daglegur notar
Seglar eru hluti af daglegu lífi okkar meira en þú gætir gert þér grein fyrir. Kæli seglar eru einföld en áhrifarík leið til að geyma glósur, myndir eða innkaupalista á sínum stað, bæta bæði virkni og persónulegu snertingu við eldhúsið þitt. Áttavitar, tæki sem hefur verið notað í aldaraðir, treysta á segulsvið jarðar til að hjálpa þér að finna leið þína með því að vísa alltaf norður. Jafnvel segulleikföng, eins og byggingareiningar eða þrautir, nota einfaldar segulmagnaðir eiginleikar til að veita klukkustundir af skemmtun og skapandi leik fyrir krakka.
2. iðnaðarforrit
Seglar gegna mikilvægu hlutverki í mörgum atvinnugreinum og tækni. Rafmótorar, sem knýja óteljandi tæki frá heimilistækjum til rafbíla, fer eftir seglum til að umbreyta raforku í vélræna orku. Að sama skapi nota rafalar seglum til að umbreyta vélrænni orku í rafmagn, veita heimilum, fyrirtækjum og atvinnugreinum kraft. Í læknisfræði eru segull ómissandi í Hafrannsóknastofnun (segulómun myndgreiningar), þar sem ótrúlega sterk segulsvið hjálpa til við að búa til ítarlegar, björgunarmyndir af mannslíkamanum til að aðstoða við að greina læknisfræðilegar aðstæður.
3. Ítarleg forrit
Segull gerir einnig kleift að fá fullkomnustu tækni í heiminum. Í ögn eldsneytisgjöfum eru segull notaðir til að leiðbeina og stjórna slóð hlaðinna agna sem ferðast á næstum ljóshraða og aðstoða við byltingarkenndar vísindarannsóknir. Maglev þjálfar, undur nútíma verkfræði, notar öfluga segla til að lyfta lestinni fyrir ofan brautina, útrýma núningi og leyfa ótrúlega hratt, slétta og orkunýtna ferð. Þessi nýstárlega notkun segla heldur áfram að ýta á mörk þess sem mögulegt er í vísindum og tækni.
Leyndardóma segulmagns
Það er eðlilegt að velta því fyrir sér hvers vegna seglar laða að eða hrinda hver öðrum. Þó að eðlisfræðingar hafi þróað djúpan skilning á segulmagni eru sumir þættir áfram ráðgáta. Til dæmis eru vísindamenn enn að kanna hvernig skammtafræðilegir eiginleikar hafa áhrif á stærri, sýnilega hegðun segla.
Ósvaraðar spurningar
1. af hverju sýna efni eins og segulmagnaðir náttúrulega segulmagn?
2.. Hvernig hefur segulmagn samskipti við önnur grundvallaröfl náttúrunnar?
3. Getum við búið til efni með enn sterkari segulmagnaðir eiginleika?
Þetta eru tegundir af spurningum sem halda áfram að keyra rannsóknir og nýsköpun.
Niðurstaða
Seglar eru heillandi blanda af hversdagslegu og óvenjulegu. Þeir vinna að meginreglum sem eru allt frá klassískri eðlisfræði til skammtaheims rafeinda og snúninga. Hvort sem þú ert að nota segull til að halda uppi list barnsins á ísskápnum eða njóta góðs af tækni sem treystir á segulmagn, þá er þetta ósýnilega afl hluti af lífi þínu á óteljandi vegu.
Þó að ekki sé skilið að allir þættir segulmagnaðir séu, þá gerir þekking okkar þér kleift að virkja þetta ótrúlega fyrirbæri fyrir alls kyns forrit. Svo næst þegar þú finnur fyrir segulstöng við málm yfirborð skaltu taka smá stund til að meta ótrúleg vísindi á bak við það.
Algengar spurningar
1.. Hvað er segulsvið og hvernig er það búið til?
Segulsvið er svæðið umhverfis segull þar sem segulkraftar geta virkað á hluti. Þér gæti fundist gagnlegt að hugsa um það sem ósýnilegt valdasvið. Segulsvið eru búin til þegar rafeindir hreyfa sig, sérstaklega þegar það er rafstraumur eða hlaðinn agnir á hreyfingu. Það er allt bundið við meginreglur rafsegulsviðs og eðlisfræði.
2. Af hverju halda segull við ákveðna hluti?
Seglar halda sig við hluti sem hafa segulmagnaðir efni eins og járn. Þegar þú færir segull nálægt þessum efnum, eru segulsviðslínur þess í takt við segulsviðið í hlutnum og dregur þau saman. Þessi röðun styrkir segulmagnaðir aðdráttarafl og gerir það að „staf“. Það er ástæðan fyrir því að sumir hlutir laða að seglum en aðrir gera það ekki.
3.. Hvernig haga sér tveir staurar segull?
Sérhver segull sem þú notar mun hafa tvo staura: norðurpól og suðurpól. Svona hegða þeir sér: eins og Pólverjar (Norður-Norður eða Suður-Suður) hrinda hver öðrum frá sér, en gagnstæða Pólverjar (norður-suður) laða að. Ef þú hefur einhvern tíma tekið eftir toginu eða ýtt á milli tveggja segla, þá ertu að upplifa þetta samspil. Pólverjar eru þar sem segulsviðið er sterkast.
4. Hvernig virkar áttavita með segulsvið jarðar?
Þegar þú notar áttavita, þá er nálin í samræmi við segulsvið jarðar. Jörðin sjálf virkar eins og risastór segull þökk sé bráðnu járnkjarni. Nálin, sem er pínulítill segull, bregst við þessum reit og bendir í átt að segulmagnaðir norðurpólnum. Það er einföld en snjall leið til að hjálpa þér að finna stefnu þína.
5. Geta segulsvið haft samskipti við rafhlaðnar agnir?
Já, ef þú hefur einhvern tíma velt því fyrir þér, geta segulsvið haft áhrif á rafhlaðnar agnir. Þessi samspil skapar rafsegulsvið og gegnir lykilhlutverki í því hvernig rafeindir hreyfa sig og hvernig segulkraftar vinna á örlítilli mælikvarða. Þessar meginreglur hjálpa einnig til við að útskýra mörg hversdagsleg fyrirbæri sem þú lendir í rafmagni og segulmagn.