Seglar búa yfir eðlislægum krafti til að töfra okkur og valda dulúð. Ég meina, alveg frá því augnabliki sem við kynnumst fyrst tælandi menningu þeirra, finnum við okkur venjulega óumflýjanlega dregin að dularfullum öflum þeirra. Svo, við gætum spurt okkur, hvernig stendur á því að venjulegur málmur sem virðist vera fær um að búa yfir svo óvenjulegum hæfileika til að laða að og hrinda frá sér? Jæja, við skulum byrja á því að viðurkenna þá staðreynd að heimur segulmagnsins er sveipaður margbreytileika sem mörg okkar myndu taka tíma að skilja. Og við verðum líka að vera sammála um að þessir seglar eru alveg ómissandi í daglegu lífi okkar, þess vegna er það mikilvægt feða okkur til að skilja þær betur. Nú, í þessari grein, munum við kanna seglana á dýpra stigi, gefa þér grundvallarreglur um hvernig seglar virka, og síðan loka greininni með því að varpa ljósi á ótrúlega raunverulega notkun þeirra á ýmsum sviðum.
Sögulegur bakgrunnur
Við byrjum á því að gefa þér stutta sögulega innsýn og rekja uppruna hrifningar mannkyns á seglum. Saga segla nær aftur í aldir og við getum sagt þér að hún er rík og heillandi. Svo, hér er yfirlit yfir sögulegt mikilvægi þeirra;
Fornar uppgötvanir- uppgötvun og notkun segla má rekja til fornra siðmenningar, þar sem elsta þekkta segulmagnaðir efnið er lodestone, sem er náttúrulegt segulmagnað steinefni sem samanstendur aðallega af segulíti. Fornmenning, eins og Grikkir, Kínverjar og Egyptar, voru meðvitaðir um segulmagnaðir eiginleikar lodestone strax um 600 f.Kr. Þeir notuðu það í ýmsum tilgangi, þar á meðal siglingar, spádóma og trúarlega helgisiði.
Kínverskur áttaviti– Í öðru lagi átti sér stað ein mikilvægasta framfarir í segulmagni í Kína á tímum Han-ættarinnar (206 f.Kr. - 220 e.Kr.). Það var á þessu tímabili sem Kínverjar fundu upp áttavitann sem nýtti segulmagnaðir eiginleikar lodestone. Þessi áttaviti gjörbylti siglingum og gerði sjómönnum kleift að ákvarða stefnu sína nákvæmlega og kanna fjarlæg lönd.
Arabískir fræðimenn– flýtt áfram til miðalda þegar arabískir fræðimenn lögðu mikið af mörkum til skilnings á seglum. Þú sérð, í kringum 8. öld skrifaði persneski fræðimaðurinn Al-Kindi um aðlaðandi eiginleika lodestones og kannaði notkun þeirra í siglingum. Arabíski vísindamaðurinn Al-Biruni rannsakaði einnig segla og skrifaði um segulsvið þeirra.
Vísindalegar rannsóknir- á 16. og 17. öld urðu verulegar framfarir með tilliti til vísindalegra meginreglna á bak við segulmagn. Á þessum tíma gerði William Gilbert, sem var enskur heimspekingur og læknir, umfangsmiklar tilraunir með seglum og birti allar niðurstöður sínar í bók sinni sem heitir 'De Magnete' árið 1600. Gilbert lagði í rauninni grunninn að vísindarannsóknum á segulmagni.
Á 18. öld fóru vísindamenn síðan að skilja hugtök segulskauta sem og hegðun segla. Franski eðlisfræðingurinn Charles-Augustin de Coulomb setti fram lögmál Coulombs sem útskýrði kraftinn á milli segulpóla og öfugt ferningssamband. Þessi skilningur á segulskautun og hegðun segla ruddi í grundvallaratriðum brautina fyrir frekari framfarir á þessu sviði. Þá á 19. öld var tenging á milli segulmagns og raforku sem nú leiddi til þróunar rafsegulfræðinnar. Á þessum tímapunkti var staðfest að rafstraumur myndar segulsvið af danskum eðlisfræðingi, Han Christian, og síðar stækkaði breski vísindamaðurinn Michael Faraday með því að móta lögmál rafsegulsviðs.
Segulsvið og aðdráttarafl/fráhrinding
Þegar við tölum um segulsvið er átt við ósýnileg áhrifasvæði sem umlykja segla og aðra segulhluti. Þessi svið eru ábyrg fyrir aðdráttarafl og fráhrindandi krafti sem sést á milli segla. Í meginatriðum eru segulsviðin búin til af seglum, rafstraumum, auk hreyfanlegra hlaðna agna, og þau teygja sig út frá segli í þrívíðu rúmi og mynda samfellda lykkju sem skilar sér til segulsins. Styrkur og stefna segulsviðsins eru táknuð með segulsviðslínum, þar sem þéttleiki þeirra gefur til kynna styrkleika, en nærri línur gefa til kynna sterkara sviði. Varðandi aðdráttarafl og fráhrindingu milli seglanna, getum við byrjað á því að fullyrða að þegar tveir seglar nálgast hvor annan, hafa segulsviðin samskipti – þau geta annað hvort laðað að eða hrinda frá sér. Gagnstæðir skautar draga hver annan að sér á meðan eins og skautar hrinda frá sér. Ástæðan fyrir því að andstæðir pólar laða að sér er sú að segulsviðslínurnar frá einum segli raðast saman og sameinast sviðslínum hins segulsins, sem skapar stöðugri uppsetningu. Hvað fráhrindinguna varðar þá reyna segullínurnar að færast í sundur, sem leiðir til krafts sem ýtir seglunum frá hvor öðrum.
Hvernig eru segulsvið búin til?
Fyrst af öllu þarftu að skilja að segulmagn stafar af hreyfingu og röðun rafeinda, sérstaklega innri eiginleika þeirra þekktur sem snúningur. Með því að segja, hér er hvernig röðun rafeinda innan atóma leiðir til sköpunar segulsviða;
Rafeindasnúningur - þannig að rafeindir búa yfir eiginleikum sem nefndur er snúningur, sem er innra skriðþunga, og almennt má líta á það sem rafeindir sem snúast um ás hans, sem er nokkuð svipað því hvernig jörðin okkar snýst um ásinn. Síðan er rafeindasnúningurinn magngreindur, sem þýðir að hann getur aðeins haft ákveðin stak gildi, annað hvort upp eða niður.
Segulmagnaðir augnablik - rafeindasnúningurinn gefur síðan tilefni til segulmagnsins sem er venjulega sýndur sem lítill stangarsegul sem tengist rafeindinni. Segulmagnaðir augnablikið myndast vegna hringhleðslu rafeindarinnar sem snúast og stefna hennar er í takt við snúningsstefnuna.
Segulsvið og rafeindajöfnun - málið er að í atómi eru rafeindir venjulega tilteknar orkustig eða svigrúm umhverfis kjarnann, þar sem hver svigrúm er fær um að hýsa ákveðinn fjölda rafeinda með gagnstæðan snúning. Nú, þegar þessar rafeindir innan atómsins eru í sömu sporbraut, hafa þær gagnstæða snúninga, sem leiðir til þess að segulmagnaðir augnablik þeirra hætta hver öðrum, sem leiðir til engin nettó segulmagnaðir áhrif.
Paramagnetism og ferromagnetism - fyrir parasegulfræðileg efni sýna þau óparaðar rafeindir í lotu- eða sameindasvigrúmum sínum, sem stuðlar að nettó segulmagnaðir augnabliki. Í nærveru ytra segulsviðs geta þeir samræmst sviðinu og þar með aukið heildarsegulmögnun efnisins. Eins og fyrir ferromagnetic efni, sýna þau sjálfkrafa röðun segulmagnaðir augnablikum í lénum jafnvel án ytra segulsviðs. Svo, í þessum efnum, samræmast segulmagnaðir atómar af sjálfu sér, sem skapar stór segulsvið, sem leiðir til sterkrar heildarsegulvæðingar.
Segulefni
Segulefnimá einfaldlega flokka í þrennt; ferromagnetic, paramagnetic og diamagnetic, þar sem hver tegund sýnir mismunandi hegðun þegar hún hefur samskipti við segulsvið. Svo, við skulum byrja á ferromagnetic efni, sem laðast mjög að segulsviðum og verða þar með varanlega segulmagnaðir. Nú þegar ytra segulsvið er ekki til staðar, hafa þessi efni af handahófi stillt segulsvið, en þegar þau verða fyrir segulsviði, raðast þessi lén í átt að sviðinu, sem leiðir til sterkrar heildarsegulvæðingar. Og jafnvel eftir að segulsviðið hefur verið fjarlægt hefur þessi jöfnun tilhneigingu til að haldast, sem gerir járnsegulefni tilvalið til að búa til varanlega segla. Í öðru lagi höfum við parasegulfræðileg efni sem hafa óparaðar rafeindir í frumeinda- eða sameindasvigrúmum sínum. Þegar þau verða fyrir segulsviði verða efnin segulmagnuð en missa síðan segulmagn sitt þegar ytra sviðið er fjarlægt. Og þar sem þessi efni hafa handahófskennda stefnumörkun augnablikanna, er heildar segulmagnið tiltölulega veikt. Í þriðja lagi eru segulmagnaðir efni veikt hrinda frá sér af segulsviðum og búa ekki yfir varanlegum segulmagnaðir augnablikum eins og ferromagnetic og paramagnetic efni. Svo, þegar þau verða fyrir segulsviði, mynda þessi efni tímabundið framkallað segulmagnaðir augnablik í gagnstæða átt við beitt sviði. Þetta er afleiðing af brautarhreyfingu rafeinda innan frumeinda eða sameinda.
Tegundir segla og algeng form
Það eru mismunandi gerðir af seglum eftir samsetningu þeirra sem og hvernig þeir eru búnir til. Hér eru nokkrar af þeim algengustu;
Varanlegir seglar- þetta eruseglumsem eru almennt notuð og missa aldrei segulmagnaðir eiginleikar þeirra þegar þeir eru segulmagnaðir. Þau eru í grundvallaratriðum gerð úr efnum eins og járni, nikkel, kóbalti eða málmblöndur eins og neodymium-járn-bór (NdFeB) eða samarium-kóbalti (SmCo). Þeir eru mikið notaðir í ýmsum forritum, þar á meðal rafala, rafmótorar, segulfestar og hátalarar.
Rafseglar– þetta eru seglar sem þurfa rafstraum til að mynda segulsvið. Seglarnir samanstanda af vírspólu sem er venjulega vafið um járnsegulkjarna, sem rafstraumurinn flæðir í gegnum og myndar segulsviðið. Þetta þýðir líka að þegar þú slekkur á straumnum er sviðið eytt. Þessir seglar eru mikið notaðir, þar sem algengustu dæmin eru rafrofar, gengi, segullyftingarkerfi, auk segulómunarvélar.
Tímabundnir seglar - þetta eru í meginatriðum efni sem verða segulmagnaðir þegar þeir verða fyrir segulsviði en missa síðan segulmagn sitt þegar sviðið er fjarlægt. Þessir seglar eru oft notaðir sem tímabundin segulmagnsverkfæri eða í forritum þar sem segulmagn er aðeins krafist í stuttan tíma. Nokkur dæmi um þessa segla eru járn og stál.
Eftir að hafa skoðað tegundir segla skulum við líta á formin. Svo, seglar koma í ýmsum myndum, sem innihalda eftirfarandi;
Bar seglar– þessir seglar hafa rétthyrnd eða sívalur lögun með jafnstórum skautum á hvorum enda, og þeir eru almennt notaðir í fræðsluskyni og í grunntilraunum.
Horseshoe seglar - þeir koma í U-laga hönnun sem líkist lögun hestaskór - þess vegna nafnið. Þetta þýðir að skautarnir eru nær saman, sem gefur þá sterkara segulsvið á milli skautanna, og þeir eru almennt notaðir í forritum sem krefjast einbeitts segulsviðs, eins og rafala og rafmótora.
Diskur/sívalir seglar – seglarnir hafa kringlótt lögun sem líkist mynt eða sívalningi og eru oft notaðir í forsteypta steypu, segullokanir, skartgripaspennur eða í smærri notkun þar sem þörf er á þéttum segli.
Hringseglar - þetta eru seglar sem hafa hringlaga lögun með gati í miðjunni og þeir eru oft notaðir í forritum sem krefjast þess að segulsvið fari í gegnum miðjuna, sem felur í sér snúningsvélar eða skynjara.
Blokk-/kubba seglar - þessir seglar koma í rétthyrndum eða teningaformi og eru aðallega notaðir í fjölda forrita eins og forsteypta steypu, hátalara, segulskiljur og segulmagnaðir sveiflukerfi. Þeir veita í grundvallaratriðum stórt yfirborð fyrir sterka segulviðloðun við stálplöturnar eða innbyggða stálprófíla í mótunum eða mótunum.
Raunveruleg notkun segla
Seglar hafa mikið úrval af hagnýtum notkunum í ýmsum atvinnugreinum og daglegu lífi. Hér eru nokkrar athyglisverðar raunverulegar notkun segla:
Forsteypt steypunotkun- seglar eiga við í forsteyptu steypuframleiðsluferli. Hér er hvernig þeim er beitt;
· Formgerð og mót – forsteyptir seglar eru notaðir í mótun og mót til að halda íhlutunum á sínum stað meðan á steypuferlinu stendur. Þú sérð, forsteyptir þættir þurfa oft nákvæma staðsetningu og aðlögun, og seglarnir geta veitt sterka og áreiðanlega aðferð til að festa mótunina fyrir nákvæma og stöðuga steypu.
· Segulmótunarkerfi – þetta eru kerfi sem eru hönnuð fyrir forsteypta steypuframleiðslu og geta notað segla sem eru felldir inn í mótun til að búa til segulbundnar stálplötur og segulbeð
· Segullokunarkerfi– Rétt eins og formformkerfin nota lokunarkerfi forsteypta segla til að halda stáli eða samsettum lokum á sínum stað meðan á steypuferlinu stendur, sem tryggir nákvæma staðsetningu og uppröðun.
Rafmótorar og rafala– seglar breyta raforku í vélræna orku og öfugt. Málið er að varanlegir eða rafseglar eru notaðir til að búa til segulsvið sem geta haft samskipti við rafstrauma, mynda snúningshreyfingu í mótorum og þar með framleiðslu á rafmagni í rafala.
Segulómun (MRI)– Seglar eru einnig notaðir í segulómunarvélar sem notaðar eru á sjúkrahúsum til læknisfræðilegrar myndgreiningar sem þarf til að greina og fylgjast með ýmsum heilsufarsvandamálum.
Magnetic gagnageymsla- segulmagnaðir geymslutæki eins og harðir diskar (HDD) og segulband nota segla til að geyma og sækja stafrænar upplýsingar. Segulmagnaðir efnið á geymslumiðlinum er segulmagnað til að tákna gagnabita, sem hægt er að lesa og skrifa með segulmagnuðum les-/skrifhausum.
Önnur notkun eru hátalarar og hljóðkerfi, segulmagnaðir aðskilnaður og flokkun, segulfestingar og festingar, svo og á segulmagnaðir hurðarfangar.
Kjarni málsins
Að lokum getum við verið sammála um að seglar skipta sköpum í daglegu lífi okkar, allt frá heilsugæslu, byggingu, framleiðslu, flutningum og í nútímatækni. Fyrir utan hagkvæmni, verðum við líka að nefna þá staðreynd að seglar hafa fangað ímyndunaraflið okkar, heillað jafnt unga sem aldna. Við meinum að hin ósýnilegu öfl, bókmenntaleg, kveikja forvitni og vekja einnig undrun og lotningu í náttúrunni. Svo, þegar við skoðum hvernig seglar virka, getum við fengið innsýn í hina ósýnilegu sinfóníu agna sem dansa bara um í fullkomnu samræmi, sem sýnir enn eitt grípandi lag af stórfenglegu veggteppi alheimsins okkar.