MAGNETISME: SIFAT MAGNETIK BAHAN, KEGUNAAN - FIZIKAL - 2026

The kemagnetan atau tenaga magnet adalah pergerakan sifat kuasa bersekutu dan mampu menghasilkan tarikan elektrik atau tolakan dalam bahan-bahan beban tertentu. Magnet adalah sumber daya tarikan yang terkenal.

Di dalamnya terdapat interaksi yang menghasilkan kehadiran medan magnet, yang mempengaruhi mereka pada potongan besi atau nikel, misalnya.

Warna indah Lampu Utara disebabkan oleh zarah kosmik yang memancarkan tenaga kerana terpesong oleh medan magnet Bumi. Sumber: Pixabay.

Medan magnet magnet menjadi kelihatan apabila diletakkan di bawah kertas di mana penyisipan besi tersebar. Pemfailan segera berorientasi di sepanjang garis lapangan, membuat gambar dua dimensi lapangan.

Sumber lain yang terkenal ialah wayar yang membawa arus elektrik; Tetapi tidak seperti magnet kekal, daya tarikan hilang ketika arus berhenti.

Setiap kali medan magnet berlaku di suatu tempat, beberapa ejen terpaksa melakukan kerja. Tenaga yang dilaburkan dalam proses ini disimpan di medan magnet yang dibuat dan kemudian boleh dianggap sebagai tenaga magnet.

Pengiraan berapa banyak tenaga magnet disimpan di medan bergantung pada medan dan geometri peranti atau kawasan di mana ia dihasilkan.

Induktor atau gegelung adalah tempat yang baik untuk melakukan ini, mewujudkan tenaga magnet dengan cara yang sama seperti tenaga elektrik yang tersimpan di antara plat kapasitor.

Sejarah dan penemuan

Aplikasi lama

Legenda yang diceritakan oleh Pliny mengenai Yunani kuno berbicara tentang gembala Magnes, yang lebih dari 2000 tahun yang lalu menemui mineral misterius yang mampu menarik potongan besi, tetapi bukan bahan lain. Itu adalah magnetit, oksida besi dengan sifat magnet yang kuat.

Sebab tarikan magnet tetap tersembunyi selama beratus-ratus tahun. Paling baik, ia dikaitkan dengan kejadian ghaib. Walaupun bukan untuk alasan ini, aplikasi menarik dijumpai untuknya, seperti kompas.

Kompas yang dicipta oleh orang Cina menggunakan daya tarikan Bumi sendiri untuk memandu pengguna semasa navigasi.

Kajian ilmiah pertama

Kajian mengenai fenomena magnet mempunyai kemajuan yang sangat baik kerana William Gilbert (1544 - 1603). Saintis Inggeris era Elizabeth ini mengkaji medan magnet magnet sfera dan menyimpulkan bahawa Bumi mesti mempunyai medan magnetnya sendiri.

Dari kajiannya mengenai magnet, dia juga menyedari bahawa dia tidak dapat memperoleh kutub magnet yang terpisah. Apabila magnet dibahagi dua, magnet baru juga mempunyai kedua-dua kutub.

Namun, itu adalah pada awal abad ke-19 ketika para saintis menyedari adanya hubungan antara arus elektrik dan magnet.

Hans Christian Oersted (1777 - 1851), lahir di Denmark, pada tahun 1820 mempunyai idea untuk mengalirkan arus elektrik melalui konduktor dan memerhatikan kesannya terhadap kompas. Kompas akan menyimpang, dan ketika arus berhenti mengalir, kompas akan kembali ke arah utara seperti biasa.

Fenomena ini dapat disahkan dengan mendekatkan kompas ke salah satu kabel yang keluar dari bateri kereta, semasa starter sedang dikendalikan.

Pada saat menutup litar, jarum harus mengalami pesongan yang dapat dilihat, kerana bateri kereta dapat membekalkan arus yang cukup tinggi sehingga kompas menyimpang.

Dengan cara ini menjadi jelas bahawa cas bergerak adalah yang menimbulkan kemagnetan.

Penyiasatan moden

Beberapa tahun selepas eksperimen Oersted, penyelidik Britain, Michael Faraday (1791 - 1867) menandakan satu lagi kejayaan dengan mengetahui bahawa medan magnet yang berbeza-beza seterusnya menimbulkan arus elektrik.

Kedua-dua fenomena, elektrik dan magnet, saling berkaitan antara satu sama lain, dengan masing-masing menimbulkan yang lain. Mereka dibawa bersama oleh murid Faraday, James Clerk Maxwell (1831 - 1879), dalam persamaan yang menanggung namanya.

Persamaan ini mengandungi dan meringkaskan teori elektromagnetik dan berlaku walaupun dalam fizik relativistik.

Sifat magnet bahan

Mengapa sebilangan bahan mempamerkan sifat magnet atau memperoleh daya tarikan dengan mudah? Kita tahu bahawa medan magnet disebabkan oleh cas bergerak, oleh itu di dalam magnet mesti ada arus elektrik yang tidak dapat dilihat yang menimbulkan kemagnetan.

Semua jirim mengandungi elektron yang mengorbit nukleus atom. Elektron dapat dibandingkan dengan Bumi, yang mempunyai gerakan translasi di sekitar Matahari dan juga gerakan putaran pada paksinya sendiri.

Fizik klasik mengaitkan gerakan yang serupa dengan elektron, walaupun analogi tidak tepat. Namun, intinya adalah bahawa kedua-dua sifat elektron menjadikannya berkelakuan seperti gelung kecil yang menghasilkan medan magnet.

Ini adalah putaran elektron yang menyumbang paling banyak pada medan magnet atom. Dalam atom dengan banyak elektron, mereka dikelompokkan berpasangan dan berputar berlawanan. Oleh itu, medan magnet mereka saling membatalkan. Inilah yang berlaku di kebanyakan bahan.

Walau bagaimanapun, terdapat beberapa mineral dan sebatian di mana terdapat elektron yang tidak berpasangan. Dengan cara ini, medan magnet bersih tidak sifar. Ini menghasilkan momen magnetik, vektor yang besarannya adalah hasil arus dan luas litar.

Momen magnetik bersebelahan saling berinteraksi dan membentuk kawasan yang disebut domain magnet, di mana banyak putaran diselaraskan ke arah yang sama. Medan magnet yang dihasilkan sangat kuat.

Ferromagnetisme, paramagnetisme dan diamagnetisme

Bahan yang mempunyai kualiti ini disebut feromagnetik. Mereka adalah beberapa: besi, nikel, kobalt, gadolinium dan beberapa aloi yang sama.

Selebihnya unsur-unsur dalam jadual berkala kekurangan kesan magnet yang sangat ketara ini. Mereka tergolong dalam kategori paramagnetik atau diamagnetik.

Sebenarnya, diamagnetisme adalah hak milik semua bahan, yang mengalami sedikit tolakan dengan adanya medan magnet luaran. Bismuth adalah unsur dengan diamagnetisme yang paling menonjol.

Sebaliknya, paramagnetisme terdiri daripada tindak balas magnet yang kurang kuat daripada feromagnetisme tetapi sama menarik. Bahan-bahan paramagnetik misalnya aluminium, udara dan beberapa oksida besi seperti goethite.

Penggunaan tenaga magnet

Magnetisme adalah sebahagian daripada kekuatan asas alam. Oleh kerana manusia juga merupakan bagian daripadanya, mereka disesuaikan dengan kewujudan fenomena magnetik, dan juga sisa kehidupan di planet ini. Sebagai contoh, sebilangan haiwan menggunakan medan magnet Bumi untuk mengorientasikan diri secara geografi.

Sebenarnya, burung dipercayai melakukan migrasi yang panjang berkat kenyataan bahawa otak mereka memiliki sejenis kompas organik yang memungkinkan mereka melihat dan menggunakan medan geomagnetik.

Walaupun manusia tidak memiliki kompas seperti ini, mereka malah memiliki kemampuan untuk mengubah lingkungan dengan lebih banyak cara daripada kerajaan binatang yang lain. Oleh itu, ahli spesies kita telah menggunakan daya tarik untuk keuntungan mereka sejak penggembala Yunani pertama menemui pondok.

Beberapa aplikasi tenaga magnet

Sejak itu terdapat banyak aplikasi daya tarikan. Berikut adalah beberapa:

- Kompas yang disebutkan di atas, yang menggunakan medan geomagnetik Bumi untuk mengorientasikan dirinya secara geografi.

- Skrin lama untuk televisyen, komputer dan osiloskop, berdasarkan tiub sinar katod, yang menggunakan gegelung yang menghasilkan medan magnet. Ini bertanggungjawab untuk memesongkan sinar elektron sehingga memukul tempat-tempat tertentu di skrin, sehingga membentuk gambar.

- Spektrometer massa, digunakan untuk mengkaji pelbagai jenis molekul dan dengan banyak aplikasi dalam biokimia, kriminologi, antropologi, sejarah dan disiplin lain. Mereka menggunakan medan elektrik dan magnet untuk memesongkan zarah-zarah bermuatan dalam lintasan yang bergantung pada kelajuannya.

- Dorongan magnetohidrodinamik, di mana daya magnet menggerakkan jet air laut (konduktor yang baik) ke belakang, sehingga oleh undang-undang ketiga Newton, kenderaan atau kapal menerima dorongan ke depan.

- Pencitraan resonans magnetik, kaedah tidak invasif untuk mendapatkan gambar bahagian dalam tubuh manusia. Pada asasnya, ia menggunakan medan magnet yang sangat kuat dan menganalisis tindak balas nukleus hidrogen (proton) yang terdapat di dalam tisu, yang mempunyai sifat putaran yang disebutkan di atas.

Aplikasi ini sudah dibuat, tetapi di masa depan diyakini bahawa daya tarikan juga dapat memerangi penyakit seperti barah payudara, melalui teknik hipertermik, yang menghasilkan panas yang disebabkan oleh magnet.

Ideanya adalah untuk menyuntikkan magnetit cecair terus ke dalam tumor. Berkat haba yang dihasilkan oleh arus yang disebabkan oleh magnet, zarah besi akan menjadi cukup panas untuk memusnahkan sel-sel malignan.

Kelebihan dan kekurangan

Apabila anda memikirkan penggunaan jenis tenaga tertentu, ia memerlukan penukarannya menjadi beberapa jenis pergerakan seperti turbin, lif atau kenderaan, misalnya; atau bahawa ia diubah menjadi tenaga elektrik yang menghidupkan beberapa peranti: telefon, televisyen, ATM dan sejenisnya.

Tenaga adalah besarnya dengan pelbagai manifestasi yang dapat diubahsuai dengan pelbagai cara. Bolehkah tenaga magnet kecil diperkuat sehingga bergerak secara berterusan lebih daripada beberapa syiling?

Agar dapat digunakan, tenaga mesti kuat dan berasal dari sumber yang sangat banyak.

Tenaga primer dan sekunder

Tenaga sedemikian terdapat di alam semula jadi, dari mana jenis lain dihasilkan. Mereka dikenali sebagai tenaga utama:

- Tenaga solar.

- Tenaga Atom.

- Tenaga panas bumi.

- Kuasa angin.

- Tenaga biojisim.

- Tenaga dari bahan bakar fosil dan mineral.

Tenaga sekunder, seperti elektrik dan haba, dihasilkan dari tenaga ini. Di manakah tenaga magnet di sini?

Tenaga elektrik dan daya tarikan bukanlah dua fenomena yang berasingan. Sebenarnya, kedua-duanya bersama-sama dikenali sebagai fenomena elektromagnetik. Selagi salah satunya wujud, yang lain akan wujud.

Di mana terdapat tenaga elektrik, akan ada tenaga magnet dalam beberapa bentuk. Tetapi ini adalah tenaga sekunder, yang memerlukan transformasi sebelumnya dari beberapa tenaga utama.

Ciri-ciri tenaga primer dan sekunder

Kelebihan atau kekurangan menggunakan beberapa jenis tenaga ditentukan berdasarkan banyak kriteria. Ini termasuk seberapa mudah dan murah pengeluarannya, dan juga seberapa banyak proses yang mampu mempengaruhi persekitaran dan orang secara negatif.

Sesuatu yang perlu diingat adalah bahawa tenaga berubah berkali-kali sebelum dapat digunakan.

Berapa banyak transformasi yang mesti berlaku untuk membuat magnet yang akan menempel senarai belanja ke pintu peti sejuk? Berapa banyak untuk membina kereta elektrik? Tentunya cukup.

Dan seberapa bersih tenaga magnet atau elektromagnetik? Ada pihak yang percaya bahawa pendedahan berterusan ke medan elektromagnetik asal manusia menyebabkan masalah kesihatan dan persekitaran.

Pada masa ini terdapat banyak penyelidikan yang dikhaskan untuk mengkaji pengaruh bidang ini terhadap kesihatan dan alam sekitar, tetapi menurut organisasi antarabangsa yang berprestij, sejauh ini tidak ada bukti yang meyakinkan bahawa ia berbahaya.

Contoh tenaga magnet

Peranti yang berfungsi mengandungi tenaga magnet dikenali sebagai induktor. Ini adalah gegelung yang dibentuk oleh kawat tembaga berliku dengan jumlah putaran yang mencukupi, dan berguna dalam banyak litar untuk menyekat arus dan menghalangnya daripada berubah secara tiba-tiba.

Gegelung tembaga. Sumber: Pixabay.

Dengan mengedarkan arus melalui putaran gegelung, medan magnet diciptakan di dalamnya.

Sekiranya arus berubah, begitu juga garis medan magnet. Perubahan ini mendorong arus pada giliran yang menentangnya, menurut hukum induksi Faraday-Lenz.

Apabila arus meningkat atau menurun secara tiba-tiba, gegelung menentangnya, oleh itu ia boleh memberi kesan perlindungan pada litar.

Tenaga magnet gegelung

Tenaga magnet disimpan di medan magnet yang dibuat dalam isipadu yang dibatasi oleh putaran gegelung, yang akan dilambangkan sebagai U _B dan yang bergantung pada:

- Keamatan medan magnet B.

- Kawasan keratan rentas gegelung A.

- Panjang gegelung l.

- Kebolehtelapan vakum μ _o.

Ia dikira seperti berikut:

Persamaan ini berlaku di mana-mana kawasan ruang di mana terdapat medan magnet. Sekiranya isipadu V wilayah ini diketahui, kebolehtelapannya dan intensitas medan, adalah mungkin untuk mengira berapa banyak tenaga magnet yang dimilikinya.

Latihan diselesaikan

Medan magnet di dalam gegelung yang dipenuhi udara dengan diameter 2.0 cm dan panjang 26 cm ialah 0.70 T. Berapa banyak tenaga yang disimpan di medan ini?

Penyelesaian

Nilai berangka digantikan dalam persamaan sebelumnya, dengan berhati-hati untuk menukar nilai menjadi unit Sistem Antarabangsa.

1. Giancoli, D. 2006. Fizik: Prinsip dengan Aplikasi. Edisi keenam. Dewan Prentice. 606-607.
2. Wilson, JD 2011. Fizik 12. Pearson. 135-146.