Állandó mágnesek
Az állandó mágnesek olyan anyagok, amelyek saját tartós mágneses mezővel rendelkeznek külső mágneses mező jelenléte nélkül is. Ezek az anyagok ferromágneses tulajdonságúak, ami azt jelenti, hogy atomjaik mágneses momentumai természetes módon párhuzamosan rendeződnek.
Típusai
- Neodímium mágnesek (NdFeB): Jelenleg a legerősebb típusú állandó mágnesek. Neodímiumból, vasból és bórból készülnek. Rendkívül erős, de törékeny és hajlamos a korrózióra, ezért általában bevonattal védik.
- Szamárium-kobalt mágnesek (SmCo): Ritka földfémet és kobaltot tartalmaznak. Drágábbak, mint a neodímium mágnesek, de jobb hőállósággal és korrózióállósággal rendelkeznek.
- Alnico mágnesek: Alumíniumot, nikkelt és kobaltot tartalmaznak. Jó hőállósággal rendelkeznek, de nem olyan erősek, mint a ritkaföldfém mágnesek.
- Ferrit vagy kerámia mágnesek: Vasoxidból és bárium vagy stroncium karbonátból készülnek. Olcsók és ellenállnak a korróziónak, de relatíve gyengék.
- Műanyag mágnesek: Ferromágneses részecskéket tartalmazó műanyagból készülnek. Könnyen formázhatók, de alacsony a mágneses erejük.
Felhasználási területek
Hangszórók, motorok, generátorok, mágneses rögzítés (pl. hűtőmágnesek), orvosi eszközök (MRI), adattárolás, ékszerek és játékok.
Elektromágnesek
Az elektromágnesek olyan mágnesek, amelyek mágneses mezője csak akkor létezik, amikor elektromos áram folyik a vezetékben. Általában egy vasmagból és az azt körülvevő áramvezető tekercsből állnak.
Működési elv
Amikor egy vezetőben áram folyik, mágneses mező jön létre a vezető körül. Ha ezt a vezetőt tekercs formájában egy vasmagra tekerjük, a létrejövő mágneses mező sokkal erősebb lesz. Az elektromágnes erőssége arányos a tekercsen átfolyó áram erősségével és a tekercs menetszámával.
Előnyei
- A mágneses erő szabályozható az áramerősség változtatásával
- A mágnesesség ki- és bekapcsolható
- A pólusok iránya megváltoztatható az áram irányának megfordításával
- Sokkal erősebbé tehető, mint az állandó mágnesek
Felhasználási területek
Elektromos motorok, generátorok, transzformátorok, relék, mágneskapcsolók, hangszórók, ipari emelőmágnesek, MRI készülékek, részecskegyorsítók és mágnesvasútak.
Szupravezető mágnesek
A szupravezető mágnesek olyan elektromágnesek, amelyek szupravezető anyagból készült tekercseket használnak. A szupravezetők rendkívül alacsony hőmérsékleten (általában közel az abszolút nullához) elvesztik elektromos ellenállásukat, ami lehetővé teszi, hogy ellenállás nélkül szállítsák az elektromos áramot.
Tulajdonságok
- Rendkívül erős mágneses mezőt képesek létrehozni
- Nagyon energiahatékonyak, mivel nincs Joule-hő veszteség
- Az áramerősség nagyon stabil marad hosszú időn keresztül
- Hűtést igényelnek, általában folyékony héliummal vagy nitrogénnel
Alkalmazások
Orvosi MRI készülékek, részecskegyorsítók (pl. a CERN LHC), fúziós reaktorok, mágneses lebegtetésű vonatok (maglev), tudományos kutatások és nagy energiájú fizikai kísérletek.
Kihívások
A szupravezető mágnesek legnagyobb kihívása az alacsony hőmérséklet fenntartása. Ha a hőmérséklet meghaladja a kritikus értéket, a szupravezető állapot megszűnik (ez az úgynevezett "quench"), ami veszélyes lehet és károsíthatja a rendszert.
Természetes mágnesek
A természetes mágnesek olyan anyagok, amelyek a természetben mágnesezett állapotban fordulnak elő, emberi beavatkozás nélkül. A legismertebb természetes mágnes a magnetit, egy vasoxid ásvány (Fe₃O₄).
Magnetit (lodestone)
A magnetit a Föld egyik legerősebb természetes mágnese. Ez az ásvány évezredek óta ismert, és az első iránytűkben is használták. A magnetit akkor válik természetes mágnesessé, amikor villámcsapás éri, vagy hosszú ideig a Föld mágneses mezejének hatása alatt áll.
A Föld mágneses mezeje
Bolygónk maga is egy óriási mágnes. A Föld mágneses mezője valószínűleg a külső magban található folyékony vas áramlásából származik. Ez a mező védi bolygónkat a káros kozmikus sugárzástól és napszéltől, valamint lehetővé teszi az iránytűk működését.
Egyéb természetes mágneses jelenségek
- Egyes állatok (például madarak, teknősök, homárok) érzékelik a Föld mágneses mezejét és navigációra használják
- Mágneses anomáliák - a Föld mágneses mezejének helyi változásai
- Napkitörések és más kozmikus események által létrehozott mágneses mezők
Speciális mágnestípusok
Elektromágneses tekercsek
Ezek olyan tekercselések, amelyek ferromágneses mag nélkül működnek. Bár gyengébbek, mint a vasmagos elektromágnesek, bizonyos alkalmazásokban előnyösek, különösen magas frekvenciákon.
Mágneses folyadékok (ferrofluidok)
Kolloid folyadékok, amelyek nanoméretű ferromágneses részecskéket tartalmaznak szuszpendálva egy hordozó folyadékban. Mágneses mező jelenlétében a ferrofluid különös formákat vesz fel és a mező irányába mozdul. Felhasználják elektronikus eszközök hűtésére, orvosi alkalmazásokban és mechanikai csillapítóként.
Molekuláris mágnesek
Ezek olyan molekulák, amelyek mágneses tulajdonságokat mutatnak molekuláris szinten. Az ilyen anyagok kutatása az utóbbi években jelentősen fejlődött, és potenciális alkalmazási területük a kvantum-számítástechnika és a nagy sűrűségű adattárolás.
Mágneses vékonyrétegek
Nanométer vastagságú mágneses anyagból készült rétegek, amelyeket főként adattárolásra használnak merevlemezekben és más mágneses tárolóeszközökben. Ezekben a rendszerekben az információ a mágneses domének orientációjaként tárolódik.
Spintronikai eszközök
Az elektronok spinjét és mágneses momentumát kihasználó eszközök. A spintronika egy feltörekvő terület, amely ígéretes alkalmazásokat kínál az adattárolás, érzékelés és kvantum-információfeldolgozás területén.