Cos'è l'imaging?

La magnetizzazione, detta anche magnetizzazione o polarizzazione magnetica, è la densità dei momenti di dipolo magnetico indotti in un materiale magnetico quando posti vicino a un magnete.

Gli effetti magnetici di un materiale possono anche essere indotti passando una corrente elettrica attraverso il materiale.

L'effetto magnetico è causato dal movimento di elettroni negli atomi o dallo spin di elettroni o nuclei (Magnetization and Magnetic Intensity, 2016).

Da un semplice punto di vista, è la conversione di un materiale (comunemente ferro) in un magnete. La magnetizzazione del nome deriva dalla parola francese " aimantation" che si traduce in magnete.

Quando viene posizionato in un campo non omogeneo, la materia viene attratta o respinta nella direzione del gradiente del campo. Questa proprietà è descritta dalla suscettibilità magnetica della materia e dipende dal grado di magnetizzazione della materia nel campo.

La magnetizzazione dipende dalla dimensione dei momenti di dipolo degli atomi in una sostanza e dal grado in cui i momenti di dipolo sono allineati l'uno con l'altro.

Alcuni materiali, come il ferro, presentano proprietà magnetiche molto forti, a causa dell'allineamento dei momenti magnetici dei loro atomi all'interno di alcune piccole regioni chiamate domini.

In condizioni normali, diversi domini hanno campi che si annullano a vicenda, ma possono anche essere allineati per produrre campi magnetici estremamente grandi.

Diverse leghe, come NdFeB (una lega di neodimio, ferro e boro), mantengono i loro domini allineati e vengono utilizzati per realizzare magneti permanenti.

Il forte campo magnetico prodotto da un tipico magnete di tre millimetri di spessore di questo materiale è paragonabile a un elettromagnete costituito da un anello di rame che trasporta una corrente di diverse migliaia di ampere. In confronto, la corrente in una tipica lampadina è di 0, 5 ampere.

Poiché l'allineamento dei domini di un materiale produce un magnete, la disorganizzazione dell'allineamento ordinato distrugge le proprietà magnetiche del materiale.

L'agitazione termica derivante dal riscaldamento di un magnete ad alta temperatura distrugge le sue proprietà magnetiche (Edwin Kashy, 2017).

Definizione e caratteristiche della magnetizzazione

La magnetizzazione o magnetizzazione M di un dielettrico è definita da:

Dove N è il numero di dipoli magnetici per unità di volume e μ è il momento magnetico dipolo per dipolo (Griffiths, 1998). La magnetizzazione può anche essere scritta come:

Dove β è la magnetizzabilità.

L'effetto della magnetizzazione è quello di indurre densità di corrente unite all'interno di un materiale

E una corrente superficiale si unì sulla sua superficie

Dove è l'unità che punta verso l'esterno normale (Weisstein, 2007).

Perché alcuni materiali possono essere magnetizzati mentre altri no?

Le proprietà magnetiche dei materiali sono associate all'accoppiamento di spin nei loro atomi o molecole. Questo è un fenomeno della meccanica quantistica.

Elementi come nichel, ferro, cobalto e alcune terre rare (disprosio, gadolinio) mostrano un comportamento magnetico unico chiamato ferromagnetismo, essendo il ferro l'esempio più comune e più drammatico.

Questi materiali ferromagnetici presentano un fenomeno di ordinamento a lungo raggio a livello atomico che fa sì che gli spin di elettroni spaiati siano allineati l'uno con l'altro in una regione chiamata dominio.

All'interno del dominio, il campo magnetico è intenso, ma in un campione globale, il materiale normalmente non si magnetizza perché i molti domini saranno orientati casualmente l'uno rispetto all'altro.

Il ferromagnetismo si manifesta nel fatto che un piccolo campo magnetico imposto esternamente, ad esempio da un solenoide, può causare l'allineamento dei domini magnetici tra loro e si dice che il materiale sia magnetizzato.

Il campo magnetico di guida verrà quindi aumentato di un fattore elevato che viene normalmente espresso come una permeabilità relativa per il materiale. Ci sono molte applicazioni pratiche di materiali ferromagnetici, come l'elettromagnete (Ferromagnetismo, SF).

Dal 1950, e in particolare dal 1960, è stato scoperto che diversi composti a legame ionico sono ferromagnetici, alcuni dei quali sono isolanti elettrici. Altri hanno una conducibilità di magnitudine tipica dei semiconduttori.

Al di sopra del punto di Curie (chiamato anche temperatura di Curie), la magnetizzazione spontanea del materiale ferromagnetico scompare e diventa paramagnetica (cioè, rimane debolmente magnetica).

Ciò si verifica perché l'energia termica è sufficiente per superare le forze di allineamento interno del materiale.

Le temperature di Curie per alcuni importanti materiali ferromagnetici sono: ferro, 1043 K; Cobalto, 1394 K; Nichel, 631 K; E gadolinio, 293 K (Encyclopædia Britannica, 2014).

I materiali che non hanno proprietà magnetiche sono chiamati diamagnetici. Questo perché esibiscono un accoppiamento di spin nei loro orbitali atomici o orbitali molecolari.

Modi per magnetizzare un materiale

1- Sfrega un metallo con un forte magnete

1. Raccogli i materiali necessari. Per magnetizzare il metallo con questo metodo, hai solo bisogno di un forte magnete e un pezzo di metallo con contenuto di ferro noto. I metalli senza ferro non saranno magnetici.
2. Identifica il polo nord del magnete. Ogni magnete ha due poli, un polo nord e uno sud. Il polo nord è il lato negativo, mentre il polo sud è il lato positivo. Alcuni magneti hanno i poli etichettati direttamente su di essi.
3. Strofina il polo nord dal centro del metallo fino alla fine. Con una pressione decisa, far passare rapidamente il magnete attraverso il pezzo di metallo. L'atto di sfregare il magnete attraverso il metallo aiuta gli atomi di ferro ad allinearsi in una direzione. Accarezzare ripetutamente il metallo dà agli atomi maggiori opportunità di allinearsi.
4. Prova il magnetismo Tocca il metallo contro una serie di clip o prova ad attaccarlo al tuo frigorifero. Se le clip si attaccano o rimangono nel frigorifero, il metallo è diventato sufficientemente magnetizzato. Se il metallo non si magnetizza, continua a sfregare il magnete nella stessa direzione attraverso il metallo.
5. Continua a sfregare il magnete contro l'oggetto per aumentare il magnetismo. Assicurati di strofinare il magnete nella stessa direzione ogni volta. Dopo dieci colpi, ricontrollare il magnetismo. Ripeti fino a quando il magnete è abbastanza forte da raccogliere le clip. Se viene sfregato nella direzione opposta con il Polo Nord, questo smagnetizzerà il metallo (Come magnetizzare il metallo, SF).

2- Creare un elettromagnete

1. Per creare un elettromagnete avrete bisogno di un filo di rame isolato, un pezzo di metallo con un contenuto di ferro noto, una batteria da 12 volt (o altra fonte di alimentazione CC), separatori di filo e frese elettriche e nastro isolante.
2. Avvolgere il filo isolato attorno al pezzo di metallo. Prendi il filo e lascia una coda di circa un pollice, avvolgilo attorno al metallo alcune decine di volte. Più volte viene avvolta la bobina, più forte sarà il magnete. Lascia una coda sull'altra estremità del filo.
3. Rimuovere le estremità del filo di rame. Utilizzando i trituratori, rimuovere almeno da ¼ di pollice a ½ pollice da entrambe le estremità del filo. Il rame deve essere esposto in modo che possa entrare in contatto con la fonte di alimentazione e fornire elettricità al sistema.
4. Collegare i cavi alla batteria. Prendi una nuda estremità di filo e avvolgila attorno al terminale negativo della batteria. Utilizzando un nastro isolante, fissarlo in posizione e assicurarsi che il filo metallico tocchi il cavo del terminale. Con l'altro cavo, avvolgerlo e fissarlo intorno al terminale positivo della batteria.
5. Prova il magnetismo Quando la batteria è collegata correttamente fornirà una corrente elettrica che fa sì che gli atomi di ferro si allineino creando poli magnetici. Ciò porta al metallo che è magnetizzato. Tocca il metallo contro alcune clip e vedi se riesci a prenderle (Ludic Science, 2015).