Was ist Bildverarbeitung?

Die Magnetisierung, auch Magnetisierung oder magnetische Polarisation genannt, ist die Dichte der magnetischen Dipolmomente, die in einem magnetischen Material induziert werden, wenn sie in der Nähe eines Magneten angeordnet sind.

Die magnetischen Effekte eines Materials können auch dadurch induziert werden, dass ein elektrischer Strom durch das Material geleitet wird.

Der magnetische Effekt wird durch die Bewegung von Elektronen in Atomen oder den Spin von Elektronen oder Kernen verursacht (Magnetisierung und magnetische Intensität, 2016).

Von einem einfachen Standpunkt aus betrachtet, ist es die Umwandlung eines Materials (gewöhnlich Eisen) in einen Magneten. Der Name Magnetisierung leitet sich vom französischen Wort ab Zielstrebigkeit was übersetzt zu Magnet.

Wenn sie in ein nicht-homogenes Feld gelegt werden, wird die Materie in Richtung des Gradienten des Feldes angezogen oder abgestoßen. Diese Eigenschaft wird durch die magnetische Suszeptibilität der Materie beschrieben und hängt vom Magnetisierungsgrad der Materie im Feld ab.

Die Magnetisierung hängt von der Größe der Dipolmomente der Atome in einer Substanz und dem Grad der Ausrichtung der Dipolmomente ab.

Bestimmte Materialien, wie Eisen, zeigen aufgrund der Ausrichtung der magnetischen Momente ihrer Atome innerhalb bestimmter kleiner Bereiche, die Domänen genannt werden, sehr starke magnetische Eigenschaften.

Unter normalen Bedingungen haben unterschiedliche Domänen Felder, die sich gegenseitig aufheben, aber sie können auch ausgerichtet werden, um extrem große Magnetfelder zu erzeugen.

Mehrere Legierungen, wie NdFeB (eine Legierung aus Neodym, Eisen und Bor), halten ihre Domänen ausgerichtet und werden zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet.

Das starke Magnetfeld, das von einem typischen drei Millimeter dicken Magneten dieses Materials erzeugt wird, ist vergleichbar mit einem Elektromagneten, der aus einer Kupferschleife besteht, die einen Strom von mehreren tausend Ampere führt. Im Vergleich dazu beträgt der Strom in einer typischen Lampe 0,5 Ampere.

Da die Ausrichtung der Domänen eines Materials einen Magneten erzeugt, zerstört die Desorganisation der geordneten Ausrichtung die magnetischen Eigenschaften des Materials.

Die thermische Bewegung, die von der Erwärmung eines Magneten bei hoher Temperatur resultiert, zerstört seine magnetischen Eigenschaften (Edwin Kashy, 2017).

Definition und Eigenschaften der Magnetisierung

Die Magnetisierung oder Magnetisierung M eines Dielektrikums ist definiert durch:

                         (1)

Dabei ist N die Anzahl der magnetischen Dipole pro Volumeneinheit und μ ist das magnetische Dipolmoment pro Dipol (Griffiths, 1998). Die Magnetisierung kann auch geschrieben werden als:

                        (2)

Wo β die Magnetisierbarkeit ist.

Der Effekt der Magnetisierung besteht darin, verbundene Stromdichten innerhalb eines Materials zu induzieren

                    (3)

Und ein Oberflächenstrom hat sich auf seiner Oberfläche verbunden

                    (4)

Wohin zeigt die Einheit nach draußen? (Weissstein, 2007).

Warum können einige Materialien magnetisiert werden, während andere nicht können?

Die magnetischen Eigenschaften der Materialien sind mit der Paarung von Spins in ihren Atomen oder Molekülen verbunden. Dies ist ein Phänomen der Quantenmechanik.

Elemente wie Nickel, Eisen, Kobalt und einige der seltenen Erden (Dysprosium, Gadolinium) weisen ein einzigartiges magnetisches Verhalten auf, das als Ferromagnetismus bezeichnet wird, wobei Eisen das häufigste und dramatischste Beispiel ist.

Diese ferromagnetischen Materialien weisen ein Phänomen der Fernordnung auf atomarer Ebene auf, das bewirkt, dass die Spins ungepaarter Elektronen in einem Bereich, der als Domäne bezeichnet wird, parallel zueinander ausgerichtet sind.

Innerhalb der Domäne ist das Magnetfeld intensiv, aber in einer Sammelprobe wird das Material normalerweise nicht magnetisieren, da die vielen Domänen zufällig zueinander ausgerichtet sind.

Der Ferromagnetismus manifestiert sich in der Tatsache, dass ein kleines Magnetfeld, das von außen, zum Beispiel von einem Solenoid, ausgeübt wird, bewirken kann, dass sich die magnetischen Domänen miteinander ausrichten und dass das Material magnetisiert wird.

Das magnetische Treiberfeld wird dann um einen großen Faktor erhöht, der normalerweise als relative Permeabilität für das Material ausgedrückt wird. Es gibt viele praktische Anwendungen von ferromagnetischen Materialien, wie dem Elektromagneten (Ferromagnetismus, S.F.).

Seit 1950, und insbesondere seit 1960, wurde entdeckt, dass mehrere ionisch gebundene Verbindungen ferromagnetisch sind, von denen einige elektrische Isolatoren sind. Andere haben eine für Halbleiter typische Leitfähigkeit.

Über dem Curie-Punkt (auch Curie-Temperatur genannt) verschwindet die spontane Magnetisierung des ferromagnetischen Materials und wird paramagnetisch (dh bleibt schwach magnetisch).

Dies geschieht, weil die Wärmeenergie ausreicht, um die Kräfte der inneren Ausrichtung des Materials zu überwinden.

Curie-Temperaturen für einige wichtige ferromagnetische Materialien sind: Eisen, 1043 K; Kobalt, 1394 K; Nickel, 631 K; Und Gadolinium, 293 K (Encyclopædia Britannica, 2014).

Materialien, die keine magnetischen Eigenschaften haben, werden diamagnetisch genannt.Dies liegt daran, dass sie eine Spinpaarung in ihren Atomorbitalen oder Molekülorbitalen aufweisen.

Wege ein Material zu magnetisieren

1- Reiben Sie ein Metall mit einem starken Magneten

1. Sammeln Sie die notwendigen Materialien. Um Metall mit dieser Methode zu magnetisieren, benötigen Sie nur einen starken Magneten und ein Stück Metall mit bekanntem Eisengehalt. Metalle ohne Eisen sind nicht magnetisch.
2. Identifizieren Sie den Nordpol des Magneten. Jeder Magnet hat zwei Pole, einen Nord- und einen Südpol. Der Nordpol ist die negative Seite, während der Südpol die positive Seite ist. Einige Magneten haben die Pole direkt auf ihnen markiert.
3. Reibe den Nordpol von der Mitte des Metalls bis zum Ende. Mit festem Druck den Magneten schnell durch das Metallstück führen. Der Akt des Reibens des Magneten durch das Metall hilft den Eisenatomen, sich in einer Richtung auszurichten. Wiederholtes Streicheln des Metalls gibt den Atomen mehr Gelegenheit, sich auszurichten.
4. Probieren Sie den Magnetismus. Berühren Sie das Metall gegen eine Reihe von Clips oder versuchen Sie es an Ihren Kühlschrank zu kleben. Wenn die Clips haften bleiben oder im Kühlschrank bleiben, ist das Metall ausreichend magnetisiert. Wenn das Metall nicht magnetisiert wird, reibe den Magneten in der gleichen Richtung durch das Metall.
5. Reibe den Magneten gegen das Objekt, um den Magnetismus zu erhöhen. Achten Sie darauf, den Magneten jedes Mal in die gleiche Richtung zu reiben. Nach zehn Strichen den Magnetismus erneut prüfen. Wiederholen Sie dies, bis der Magnet stark genug ist, um die Clips aufzunehmen. Wenn es in der entgegengesetzten Richtung mit dem Nordpol gerieben wird, wird es das Metall wirklich entmagnetisieren (How to Magnetise Metal, S.F.).

2- Erstellen Sie einen Elektromagneten

1. Um einen Elektromagneten herzustellen, benötigen Sie einen isolierten Kupferdraht, ein Metallstück mit bekanntem Eisengehalt, eine 12-Volt-Batterie (oder eine andere Gleichstromquelle), Drahtabscheider und elektrische Schneider sowie Isolierband.
2. Wickeln Sie den isolierten Draht um das Metallstück. Nehmen Sie den Draht und lassen Sie einen Schwanz etwa einen Zoll, wickeln Sie den Draht ein paar Dutzend Male um das Metall. Je öfter die Spule umschlingt, desto stärker wird der Magnet sein. Lege einen Schwanz auch am anderen Ende des Drahtes.
3. Entfernen Sie die Enden des Kupferdrahtes. Verwenden Sie die Drahtshredder, entfernen Sie mindestens ¼ Zoll bis ½ Zoll von beiden Enden des Drahtes. Das Kupfer muss freigelegt werden, damit es mit der Stromquelle in Kontakt kommen und das System mit Strom versorgen kann.
4. Schließen Sie die Kabel an die Batterie an. Nimm ein Drahtende und wickle es um den negativen Pol der Batterie. Verwenden Sie ein Isolierband, befestigen Sie es und stellen Sie sicher, dass das Metall des Kabels den Anschlussdraht berührt. Mit dem anderen Kabel wickeln Sie es und sichern Sie es um den Pluspol der Batterie.
5. Probieren Sie den Magnetismus. Wenn die Batterie richtig angeschlossen ist, liefert sie einen elektrischen Strom, der bewirkt, dass sich die Eisenatome zu magnetischen Polen zusammenfügen. Dies führt zu dem Metall, das magnetisiert ist. Berühren Sie das Metall gegen einige Clips und sehen Sie, ob Sie sie aufheben können (Ludic Science, 2015).

Referenzen

1. Edwin Kashy, S. B. (2017, 25. Januar). Magnetismus. Wiederhergestellt von britannica.com.
2. Encyclopædia Britannica. (2014, 2. März). Ferromagnetismus. Wiederhergestellt von britannica.com.
3. Ferromagnetismus. (S.F.) Von hyperphysics.phy-astr.gsu.edu.
4. Griffiths, D.J. (1998). Einführung in die Elektrodynamik, 3. Auflage ... Englewood Klippen, NJ: Prentice-Hall.
5. Wie man Metall magnetisiert. (S.F.) Von wikehow.com abgerufen.
6. Ludische Wissenschaft. (2015, 8. Mai). Magnetisierung mit Elektrizität. Von youtube abgerufen.
7. Magnetisierung und magnetische Intensität. (2016, 6. Oktober). Von byjus.com abgerufen.
8. Weissstein, E. W. (2007). Magnetisierung. Von scienceworld.wolfram.com abgerufen.