Mitä ovat magneettiset voimat?

Magneettiset voimat vaikuttavat magneettisiin esineisiin tai varautuneisiin hiukkasiin, jotka liikkuvat magneettikentän läpi. Ne vaikuttavat magneettikentän voimakkuuteen, hiukkasen kokonaisvaraukseen sekä sen nopeuteen ja suuntaan. Pysyvien magneettien molekyylirakenteet on kohdistettu muodostumisen aikana siten, että ne houkuttelevat tietyntyyppisiä metalleja. Magneettisia voimia hyödynnetään, kun sähkö muunnetaan mekaaniseksi pyörimiseksi ja päinvastoin.

Väline, jonka kautta nämä voimat välittyvät, on magneettikenttä. Magneettikenttä luodaan kestomagneetilla tai sähkövirralla. Koska sähkövirta on liikkuvien varauskantajien, kuten elektronien, virta, sitä voidaan analysoida tarkastelemalla vain yhtä hiukkasia. Siten yksi avaruuden läpi liikkuva elektroni luo magneettikentän.

Yksi yleinen magneettivoimien sovellus on jääkaappimagneetti, joka on kestomagneetti. Kestomagneetit altistuvat voimakkaalle magneettikentälle valmistettaessa. Tässä prosessissa niiden sisäiset kiteiset rakenteet kohdistetaan siten, että ne pysyvät magnetoituneina. Kestomagneetti houkuttelee ferromagneettisia materiaaleja, kuten rautaa. Ferromagnetismi on vain yksi magneettisten voimien lähde, mutta se liittyy yleisesti magnetismiin jokapäiväisissä tilanteissa.

Kestomagneetit kohdistavat myös magneetteja muihin magneetteihin. Tällöin magneettien napoista tulee tärkeitä. Toisin kuin sähkökenttälinjat, magneettikenttälinjat kiertävät aina ympäri ja muodostavat suljetun silmukan. Toisin sanoen magneeteilla on aina kaksi erillistä napaa, joita kutsutaan perinteisesti pohjois- ja etelänapaksi. Kahden eri magneetin samat navat hylkivät, kun taas vastakkaiset puolet houkuttelevat.

Toinen tilanne, jossa magneettisia voimia syntyy, sisältää kaksi vierekkäistä sähkövirtaa, jotka kulkevat suorassa kulmassa toisiinsa nähden. Nämä virrat tuottavat omia magneettikenttiä, mutta ne ovat eri suunnissa, mikä johtaa voimiin kahden virran välillä. Mitä enemmän virtaa on, sitä vahvemmat voimat ovat.

Magneettien ja sähkövirran vuorovaikutus on sekä sähkögeneraattorin että sähkömoottorin perusta. Generaattorin osalta voimalaitoksen tai moottorin tuottama mekaaninen liike pyörittää komponentin, jossa on magneetteja. Muuttuva magneettikenttä aiheuttaa sähkövirran generaattorin toisessa osassa. Kun laitetta käytetään moottorina, mukana toimitetaan sähkövirta. Samat magneettiset voimat tuottavat mekaanisen vääntömomentin pyörimään moottorin toista puolta.