Magneter upptäcktes först av forntida civilisationer som går tillbaka 2 500 år, och på 1100- och 1200-talen e.Kr. användes magnetiska kompasser ofta för navigering i Kina och Europa. Idag är magneter en väsentlig del av modern teknik. De finns i nästan alla apparater du kan tänka på, från mobiltelefonhögtalare till elmotorer, tvättmaskiner och luftkonditioneringsapparater.
Magnetindustrin fortsätter att växa på grund av den ökade efterfrågan på magnetiska kretskomponenter som ofta används i industriell utrustning, medan tekniska framsteg gör att magneter kan vara 60 gånger så starka som de var för 90 år sedan.
Innehållsförteckning
Vilka metaller är magnetiska?
Magnetiska metaller inkluderar:
- Järn
- Nickel
- Kobolt
- Vissa legeringar av sällsynta jordartsmetaller
Dessa magnetiska metaller faller under kategorierna:
- Permanenta magneter
- Elektromagneter
- Neodymmagneter
Permanenta magneter
När människor tänker på magneter tänker de ofta på permanentmagneter. Dessa är föremål som kan magnetiseras för att skapa ett magnetfält. Det vanligaste exemplet är kylskåpsmagneten, som används för att hålla anteckningar på vår kylskåpsdörr.
De vanligaste metallerna som används för permanentmagneter är järn, nickel, kobolt och vissa legeringar av sällsynta jordartsmetaller.
Det finns två typer av permanentmagneter: de från ”hårda” magnetiska material och de från ”mjuka” magnetiska material. ”Hårda” magnetiska metaller tenderar att förbli magnetiserade under en lång period. Vanliga exempel är:
- Alnico-legering, en järnlegering med aluminium, nickel och kobolt. Alnico-legeringar gör starka permanentmagneter. De används ofta inom industri- och konsumentelektronik. Till exempel i stora elmotorer, mikrofoner, högtalare, elgitarrpickuper och mikrovågor.
- Ferrit, en keramisk förening som består av järnoxid och andra metalliska element. Ferriter används i kylskåpsmagneter och små elmotorer.
- ”Mjuka” magnetiska metaller kan magnetiseras men förlorar sin magnetism snabbt. Vanliga exempel är järn-kisellegeringar och nickel-järnlegeringar. Dessa material används vanligtvis inom elektronik, till exempel transformatorer och magnetisk skärmning.
Elektromagneter
Elektromagneter är gjorda av en spole av koppartråd lindad runt en kärna gjord av järn, nickel eller kobolt. Den lindade tråden kommer att generera ett magnetfält när en elektrisk ström passerar genom den, men magnetfältet försvinner i samma ögonblick som strömmen upphör. Elektromagneter behöver elektricitet för att fungera. Deras användbarhet ligger i förmågan att variera styrkan på magnetfältet genom att kontrollera den elektriska strömmen i tråden.
Elektromagneter används ofta i elmotorer och generatorer. De arbetar båda på den vetenskapliga principen om elektromagnetisk induktion, upptäckt av vetenskapsmannen Michael Faraday 1831, som säger att en rörlig elektrisk ström kommer att skapa ett magnetfält, och vice versa. I elmotorer genererar den elektriska strömmen ett magnetfält som förflyttar motorn. I generatorer roterar en yttre kraft som vind, strömmande vatten eller ånga en axel som flyttar en uppsättning magneter runt en lindad tråd, vilket skapar en elektrisk ström.
Elektromagneter används också för att trycka omkopplarna i reläer, som används i telefonväxlar, järnvägssignalering och trafikljus.
Skrotkranar är också försedda med elektromagneter som används för att plocka upp och släppa stora fordon med lätthet. Dessa elektromagneter har formen av en rund platta monterad på kranens ände, som du ser på framsidebilden för denna artikel.
Ett modernt tågsystem känt som Maglev (förkortning för magnetisk levitation) använder elektromagneter för att sväva tåget ovanför rälsen. Detta minskar friktionen och gör att tåget kan röra sig med enorm hastighet.
Avancerade tillämpningar av elektromagneter inkluderar magnetisk resonanstomografi (MRI) maskiner och partikelacceleratorer (som Large Hadron Collider).
Neodymmagneter
Neodymmagneter är en typ av sällsynta jordartsmetallmagneter som består av en legering av neodym, järn och bor. De utarbetades 1982 av General Motors och Sumitomo Special Metals. Neodymmagneter är den starkaste typen av permanentmagnet som finns kommersiellt tillgänglig. De används när starka permanentmagneter krävs, särskilt i sladdlösa verktygsmotorer, hårddiskar och magnetiska fästelement.
Förvandla icke-magnetiska metaller till magneter
Koppar och mangan är normalt inte magnetiska. Men en banbrytande ny teknik, utvecklad av Oscar Cespedes vid University of Leeds, Storbritannien, har förvandlat koppar och mangan till magneter.
Cespedes och hans team tillverkade filmer av koppar och mangan på kolstrukturer som kallas Buckyballs. När ett externt magnetfält applicerades och avlägsnades behöll filmerna 10 % av magnetfältet. Denna nya teknik kommer att ge ett mer biokompatibelt och miljövänligt sätt att tillverka MRI-maskiner.
Andra möjliga tillämpningar inkluderar användning i vindturbiner. Vindkraftverk använder för närvarande järnkobolt och nickel med sällsynta jordartsmetaller. Men dessa element är dyra och svåra att bryta. Genombrottet öppnar möjligheter till billigare alternativ.
