html>
Kenttämagneetit, jotka tunnetaan myös nimellä kestomagneetit, ovat olleet nykyaikaisen teknologian kulmakivi jo vuosikymmeniä. Ne ovat keskeisiä komponentteja monissa erilaisissa laitteissa yksinkertaisista moottoreista ja generaattoreista monimutkaisiin lääketieteellisiin kuvantamisjärjestelmiin ja hiukkaskiihdyttimiin. Kenttämagneettien ainutlaatuiset ominaisuudet, kuten niiden kyky tuottaa pysyviä magneettikenttiä ilman ulkoisia virtalähteitä, tekevät niistä korvaamattomia työkaluja insinöörien ja tutkijoiden käsissä.
Kenttämagneettien perusteet
Kenttämagneetit valmistetaan ferromagneettisista materiaaleista, kuten raudasta, nikkelistä ja koboltista, jotka voidaan magnetoida altistamalla ne voimakkaalle magneettikentälle. Kun nämä materiaalit on magnetoitu, ne säilyttävät magneettiset ominaisuutensa myös silloin, kun ulkoinen kenttä poistetaan. Tätä ilmiötä kutsutaan magnetoitumiseksi.
Kenttämagneetin magneettikentän voimakkuus määräytyy sen magneettimomentin mukaan, joka on verrannollinen magneetin tilavuuden ja sen magnetoitumisen neliön tuloon. Magneettikentän suuntaa voidaan kuvata oikeakätisen säännön avulla, jolloin oikeakätisen peukalo osoittaa magneettikentän pohjoisnavan suunnasta etelänavan suuntaan osoittaen magneettikentän linjojen suunnan.
Kenttämagneettien sovellukset
1. Sähkömoottorit ja generaattorit
Yksi kenttämagneettien yleisimmistä sovelluksista on sähkömoottoreissa ja -generaattoreissa. Esimerkiksi tasavirtamoottorissa paikallaan olevien kenttämagneettien magneettikentän ja pyörivien ankkurikäämien magneettikentän välinen vuorovaikutus johtaa sähköenergian muuntamiseen mekaaniseksi energiaksi. Tämä periaate on päinvastainen tasavirtageneraattoreissa, joissa mekaanista energiaa käytetään ankkurikäämien pyörittämiseen kiinteiden magneettien kentässä, jolloin mekaaninen energia muutetaan sähköenergiaksi.
2. Magneettiset tallennuslaitteet
Kenttämagneeteilla on myös tärkeä rooli magneettisissa tallennuslaitteissa, kuten kiintolevyissä ja magneettinauhoissa. Kiintolevyasemissa pyörivän levykkeen (platterin) pienten, lähekkäin sijaitsevien kenttämagneettien (ns. "pää"- tai "kirjoitus"-magneettien) synnyttämiä magneettikenttiä voidaan manipuloida tallentamaan tai hakemaan binääritietoa magneettikuvioina levyn pinnalle.
3. Magneettikuvaus (MRI)
Lääketieteellisen kuvantamisen alalla kenttämagneetit ovat magneettiresonanssikuvausjärjestelmien (MRI) keskeisiä komponentteja. MRI-laitteissa käytetään voimakkaita suprajohtavia magneetteja, jotka tuottavat voimakkaita, tasaisia magneettikenttiä, tyypillisesti 1-3 Teslan (T) alueella. Kun potilas asetetaan magneettikenttään, potilaan kehossa olevat protonit kohdistuvat kenttään, jolloin syntyy magneettinen nettomomentti. Kun magneettikenttää manipuloidaan radiotaajuuspulsseilla, magneettikuvausjärjestelmät voivat saada protonit lähettämään radiotaajuussignaaleja, jotka voidaan havaita ja käsitellä yksityiskohtaisten kuvien luomiseksi kehon sisäisistä rakenteista.
4. Hiukkaskiihdyttimet
Hiukkasfysiikassa kenttämagneetit ovat välttämättömiä välineitä varattujen hiukkasten, kuten elektronien ja protonien, kiihdyttämisessä ja käsittelyssä. Hiukkaskiihdyttimissä, kuten CERNin suuressa hadronitörmäyttimessä (Large Hadron Collider, LHC), käytetään suprajohtavia magneetteja voimakkaiden magneettikenttien luomiseksi, joilla hiukkasia voidaan kiihdyttää lähes valonnopeuteen. Näitä kiihdytettyjä hiukkasia voidaan sitten törmäyttää toisiinsa tai paikallaan oleviin kohteisiin, jotta voidaan tutkia aineen perusominaisuuksia ja subatomista maailmaa hallitsevia voimia.