html>
Veldmagneten, ook wel permanente magneten genoemd, zijn al tientallen jaren een hoeksteen van de moderne technologie. Het zijn essentiële onderdelen in de meest uiteenlopende apparaten, van eenvoudige motoren en generatoren tot complexe medische beeldvormingssystemen en deeltjesversnellers. De unieke eigenschappen van veldmagneten, zoals het vermogen om hardnekkige magnetische velden op te wekken zonder externe energiebronnen, maken ze onmisbaar voor ingenieurs en wetenschappers.
De basis van veldmagneten
Veldmagneten worden gemaakt van ferromagnetische materialen, zoals ijzer, nikkel en kobalt, die gemagnetiseerd kunnen worden door blootstelling aan een sterk magnetisch veld. Eenmaal gemagnetiseerd behouden deze materialen hun magnetische eigenschappen, zelfs wanneer het externe veld wordt verwijderd. Dit fenomeen staat bekend als magnetiseren.
De sterkte van het magnetisch veld van een veldmagneet wordt bepaald door het magnetisch moment, dat evenredig is met het product van het volume van de magneet en het kwadraat van de magnetisatie. De richting van het magnetische veld kan worden beschreven met behulp van de rechterhandregel, waarbij de duim van een rechtshandig persoon die in de richting van de noordpool naar de zuidpool van het magnetische veld wijst, de richting van de magnetische veldlijnen aangeeft.
Toepassingen van veldmagneten
1. Elektrische motoren en generatoren
Een van de meest alomtegenwoordige toepassingen van veldmagneten is in elektromotoren en generatoren. In een gelijkstroommotor bijvoorbeeld zorgt de wisselwerking tussen het magnetische veld van de stationaire veldmagneten en het magnetische veld van de roterende ankerwikkelingen voor de omzetting van elektrische energie in mechanische energie. Dit principe wordt omgekeerd in gelijkstroomgeneratoren, waar mechanische energie wordt gebruikt om de ankerwikkelingen te laten draaien binnen het veld van de stationaire magneten, waardoor mechanische energie wordt omgezet in elektrische energie.
2. Magnetische opslagapparaten
Veldmagneten spelen ook een cruciale rol in magnetische opslagapparaten, zoals harde schijven (HDD's) en magnetische tapedrives. Bij HDD's kunnen de magnetische velden die worden gegenereerd door de kleine, dicht bij elkaar geplaatste veldmagneten (de zogenaamde "kop-" of "schrijfmagneten") op een draaiende diskette (de zogenaamde "platter") worden gemanipuleerd om binaire gegevens op te slaan of op te halen als magnetische patronen op het oppervlak van de platter.
3. Magnetische resonantiebeeldvorming (MRI)
Op het gebied van medische beeldvorming zijn veldmagneten essentiële onderdelen van Magnetic Resonance Imaging (MRI)-systemen. MRI-machines gebruiken krachtige supergeleidende magneten om sterke, uniforme magnetische velden te genereren, meestal in het bereik van 1 tot 3 Tesla (T). Wanneer een patiënt in het magnetische veld wordt geplaatst, richten de protonen in het lichaam van de patiënt zich naar het veld, wat resulteert in een magnetisch nettomoment. Door het magnetische veld te manipuleren met radiofrequente (RF) pulsen, kunnen MRI-systemen de protonen RF-signalen laten uitzenden die kunnen worden gedetecteerd en verwerkt om gedetailleerde beelden te maken van de interne structuren van het lichaam.
4. Deeltjesversnellers
In de deeltjesfysica zijn veldmagneten onmisbare hulpmiddelen voor het versnellen en manipuleren van geladen deeltjes, zoals elektronen en protonen. Deeltjesversnellers, zoals de Large Hadron Collider (LHC) bij CERN, gebruiken supergeleidende magneten om krachtige magnetische velden te creëren die deeltjes kunnen versnellen tot snelheden die de lichtsnelheid benaderen. Deze versnelde deeltjes kunnen dan met elkaar of met stationaire doelen botsen om de fundamentele eigenschappen van materie en de krachten die de subatomaire wereld beheersen te bestuderen.