Batubalani

Ang batubalani /ba•tu•ba•la•nì/ o bato-balani (Ingles: magnet, mula sa Griyegong μαγνήτις λίθος magnḗtis líthos, "batong magnesyo") ay isang materyal na lumilikha ng magnetikong paligid. Ang magnetikong paligid na ito ay hindi makikita ngunit responsable sa pinakilalang katangian ng isang batubalani: ang pwersa na humihila sa ibang mga ferromagnetikong mga materyal gaya ng iron, at umaakit o nagtataboy sa ibang mga batubalani.

Isang batubalaning tinatawag na batumbakal na nakakaakit ng mga pang-ipit ng papel na yari sa bakal.

Ang isang permanenteng batubalani ay isang obhektong gawa sa isang materyal na magnetisado at lumilikha ng sarili nitong patuloy na magnetikong field. Ang isang pang-araw araw na halimbawa ang batubalani pang refrigerator na ginagamit upang idikit ang mga papel sa pinto ng pridyider. Ang mga materya na maaaring i-magnetisa na mga bagay na malakas na naaakit sa mga magnetiko ay tinatawag na ferna romagnetiko. Ito aty kinabibilangan ng iron, nickel, cobalt, mga ilang alloy ng bihirang mga metal ng mundo at ilang mga natural na umiiral na materyal gaya ng lodestone. Bagaman ang ferromagnetikong mga materyal ang tanging mga materyal na naaakit sa batubalani na sapat na malakas upang karaniwan itong ituring na magnetiko, ang ibang mga substansiya ay tumutugon ng mahina sa isang magnetikong field sa pamamagitan ng ilan mga ibang uri ng magnetismo.

Ang mga ferromagnetikong materyal ay maaaring hatiin sa magnetikong "malambot" na mga materyal gaya ng aniladong iron na maaaring i-magnetisa ngunit walang kagawiang manatiling magnetisado, at magnetikong "matigas" na mga materyal na makakagawa nito. Ang mga permanenteng batubalani ay gawa mula sa mga "matigas" na ferromagnetikong materyal gaya ng alnico at ferrite na isinasailalim sa isang espesyal na pagpoproseso sa isang makapangyarihang magnetikong field sa pagmamanupaktura nito upang ilinya ang mga panloob ng mikrokristalinong istraktura na gumagawa ditong napakahirap na i-demagnetisa(alisin ang magnetikong katangian nito). Upang i-demagnetisa ang isang saturadong batubalani, ang isang magnetikong field ay dapat ilapat at ang puntong tutugon dito ay depende sa koersibidad ng respektibong materyal. Ang mga "matigas" na materyal ay may mataas na koersibidad samantalang ang mga "malambot" na materyal ay may mababang koersibidad.

Ang isang elektromagnet ay gawa sa isang pulupot ng kawad na umaasal bilang batubalani kung ang isang kuryenteng elektrikal ay pinadaan dito ngunit humihinto bilang isang batubalani kung huminto rin ang kuryente. Kalimitan, ang puluput ng kawad ay binabalot sa isang core ng materyal na ferromagnetiko tulad ng bakal na nagpapalakas ng magnetikong field na nililikha ng pulupot ng kawad.

Ang kabuuang lakas ng isang batubalani ay masusukat ng magnetikong sandali (magnetic moment) o sa alternatibo, ang kabuuang magnetikong flux na nililikha nito. Ang lokal na lakas ng magnetismo sa isang materyal ay masusukat ng magnetisasyon nito.

Pisika ng magnetismo at mga batubalani

Magnetikong paligid

Ang magnetikong flux na densidad(na tinatawag ring magnetikong B field o magnetikong field lamang ay isang bektor na field. ANg magnetikong B field na bektor sa isang ibinigay na punto sa espasyo ay matutukoy ng dalawang mga katangian:

• Ang direksiyon nito na nasa kahabaan ng orientasyon ng karayom ng kompas.
• Ang magnitudo nito na tinatawag ring lakas na proporsiyonal sa kung gaano kalakas ang karayom ng kompas ay umo-oriente sa kahabaan ng direksiyong ito.

Sa unit na SI, ang lakas ng magnetikong B field ay ibinibigay sa tesla.

Magnetikong iglap

Ang magnetikong iglap ng isang batubalani na tinatawag ring magnetikong dipolong sandali at karaniwan ay tinutukoy ng simbolong μ ay isang bektor na naglalarawan ng kabuuang magnetikong mga katangian ng isang batubalani. Para sa isang barang batubalani, ang direksiyon ng magnetikong sandali ay tumuturo mula sa timog polo ng batubalani patungo sa hilagang polo nito. Ang magnitudo nito ay nag-uugnay kung gaano kalakas at gaano kalayo ang mga polong ito. Sa unit na SI, ang magnetikong sandali ay tinutukoy sa mga terminong of A·m².

Ang isang batubalani ay parehong lumilikha ng sarili nitong magnetikong field at tumutugon sa mga magnetikong field. Ang lakas ng magnetikong field na nililikha nito ay sa anumang ibinigay na punto proporsiyonal sa magnitudo ng magnetikong sandali nito. Sa karagdagan, kung ang isang batubalani ay inilagay sa isang panlabas na magnetikong field na nilikha ng ibang pinagmulan, ito ay sumasailalam sa torque na gumagawing ma-oriente sa magnetikong sandaling paralelo sa field. Ang halaga ng torque na ito ay proporsiyonal sa parehong magnetikong sandali at panlabas na field. Ang batubalani ay maaari ring sumailalim sa pwersa na nagpapatakbo dito sa isang direksiyon o sa iba, ayon sa mga posisyon at orientasyon ng batubalani at pinagmulan. Kung ang field ay pantay sa espasyo, ang batubalani ay hindi sumasailalim sa isang netong pwersa bagaman ito ay sumasailalim sa torque.

Ang isang kaward na may hugis na bilog na may area na A at nagdadala ng kuryenteng I ay isang batubalani na may magnetikong sandali ng magnitudong katumbas sa IA.

Magnetisasyon

Ang magnetisasyon ng isang magnetisadong materyal ang lokal na halaga ng magnetikong sandali nito kada unit bolyum na karaniwang tinutukoy ng M na may mga unit na A/m. Ito ay isang bektor na field kesa isa lamang bektor gaya ng magnetikong sandali dahil ang iba't ibang area sa batubalani ay maaaring i-magnetisa sa iba't ibang direksiyon at mga lakas. Ang isang mabuting barang batubalani ay maaaring may magnetikong sandali ng magnitudong 0.1 A·m² at bolyum na 1 cm³, o 1×10⁻⁶ m³ kaya ang aberaheng magnetisasyong magnitudo ay 100,000 A/m. Ang isang iron ay maaaring magkaroon ng magnetisasyon ng mga milyong ampera kada metro. Ang gayong malaking halaga ay nagpapaliwanag kung bakit ang mga batubalaning bakal ay labis na epektibo sa paglikha ng mga magnetikong field.

Magnetikong polo

Bagaman para sa maraming mga kaukulan, konbenyenteng isipin ang isang batubalani bilang nag-aangkin ng makikilalang hilaga at timog na mga magnetikong polo, ang konsepto ng mga polo ay hindi dapat unawain ng literal. Ito ay isa lamang paraan ng pagtukoy ng dalawang magkaibang dulo ng isang batubalani. Ang batubalani ay hindi nag-aangkin ng walang katulad na hilaga o timog na mga partikulo sa magkabilang mga panig nito. Kung ang barang batubalani ay naputol sa dalawang piraso, sa pagtatangkang paghiwalayin ang hilaga at timog na mga polo, ang resulta ay dalawang barang batubalani na ang bawat isa ay may parehong hilaga at timog polo.

Gayunpaman, ang bersiyon ng paraang magnetikong polo ay ginagamit ng mga propesyonal na magnetisiyano upang magdisenyo ng mga permanenteng batubalani. Sa paraang ito, ang diberhensiya ng magnetisasyong ∇•M sa loob ng isang batubalani at ang surpasiyong normal na bahaging M•n ay tinatrato bilang isang distribusyon ng mga magnetikong monopolo. Ito ay isang matematikal na konbenyensiya at hindi nagpapahiwatig na mayroong mga aktwal na monopolo sa batubalani. Kung ang distribusyong magnetikong polo ay alam, ang polong modelo ay nagbibigay ng magnetikong field H. Sa labas ng batubalani, ang field B ay proporsiyonal sa H samantalang sa loob, ang magnetisasyon ay dapat idagdag sa H. Ang ekstensiyon ng paraang ito na pumapayag para sa isang panloob na mga kargang magnetiko ay ginagamit sa mga teoriya ng ferromagnetismo.

Tingnan din

• Batumbakal
• Magneto