Неодимови и феритни магнити
Много метали имат магнитни свойства, което им позволява да се използват в много области на индустрията и ежедневието. Доскоро феритните магнити бяха широко разпространени, но сега те все повече се заменят с магнити, направени от сплав на редкоземния метал неодим, желязо и бор. Последните стават все по-популярни. Кой магнит е по-добър - ферит или неодим? Нека се опитаме да го разберем в тази статия.

Неодимов магнит
Много от нас са чували за неодимови магнити. Какво е? Уникалните качества на магнита се дължат на наличието в сплавта на неодим, химичен елемент от групата на лантаноидите на периодичната таблица. В допълнение към основния компонент, неодимовият магнит съдържа желязо и бор или кобалт и итрий. Неодимовият магнит се получава чрез нагряване на прахообразна маса от активни съставки. Най-отличителната характеристика на неодимовия магнит е неговата мощност в сравнително малък размер. Такъв магнит има адхезивна сила, която е 10 или повече пъти по-голяма от тази на феритните магнити.

За да може неодимовият магнит да издържи възможно най-дълго, върху повърхността му се нанася специален никелов състав. Ако планирате да използвате магнита в агресивни или високотемпературни среди, тогава се препоръчва да изберете цинково покритие.

Неодимовите магнити се използват много широко:
Като менгеме или скоба, силата на неодима осигурява равномерно затягане на материала, поставен между магнитите.
За забавление както децата, така и възрастните са еднакво заинтересовани да гледат магически трикове, изпълнявани с този магнит.
Да търсите предмети от стомана и желязо.
За магнетизиране на метални предмети. Нещата, които неодимовият магнит магнетизира, включват отвертки, игли, ножове и други продукти.
За надеждно закрепване към повърхността на различни предмети.

Видове неодимови магнити
Неодимовите магнити се предлагат в различни конфигурации и имат различно тегло. Дори малък магнит с размери 25*5 мм може да издържи тегло до девет килограма и при небрежно боравене може да увреди кожата. А когато използвате магнити с по-голяма маса, е още по-необходимо да спазвате определени мерки за безопасност, за да предотвратите евентуални наранявания.

Феритен магнит - какво е това?
Най-често срещаните сред обикновените са феритните магнити, които са сплав от железен оксид с оксиди на други метали. Простите магнити най-често се правят под формата на подкова. Сред основните характеристики на феромагнетиците са:
Добра устойчивост на топлина.
Висока магнитна пропускливост.
Ниска цена.
Повърхността на феритните магнити обикновено е маркирана с червени и сини полюси.

Сравнение на магнити
И така, каква е разликата между неодимовия магнит и обикновения и как можете визуално да определите тези разлики? Неодимовите магнити станаха много популярни не толкова отдавна (технологията им за производство е само на около 30 години), но вече се използват в почти всички области на живота. Както вече споменахме, най-важната разлика между неодимовия магнит и конвенционалния е неговата сила на залепване и основните магнитни характеристики: магнитна енергия, остатъчна магнитна индукция и коерцитивна сила. Стойностите на тези характеристики са многократно по-високи от тези на феромагнетиците. Най-лесният начин да определите вида на магнита е да се опитате да го отстраните от желязна повърхност. Ако се отделя лесно, тогава това е феромагнетик, но ако магнитът може да бъде отстранен само след прилагане на определени усилия, тогава имаме неодимов магнит. В допълнение към тази характеристика, магнитите се различават по редица други характеристики.

Срок на експлоатация
Ако феромагнитите издържат около 10 години при правилна употреба и след това напълно се демагнетизират, тогава експлоатационният живот на неодимовия магнит е практически неограничен. В течение на един човешки век силата на неодимовите магнити се губи само с 1%.

Сила на привличане
Силата на привличане на неодимов магнит със същите размери е приблизително 10 пъти по-висока от силата на феромагнетик. Следователно малък, но много мощен магнит може да се използва в компютри и системи за високоговорители, както и за изработка на различни сувенири и декорации.

форма
Феромагнитите обикновено се произвеждат във формата на подкова с червени и сини крака, показващи отрицателни и положителни полюси. Подковообразната форма позволява линиите на магнитното поле да бъдат затворени, за да се увеличи експлоатационният живот на феромагнетика. Неодимовите магнити се предлагат в голямо разнообразие от форми и конфигурации - паралелепипед, пръстен, диск и други. Можете да поставите няколко полюса на тяхната повърхност, тоест да ги направите „многополюсни“.

Цена
Неодимовият магнит е по-скъп от феритния магнит, което е оправдано от неговите характеристики и експлоатационен живот. Купувайки неодимов магнит, вие получавате почти „вечен“ магнит, поне през живота си неговите качества почти няма да се променят.

Предимства и приложения на неодимовия магнит
По този начин неодимовият магнит, въпреки по-високата си цена, има неоспорими предимства пред конвенционалния феритен магнит. Повишената мощност, дългият експлоатационен живот и разнообразните производствени форми гарантират, че магнитите, направени от сплав неодим-желязо-бор, са в голямо търсене сред потребителите.

Защо ви е необходим неодимов магнит?
Какво означава неодимовият магнит за съвременния човек в ежедневието? В допълнение към горните методи на приложение, популярният материал се използва за:
Почистване на аквариуми и други контейнери, както и двигателно и трансмисионно масло, използвани в автомобилната техника.
Прецизно нивелиране на метални повърхности.
Размагнитване на дискове, филми и за много други действия.
Разбира се, всички характеристики на неодимовите магнити, изброени в статията, са важни само при закупуване на висококачествени материали. Всеки, който е закупил неодими отделно в Света на магнитите, знае, че онлайн магазинът предоставя всички необходими гаранции и сертификати за качество, а също така предоставя на всеки купувач компетентен съвет.

Заедно с парчета кехлибар, наелектризирани чрез триене, постоянните магнити са били за древните хора първото материално доказателство за електромагнитни явления (мълнията в зората на историята определено се приписва на сферата на проявление на нематериалните сили). Обясняването на природата на феромагнетизма винаги е занимавало любознателните умове на учените, но дори и сега физическата природа на постоянната магнетизация на някои вещества, както естествени, така и изкуствено създадени, все още не е напълно разкрита, оставяйки значително поле за дейност на съвременните и бъдещи изследователи.

Традиционни материали за постоянни магнити

Те се използват активно в промишлеността от 1940 г. с появата на алнико сплав (AlNiCo). Преди това постоянните магнити, изработени от различни видове стомана, се използваха само в компаси и магнето. Alnico направи възможно замяната на електромагнитите с тях и използването им в устройства като двигатели, генератори и високоговорители.

Това навлизане в нашето ежедневие получи нов тласък със създаването на феритните магнити и оттогава постоянните магнити станаха нещо обичайно.

Революцията в магнитните материали започва около 1970 г. със създаването на фамилията самарий-кобалт от твърди магнитни материали с нечувани преди това плътности на магнитна енергия. Тогава беше открито ново поколение редкоземни магнити, базирани на неодим, желязо и бор, с много по-висока плътност на магнитната енергия от самариевия кобалт (SmCo) и на очаквано ниска цена. Тези две семейства редкоземни магнити имат толкова висока енергийна плътност, че могат не само да заменят електромагнитите, но и да се използват в зони, които са недостъпни за тях. Примерите включват малкия стъпков двигател с постоянен магнит в ръчните часовници и звуковите преобразуватели в слушалките тип Walkman.

Постепенното подобряване на магнитните свойства на материалите е показано на диаграмата по-долу.

Неодимови постоянни магнити

Те представляват най-новото и значимо развитие в тази област през последните десетилетия. Тяхното откритие беше обявено за първи път почти едновременно в края на 1983 г. от специалисти по метали от Sumitomo и General Motors. Те се основават на интерметалното съединение NdFeB: сплав от неодим, желязо и бор. От тях неодимът е редкоземен елемент, извлечен от минерала монацит.

Огромният интерес, който тези постоянни магнити са генерирали, възниква, защото за първи път е произведен нов магнитен материал, който е не само по-силен от предишното поколение, но е и по-икономичен. Състои се главно от желязо, което е много по-евтино от кобалта, и неодим, който е един от най-често срещаните редкоземни материали и има повече запаси на Земята от оловото. Основните редкоземни минерали монацит и бастанезит съдържат пет до десет пъти повече неодим от самария.

Физически механизъм на постоянно намагнитване

За да обясним функционирането на постоянен магнит, трябва да погледнем вътре в него до атомен мащаб. Всеки атом има набор от завъртания на своите електрони, които заедно формират неговия магнитен момент. За нашите цели можем да разглеждаме всеки атом като малък пръчков магнит. Когато постоянен магнит се демагнетизира (или чрез нагряване до висока температура, или чрез външно магнитно поле), всеки атомен момент е ориентиран произволно (вижте фигурата по-долу) и не се наблюдава закономерност.

Когато се намагнетизира в силно магнитно поле, всички атомни моменти са ориентирани в посоката на полето и, така да се каже, са свързани един с друг (вижте фигурата по-долу). Това свързване позволява постоянното магнитно поле да се поддържа, когато външното поле е премахнато, и също така се противопоставя на размагнитването, когато посоката му се промени. Мярка за кохезионната сила на атомните моменти е големината на коерцитивната сила на магнита. Повече за това по-късно.

При по-задълбочено представяне на механизма на намагнитване не се работи с понятията за атомни моменти, а се използват идеи за миниатюрни (от порядъка на 0,001 cm) региони вътре в магнита, които първоначално имат постоянна намагнитност, но произволно ориентиран в отсъствието на външно поле, така че стриктен читател, ако желае, може да припише горното физическо Механизмът не е свързан с магнита като цяло. но към своя отделен домейн.

Индукция и намагнитване

Атомните моменти се сумират и образуват магнитния момент на целия постоянен магнит, а намагнитването му M показва големината на този момент за единица обем. Магнитната индукция B показва, че постоянен магнит е резултат от външна магнитна сила (напрегнатост на полето) H, приложена по време на първичното намагнитване, както и вътрешно намагнитване M, дължащо се на ориентацията на атомните (или доменни) моменти. Стойността му в общия случай се определя по формулата:

B = µ 0 (H + M),

където µ 0 е константа.

В постоянен пръстен и хомогенен магнит силата на полето H вътре в него (при липса на външно поле) е равна на нула, тъй като според закона за общия ток интегралът от него по всяка окръжност вътре в такова пръстеновидно ядро е равно на:

H∙2πR = iw=0, откъдето H=0.

Следователно намагнитването в пръстеновидния магнит е:

В отворен магнит, например, в същия пръстеновиден магнит, но с въздушна междина с ширина l в сърцевина с дължина l сиво, при липса на външно поле и същата индукция B вътре в сърцевината и в междината, съгласно закона за общия ток получаваме:

H ser l ser + (1/ µ 0)Bl zaz = iw=0.

Тъй като B = µ 0 (H ser + M ser), тогава, замествайки неговия израз в предишния, получаваме:

H ser (l ser + l zaz) + M ser l zaz =0,

H ser = ─ M ser l zaz (l ser + l zaz).

Във въздушната междина:

H zaz = B/µ 0,

където B се определя от даденото M ser и намереното H ser.

Крива на намагнитване

Започвайки от немагнетизирано състояние, когато H се увеличава от нула, поради ориентацията на всички атомни моменти в посоката на външното поле, M и B бързо се увеличават, променяйки се по протежение на участък „a“ на основната крива на намагнитване (вижте фигурата по-долу) .

Когато всички атомни моменти са изравнени, M достига стойността си на насищане и допълнително увеличение на B възниква единствено поради приложеното поле (секция b от основната крива на фигурата по-долу). Когато външното поле намалее до нула, индукцията B намалява не по първоначалния път, а по участъка "c" поради свързването на атомните моменти, като се стреми да ги поддържа в същата посока. Кривата на намагнитване започва да описва така наречената хистерезисна верига. Когато H (външно поле) се доближи до нула, индукцията се доближи до остатъчна стойност, определена само от атомните моменти:

B r = μ 0 (0 + M g).

След промяна на посоката на H, H и M действат в противоположни посоки и B намалява (част от кривата "d" на фигурата). Стойността на полето, при което B намалява до нула, се нарича коерцитивна сила на магнита B H C . Когато величината на приложеното поле е достатъчно голяма, за да наруши сцеплението на атомните моменти, те се ориентират в новата посока на полето и посоката на М се обръща. Стойността на полето, при която това се случва, се нарича вътрешна коерцитивна сила на постоянния магнит M H C . И така, има две различни, но свързани коерцитивни сили, свързани с постоянен магнит.

Фигурата по-долу показва основните криви на размагнитване на различни материали за постоянни магнити.

От него се вижда, че NdFeB магнитите имат най-висока остатъчна индукция B r и коерцитивна сила (обща и вътрешна, т.е. определена без отчитане на силата H, само от намагнитването M).

Повърхностни (амперни) токове

Магнитните полета на постоянните магнити могат да се разглеждат като полета на някои свързани токове, протичащи по техните повърхности. Тези токове се наричат ​​токове на Ампер. В обичайния смисъл на думата вътре в постоянните магнити няма токове. Въпреки това, сравнявайки магнитните полета на постоянните магнити и полетата на токовете в бобините, френският физик Ампер предположи, че намагнитването на веществото може да се обясни с потока от микроскопични токове, образуващи микроскопични затворени вериги. И наистина, аналогията между полето на соленоид и дълъг цилиндричен магнит е почти пълна: има северен и южен полюс на постоянен магнит и същите полюси на соленоида, а моделите на силовите линии на техните полета са също много подобни (вижте фигурата по-долу).

Има ли токове вътре в магнит?

Нека си представим, че целият обем на някакъв прътов постоянен магнит (с произволна форма на напречното сечение) е изпълнен с микроскопични амперови токове. На фигурата по-долу е показано напречно сечение на магнит с такива токове.

Всеки от тях има магнитен момент. С еднаква ориентация по посока на външното поле, те образуват резултатен магнитен момент, който е различен от нула. Той определя съществуването на магнитно поле при видима липса на подредено движение на заряди, при липса на ток през всяко напречно сечение на магнита. Също така е лесно да се разбере, че вътре в него токовете на съседни (контактни) вериги се компенсират. Само токовете на повърхността на тялото, които образуват повърхностния ток на постоянен магнит, са некомпенсирани. Плътността му се оказва равна на намагнитването М.

Как да се отървем от подвижните контакти

Проблемът за създаване на безконтактна синхронна машина е известен. Традиционният му дизайн с електромагнитно възбуждане от полюсите на ротор с намотки включва подаване на ток към тях чрез подвижни контакти - контактни пръстени с четки. Недостатъците на такова техническо решение са добре известни: това са трудностите при поддръжката, ниската надеждност и големите загуби в подвижните контакти, особено когато става дума за мощни турбо и водородни генератори, чиито възбудителни вериги консумират значителна електрическа мощност.

Ако направите такъв генератор с помощта на постоянни магнити, тогава проблемът с контакта веднага изчезва. Съществува обаче проблем с надеждното закрепване на магнити върху въртящ се ротор. Тук опитът, натрупан в производството на трактори, може да бъде полезен. Те отдавна използват индуктивен генератор с постоянни магнити, разположени в роторни слотове, запълнени с нискотопима сплав.

Мотор с постоянен магнит

През последните десетилетия постояннотоковите двигатели са широко разпространени. Такова устройство се състои от самия електродвигател и електронен комутатор за неговата намотка на котвата, който изпълнява функциите на колектор. Електрическият двигател е синхронен двигател с постоянни магнити, разположени върху ротора, както е на фиг. по-горе, със стационарна котва, навита на статора. Схемата на електронния превключвател е инвертор на постоянно напрежение (или ток) на захранващата мрежа.

Основното предимство на такъв двигател е неговият безконтактен характер. Специфичният му елемент е фото-, индукционен или сензор за положение на ротора на Хол, който контролира работата на инвертора.

Какво е постоянен магнит

Феромагнитен продукт, който може да запази значителна остатъчна намагнитност след отстраняване на външното магнитно поле, се нарича постоянен магнит. Постоянните магнити са направени от различни метали, като кобалт, желязо, никел, редкоземни сплави (за неодимови магнити), както и от естествени минерали като магнетити.

Обхватът на приложение на постоянните магнити днес е много широк, но тяхната цел е фундаментално една и съща навсякъде - като източник на постоянно магнитно поле без захранване с електричество. По този начин магнитът е тяло, което има свой собствен.

Самата дума „магнит“ идва от гръцката фраза, която се превежда като „камък от магнезия“, след името на азиатския град, където в древността са открити находища на магнетит – магнитна желязна руда. От физическа гледна точка елементарният магнит е електрон и магнитните свойства на магнитите обикновено се определят от магнитните моменти на електроните, които са част от магнетизирания материал.

Характеристиките на размагнитващата част на материала, от който е направен постоянният магнит, определят свойствата на конкретен постоянен магнит: колкото по-висока е коерцитивната сила Hc и колкото по-висока е остатъчната магнитна индукция Br, толкова по-силен и по-стабилен е магнитът.

Принудителната сила (буквално преведена от латински - „задържаща сила“) е това, което е необходимо за пълното демагнетизиране на феро- или феримагнитно вещество. По този начин, колкото по-голяма е коерцитивната сила на даден магнит, толкова по-устойчив е той на размагнитващи фактори.

Единицата за коерцитивна сила е ампер/метър. А, както е известно, е векторна величина, която е силова характеристика на магнитното поле. Характерната стойност на остатъчната магнитна индукция на постоянните магнити е около 1 тесла.

Видове и свойства на постоянните магнити

Ферит

Феритните магнити, макар и крехки, имат добра устойчивост на корозия, което ги прави най-разпространени на ниска цена. Такива магнити са направени от сплав от железен оксид с бариев или стронциев ферит. Този състав позволява на материала да запази своите магнитни свойства в широк температурен диапазон - от -30°C до +270°C.

Магнитните продукти под формата на феритни пръстени, пръти и подкови намират широко приложение както в индустрията, така и в бита, в техниката и електрониката. Използват се в акустични системи, генератори и др. В автомобилната индустрия феритните магнити се използват в стартери, прозорци, охладителни системи и вентилатори.

Феритните магнити имат коерцитивна сила от около 200 kA/m и остатъчна магнитна индукция от около 0,4 Tesla. Средно феритният магнит може да издържи от 10 до 30 години.

Alnico (алуминий-никел-кобалт)

Постоянните магнити на базата на сплав от алуминий, никел и кобалт се характеризират с ненадмината температурна устойчивост и стабилност: те могат да запазят своите магнитни свойства при температури до +550 ° C, въпреки че коерцитивната им характеристика е относително ниска. Под въздействието на сравнително малко магнитно поле такива магнити ще загубят първоначалните си магнитни свойства.

Преценете сами: типичната коерцитивна сила е около 50 kA/m с остатъчна магнетизация от около 0,7 Tesla. Но въпреки тази характеристика, алнико магнитите са незаменими за някои научни изследвания.

Типичното съдържание на силно магнитни алнико сплави варира от 7 до 10% алуминий, 12 до 15% никел, 18 до 40% кобалт и 3 до 4% мед.

Колкото повече кобалт, толкова по-висока е индукцията на насищане и магнитната енергия на сплавта. Добавките под формата на 2 до 8% титан и само 1% ниобий спомагат за получаване на по-висока коерцитивна сила - до 145 kA/m. Добавянето на 0,5 до 1% силиций осигурява изотропни магнитни свойства.

Самариеви

Ако се нуждаете от изключителна устойчивост на корозия, окисляване и температури до +350°C, тогава магнитната сплав на самарий с кобалт е това, от което се нуждаете.

Като цена самариево-кобалтовите магнити са по-скъпи от неодимовите поради по-дефицитния и скъп метал - кобалта. Въпреки това е препоръчително да ги използвате, ако е необходимо да имате минимални размери и тегло на крайните продукти.

Това е най-подходящо в космически кораби, авиационно и компютърно оборудване, миниатюрни електрически двигатели и магнитни съединители, в носими инструменти и устройства (часовници, слушалки, мобилни телефони и др.)

Благодарение на тяхната специална устойчивост на корозия, самариевите магнити се използват в стратегически разработки и военни приложения. Електрически двигатели, генератори, повдигащи системи, мотоциклети - силен магнит, изработен от самариево-кобалтова сплав, е идеален за агресивни среди и трудни условия на работа. Коерцитивната сила е около 700 kA/m с остатъчна магнитна индукция около 1 Tesla.

Неодимови

Днес неодимовите магнити са много търсени и изглеждат най-обещаващите. Сплавта неодим-желязо-бор прави възможно създаването на супермагнити за различни приложения, от ключалки и играчки до мощни повдигащи машини.

Висока коерцитивна сила от порядъка на 1000 kA/m и остатъчна намагнитност от порядъка на 1,1 Tesla позволяват на магнита да оцелее в продължение на много години над 10 години, неодимовият магнит губи само 1% от намагнитването си, ако температурата му е под работна температура условия не надвишава +80°C (за някои марки до +200°C). По този начин неодимовите магнити имат само два недостатъка - крехкост и ниска работна температура.

Магнитният прах заедно със свързващия компонент образува мек, гъвкав и лек магнит. Свързващите компоненти като винил, гума, пластмаса или акрил позволяват получаването на магнити с различни форми и размери.

Магнитната сила, разбира се, е по-ниска от чистия магнитен материал, но понякога такива решения са необходими за постигане на определени цели, необичайни за магнитите: при производството на рекламни продукти, при производството на подвижни стикери върху автомобили, както и при производството различни канцеларски и сувенирни продукти.

Еднаквите полюси на магнитите се отблъскват, а за разлика от полюсите се привличат. Взаимодействието на магнитите се обяснява с факта, че всеки магнит има магнитно поле и тези магнитни полета взаимодействат помежду си. Каква е например причината за намагнитването на желязото?

Според хипотезата на френския учен Ампер вътре в материята съществуват елементарни електрически токове (Амперови токове), които се образуват в резултат на движението на електроните около атомните ядра и около собствената им ос.

Когато електроните се движат, възникват елементарни магнитни полета. И ако парче желязо се постави във външно магнитно поле, тогава всички елементарни магнитни полета в това желязо са ориентирани еднакво във външното магнитно поле, образувайки собственото магнитно поле на парчето желязо. Така че, ако приложеното външно магнитно поле е било достатъчно силно, след като го изключите, парче желязо ще стане постоянен магнит.

Познаването на формата и намагнитването на постоянния магнит ни позволява да го заменим за изчисления с еквивалентна система от електрически намагнитващи токове. Такава замяна е възможна както при изчисляване на характеристиките на магнитното поле, така и при изчисляване на силите, действащи върху магнита от външното поле. Като пример, нека изчислим силата на взаимодействие между два постоянни магнита.

Нека магнитите имат формата на тънки цилиндри, радиусите им ще бъдат означени с r1 и r2, дебелините им ще бъдат h1, h2, осите на магнитите съвпадат, разстоянието между магнитите ще бъде означено с z и ще приемем че е значително по-голям от размера на магнитите.

Възникването на силата на взаимодействие между магнитите се обяснява по традиционния начин: единият магнит създава магнитно поле, което влияе на втория магнит.

За да изчислим силата на взаимодействие, нека мислено заменим магнитите с еднакво намагнитване J1 и J2 с кръгови токове, протичащи по страничната повърхност на цилиндрите. Ще изразим силите на тези токове чрез намагнитването на магнитите и техните радиуси ще се считат за равни на радиусите на магнитите.

Нека разложим вектора на индукция B на магнитното поле, създадено от първия магнит на мястото на втория, на два компонента: аксиален, насочен по оста на магнита, и радиален, перпендикулярен на него.

За да се изчисли общата сила, действаща върху пръстена, е необходимо психически да се раздели на малки елементи IΔl и да се сумира, действаща върху всеки такъв елемент.

С помощта на правилото на лявата ръка е лесно да се покаже, че аксиалната компонента на магнитното поле води до появата на сили на Ампер, стремящи се да разтегнат (или компресират) пръстена - векторната сума на тези сили е нула.

Наличието на радиален компонент на полето води до появата на сили на Ампер, насочени по оста на магнитите, тоест до тяхното привличане или отблъскване. Остава да изчислим силите на Ампер - това ще бъдат силите на взаимодействие между два магнита.

Какви видове магнити има и каква е разликата между тях?

В съвременните устройства и просто в ежедневието често се използват магнити. Това не е просто преработена руда, а състави, прецизно съобразени с конкретни изисквания. Магнитите са много различни и в зависимост от предназначението се различава съставът на веществото, от което е направен. Магнитите се разделят според състава си на няколко категории, ето някои от тях:

1. Магнит AlNiCo. Това е една от най-старите рецепти с магнит. Той е запазен и използван от четиридесетте години на миналия век и има неоспорими предимства. Силата му на намагнитване е много голяма, той губи свойствата си само при температура от 840 градуса по Целзий, което допринася за широкото му разпространение. Най-популярният пример е магнитни ключалкипод формата на подкова. Отрицателните характеристики включват повреди. Доста често магнитът се рони или счупва с времето, което също създава трудности при обработката.

2. Ферити. Тези съединения са създадени от керамика, свързана с метал. Положителните свойства на тези магнити включват тяхната висока устойчивост на електричество, поради което се използват за създаване магнитни устройстваза работа с ток. Освен това е много евтин магнит, цената му е най-ниската сред своите връстници. Отрицателните характеристики са нестабилност при температура. Подобен състав има заваръчен магнитили магнитен квадрати други устройства за технологията, тъй като те имат способността да устояват на окисляване за дълго време и имат висока коерцитивна сила. При обработката на този материал се използва магнитно оборудване за по-добра обработка на ферита.

3. Магнит SmCo. Това съединение е използвано за първи път като магнит през седемдесетте години на миналия век. Той показва най-добрите резултати при всички измервания и оставя предишните съперници далеч назад, но цената на такъв магнит е много висока. В допълнение към високата цена, недостатъците включват крехкост. Такива магнити се използват там, където цената е второстепенен фактор. Това могат да бъдат превключваеми магнити в производството или военни приложения.

4. NdFeB магнит. Това е един вид компромис. Качествата му са максимално близки до отличните резултати на SmCo, но е с по-ниска цена. За да се постигнат такива резултати, магнитът трябва да бъде произведен във вакуумна среда и след това затворен в обвивка от цинк или мед. Отрицателната страна е ниската температура на Кюри, тоест температурата, при която съставът губи своите магнитни свойства. Това обаче може да се коригира чрез добавяне на кобалт, но това значително ще увеличи цената. В реалния живот такива магнити често могат да бъдат намерени в компютърното оборудване.

5. Полимерни магнити. Такива вещества се създават с помощта на естествен или химически създаден магнитен прах и към него се добавя метал. Положителните свойства на този материал включват надеждна устойчивост на механични натоварвания и магнитът може да получи всякаква форма. Отрицателната страна е, че показанията са доста ниски при всички измервания. Свойствата на такъв магнит приличат на свързващ материал.

Изборът на магнит се основава на това за какво е предназначен. Днес всяко съединение вече се е утвърдило в своята ниша на пазара и в производството. За индивидуална употреба трябва да изберете по-евтини сортове, които запазват всички свойства в домашна среда, а когато се използват масово, изберете компромисна комбинация или заложете на качеството, макар и на завишена цена.

Всеки държеше магнит в ръцете си и играеше с него като дете. Магнитите могат да бъдат много различни по форма и размер, но всички магнити имат общо свойство - те привличат желязо. Изглежда, че самите те са направени от желязо, поне от някакъв метал със сигурност. Има обаче и „черни магнити“ или „камъни“;

Но те не изглеждат като метал; чупят се лесно, като стъкло. Магнитите имат много полезни приложения, например, с тяхна помощ е удобно да „закрепите“ хартиени листове към железни повърхности. Магнитът е удобен за събиране на изгубени игли, така че, както виждаме, това е напълно полезно нещо.

Наука 2.0 - Големият скок напред - Магнити

Магнит в миналото

Преди повече от 2000 години древните китайци са знаели за магнитите, поне че това явление може да се използва за избор на посока при пътуване. Тоест те излязоха с компас. Философите в древна Гърция, любопитни хора, събиращи различни невероятни факти, се натъкнали на магнити в околностите на град Магнеса в Мала Азия. Там открили странни камъни, които можели да привличат желязо. По това време това беше не по-малко удивително, отколкото извънземните биха могли да станат в наше време.

Още по-изненадващо изглеждаше, че магнитите не привличат всички метали, а само желязото, а самото желязо може да се превърне в магнит, макар и не толкова силен. Можем да кажем, че магнитът привлече не само желязото, но и любопитството на учените и значително придвижи напред такава наука като физиката. Талес от Милет пише за „душата на магнит“, а римлянинът Тит Лукреций Кар пише за „бесното движение на железни стърготини и пръстени“ в своето есе „За природата на нещата“. Той вече можеше да забележи наличието на два полюса на магнита, които по-късно, когато моряците започнаха да използват компаса, бяха наречени на кардиналните точки.

Какво е магнит? С прости думи. Магнитно поле

Приехме магнита сериозно

Природата на магнитите не можеше да бъде обяснена дълго време. С помощта на магнитите бяха открити нови континенти (моряците все още се отнасят с голямо уважение към компаса), но никой все още не знаеше нищо за самата природа на магнетизма. Работи се само за подобряване на компаса, което също беше направено от географа и навигатора Христофор Колумб.

През 1820 г. датският учен Ханс Кристиан Ерстед прави голямо откритие. Той установява действието на проводник с електрически ток върху магнитна стрелка и като учен открива чрез опити как става това при различни условия. През същата година френският физик Анри Ампер излезе с хипотеза за елементарни кръгови токове, протичащи в молекулите на магнитната материя. През 1831 г. англичанинът Майкъл Фарадей, използвайки намотка от изолирана жица и магнит, провежда експерименти, показващи, че механичната работа може да се преобразува в електрически ток. Той също така установи закона за електромагнитната индукция и въведе понятието „магнитно поле“.

Законът на Фарадей установява правилото: за затворен контур електродвижещата сила е равна на скоростта на промяна на магнитния поток, преминаващ през този контур. На този принцип работят всички електрически машини - генератори, електродвигатели, трансформатори.

През 1873 г. шотландският учен Джеймс С. Максуел обединява магнитните и електрическите явления в една теория, класическата електродинамика.

Веществата, които могат да бъдат магнетизирани, се наричат ​​феромагнетици. Това име свързва магнитите с желязото, но освен него способността да магнетизират се среща и при никела, кобалта и някои други метали. Тъй като магнитното поле вече е навлязло в областта на практическата употреба, магнитните материали са станали обект на голямо внимание.

Започват експерименти със сплави от магнитни метали и различни добавки в тях. Получените материали бяха много скъпи и ако Вернер Сименс не беше измислил идеята да замени магнита със стомана, магнетизирана от сравнително малък ток, светът никога нямаше да види електрическия трамвай и компанията Сименс. Сименс също работи върху телеграфни устройства, но тук той имаше много конкуренти, а електрическият трамвай даде на компанията много пари и в крайна сметка дръпна всичко останало заедно с него.

Електромагнитна индукция

Основни величини, свързани с магнитите в техниката

Ще се интересуваме главно от магнити, тоест феромагнетици, и ще оставим малко настрана останалата, много обширна област от магнитни (по-добре казано, електромагнитни, в памет на Максуел) явления. Нашите мерни единици ще бъдат тези, приети в SI (килограм, метър, секунда, ампер) и техните производни:

л Сила на полето, H, A/m (ампери на метър).

Това количество характеризира напрегнатостта на полето между успоредни проводници, разстоянието между които е 1 m, а токът, протичащ през тях, е 1 A. Напрегнатостта на полето е векторна величина.

л Магнитна индукция, B, Tesla, плътност на магнитния поток (Weber/m2)

Това е съотношението на тока през проводника към дължината на окръжността при радиуса, при който се интересуваме от големината на индукцията. Окръжността лежи в равнината, която жицата пресича перпендикулярно. Това включва и фактор, наречен магнитна пропускливост. Това е векторна величина. Ако мислено погледнете края на жицата и приемете, че токът тече в посока далеч от нас, тогава магнитните кръгове на силата се „въртят“ по посока на часовниковата стрелка, а индукционният вектор се прилага към допирателната и съвпада с тях по посока.

л Магнитна пропускливост, μ (относителна стойност)

Ако вземем магнитната проницаемост на вакуума за 1, тогава за други материали ще получим съответните стойности. Така например за въздуха получаваме стойност, която е почти същата като за вакуума. За желязото получаваме значително по-големи стойности, така че можем образно (и много точно) да кажем, че желязото „дърпа” магнитни силови линии в себе си. Ако силата на полето в намотка без сърцевина е равна на H, тогава със сърцевина получаваме μH.

л Принудителна сила, A/m.

Принудителната сила измерва колко магнитен материал се съпротивлява на размагнитването и повторното намагнитване. Ако токът в бобината е напълно премахнат, тогава ще има остатъчна индукция в сърцевината. За да го направите равен на нула, трябва да създадете поле с някакъв интензитет, но в обратна посока, тоест да оставите тока да тече в обратна посока. Това напрежение се нарича принудителна сила.

Тъй като на практика магнитите винаги се използват в някаква връзка с електричеството, не трябва да е изненадващо, че такава електрическа величина като ампер се използва за описание на техните свойства.

От казаното следва, че е възможно например пирон, върху който е действал магнит, сам да стане магнит, макар и по-слаб. На практика се оказва, че дори децата, които играят с магнити, знаят за това.

Има различни изисквания към магнитите в технологиите, в зависимост от това къде отиват тези материали. Феромагнитните материали се разделят на „меки“ и „твърди“. Първите се използват за направата на сърцевини за устройства, където магнитният поток е постоянен или променлив. Не можете да направите добър независим магнит от меки материали. Те се демагнетизират твърде лесно и точно това е тяхното ценно свойство, тъй като релето трябва да "освободи", ако токът е изключен, а електродвигателят не трябва да се нагрява - излишната енергия се изразходва за обръщане на намагнитването, което се освобождава под формата на топлина.

КАК НАИСТИНА ИЗГЛЕЖДА ЕДНО МАГНИТНО ПОЛЕ? Игор Белецки

Постоянните магнити, тоест тези, които се наричат ​​магнити, изискват твърди материали за тяхното производство. Твърдостта се отнася до магнитна, тоест голяма остатъчна индукция и голяма коерцитивна сила, тъй като, както видяхме, тези количества са тясно свързани помежду си. Такива магнити се използват във въглеродни, волфрамови, хромови и кобалтови стомани. Тяхната коерцитивност достига стойности от около 6500 A/m.

Има специални сплави, наречени ални, алниси, алнико и много други, като както се досещате те включват алуминий, никел, силиций, кобалт в различни комбинации, които имат по-голяма коерцитивна сила - до 20 000...60 000 A/m. Такъв магнит не е толкова лесно да се откъсне от желязо.

Има магнити, специално проектирани да работят на по-високи честоти. Това е добре познатият „кръгъл магнит“. Той е „копан“ от неизползваем високоговорител от високоговорител на музикален център, или радио в кола, или дори телевизор от миналото. Този магнит е направен чрез синтероване на железни оксиди и специални добавки. Този материал се нарича ферит, но не всеки ферит е специално магнетизиран по този начин. И в високоговорителите се използва с цел намаляване на безполезните загуби.

Магнити. Откриване. как става това

Какво се случва вътре в магнит?

Поради факта, че атомите на дадено вещество са своеобразни „букове“ от електричество, те могат да създават собствено магнитно поле, но само в някои метали, които имат подобна атомна структура, тази способност е много силно изразена. Желязото, кобалтът и никелът са разположени един до друг в периодичната таблица на Менделеев и имат подобни структури на електронни обвивки, което превръща атомите на тези елементи в микроскопични магнити.

Тъй като металите могат да се нарекат замръзнала смес от различни много малки кристали, ясно е, че такива сплави могат да имат много магнитни свойства. Много групи атоми могат да „разгънат“ собствените си магнити под въздействието на съседни и външни полета. Такива „общности“ се наричат ​​магнитни домейни и образуват много странни структури, които все още се изучават с интерес от физиците. Това е от голямо практическо значение.

Както вече споменахме, магнитите могат да бъдат почти атомни по размер, така че най-малкият размер на магнитен домейн е ограничен от размера на кристала, в който са вградени магнитните метални атоми. Това обяснява например почти фантастичната плътност на запис на съвременните компютърни твърди дискове, която очевидно ще продължи да расте, докато дисковете имат по-сериозни конкуренти.

Гравитация, магнетизъм и електричество

Къде се използват магнитите?

Ядрата на които са магнити, направени от магнити, въпреки че обикновено се наричат ​​просто ядра, магнитите имат много повече приложения. Има канцеларски магнити, магнити за заключване на мебелни врати и магнити за шах за пътници. Това са магнити, познати на всички.

По-редките видове включват магнити за ускорители на заредени частици; това са много впечатляващи структури, които могат да тежат десетки тонове или повече. Въпреки че сега експерименталната физика е обрасла с трева, с изключение на тази част, която веднага носи супер печалби на пазара, но сама по себе си не струва почти нищо.

Друг интересен магнит е инсталиран в фантастично медицинско устройство, наречено скенер за магнитен резонанс. (Всъщност методът се нарича ЯМР, ядрено-магнитен резонанс, но за да не плаши хората, които по принцип не са наясно с физиката, го преименуваха.) Апаратът изисква поставяне на наблюдавания обект (пациента) в силно магнитно поле, а съответният магнит е с плашещи размери и формата на дяволския ковчег.

Човек се поставя на диван и се търкаля през тунел в този магнит, докато сензорите сканират зоната, представляваща интерес за лекарите. Като цяло не е голяма работа, но някои хора изпитват клаустрофобия до степен на паника. Такива хора с охота ще се оставят да ги режат живи, но няма да се съгласят на преглед с ЯМР. Кой знае обаче как се чувства човек в необичайно силно магнитно поле с индукция до 3 тесла, след като е платил добри пари за него.

За да се постигне такова силно поле, свръхпроводимостта често се използва чрез охлаждане на магнитна намотка с течен водород. Това дава възможност да се „изпомпва“ полето, без да се страхувате, че нагряването на проводниците със силен ток ще ограничи възможностите на магнита. Това изобщо не е евтина настройка. Но магнитите, изработени от специални сплави, които не изискват токово отклонение, са много по-скъпи.

Нашата Земя също е голям, макар и не особено силен магнит. Той помага не само на собствениците на магнитния компас, но и ни спасява от смърт. Без него щяхме да бъдем убити от слънчевата радиация. Картината на магнитното поле на Земята, симулирана от компютри въз основа на наблюдения от космоса, изглежда много впечатляваща.

Ето кратък отговор на въпроса какво е магнит във физиката и техниката.