Как и из чего делают магнит
Elton-zoloto.ru

Драгоценные металлы

Как и из чего делают магнит

Как делают магниты

Главная » Наука и техника » Как делают магниты и какие их виды бывают | «Зачем и почему»

Приветствуем Вас, дорогие читатели, на нашем сайте!

Здесь вы сможете узнать множество интересных и зажигательных историй, множество фактов и объяснений в мире. На нашем сайте вы найдете много полезной и интересной информации из различных областей науки, спорта, природы, животных и многое многое другое.
Читайте и делитесь с друзьями!

В данной статье мы с Вами узнаем – КАК ДЕЛАЮТ МАГНИТЫ

Уникальные свойства некоторых веществ, всегда удивляли людей своею необычностью. Особое внимание привлекла способность некоторых металлов и камней – отталкиваться или притягиваться друг к другу. На протяжении всех эпох это вызвало интерес мудрецов и огромное удивление простых обывателей.

Начиная с 12 – 13 веков его начали активно применять в производстве компасов и других инновационных изобретений. Сегодня можно увидеть распространённость и разнообразие магнитов во всех сферах нашей жизни. Каждый раз, когда мы встречам очередное изделие из магнита, мы часто задаёмся вопросом: «Так как делают магниты?»

Из чего делают магниты?

Для производства постоянных и временных магнитов используют железо, неодим, бор, кобальт, самарий, альнико и ферриты.

Они в несколько этапов измельчаются и вместе плавятся, пекутся или спрессовываются до получения постоянного или временного магнитного поля. В зависимости от вида магнитов и требуемых характеристик, меняется состав и пропорции компонентов.

Как делают магниты разными способами

Прессованные магнитопласты – это магниты, полученные путем смешивания специального вида порошка NdFeB с полимерными связывающими материалами. Затем эта масса прессуется в форму и нагревается.

Магнитные изделия, получаемые таким способом, могут быть сложных форм, и обычно не требуют дополнительной обработки. Они имеют более низкую энергию продукта, чем спеченные магниты, до 10 МГсЭ.

Изотропные магнитопласты NdFeB могут быть намагничены в любом направлении.

При использовании специальных соленоидов можно получить многополюсные магниты или магниты со специальной формой магнитного поля.

Разумеется, такие сложные соленоиды могут стоить очень дорого в зависимости от сложности конструкции и требуемой производительности.

Литые магнитопласты – при этом способе производства магнитов порошок NdFeB смешивается с полимерным материалом и выдавливается в форму. Получающиеся магнитные изделия имеют энергию продукта до 5 МГсЭ, но могут быть сделаны замысловатых форм.

Спеченные неомагниты – мелкий порошок NdFeB запрессовывается в форму, затем спекается и обрабатывается до нужного размера (шлифуется).

Производство неодимовых магнитов – сложный высокотехнологичный процесс, требующий соблюдения состава, содержания примесей. Все операции, кроме шлифовки в размер, проводятся без доступа кислорода в вакууме или атмосфере инертных газов. Направление намагниченности задается текстурой магнитного поля во время прессования.

Изготовление электромагнитов

Электромагниты производятся с помощью обмотки проволоки вокруг металлического сердечника. Меняя размеры сердечника и длину проволоки меняют мощность поля, количество употребляемого электричества и размеры устройства.

Выплавка

Оператор загружает в электрическую вакуумную печь все компоненты будущего магнита. После проверки оборудования и соответствия количества материала, печь закрывают. С помощью насоса из камеры откачивают весь воздух и запускают процесс плавки.

Воздух из камеры извлекают для того, чтобы предотвратить окисление железа и возможную потерю мощности полей. Расплавленная смесь самостоятельно выливается в форму, а оператор ожидает ее полного остывания. В результате получается брикет, уже имеющий магнитные свойства.

Измельчение

Однородный сплав в специальных дробилках измельчают в два этапа.

В результате первичного дробления брикета, получают крупные частицы, размером в мелкую щебенку. После вторичного дробления образуется порошок с размером частиц в несколько микронов. Это необходимо, чтобы на следующем этапе, правильно выставить магнитные поля.

Прессование

Порошок загружают в специальный аппарат, где под воздействием магнитного поля и механического давления его прессуют в брикеты, требуемых размеров и форм. Во время воздействия магнитного поля, намагниченные частицы внутри порошка направляются в одну сторону.

В результате выравнивается полярность будущего магнита.

Готовые брикеты пакуют в герметичные пакеты и выкачивают изнутри воздух. Это необходимо, чтобы предотвратить окисление металла и потери магнитных свойств.

Спекание

Брикет помещают в специальную печь, из которой удаляют воздух и под воздействием высокой температуры спекают все компоненты в единый магнит. Изделие приобретает высокую прочность и увеличивает мощность магнитных полей.

Завершение производства

Магниты могут дополнительно нарезать, шлифовать и покрывать защитным слоем. Готовые изделия проходят контроль качества, упаковываются и отправляются заказчику.

Интересный факт: первая шахта по выработке магнитной руды была построена на холмах магнезии в Малой Азии. С ее недр было выработано множество тонн руды, которую использовали для производства компасов и других уникальных инструментов.

Технология производства магнитов заключается в смешивании нескольких компонентов и получении изделия, издающего магнитное поле. В зависимости от состава и пропорций, в каждом отдельном случае процесс будет немного отличаться. Готовые изделия будут использоваться в разных сферах нашей жизни, начиная от крупных электродвигателей и заканчивая сувенирами на холодильник.

Видео

Как и из чего делают магнит

Для многих людей магнит до сих пор является загадкой, хотя с данным металлом и явлением в принципе, люди познакомилась очень давно. Уже тогда была разработана целая система по изготовлению различных магнитов. Сегодня же это далеко не редкость и даже мощные магниты можно сделать в домашних условиях.

Создание магнита с подручных средств

Конечно, для многих это покажется даже чем-то сверхъестественным и возможно даже будет шоком, но даже сейчас, сидя дома, большинство людей могут изготовить магнит своими руками. Ниже представлено четыре способа, в которых описано, как сделать мощный магнит в домашних условиях.

Первый и наверняка поэтому самый простой способ: для его осуществления нужно лишь взять любой предмет, который можно намагнитить (предмет должен быть металлическим) и провести им несколько раз вдоль постоянного магнита, причем делать это следует только в одном направлении. Но, к сожалению, такой магнит будет недолговечным и очень быстро потеряет свои магнитные свойства.

Данный метод намагничивания производится с помощью батарейки или аккумулятора на 5 или 12 вольт. Чаще всего он применятся для намагничивания отверток и выполняется следующим образом:

• Берется медная проволока определенной длины, которой будет достаточно для того, чтобы обмотать стержень отвертки 280 – 350 раз. Лучше всего подходит проволока из трансформаторов, или та, что предназначена для их производства.
• Изолируется предмет, в данном случае, при помощи изоленты выполняется обмотка всего стержня отвертки.
• Выполняется сама обмотка и подключение ее к батарее. Один конец – к плюсу, другой – к минусу. Обмотку следует проводить виток к витку, равномерно. Изоляция также должна быть плотной.

В результате данных манипуляций, с отверткой будет намного приятнее работать. Такой операцией можно превратить любые старые ненужные отвертки в действительно удобный инструмент.

Этот вариант описывает то, как сделать мощный магнит довольно простым способом. На самом деле он полностью уже был описан выше, но конкретно этот способ подразумевает под собой другой материал. В данном случае будет использоваться обычный металл, а точнее небольшой кусок из него, желательно кубической формы и более мощная катушка. Теперь количество витков нужно увеличить в 2-3 раза, чтобы намагничивание прошло успешно.

Этот метод очень опасен и категорически запрещен для исполнения людьми, не являющимися профессионалами в сфере электрики. Выполняется строго с соблюдением техники безопасности, главное помнить, что ответственность за жизнь и здоровье несете только Вы и никто больше.

Читать еще:  Магнитные браслеты польза и вред отзывы

Он рассказывает о том, как сделать сильный магнит в домашних условиях, при этом затратив небольшую сумму денег. В этом случае будет использоваться еще более мощная катушка, намотанная исключительно из меди, а также плавкий предохранитель для сети в 220 вольт.

Предохранитель нужен для того, чтобы катушку можно было вовремя отключить. Сразу же после подключения в сеть он сгорит, но при этом за такой промежуток времени успеет пройти процесс намагничивания. Сила тока в таком случае будет максимальной для сети и магнит будет достаточно мощным.

Мощный электромагнит своими руками

Во-первых, нужно разобраться с тем, что это такое. Электромагнит представляет из себя целое устройство, которое при подаче на него определенного тока, работает как обычный магнит. Сразу же после прекращения он теряет эти свойства. О том, как сделать мощный магнит из обычной катушки и железа было описано выше. Так вот, если вместо железа использовать магнитопровод, то как раз и получится тот самый электромагнит.

Для того, чтобы разобраться с тем, как сделать сильный магнит в домашних условиях, который будет работать от сети, нужно всего лишь вспомнить немного информации из курса школьной физики и понять, что при увеличении катушки, а также магнитопровода, возрастет и мощность магнита. Но при этом потребуется больше тока, для раскрытия полного потенциала магнита.

Но самыми мощными все же остаются именно неодимовые, они обладают всеми самыми желанными свойствами и при своей силе имеют небольшой размер и вес. О том, как делать неодимовые магниты собственными руками и возможно ли это вообще и пойдет речь дальше.

Изготовление неодимового магнита

Из-за сложного состава и специальной методики производства, вопрос о том, как сделать неодимовый магнит своими руками в домашних условиях отпадает сам собой. Но многих все же интересует, как делать неодимовые магниты, ведь, казалось бы, если можно сделать обычный магнит, то и неодимовый также вполне реально изготовить.

Но все не так просто, как кажется в действительности. Производством таких магнитов занимаются серьезные компании, они используют специальные технологии очень мощного намагничивания материала. И это помимо того, что используется достаточно сложный в добыче и производстве сплав. Поэтому на данный вопрос можно четко ответить – никак. Если у кого-то получится это сделать, то он с легкостью сможет открыть свое производство, так как необходимое оборудование у него уже будет.

Применение созданных магнитов

Применение в промышленно-хозяйственных целях

Применяются в различных электроприборах. Особенно часто встречаются в устройствах, оборудованных динамиками. Любая динамическая головка включает в себя магнит, ферритовый или неодимовый, в редких случаях используются и другие. Также используются магниты в мебельном производстве, игрушках. На производствах, при фильтрации сыпучих материалов.

Применение в домашних условиях

Магниты на холодильник – это одно из самых распространенных направлений применения магнитов. Также некоторые используют их для остановки счетчиков, для того чтобы снизить плату на коммунальные услуги, но делать так категорически запрещено, да и нецелесообразно.

Исходя из этой статьи можно понять то, как сделать мощный магнит в домашних условиях, при этом не затратив на это каких-то особых усилий и материальных средств. Но не стоит экспериментировать с мощной сетью людям, которые не разбираются в электричестве и вообще не имеют представления о том, как это работает, потому как это серьезно и очень опасно для жизни человека.

Описание и использование неодимового магнита

Неодимовый магнит является самым мощным и постоянным магнитом, в состав которого входит редкоземельный неодим, бор и железо. Какого полное определение магнита и основные преимущества, в чем заключается его сила и каков принцип действия? Об этом далее.

Что это такое

Неодимовым магнитом является магнитный элемент, который состоит из неодимового редкоземельного борного и железного материала. Обладает кристаллической структурой, тетрагональной формой и формулой Nd2Fe14B.

Впервые был создан организацией General Motors в 1982 году. Является самым сильным постоянным магнитным элементом, величина мощности которого в несколько раз больше обычного. Оснащен большой магнитной индукцией в 12 400 гаусс.

Обратите внимание! Это хрупкий сплав, имеющий формулу NdFeB, а также жесткий никелированный защитный слой и соответствующий класс. Пользуется большой популярностью и выпускается в разной форме.

Преимущества

Самый распространенный неодимовый магнит — тот, который имеет сплав железного оксида, обладающий хорошей термостойкостью, высокой магнитной проницаемостью и низкой себестоимостью. Оснащен цветовой маркировкой, высокой коэрцитивной силой, мощным магнитным полем, удерживающим предметы на весу, компактным размером, малым весом, доступностью и широкой областью применения. Имеет большой срок службы.

Если обычный магнит работает на протяжении 10 лет и может размагничиваться, то неодимовый через 100 лет не утрачивает свои свойства. Еще одно преимущество заключается в форме. Подобное изделие обладает формой подковы. Она дает большой срок службы прибору. Что касается стоимости, это — дорогие изделия, однако стоимость оправдывается с помощью превосходных эксплуатационных качеств и безупречной надежности.

Стоит указать, что сила, заключенная в неодимовых магнитах, еще одно их преимущество. Она высокая и найти конкурентную ей нереально. Это рекордный вид показателя, повышение которого невозможно. Сила образуется при изготовлении. Намагничивание происходит после формирование сплава. Благодаря существующим технологиям намагничивается сплав таким образом, что магнит имеет невероятно высокую мощность и этот показатель достигает рекорда.

Обратите внимание! Мощность — относительное обывательское понятие. Сила стабильная, но измеряется она при помощи приборов. При этом показания зависят от того, какая толщина у поверхности и чистота. Некоторое влияние способен оказывать угол отрыва.

Срок службы

Срок работы оборудование, если будет надлежащее использование, равен 30 лет. Из-за неосторожного обращения, прибор может быть испорчен. Дело в отсутствии гибкости, а также в ломкости и потрескивании в момент большой нагрузки. Из-за падения, удара или снижения сцепных свойств снижается срок службы оборудования. По этой причине необходимо избежание падений с использованием соприкасающихся в движениях деталей.

Еще одним крайне важным моментом является безвозвратная потеря магнитных свойств из-за нагревания. Поэтому шлифовка с резкой или сверлением снижает цепную силу и может возгораться сплав. Если же хранение с эксплуатацией организовано правильно, то намагниченность сохраняется на протяжении 10 лет.

Конструкция

Отвечая на вопрос, из чего сделан неодимовый магнит, можно указать, что это редкоземельный элемент, который содержит атом с лантанидом или актинидом. В классическом составе может еще находится присадка. Она используется, чтобы увеличить силу с выносливостью и стойкостью к большим температурам. Бор используется в малом количестве, железо — связующий элемент. Благодаря такому составу получается большая сцепная сила. При соединении нескольких ферритовых колец, можно руками разъединить их. Что же касается неодимовых магнитов, этого сделать нельзя.

Как намагничивают неодимовые магниты

Намагничивание неодимовых магнитов происходит путем взаимодействия ионового брома, железа и неодима мощного магнитного поля. Благодаря подобным действиям получается элемент, который имеет высокую коэрцитивную силу и высокую мощность сцепления. Также он обладает крайне продолжительным сроком службы в быту.

Принцип работы

Работает неодимовый магнит очень просто. В случае соединения двух магнитных элементов и совпадения полюсов по направлению, магнитная сила двух полей будет усилена. В итоге получится общее сильное магнитное поле. При обратном расположении намагниченных элементов, получится угнетение магнитного поля.

Как использовать

Неодимовый магнитный элемент самый сильный, превышающий аналоги, которые основаны на редкоземельном металле. Помимо этого, неодим способен значительно надолго сохранять намагниченную структуру. Использовать подобное оборудование можно в разных сферах. К примеру, его применяют при изготовлении накладных наушников с ветрогенераторами, мотор-колесами и скутерами.

Читать еще:  Какой толщины металл можно варить полуавтоматом

Обратите внимание! Магниты активно используются в промышленной, бытовой, медицинской сфере. Также их применяют, чтобы проводить поисковые работы металлоискателем. Нередко их можно найти в сантехнике или сувенирах.

Из конкретных примеров можно назвать применение магнита при разработке медицинских приборов, магнитной обработки воды, создании масловых и технологичных фильтров, формировании исполнительных механизмов с высокочувствительными датчиками. Кроме того, они нужны, чтобы производилась одежда с чехлом и обувью, создавались рекламные, информационные и навигационные материалы.

В целом, неодим — самый мощный постоянный магнитный материал, который обладает высокой стойкостью к размагничиванию, мощностью притяжения и металлическим внешним видом. Имеет большой срок службы, состоит из бора, железа и металла лантаноидной группы.

Постоянные магниты – виды и свойства, взаимодействие магнитов

Что такое постоянный магнит

Ферромагнитное изделие, способное сохранять значительную остаточную намагниченность после снятия внешнего магнитного поля, называется постоянным магнитом.

Постоянные магниты изготавливают из различных металлов, таких как: кобальт, железо, никель, сплавы редкоземельных металлов (для неодимовых магнитов), а также из естественных минералов типа магнетитов.

Сфера применения постоянных магнитов сегодня очень широка, однако назначение их принципиально везде одно и то же — как источник постоянного магнитного поля без подвода электроэнергии. Таким образом, магнит — это тело, обладающее своим собственным магнитным полем.

Само же слово «магнит» происходит от греческого словосочетания, которое переводится как «камень из Магнесии», по названию азиатского города, где были в древности открыты залежи магнетита — магнитного железняка. С физической точки зрения элементарным магнитом является электрон, а магнитные свойства магнитов вообще обуславливаются магнитными моментами электронов, входящих в состав намагниченного материала.

В зависимости от назначения магнитов им придается различная форма. Часто постоянным магнитам придается форма подковы (т. н. “подковообразные” магниты). После того как материалу придана форма, он должен быть намагничен, т. е. помещен во внешнее магнитное поле.

Обычно для намагничивания применяется магнитное поле катушки, по которой протекает электрический ток. В результате сильного нагревания, толчков постоянные магниты. могут частично или полностью потерять свои магнитные свойства (размагнититься).

Характеристики размагничивающего участка петли магнитного гистерезиса материала, из которого изготовлен постоянный магнит, определяют свойства того или иного постоянного магнита: чем выше коэрцитивная сила Нс, и чем выше остаточная магнитная индукция Вr – тем сильнее и стабильнее магнит.

Коэрцитивная сила (буквально в переводе с латинского – «удерживающая сила») — сила, препятствующая изменению магнитной поляризации ферромагнетиков.

Пока ферромагнетик не поляризован, т. е. элементарные токи не ориентированы, коэрцитивная сила препятствует ориентировке элементарных токов. Но когда ферромагнетик уже поляризован, она удерживает элементарные токи в ориентированном положении и после того, как внешнее намагничивающее поле устранено.

Этим объясняется остаточный магнетизм, который наблюдается у многих ферромагнетиков. Чем больше коэрцитивная сила, тем сильнее выражено явление остаточного магнетизма.

Итак, коэрцитивная сила — это значение напряжённости магнитного поля, необходимого для полного размагничивания ферро- или ферримагнитного вещества. Таким образом, чем большей коэрцитивной силой обладает конкретный магнит, тем он устойчивее к размагничивающим факторам.

Единица измерения коэрцитивной силы в системе СИ — Ампер/метр. А магнитная индукция, как известно, – это векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля. Характерное значение остаточной магнитной индукции постоянных магнитов — порядка 1 Тесла.

Магнитный гистерезис — наличие последствия поляризации магнетиков приводит к тому, что намагничивание и размагничивание магнитного материала происходят неодинаково, т. к. намагничивание материала все время немного отстает от намагничивающего поля.

При этом часть энергии, затраченной на намагничивание тела, при размагничивании не возвращается обратно, а превращается в тепло. Поэтому многократное перемагничивание материала связано с заметными потерями энергии и иногда может вызвать сильное нагревание намагничиваемого тела.

Чем сильнее выражен гистерезис в материале, тем больше потери в нем при перемагничивании. Поэтому для магнитных цепей с переменным магнитным потоком применяют материалы, не обладающие гистерезисом (смотрите – Магнитопроводы электротехнических устройств).

Виды и свойства постоянных магнитов

Ферритовые магниты хоть и отличаются хрупкостью, но обладают хорошей коррозийной стойкостью, что при невысокой цене делает их наиболее распространенными. Такие магниты изготавливают из сплава оксида железа с ферритом бария или стронция. Данный состав позволяет материалу сохранять свои магнитные свойства в широком температурном диапазоне — от -30°C до +270°C.

Магнитные изделия в форме ферритовых колец, брусков и подков широко используются как в промышленности, так и в быту, в технике и электронике. Их используют в акустических системах, в генераторах, в двигателях постоянного тока. В автомобилестроении ферритовые магниты устанавливают в стартеры, в стеклоподъемники, в системы охлаждения и в вентиляторы.

Ферритовые магниты отличаются коэрцитивной силой порядка 200 кА/м и остаточной магнитной индукцией порядка 0,4 Тесла. В среднем, ферритовый магнит может прослужить от 10 до 30 лет.

Постоянные магниты на основе сплава из алюминия, никеля и кобальта отличаются непревзойденной температурной устойчивостью и стабильностью: они способны сохранять свои магнитные свойства при температурах до +550°C, хотя коэрцитивная сила, характерная для них, относительно мала. Под действием относительно небольшого магнитного поля, такие магниты потеряют исходные магнитные свойства.

Посудите сами: типичная коэрцитивная сила порядка 50 кА/м при остаточной намагниченности порядка 0,7 Тесла. Однако несмотря на эту особенность, магниты альнико незаменимы для некоторых научных исследований.

Типичное содержание компонентов в сплавах альнико с высокими магнитными свойствами изменяется в следующих пределах: алюминий – от 7 до 10%, никель – от 12 до 15%, кобальт – от 18 до 40%, и от 3 до 4% меди.

Чем больше кобальта, тем выше индукция насыщения и магнитная энергия сплава. Добавки в виде от 2 до 8% титана и всего 1% ниобия способствуют получению большей коэрцитивной силы — до 145 кА/м. Добавка от 0,5 до 1% кремния обеспечивает изотропию магнитных свойств.

Если нужна исключительная устойчивость к коррозии, окислению и температуре до +350°C, то магнитный сплав самария с кобальтом — то что надо.

По стоимости самарий-кобальтовые магниты дороже неодимовых за счёт более дефицитного и дорогого металла — кобальта. Тем не менее, именно их целесообразно применять в случае необходимости иметь минимальные размеры и вес конечных изделий.

Наиболее целесообразно это в космических аппаратах, авиационной и компьютерной технике, миниатюрных электродвигателях и магнитных муфтах, в носимых приборах и устройствах (часах, наушниках, мобильных телефонах и т.д.)

Благодаря особой коррозийной стойкости, именно самариевые магниты применяются в стратегических разработках и военных приложениях. Электродвигатели, генераторы, подъемные системы, мототехника – сильный магнит из сплава самария-кобальта идеально подходит для агрессивных сред и сложных условий эксплуатации. Коэрцитивная сила порядка 700 кА/м при остаточной магнитной индукции порядка 1 Тесла.

Неодимовые магниты на сегодняшний день очень востребованы и представляются наиболее перспективными. Сплав неодим-железо-бор позволяет создавать супермагниты для различных сфер, начиная с защелок и игрушек, заканчивая электрогенераторами и мощными подъемными машинами.

Высокая коэрцитивная сила порядка 1000 кА/м и остаточная намагниченность порядка 1,1 Тесла, позволяют магниту сохраняться на протяжении многих лет, за 10 лет неодимовый магнит теряет лишь 1% своей намагниченности, если температура его в условиях эксплуатации не превышает +80°C (для некоторых марок до +200°C). Таким образом, лишь два недостатка есть у неодимовых магнитов — хрупкость и низкая рабочая температура.

Магнитный порошок вместе со связующим компонентом образует мягкий, гибкий и легкий магнит. Связующие компоненты, такие как винил, каучук, пластик или акрил позволяют получать магниты различных форм и размеров.

Читать еще:  Что такое стерлинговое серебро

Магнитная сила, конечно, уступает чистому магнитному материалу, но иногда такие решения необходимы для достижения определенных необычных для магнитов целей: в производстве рекламной продукции, при изготовлении съемных наклеек на авто, а также в изготовлении различных канцелярских и сувенирных товаров.

Одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные полюса притягиваются. Взаимодействие магнитов объясняется тем, что любой магнит имеет магнитное поле, и эти магнитные поля взаимодействуют между собой. В чем, например, причина намагничивания железа?

Согласно гипотезе французского ученого Ампера, внутри вещества существуют элементарные электрические токи (токи Ампера), которые образуются вследствие движения электронов вокруг ядер атомов и вокруг собственной оси.

При движении электронов возникают элементарные магнитные поля. И если кусок железа внести во внешнее магнитное поле, то все элементарные магнитные поля в этом железе ориентируются одинаково во внешнем магнитном поле, образуя собственное магнитное поле куска железа. Так, если приложенное внешнее магнитное поле было достаточно сильным, то после его отключения кусок железа станет постоянным магнитом.

Знание формы и намагниченности постоянного магнита позволяет для расчетов заменить его эквивалентной системой электрических токов намагничивания. Такая замена возможна как при расчете характеристик магнитного поля, так и при расчетах сил, действующих на магнит со стороны внешнего поля.

Для примера проведем расчет силы взаимодействия двух постоянных магнитов. Пусть магниты имеют форму тонких цилиндров, их радиусы обозначим r1 и r2, толщины h1, h2 , оси магнитов совпадают, расстояние между магнитами обозначим z, будем считать, что оно значительно больше размеров магнитов.

Возникновение силы взаимодействия между магнитами объясняется традиционным способом: один магнит создает магнитное поле, которое воздействует на второй магнит.

Для расчета силы взаимодействия мысленно заменим магниты с однородной намагниченностью J1 и J2 круговыми токами, текущими по боковой поверхности цилиндров. Силы этих токов выразим через намагниченности магнитов, а их радиусы будем считать равными радиусам магнитов.

Разложим вектор индукции B магнитного поля, создаваемого первым магнитом в месте расположения второго на две составляющие: осевую, направленную вдоль оси магнита, и радиальную – перпендикулярную ей.

Для вычисления суммарной силы, действующей на кольцо, необходимо мысленно разбить его на малые элементы Idl и просуммировать силы Ампера, действующие на каждые такой элемент.

Используя правило левой руки, легко показать, что осевая составляющая магнитного поля приводит к появлению сил Ампера, стремящихся растянуть (или сжать) кольцо – векторная сумма этих сил равна нулю.

Наличие радиальной составляющей поля приводит к возникновению сил Ампера, направленных вдоль оси магнитов, то есть к их притяжению или отталкиванию. Останется вычислить силы Ампера — это и будут силы взаимодействия между двумя магнитами.

Постоянные магниты

Из истории магнетизма

В VI в. до н.э. в древнем Китае был обнаружен минерал (горная порода), который притягивал к себе железные предметы. Китайцы дали ему название “чу-ши”, что переводится как “любящий камень. “Любящий” — в смысле притягивающий.

Слово “магнит” ввели в обиход древние греки в V в. до н.э. Существует легенда, что первые образцы этих необычных “черных камней” были найдены вблизи города Магнесу, где были обнаружены залежи магнетита. Магнит переводится как “камень из Магнесии”.

Определение и основные признаки постоянного магнита

Постоянным магнитом называют твердый предмет, способный долгое время сохранять состояние намагниченности. Состояние намагниченности означает наличие магнитного поля, которое воздействует (притягивает) на металлические предметы.

Постоянные магниты могут быть естественного происхождения (магнетит) и искусственными, которые изготавливают из железа, стали, никеля, кобальта и других, более редких металлов. Искусственные магниты получают с помощью намагничивания заготовок в сильном магнитном поле. Эти магниты могут иметь разную форму и размеры.

Рис. 1. Постоянные магниты разной формы. Полосовые и дуговые магниты

Основным признаком постоянного магнита является наличие двух магнитных полюсов: южный — S, и северный — N. Магнитные линии направлены снаружи постоянного магнита от северного полюса к южному, а внутри магнита от южного к северному.

Почему у постоянного магнита имеется магнитное поле

В 1820 г. датский физик Ханс Эрстед при исследовании электрических явлений обнаружил, что если вблизи металлического провода разместить магнитную стрелку компаса, то при включении электрического тока стрелка отклонялась на заметный угол. Хотя он и не смог объяснить это явление, но после опубликования этих результатов французский ученый Андре-Мари Ампер высказал предположение, что движение электрических зарядов в проводе — электрический ток, приводит к появлению магнитного поля. Происходит взаимодействие, и на практике стрелка отклоняется.

Рис. 2. Гипотеза Ампера. Модель Ампера для внутренних токов в магнитах

Эту же идею Ампер использовал для объяснения природы магнитного поля постоянных магнитов. Согласно его теории магнитное поле появляется из-за наличия в магнитах непрерывно циркулирующих круговых токов, которые эквивалентны небольшим магнитикам. Эти токи складываются, усиливают друг друга и создают общее магнитное поле внутри и вне магнита. Магнит в целом представляет собой набор (сумму) этих магнитиков.

Наша планета представляет собой огромный постоянный магнит. Принципиальная схема постоянного магнита Земли, который создает ее магнитное поле, аналогична природе обычного, природного магнита. Ядро Земли имеет внешнюю оболочку из расплавленных металлов (железа, никеля и ряда примесей) при температуре более 4000 К 0 . Раскаленная масса, состоящая из смеси заряженных частиц, вращается вместе с Землей. В результате возникают непрерывно циркулирующие потоки и вихри, которые являются главной причиной появления магнитного поля Земли.

Как и из чего делают постоянные магниты

Магнетиты имеют довольно слабые магнитные свойства. Промышленным способом налажено массовое производство искусственных магнитов различных размеров. Исходными материалами для этого служат сплавы на основе металлов: железа Fe, никеля Ni, кобальта Co, неодима Nd, самария Sm. Заготовки из этих сплавов получают литьем, прессованием или спеканием. Затем они помещаются в очень сильное однородное магнитное поле, создаваемое электромагнитами. Во время воздействия магнитного поля, намагниченные частицы направляются в одну сторону. Так выравнивается полярность будущего магнита. В результате заготовки сильно намагничиваются и становятся самостоятельными постоянными магнитами.

В последнее время большую популярность получили полимерные постоянные магниты (магнитопласты). Их изготавливают из смеси магнитного порошка и полимерной (пластиковой) эластичной добавки, например, резины. Магнитные свойства магнитопластов невысоки, но их вполне достаточно для изготовления различных полезных приспособлений, например, магнитов на холодильник, пластиковых карт, демонстрационных и учебных досок.

Где используют постоянные магниты

Замечательные свойства постоянных магнитов используются в различных областях науки, техники, на производствах, в повседневной жизнедеятельности. Вот только некоторые из них:

  • Запись и хранение информации (магнитные ленты, компьютерные дискеты и диски);
  • Пластиковые карты различного назначения (финансовые, бонусные, контрольно-пропускные);
  • Микрофоны, громкоговорители, звуковая техника;
  • Электродвигатели, генераторы, трансформаторы;
  • Компасы;
  • В измерительных приборах с отклоняющей стрелкой, например, в амперметрах;
  • Пластиковые магниты для использования в учебных выставочных целях;
  • Магниты на холодильник;
  • Изготовление застежек для одежды и сумок:
  • Мебельные фиксаторы (закрывание дверок);
  • Детские игрушки.

Рис. 3. Области применение постоянных магнитов/p>

Пальму первенства среди самых мощных искусственных магнитов на сегодняшний день удерживают магниты, в состав которых включены редкоземельные металлы: неодим (сплав Nd-Fe-B) или самарий (сплав Sm-Co). Эти магниты могут сохранять свои свойства, не размагничиваясь в течение 30 лет.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что постоянные магниты могут быть естественными и искусственными. Согласно теории Ампера магнитное поле появляется из-за наличия внутри магнитов непрерывно циркулирующих круговых токов. Эти токи и создают общее магнитное поле внутри и вне магнита. Самые сильные постоянные магниты изготавливаются с применением редкоземельных металлов: самария и неодима.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector