Какие материалы притягиваются к магниту

Почему магнит притягивает железо

Магнитом является тело, которое обладает собственным магнитным полем. В магнитном поле ощущается некоторое воздействие на внешние предметы, которые находятся рядом, наиболее очевидное – способность магнита притянуть металл.

Магнит и его свойства были известны и древним грекам, и китайцам. Они заметили странное явление: к некоторым природным камням притягиваются маленькие кусочки железа. Это явление сначала называли божественным, использовали в ритуалах, но с развитием естествознания стало очевидно, что свойства имеют вполне земную природу, объяснил которую впервые физик из Копенгагена Ганс Христиан Эрстед. Он открыл в 1820 году некую связь у электрического разряда тока и магнита, что и породило учение об электротоке и магнитном притяжении.

Естественнонаучные исследования

Эрстед, проводя эксперименты с магнитной стрелкой и проводником, приметил следующую особенность: разряд энергии, направленный в сторону к стрелке, мгновенно на нее действовал, и она начинала отклоняться.

Стрелка всегда отклонялась, с какой бы стороны он не подошел.

Продолжать многократные эксперименты с магнитом стал физик из Франции Доминик Франсуа Араго, взяв за основу трубку из стекла, перемотанную металлической нитью, посередине этого предмета он установил железный стержень. С помощью электричества, находившееся внутри железо начинало резко намагничиваться, из-за этого стали прилипать различные ключи, но стоило отключить разряд, и ключи сразу падали на пол. Исходя из происходящего физик из Франции Андре Ампер, разработал точное описание всего происходящего в этом эксперименте.

Когда магнит притягивает к себе металлические предметы, это кажется волшебством, но в действительности «волшебные» свойства магнитов связаны всего лишь с особой организацией их электронной структуры. Поскольку электрон, вращающийся вокруг атома, создает магнитное поле, все атомы являются маленькими магнитами; однако в большинстве веществ неупорядоченные магнитные эффекты атомов уравновешивают друг друга.

Касание конца магнита к металлическим скрепкам приводит к возникновению у каждой скрепки северного и южного полюса. Эти полюса ориентируются в том же направлении, что и у магнита. Каждая скрепка стала магнитом.

Бесчисленные маленькие магнитики

Некоторые металлы имеют кристаллическую структуру, образованную атомами, сгруппированными в магнитные домены. Магнитные полюса доменов обычно имеют различное направление (красные стрелки) и не оказывают суммарного магнитного воздействия.

Образование постоянного магнита

Обычно магнитные домены железа ориентированы бессистемно (розовые стрелки), и естественный магнетизм металла не проявляется. Если к железу приблизить магнит (розовый брусок), магнитные домены железа начинают выстраиваться вдоль магнитного поля (зеленые линии). Большинство магнитных доменов железа быстро выстраивается вдоль силовых линий магнитного поля. В результате железо само становится постоянным магнитом.

Магнитный эффект

Сегодня очевидно, что дело не в чудесах, а в более чем уникальной характеристике внутреннего устройства электронных схем, которые образуют магниты. Электрон, который постоянно вращается вокруг атома, образует то самое магнитное поле. Микроатомы обладают магнитным эффектом и состоят в полном равновесии, но магниты своим притяжением влияют на некоторые виды металлов, таких как: железо, никель, кобальт.
Эти металлы еще называют ферромагнетиками. В непосредственной близости с магнитом атомы сразу начинают перестраиваться и образовывать магнитные полюса. Атомные магнитные поля существуют в упорядоченной системе, их называют еще доменами. В этой характерной системе находятся два полюса противоположные друг другу – северный и южный.

Применение

Северный полюс магнита притягивает к себе южный, но два одинаковых полюса сразу же отталкивают друг друга.

Современная жизнь без магнитных элементов невозможна, ведь они находятся практически во всех технических приборах, это и компьютеры, и телевизоры, и микрофоны, и многое другое. В медицине широко применяется магнит в обследованиях внутренних органов, при магнитных терапиях.

Следите за новостями!

В материале использованы фото и выдержки из:

Какие металлы не магнитятся и почему?

Любой ребенок знает, что металлы притягиваются к магнитам. Ведь они не раз вешали магнитики на металлическую дверцу холодильника или буквы с магнитиками на специальную доску. Однако, если приложить ложку к магниту, притяжения не будет. Но ведь ложка тоже металлическая, почему тогда так происходит? Итак, давайте выясним, какие металлы не магнитятся.

Научная точка зрения

Чтобы определить, какие металлы не магнитятся, нужно выяснить, как все металлы вообще могут относиться к магнитам и магнитному полю. По отношению к внесенному магнитному полю все вещества делят на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Каждый атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Они непрерывно движутся, что создает магнитное поле. Магнитные поля электронов одного атома могут усиливать друг друга или уничтожать, что зависит от направления их движения. Причем скомпенсированы могут быть:

• Магнитные моменты, вызванные движением электронов относительно ядра – орбитальные.
• Магнитные моменты, вызванные вращением электронов вокруг своей оси – спиновые.

Если все магнитные моменты равны нулю, вещество относят к диамагнетикам. Если скомпенсированы только спиновые моменты – к парамагнетикам. Если поля не скомпенсированы – к ферромагнетикам.

Парамагнетики и ферромагнетики

Рассмотрим вариант, когда у каждого атома вещества есть свое магнитное поле. Эти поля разнонаправлены и компенсируют друг друга. Если же рядом с таким веществом положить магнит, то поля сориентируются в одном направлении. У вещества появится магнитное поле, положительный и отрицательный полюс. Тогда вещество притянется к магниту и само может намагнититься, то есть будет притягивать другие металлические предметы. Так, например, можно намагнитить дома стальные скрепки. У каждой появится отрицательный и положительный полюс и можно будет даже подвесить целую цепочку из скрепок на магнит. Такие вещества называют парамагнитными.

Ферромагнетики – небольшая группа веществ, которые притягиваются к магнитам и легко намагничиваются даже в слабом поле.

Диамагнетики

У диамагнетиков магнитные поля внутри каждого атома скомпенсированы. В этом случае при внесении вещества в магнитное поле к собственному движению электронов добавится движение электронов под действием поля. Это движение электронов вызовет дополнительный ток, магнитное поле которого будет направлено против внешнего поля. Поэтому диамагнетик будет слабо отталкиваться от расположенного рядом магнита.

Итак, если подойти с научной точки зрения к вопросу, какие металлы не магнитятся, ответ будет – диамагнитные.

Распределение парамагнетиков и диамагнетиков в периодической системе элементов Менделеева

Магнитные свойства простых веществ периодично изменяются с увеличением порядкового номера элемента.

Вещества, не притягивающиеся к магнитам (диамагнетики), располагаются преимущественно в коротких периодах – 1, 2, 3. Какие металлы не магнитятся? Это литий и бериллий, а натрий, магний и алюминий уже относят к парамагнетикам.

Вещества, притягивающиеся к магнитам (парамагнетики), расположены преимущественно в длинных периодах периодической системы Менделеева – 4, 5, 6, 7.

Однако последние 8 элементов в каждом длинном периоде также являются диамагнетиками.

Кроме того, выделяют три элемента – углерод, кислород и олово, магнитные свойства которых различны у разных аллотропных модификаций.

К тому же называют еще 25 химических элементов, магнитные свойства которых установить не удалось вследствие их радиоактивности и быстрого распада или сложности синтеза.

Магнитные свойства лантаноидов и актиноидов (все они являются металлами) меняются незакономерно. Среди них есть и пара- и диамагнетики.

Выделяют особые магнитоупорядоченные вещества – хром, марганец, железо, кобальт, никель, свойства которых изменяются незакономерно.

Какие металлы не магнитятся: список

Ферромагнетиков, то есть металлов, которые хорошо магнитятся, в природе существует всего 9. Это железо, кобальт, никель, их сплавы и соединения, а также шесть металлов- лантаноидов: гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий и тулий.

Металлы, притягивающиеся только к очень сильным магнитам (парамагнетики): алюминий, медь, платина, уран.

Поскольку в быту не встречаются настолько большие магниты, которые бы притянули парамагнетик, а также не встречаются металлы-лантаноиды, можно смело утверждать, что все металлы, кроме железа, кобальта, никеля и их сплавов не будут притягиваться к магнитам.

Итак, какие металлы не магнитятся к магниту:

• парамагнетики: алюминий, платина, хром, магний, вольфрам;
• диамагнетики: медь, золото, серебро, цинк, ртуть, кадмий, цирконий.

В целом можно сказать, что черные металлы притягиваются к магниту, цветные – не притягиваются.

Если говорить о сплавах, то сплавы железа магнитятся. К ним относят в первую очередь сталь и чугун. К магниту могут притянуться и драгоценные монеты, поскольку они изготовлены не из чистого цветного металла, а из сплава, который может содержать небольшое количество ферромагнетика. А вот украшения из чистого цветного металла к магниту не притянутся.

Какие металлы не ржавеют и не магнитятся? Это обычная пищевая нержавейка, золотые и серебряные изделия.

Опыты с магнитами

Опыт 1. Какие материалы притягивает магнит?

Другие наши опыты и эксперименты смотрите на отдельной странице моего блога “Клуб почемучек и опыты для детей”.
Например, там можно найти подборку опытов с воздушными шариками или подборку игр и опытов со льдом. И даже скачать мою бесплатную электронную книгу про опыты со льдом.

Веселых и полезных вам занятий!

30 комментариев:

Наверное, нет ничего более магического и увлекательного для детей, чем магнит) Ни один ребенок не останется равнодушным к нему)) Спасибо большое тебе и Маша за ваш новый проект) а с магнитами будем экспериментировать;)

Я пока экспериментировала и сама поиграла 🙂
Рада, что проект понравился. Будем продолжать 🙂

Таня, поздравляю с новым проектом! Молодцы! Суперинтересно.
Димка с детства любил магнитиками играть. Чуть подрастёт – и опыты начнём ставить. И уже буду знать, где их кладезь))

Спасибо! Так и задумывалось – для старших опыты, для младших – сказка 🙂

ого, как здорово, новый проект. ООООчень интересно и познавательно, спасибо Таня. Будем экпериментировать )

Здорово, что вам нравится 🙂

Замечательный проект! Очень интересно! Молодцы, так держать!

Ура! Мы дождались магнитной темы! Какие вы с Машей молодцы! Замечательная идея.

Спасибо, Юля! Здорово, что эта тема вам как раз пришлась 🙂

Здоровские опыты! Мы сейчас экспериментами с водой и льдом увлеклись и тоже стала сказки сочинять, так что ставлю магниты “в очередь”.
Кстати, увлеклись как раз после выращивания сосульки из свечи, так то спасибо вам, Татьяна, за Клуб почемучек

Это самые приятные слова для меня – что кого-то мои статьи на собственные исследования вдохновили!

Твня, Маша, это супер! Молодцы! Я почему-то совсем про магниты забыла. Где бы достать большой магнит?! Я вот ещё помню, что за неимением металлических стружек мы магнитили песок в детстве, и также с ним проводили эксперимент.

Я тоже в детстве магниты очень любила. А большой магнит у нас еще Антона, советский 🙂

да, я тоже все ищу большой магнит, чтобы купить для нас с Сеней Пока не нашла(

Девочки, у нас с такими вещами совсем не просто. Вот уже несколько дней думаю, где бы достать такой магнит. А говорят в Греции всё есть.

Купить небольшие магниты можно в магазине радиодеталей. Разных форм и размеров – кольца, диски, прямоугольники. От 10 руб.
Положить иглу на воду можно так. Небольшая игла,

40мм, можно швейную приколку с кругляшком на конце, проткнём ею кусочек сала – чтобы покрыть жиром. Или проведём ею по носу или лбу. Заранее готовим газетную бумажку, 15 на 50 мм – чтобы с запасом легла на середину смазанная игла, и кладём на воду. Когда бумажка намокнет, притомим её с краёв – и игла плывёт!

Таня, поздравляю с новым проектом! Опыты безумно понравились! Я помню в детстве сама любила играть с магнитом, но не так, а попроще 🙂

Спасибо, Маша! Ну, мои дети без меня тоже по-простому играют – лепят ко всему и “паровозики” выстраивают 🙂

Таня, какое отличное занятие. Мы как раз магнитный конструктор осваиваем. Будем разбираться поглубже. Поздравляю с новым проектом. У Марии отличный новый блог. Удачи. Спасибо огромное за участие в моем Креативе.
А и еще больших магнитов и наборов всяких на eBay много.

Спасибо, Лиза, за пожелание удачи нашему проекту! И спасибо за подсказку, где найти магниты 🙂

Тань, если найдешь, кинь пожалуйста ссылку)

Да, занятие отличное)) Даже маленьким деткам можно некоторые элементы показать)))

Я буду рада, если вашему малышу пригодится 🙂

притягиваются разноименные полюса, а отталкиваются одноименные. А вы написали наоборот.

Ох, какая досадная описка! Все исправила. Большое спасибо, что заметили!

Очень интересные и красиво оформленные опыты! Спасибо !

Экспериментируйте с удовольствием! 🙂

Здорово. Я тоже примерно так делал но хуже объяснял. Возьму на заметку. Но вот то что полюса магнита обозначаются + и – слышу впервые. Это же не электричество. Ещё некоторые неточнности: магнитятся кроме железа никель, кобальт, и ещё штук 5 редких металлов. Графит наоборот всегда отталкивается, как и вода. Но это уже для более старших детей.
Ещё интересные опыты с магнетизмом:
1) Намагнитить металл. Берете столовый нож (не острый) и вдоль лезвия 100 раз проводите в отну сторону одним и тем же полюсом. Нож становится магнитом. Потом в другую сторону – снова магнитные свойства теряются.
2) делаем караблик из пенопласта, втыкаем в середину трубочку для питья, наливаем туда воды. Теперь можно магнитом управлять корабликом, т.к. вода всегда старается удалиться из магнитного поля.
3) Крепим карандаш или графитовый стержень на иголке, что бы мог легко крутиться. Подносим сильный магнит – кадандаш крутится немного. Графит тоже не “любит” магнитное поле. (Есть даже игрушка такая, сделанный из графита предмет летает в магнитном поле)
4) Делаем маятник с магнитом, на длинной веревке. Маятник качаятся долго. Подкладываем под маятник аллюминиевую посуду или пластину (с фольгой у меня не получалось). Маятник быстро останавливается. Это уже конечно электромагнетизм, но детей впечатляет – вроде в покое не магнитится а при движении действие оказывает. То же самое можно продемонстрировать, кинув магнит в аллюминивую трубу с примерно тем тже диаметром что и магнит.

Спасибо большое за уточнения и за интересные добавления к опытам! Прямо сразу захотелось все это с дочкой опробовать:) Придет из школы вечером – будем экспериментировать.

Опытно-экспериментальная деятельность «Волшебный магнит»

Наталья Морозова
Опытно-экспериментальная деятельность «Волшебный магнит»

Предметное направлении: физика.

Старшая возрастная группа.

Краткое описание работы:

Мотив выбора темы: Камешек, принесенный одним ребенком в детский сад, вызвал большой интерес у других детей. При рассматривании и изучении вместе с педагогом оказалось, что это магнит. Еще больше интереса вызвал магнит и его необыкновенная способность притягивать к себе железные предметы или прилипать к железным поверхностям. Так возникла идея проекта. Больше всех проявила интерес Лера Мартемьянова, которая стала участницей проекта.

Цель: Изучить простейшие свойства магнита, все ли предметы он может притягивать?

1) Выявить свойства магнита путем эксперимента;

2) Определить, какие предметы магнит может притягивать?

Гипотеза: Магнит может разные притягивать предметы.

Результаты: В результате данного проекта предполагается, что воспитанники познакомятся с простейшими свойствами магнита. Также они научатся экспериментаторской деятельности, в ходе которой учатся получать собственные знания, делать умозаключения.

Во время проведения экспериментов мы выявили, что магнит может притягивать не все предметы. Он притягивает только металлические предметы на близком расстоянии, когда между ним и предметом нет препятствий. Магнитная сила действует и сквозь стекло, и сквозь воду. Магнитная сила может притягивать предметы и на расстоянии. Но при увеличении расстояния свойства магнита ослабевают.

ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ХОДЕ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА:

– Опрос взрослых по теме проекта (родители, педагоги).

– Чтение детских энциклопедий: «Все обо всем. «Привычные вещи», «Большая книга экспериментов»,

– Поиск информации в сети интернет (совместно с родителями).

– Экспериментирование: опыты «Все ли притягивается к

магниту?», «действует ли магнит через другие материалы?», «Может ли

магнит притягивать на расстоянии?», «Можно ли изолировать магнит?».

– Изготовление настольной игры с магнитами «Дорога».

Однажды Лена принесла в детский сад камешек. Другим детям стало интересно, что это за камешек? При рассматривании и изучении вместе с педагогом оказалось, что это магнит. Еще больше интереса вызвал магнит, и его способность притягивает к себе железные предметы или прилипать к железным поверхностям. Так возникла идея проекта.

Стали возникать вопросы. Почему магнит так называется? Почему он примагничивает к себе? Какой самый большой магнит на Земле? Как можно поиграть с магнитом?Мы поставили цель: изучить простейшие свойства магнита, все ли предметы он может притягивать?В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1). Выявить свойства магнита путем экспериментов;

2). Изучить литературу про магнит.

Гипотеза: магнит может притягивать разные предметы.

Ответы на поставленные вопросы мы стали искать в литературе и в сети Интернет. Из литературы мы узнали об истории магнита.

В старину рассказывали, будто есть на краю света гора Магнит. Она стоит у самого моря. Беда кораблю, который подплывет слишком близко. Гора притягивает железо, да так сильно, что вырывает гвозди из досок. Корабль разваливается и тонет. Другая старинная легенда рассказывает о пастухе по имени Магнус. Он обнаружил однажды, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягивает к черному камню. Этот камень стали называть «Камнем Магнуса» или просто «магнитом». Но известно и другое предание о том, что слово магнит произошло от названия местности, где добывали железную руду (холмы Магнезии в Малой Азии). Тысячи лет назад, когда люди не умели изготавливать стальные магниты, они уже знали о существовании особого вида камней, которые притягивают друг к другу и к железу. Китайцы дали магниту название «любящий камень». Они говорили, что железо притягивает, как нежная мать привлекает детей. У французов магнит тоже означает «любящий». Сила той «любви» у естественных магнитов незначительна и потому очень наивно звучит греческое название магнита – «геркулесов камень».

Чтобы узнать свойства магнита мы провели несколько опытов (приложение). Мы изготовили игры «Кораблик в море», «Магнитная дорога», Мышка в домике».

Методы исследования,применяемые в ходе реализации проекта:

– Опрос взрослых по теме проекта (родители).

– Чтение детских энциклопедии: «Вопросы и ответы»

– Поиск информации в сети интернет (совместно с родителями).

– Экспериментирование: опыты «Все ли притягивается к магниту?», «действует ли магнит через другие материалы?», «Может ли магнит притягивать на расстоянии?», «Можно ли изолировать магнит?».

– Изготовление настольной игры с магнитами «Кораблик в море», «Магнитная дорога», Мышка в домике».

В результате наших исследования мы определили свойства магнита: 1)у каждого магнита, как у палки два конца, на концах притяжение сильнее всего, посредине между полюсами его нет совсем; 2)разламывая магнит сколько угодно раз невозможно получить магнит с одним полюсом – только с северным, или только с южным полюсом. У самого маленького магнита обязательно будут два полюса – и северный и южный; 3) кусок стали, к которому прикоснулся конец магнита, сам становится магнитом; 4) северный полюс одного магнита притягивает южный полюс другого магнита. Северный полюс одного магнита отталкивает северный полюс другого. Южный полюс одного магнита отталкивает южный полюс другого.

Опыт№1.

Цель: Показать простейшие свойства магнита (притягивать железные предметы, дать понятие о полюсах, познакомить с полюсом. Объяснить, зачем нужен магнит людям. Действие магнита через среду, потеря свойств с увеличением толщины среды.

Материал: магнит, гвоздик, капелька воды, расческа, линейка, книга, лист бумаги.

Ход опыта:

Показ взаимодействия магнита

1) с капелькой воды;

2) с расческой пластмассовой;

3) с линейкой деревянной

5) с гвоздиком через книгу.

Опыт №2.

Цель: Закрепить знания о свойствах магнита; показать, как он может передавать их другим предметам; обратить внимание на взаимодействие между магнитом и предметами с его помощью.

Материал: несколько скрепок, магнит, булавка, кнопка, жестянка

Ход опыта:

1) намагничивание скрепки и получение цепочки из скрепок;

2) намагничивание булавки;

3) намагничивание жестянки;

Опыт №3.

Цель: Дать представление о полюсах компаса.

Материал: магниты с разными полюсами, гвоздик, железные предметы.

Ход опыта:

1) притягивание магнитом разных железных предметов;

2) притягивание серединкой магнита железных предметов.

Опыт №4 – «Фокус»

Цель: Вытащить гвоздики, не замочив рук.

Материал: стаканчики с водой, на дне гвоздики.

Ход опыта:

Задание – вытащить гвоздики, не замочив рук

Опыт №5.

Цель: Познакомить детей со свойствами магнитного поля, с электрическим магнитом.

Материал: бумага, железные опилки, немного масла подсолнечного, проволочка, гвоздик, батарейка, лампочка, скрепки,

Ход опыта:

1) высыпать опилки на бумагу и поместить магнит снизу листка;

2) засыпание железных опилок в масло;

3) наматывание проволочки на гвоздик и соединение с батарейкой;

4) присоединение к лампочке;

Вывод: магнит притягивает металлические предметы на близком расстоянии, и когда между ним и предметом нет препятствий. Когда увеличивается расстояние, его свойства ослабевают. Магнит не взаимодействует с бумагой, водой, пластмассой, деревом. В магните дружат «человечки» – отрицательные и положительные. Одинаковые «человечки» отталкиваются, разные «человечки» – притягиваются. Электрические «человечки» бегут по проволоке и притягивают железные предметы.

Опытно-экспериментальная деятельность «Как мы сеяли горох!» “Как мы сеяли горох!” Опытно – экспериментальная деятельность (СРЕДНЯЯ ГРУППА) ВОСПИТАТЕЛЬ: СЕРГЕЕВА Т. В. Цели: Познакомить детей с овощной.

НОД ОО «Познание» опытно-экспериментальная деятельность «Удивительный песок» Цель: Познакомить детей со свойствами песка, его происхождением, использованием, через исследовательскую деятельность, используя опыты.

Опытно-экспериментальная деятельность дошкольников В нашей группе недавно появилась мини лаборатория «Почемучка» Цели: создание условий для проведения физического эксперимента, для развития.

Опытно-экспериментальная деятельность дошкольников ДОКЛАД-ПРЕЗЕНТАЦИЯ на тему: “Развитие познавательного интереса у детей дошкольного возраста в процессе опытно-экспериментальной деятельности”.

Опытно-экспериментальная деятельность «Хлеб да каша» Хлеб – это продукт человеческого труда, это символ благополучия и достатка. Именно хлебу отведено самое главное место на столе и в будни,.

Опытно-экспериментальная деятельность «Почва и ее состав» ОПЫТ №1. Состав почвы Размешаем почву в стакане с водой. Через некоторое время увидим, что на дне стакана осел песок, сверху вода помутнела.

Опытно-экспериментальная деятельность с водой в День Нептуна. 26-го июня в детском саду №33 “Планета Детства” в средней группе я решила провести опыты и эксперименты с водой. Но как заинтересовать детей?.

Опытно-экспериментальная деятельность «Вода и ее свойства» Цели, задачи: выявление свойства воды; определить имеет ли вода форму, вкус, закрепить знания о текучести воды, показать значение воды в.

Опытно-экспериментальная деятельность в старшей группе «Природа дарит чудеса» Цели деятельности педагога : продолжать знакомить с родным краем, его климатическими и природными условиями ; учить.

Занятие для подготовительной группы «Магнит» Экспериментальная деятельность Ход занятия: – Сегодня мы встретимся с нашей старой знакомой! Узнаёте вы её? (Правильно Почемучка). Вот послушайте, какая история приключилась.

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.

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.