Постоянные Магниты и Электромагниты — особенности и действие. Намагничивание постоянных магнитов
Парящий магнит
Получение картины магнитного поля прямого тока постоянного магнита
Магнитная левитация - Физика в опытах и экспериментах
Субтитры
История развития магнитных материалов
Постоянные магниты, изготовленные из магнетита , применялись в медицине с древнейших времен. Царица Египта Клеопатра носила магнитный амулет. В древнем Китае в «Императорской книге по внутренней медицине» затрагивался вопрос применения магнитных камней для коррекции в теле энергии Ци - «живой силы». В более поздние времена о благотворном влиянии магнитов высказывались великие врачи и философы: Аристотель , Авиценна , Гиппократ . В средние века придворный врач Гилберт , опубликовавший сочинение «О магните», лечил от артрита королеву Елизавету I при помощи постоянного магнита. Русский врач Боткин прибегал к методам магнитотерапии .
Первым искусственным магнитным материалом стала углеродистая сталь, закалённая на структуру мартенсита и содержащая около 1,2-1,5 % углерода. Магнитные свойства такой стали чувствительны к механическим и температурным воздействиям. В ходе эксплуатации постоянных магнитов на её основе наблюдалось явление «старения» магнитных свойств стали.
- Бариевые и стронциевые магнитотвердые ферриты
Имеют состав Ba/SrO·6 Fe 2 O 3 и характеризуются высокой устойчивостью к размагничиванию в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью. Несмотря на низкие по сравнению с другими классами магнитные параметры и высокую хрупкость, благодаря низкой стоимости магнитотвердые ферриты наиболее широко применяются в промышленности.
- Магниты NdFeB (неодим-железо-бор)
Редкоземельные магниты, изготавливаемые прессованием или литьем из интерметаллида Nd 2 Fe 14 B. Преимуществами этого класса магнитов являются высокие магнитные свойства (B r , H c и (BH) max), а также невысокая стоимость. В связи со слабой коррозионной устойчивостью обычно покрываются медью, никелем или цинком.
- Редкоземельные магниты SmCo (Самарий-Кобальт)
Кроме того, существуют гибкие плоские магниты на полимерной основе с магнитными добавками, которые используются например, для изготовления декоративных магнитов на холодильники, оформительских и прочих работ. Выпускаются в виде лент и листов, обычно с нанесённым клеевым слоем и плёнкой, его защищающей. Магнитное поле у такого плоского магнита полосатое - с шагом около двух миллиметров по всей поверхности чередуются северные и южные полюса.
Еще в древние времена люди обнаружили уникальные свойства определенных камней - притягивание металла. В наше время мы часто сталкиваемся с предметами, которые обладают этими качествами. Что такое магнит? В чем его сила? Об этом мы расскажем в этой статье.
Определение
Что такое магнит? Это материал, имеющий определенную степень намагниченности. Эта способность возникает благодаря тому, что молекулы магнита имеют свое поле и движутся не хаотично, как во многих других веществах, а строго в двух направлениях. Эта взаимная противоположность обладает свойствами притяжения и отталкивания металлических предметов. Если попробовать соединить магниты с одинаковыми полюсами, то можно почувствовать отторжение. Противоположные стороны, в свою очередь, притянутся друг друга. Это связано с тем, в каком направлении движутся волны магнитных полей. Стоит отметить, что ни один кусок магнита не может быть однополярным. При его разламывании молекулы в каждом кусочке снова образуют северный и южный полюса.
Виды магнитов
Что такое магниты и в чем их отличие? Работа многих электроприборов, датчиков, домашней техники зависит от типа магнитов, которые в них присутствуют. Каждый обладает своими особенностями. Они выполняет определенные функции, в зависимости от сферы использования. К основным видам относятся электромагниты, постоянные и временные магниты. Стоит рассмотреть подробнее каждый вид.
Что такое постоянный магнит? Это материал, способный продолжительное время сохранять намагниченность. Его молекулы движутся в постоянном направлении и образуют магнитное поле при отсутствии электрического тока. Его еще называют природным магнитом.
Примером временного магнита являются скрепки, кнопки, гвозди, нож и другие предметы обихода, изготовленные из железа. Их сила в том, что они притягиваются к постоянному магниту, а при исчезновении магнитного поля, теряют свое свойство.
Полем электромагнита можно управлять с помощью электрического тока. Как это происходит ? Провод, витками намотанный на железный сердечник, при подаче и изменении величины тока меняет силу магнитного поля и его полярность.
Типы постоянных магнитов
Ферритовые магниты являются самыми известными и активно используемыми в быту. Этот материал черного цвета может использоваться в качестве крепежей различных предметов, например, для плакатов, для настенных досок, используемых в офисе или школе. Они не теряют своих свойств притяжения при температуре не ниже 250 о С.
Альнико - магнит, состоящий из сплава алюминия, никеля и кобальта. Это дало ему такое название. Очень устойчив к высоким температурам и может применяться при 550 о С. Материал отличается легкостью, но полностью теряет свои свойства, попадая под действие более сильного магнитного поля. Используется в основном в научной отрасли.
Самариевые магнитные сплавы - это материал с высокими показателями. Надежность его свойств позволяет использовать материал в военных разработках. Он устойчив к агрессивной среде, высокой температуре, окислению и коррозии.
Что такое неодимовый магнит? Это самый популярный сплав железа, бора и неодима. Его еще называют супермагнитом, так как он имеет мощнейшее магнитное поле с высокой коэрцитивной силой. Соблюдая определенные условия во время эксплуатации, неодимовый магнит способен сохранить свои свойства на протяжении 100 лет.
Использование неодимовых магнитов
Стоит подробно рассмотреть, что такое неодимовый магнит? Это материал, который способен фиксировать потребление воды, электричества и газа в счетчиках, да и не только. Этот вид магнита относится к постоянным и редкоземельным материалам. Он устойчив перед силой магнитных полей других сплавов и не подвержен размагничиванию.
Изделия из неодима используют в медицинских и промышленных отраслях. Также в бытовых условиях их применяют для крепления портьер, элементов декора, сувениров. Они применяются в поисковых приборах и в электронике.
Для продления срока службы магниты такого типа покрывают цинком или никелем. В первом случае напыление более надежное, так как устойчиво к агрессивным средствам и выдерживает температуру выше 100 о С. Сила магнита зависит от его формы, размера и количества неодима, входящего в состав сплава.
Применение ферритовых магнитов
Ферриты считаются самыми популярными магнитами среди постоянных видов. Благодаря стронцию, входящему в состав, материал не поддается коррозии. Так что это такое - ферритовый магнит? Где он применяется? Этот сплав довольно хрупок. Поэтому его еще называют керамическим. Применяется ферритовый магнит в автомобилестроении и промышленности. Используется в различной технике и электроприборах, а также бытовых установках, генераторах, системах акустики. При производстве автомобилей магниты используют в системах охлаждения, стеклоподъемниках и вентиляторах.
Назначение феррита - защитить технику от внешних помех и не допустить порчи сигнала, получаемого по кабелю. Благодаря этому используют при производстве навигаторов, мониторов, принтеров и другого оборудования, где важно получить чистый сигнал или изображение.
Магнитотерапия
Нередко применяется физиотерапия магнитом. процедура называется магнитотерапия и проводится в лечебных целях. Действие этого метода заключается в том, чтобы повлиять на организм пациента с помощью магнитных полей, находящихся под низкочастотным переменным или постоянным током. Этот метод лечения помогает избавиться от многих заболеваний, снять боли, укрепить иммунную систему, улучшить кровоток.
Считается, что болезни порождаются нарушением магнитного поля человека. Благодаря физиотерапии организм приходит в норму и общее состояние улучшается.
Из данной статьи вы узнали, что такое магнит, а также изучили его свойства и сферы применения.
Примерно две с половиной тысячи лет назад люди обнаружили, что некоторые природные камни обладают способностью притягивать к себе железо. Объясняли такое свойство присутствием у этих камней живой души, и некой «любовью» к железу.
Сегодня мы уже знаем, что эти камни являются природным магнитами, и магнитное поле, а вовсе не особое расположение к железу, создает эти эффекты. Магнитное поле - это особый вид материи, который отличается от вещества и существует вокруг намагниченных тел.
Постоянные магниты
Природные магниты, или магнетиты, обладают не очень сильными магнитными свойствами. Но человек научился создавать искусственные магниты, обладающие значительно большей силой магнитного поля. Делаются они из специальных сплавов и намагничиваются внешним магнитным полем. А после этого их можно использовать самостоятельно.
Силовые линии магнитного поля
Любой магнит имеет два полюса, их назвали северным и южным полюсами. На полюсах концентрация магнитного поля максимальна. Но между полюсами магнитное поле располагается тоже не произвольно, а в виде полос или линий. Они называются силовыми линиями магнитного поля. Обнаружить их довольно просто - достаточно поместить в магнитное поле рассыпанные железные опилки и слегка встряхнуть их. Они расположатся не как угодно, а образуют как бы узор из линий, начинающихся у одного полюса и заканчивающихся у другого. Эти линии как бы выходят из одного полюса и входят в другой.
Железные опилки в поле магнита сами намагничиваются и размещаются вдоль силовых магнитных линий. Именно подобным образом функционирует компас. Наша планета - это большой магнит. Стрелка компаса улавливает магнитное поле Земли и, поворачиваясь, располагается вдоль силовых линий, одним своим концом указывая на северный магнитный полюс, другим - на южный. Магнитные полюса Земли немного не совпадают с географическими, но при путешествиях вдали от полюсов, это не имеет большого значения, и можно считать их совпадающими.
Переменные магниты
Область применения магнитов в наше время чрезвычайно широка. Их можно обнаружить внутри электродвигателей, телефонов, динамиков, радиоприборов. Даже в медицине, например, при проглатывании человеком иглы или другого железного предмета, его можно достать без операции магнитным зондом.
Постоянные Магниты и Электромагниты
— особенности и действие.
Тема
Использование свойств магнитов очень широко. Их можно встретить во многих электротехнических, механических и прочих устройствах. Но многим ли известно, как магниты устроены и по какому принципу они работают? В данной статье мы постараемся разобраться с этим и выяснить, как и почему магниты обладают подобными свойствами.
Для начала следует учесть, что в основе действия любого магнита (постоянного или электромагнита) лежит одно и тот же явление. Оно заключается во взаимодействии магнитных полей, которые окружают сам магнит (тело, обладающее магнитными свойствами). А откуда берётся магнитное поле у магнита? Для ответа давайте вспомним физику. Магнитное поле — это особый вид материи, которая возникает вокруг движущихся заряженных частиц. Как Вы должны помнить, любое тело состоит из атомов и молекул (сложная структура из атомов). У любого атома есть ядро, вокруг которого вращаются электроны.
Электрон представляет собой отрицательную электрически заряженную частицу. Поскольку электрон всегда находится в движении, то и вокруг него всегда существует магнитное поле. Но почему тогда все тела не проявляют магнитных свойств? А потому что атомы, находясь в неодинаковом расположении, компенсируют (уравновешивают) магнитные поля друг друга. Но некоторые вещества (ферромагнетики), всё же, способны при воздействии на них интенсивного магнитного импульса развернуть свою внутреннюю структуру таким образом, что магнитные поля имеющихся в нём частиц поворачиваются в одну и туже сторону. Это способствует суммированию всех магнитных полей и появлению внешнего усиленного магнитного поля. Таким образом, появляется постоянный магнит. Но данное свойство у магнита не постоянно.
При определённых условиях имеющаяся однонаправленность частиц постоянного магнита может быть нарушена. К примеру, если постоянный магнит подвергнуть высокой температуре, сильным ударам, перемагничиванию переменным током то его магнитные поля частичек изменят свою структуру и опять тело вернётся в первостепенное состояние (вокруг него уже не будет магнитного поля).
У постоянного магнита имеются свои недостатки: относительно слабая сила магнитного поля, отсутствие возможности управлять, как самой силой магнитного поля, так и его состояниями проявления (когда нужно он магнитит, а когда не нужно, он не магнитит). Данных недостатков лишёны электромагниты. Давайте теперь перейдём к ним.
Электромагниты — это электротехнические устройства, которые при пропускании через них тока способны проявлять магнитные свойства. В основе устройства любого электромагнита лежит простая электрическая катушка, которая намотана на стальной сердечник. Как известно, при подаче на катушку напряжения в ней возникает электрический ток (появляется поток движущихся упорядоченно электронов). А как мы выяснили выше, любая движущаяся электрически заряженная частица способна вокруг себя иметь магнитное поле. Значит, при прохождении электрического тока по катушки вокруг неё возникает магнитное поле.
Для усиления магнитного поля катушки электромагнита у внутрь неё устанавливается стальной сердечник. При появлении магнитного поля в катушки оно способствует изменению внутренней структуры стали (поворачивая внутренние частицы в одном направлении, подобно процессу с постоянным магнитом при его намагничивании).
В итоге магнитные поля самой катушки суммируются с магнитными полями стального сердечника, что усиливает действие электромагнита примерно в тысячу раз. При отключении питания от электромагнита катушка перестаёт магнитить, в результате чего в стальном сердечнике (в силу своих свойств) структура частиц снова меняется на первоначальную, что ведёт к полному его размагничиванию. Силу магнитного поля электромагнита можно легко регулировать путём изменения силы тока, который протекает по катушки электромагнита.
Переменные магниты входят также в конструкцию и других гер-коновых электромагнитных устройств.
Время перемагничивания металлических переменных магнитов в виде пластин толщиной 0 2 - 0 4 мм равно 100 - 200 мкс, а для переменных магнитов, состоящих из пластин толщиной 0 1 мм, не превышает 50 - 80 мкс.
Для изготовления переменных магнитов первых ферридов были использованы кобальтовые и кобальтникельцинковые ферриты с ППГ, с коэрцитивной силой в пределах 2500 - 4000 А / м и временем перемагничивания порядка 10 -: - 20 мкс. Основными их недостатками оказались малая индукция насыщения, в несколько раз меньшая, чем у металлических ферромагнетиков, и существенное ухудшение свойств с повышением температуры. Поэтому ферритовые переменные магниты были вытеснены из герконовой техники металлическими. К последним можно отнести стали, содержащие наряду с небольшим количеством углерода примеси таких элементов как вольфрам, хром и другие. Для изготовления переменных магнитов эти материалы не получили практического применения, так как лучшие свойства для этой цели имеют железокобальтовые сплавы со значительным (до 50 %) содержанием кобальта.
В современных ферридах переменные магниты изготовляют не из ферритов, а из металлических ферромагнетиков, которые имеют в несколько раз большую индукцию насыщения и значительно меньшую зависимость параметров (Нс, Вт и Вы) от температуры.
Когда же эти импульсы намагничивают переменные магниты так, что магнитный поток (пунктирные стрелки) замыкается внутри образованного ими кольца и не проходит через герконы, последние размыкаются.
Условия термообработки сильно влияют на свойства переменных магнитов, и в частности, на величину коэрцитивной силы и прямоугольное петли гистерезиса. Однородные партии магнитов из этих сплавов возможно получить только при строгом соблюдении режима термообработки. Отжиг производится при температурах от 550 до 650 С (в зависимости от марки сплава) в массивных медных контейнерах, обеспечивающих однородную температуру (с разбросом, не превышающим несколько градусов) для всей партии отжигаемых изделий в течение всего процесса термической обработки. Благодаря высокой точке Кюри этих сплавов (ГК600 С) основные их магнитные параметры Br, Bs, Hc имеют при температурах от - 50 С до 100 С малые температурные коэффициенты. Изменение этих параметров во времени вследствие старения также достаточно мало. Намагниченное состояние может сохраняться в них сколь угодно длительное время, однако при трясках и ударах их остаточная индукция заметно снижается. Время перемагничивания магнитов т зависит от их размеров и формы. Одним из недостатков рассматриваемой группы сплавов является значительная твердость, что несколько затрудняет их штамповку, рубку и обработку.