Магнит как работает. Как работают магниты: принцип действия, виды и применение

Что такое магнитное поле и как оно возникает. Какие бывают типы магнитов. Как создаются постоянные и электромагниты. Где используются магниты в современном мире.

Природа магнетизма: что такое магнитное поле

Магнетизм — это фундаментальное физическое явление, возникающее в результате движения электрических зарядов. Любой движущийся электрический заряд создает вокруг себя магнитное поле. В атомах магнитное поле возникает из-за движения электронов вокруг ядра и их собственного вращения (спина).

Магнитное поле характеризуется силовыми линиями, которые выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Чем плотнее расположены силовые линии, тем сильнее магнитное поле в данной точке пространства.

Как возникает намагниченность в веществах

В большинстве веществ магнитные моменты атомов ориентированы хаотично, поэтому их суммарное магнитное поле равно нулю. Однако в ферромагнетиках (железо, никель, кобальт и их сплавы) возможно упорядочение магнитных моментов атомов, что приводит к возникновению макроскопического магнитного поля.

Ферромагнетики состоят из небольших областей (доменов), внутри которых магнитные моменты атомов ориентированы в одном направлении. При намагничивании происходит рост доменов с выгодной ориентацией за счет смещения доменных стенок и поворота векторов намагниченности доменов.

Виды магнитов и их особенности

Различают два основных типа магнитов:

• Постоянные магниты — сохраняют намагниченность длительное время
• Электромагниты — создают магнитное поле при прохождении электрического тока

Постоянные магниты изготавливаются из магнитотвердых материалов (сплавы неодим-железо-бор, самарий-кобальт и др.). Они характеризуются высокой остаточной намагниченностью и коэрцитивной силой.

Электромагниты состоят из катушки с проводом и сердечника из магнитомягкого материала. При пропускании тока через катушку возникает магнитное поле, которое усиливается сердечником. Преимущество электромагнитов — возможность управления силой и направлением магнитного поля.

Как создаются постоянные магниты

Процесс изготовления постоянных магнитов включает следующие этапы:

1. Выплавка магнитного сплава заданного состава
2. Измельчение сплава в порошок
3. Прессование порошка в заданную форму
4. Спекание заготовки при высокой температуре
5. Механическая обработка для получения точных размеров
6. Намагничивание в сильном магнитном поле

Важную роль играет контроль ориентации кристаллов магнитного материала в процессе изготовления. Это позволяет получить анизотропные магниты с улучшенными магнитными свойствами в заданном направлении.

Принцип работы электромагнитов

Действие электромагнитов основано на возникновении магнитного поля вокруг проводника с током. Основные компоненты электромагнита:

• Катушка из изолированного провода
• Сердечник из магнитомягкого материала (железо, ферриты)
• Источник питания постоянного или переменного тока

При прохождении тока через катушку возникает магнитное поле, силовые линии которого замыкаются через сердечник. Магнитная проницаемость сердечника во много раз выше, чем у воздуха, поэтому магнитный поток концентрируется внутри сердечника, значительно усиливая поле электромагнита.

Применение магнитов в современных технологиях

Магниты нашли широкое применение в различных областях техники:

• Электродвигатели и генераторы
• Трансформаторы и электромагнитные реле
• Жесткие диски компьютеров
• Магнитно-резонансные томографы
• Системы магнитной левитации (маглев)
• Магнитные сепараторы в промышленности
• Магнитные замки и держатели

Развитие технологий создания мощных постоянных магнитов привело к миниатюризации многих устройств и повышению их эффективности. Электромагниты позволяют создавать управляемые магнитные поля для широкого спектра применений.

Интересные эффекты, связанные с магнетизмом

Магнитные явления лежат в основе ряда интересных эффектов:

• Магнитная левитация — подвешивание объектов в магнитном поле
• Сверхпроводимость — полное вытеснение магнитного поля из материала
• Эффект Холла — возникновение поперечной разности потенциалов в проводнике с током в магнитном поле
• Магнитокалорический эффект — изменение температуры материала при изменении внешнего магнитного поля

Исследование этих эффектов открывает новые возможности для создания инновационных технологий и устройств на основе магнетизма.

Перспективы развития магнитных технологий

Основные направления развития магнитных технологий включают:

• Создание новых магнитных материалов с улучшенными характеристиками
• Разработку высокоэффективных электродвигателей для электротранспорта
• Совершенствование систем магнитной записи информации
• Развитие магнитной медицинской диагностики и терапии
• Применение магнитных наночастиц в различных областях

Исследования в области квантового магнетизма и спинтроники могут привести к созданию принципиально новых устройств для обработки и хранения информации. Магнитные технологии продолжают играть важную роль в развитии современной техники и открывают новые горизонты для инноваций.

Суть магнита. Почему магниты магнитят. Природа и принцип действия магнитов и электромагнитов. « ЭлектроХобби

Трудно найти человека, который бы не знал, что такое магнит. Точнее о том, что некий металлообразный кусок может притягивать к себе различные железные предметы, а также взаимно притягиваться или взаимно отталкиваться от другого такого же магнита. Но вот саму природу подобных явлений знает далеко не каждый. Хотя суть магнита не таит в себе особых тайн и сложностей. Всё в нём достаточно просто. Давайте же в этой статье рассмотрим причину и природу, что стоит в основе работы магнита.

Итак, прежде всего начнём со следующего. Думаю Вам приходилось слышать, что основой работы любых электрических приборов является движение электрического тока по внутренним цепям устройства. Электрический ток представляет собой маленькие электрические частицы, имеющие определённый электрический заряд и упорядоченно передвигаемые внутри проводников (всего того, что проводит через себя ток) при появлении такой возможности (когда возникает замкнутая цепь).   Частицы с отрицательным зарядом принято называть электронами. Именно они в твёрдых веществах совершают свою работу (передвижение). В жидких и газообразных веществах передвигаются ионы, имеющие плюсовой заряд.

Какая же связь между электрически заряженными частицами и магнитами, выражающую его суть? А связь прямая! Учёными давно было установлено, что магнитное поле возникает именно вокруг движущегося электрического заряда. Также Вы могли слышать о том, что магнитные поля существуют вокруг обычных проводов, по которым движется ток. Как только ток прекращает своё движение, то и электромагнитное поле также пропадает. Это суть и условие возникновения магнитного поля.

Из школьной физики известно, что любые окружающие нас вещи и предметы состоят из атомов и молекул (достаточно мелких элементарных частиц). Эти самые элементарные частицы, в свою очередь, имеют следующее строение. Внутри находится ядро (состоящее из протонов и нейтронов) (ядро имеет плюсовой заряд), а вокруг этого ядра с огромной скоростью вращаются более мелкие частички, это электроны (имеющие отрицательный заряд).

Так вот, суть магнита заключается в следующем. Поскольку мы выяснили, что магнитное поле возникает вокруг движущихся электрических зарядов, а электроны есть во всех атомах и молекулах, и они постоянно движутся, следовательно атомы и молекулы имеют вокруг себя магнитные поля (они очень малы и по силе и по размерам). В добавок стоит учесть, что различные вещества и предметы имеют различные магнитные свойства. У одних магнитные свойства выраженные очень сильно, а у других на столько слабо, что свидетельствует о полном отсутствии полей.

Вот основа природы и сути магнита. Но ведь даже те вещества, которые имеют большую интенсивность проявления магнитных полей (это ферромагнетики, самым известным из которых является простое железо) не всегда магнитят. Почему же так? Потому что существует эффект однонаправленности и хаотичности. Поясню что это такое. Суть магнита (проявление магнетизма) зависит не только от вещества, но и от того положения атомов и молекул, которое имеется внутри вещества. Если два магнита соединить таким образом, что их полюса будут совпадать по направлению, то магнитная сила полей усилит друг друга и итоговое общее поле станет сильнее. Но если эти магниты расположить относительно друг друга противоположными полюсами, естественно, они будут угнетать друг друга, а их общее поле осклабится. Так и внутри веществ, чтобы получить наибольшее магнитное поле, необходимо что бы все атомы и молекулы магнитного вещества были однонаправленные своими полюсами. Это достигается различными способами.

И так, с самой сутью магнита и его природой действия разобрались. Теперь немного о том как делаются магниты. Если нужно изготовить постоянный магнит (обычный кусок магнита, который постоянно магнитит) берут материал из ферромагнетика, помещают его в магнитное поле достаточно большой интенсивности на определённое время. После чего этот ферромагнетик сам начинает обладать магнитными свойствами. В результате помещения его в магнитное поле большой интенсивности элементарные частицы вещества повернулись в одну сторону, что послужило возникновению эффекта однонаправленности атомов и молекул.

Для получения электромагнитов использую простые медные катушки, внутрь которых помещён сердечник из ферромагнетика, усиливающий общий магнитный эффект. То есть, когда через эту катушку пропускают постоянный ток она начинает притягивать к себе железные предметы. По катушки ведь течёт ток (заряженные частицы). Следовательно вокруг неё будет возникать и электромагнитное поле. А чем больше витков на катушке и чем больше тока будет проходить через неё, тем большая магнитная сила будет порождаться вокруг неё.

P.S. Вот в принципе мы и разобрались с природой и сутью магнита. Зная общий принцип устройства и работы магнита (электромагнита) Вам теперь стало всё ясно, почему именно магниты притягивают к себе железные предметы.

«Как действует магнит?» — Яндекс Кью

Популярное

Сообщества

Физика

Анонимный вопрос

856Z»>16 июля 2018  ·

13,4 K

На Кью задали 1 похожий вопросОтветитьУточнить

Университет Детей

1,0 K

Университет детей рассказывает об окружающем мире доступным научным языком.   · 20 сент 2018  · udetey.ru

Как и многие другие физические явления, магнетизм вызван движением электронов. Все предметы состоят из атомов, а атомы, в свою очередь, — из ядра и электронов, которые вращаются вокруг ядра. Электроны заряжены отрицательно, поэтому при вращении каждый электрон создаёт магнитное поле. Когда электрон вращается по часовой стрелке, его магнитное поле направлено вверх, когда против часовой, — вниз.
Если электроны не «общаются» между собой, то каждый электрон самостоятельно решает, в какую сторону ему вращаться. В итоге половина электронов вращается в одну сторону, а вторая половина, — в другую. Тогда количество магнитных полей, направленных верх, равно количеству полей, направленных вниз.

В результате магнитного поля нет.
Но если электронам по какой-то причине выгодно «договоритсья», они начинают вращаться в одну сторону, и возникает сильное магнитное поле. Камень, электроны которого смогли «договориться» между собой, называется магнитом. Это название произошло от названия города Магнезия, рядом с которым в древности добывали магниты.
Та сторона камня, из которой магнитное поле «смотрит» наружу, называется северным полюсом магнита. Противоположная — южным. Поэтому сделать магнит с одним полюсом не получится, как не получится сделать какую бы то ни было вещь, у которой есть верх, но нет низа.
Когда рядом находятся два магнита, они стремятся направить свои магнитные поля в одну и ту же сторону и усилить друг друга. Поэтому южный полюс одного магнита поворачивается к северному полюсу другого и притягивается к нему. Если же рядом оказываются два северных или два южных полюса разных магнитов, это значит, что магнитные поля направлены в противоположные стороны. Магнитам это «не нравится», и они отталкиваются друг от друга.
В некоторых веществах (например, в железе) электроны могли бы «договориться», но не могут определиться, вращаться им всем вместе в ту или в другую сторону. Но когда железка оказывается рядом с магнитом, электроны воспринимают его магнитное поле как «знак свыше» и «договариваются» вращаться так, чтобы создать такое же магнитное поле. Таким образом, любая железка рядом с магнитом сама становится магнитом и усиливает магнитное поле. Правда, стоит убрать магнит, как намагнитившаяся было железка почти полностью размагнитится.
Пока рядом с железкой находится магнит, они ведут себя как два магнита. Поскольку железка была намагничена этим магнитом, их магнитные поля параллельны, а значит, железо и магнит будут притягиваться. Кстати, многие вещества не притягиваются к магнитам, а отталкиваются от них и даже могут левитировать над магнитами.

Алексей Кудрявцев

22 января 2020

Кнечно, же! Магниты «видят», что за материал рядом лежит. Договариваются с ним, тянут. Безвозмездно, нет… Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Владимир Колосов

2

пенсионер.  · 9 мар 2020

Мы принимаем элементарные частицы как вещество, а на самом деле это энергия в виде вихря, создающее поле. Если поля вращаются в одном направлениии, они соединяются (случаются), если в разных направлениях разъединяются (разлучаются). Все видели магнитную шайбу, при помощи которой грузят металлолом в вагоны. Когда электрический ток проходит по обмотке в шайбе, он… Читать далее

Александр Валанчус

16 февраля

Владимир, а как можно с вами связаться? если можно — хотелось бы пообщаться насчёт элементарных частиц и вихрей

Комментировать ответ…Комментировать…

Первый

Екатерина Т.

2,0 K

Увлекаюсь воспитанием ребенка, покатушками на авто, а еще много-много чем)  · 16 июл 2018

Магниты – это тела, обладающие способностью притягивать железные и стальные предметы и отталкивать некоторые другие благодаря действию своего магнитного поля. Силовые линии магнитного поля проходят с южного полюса магнита, а выходят с северного полюса. Постоянный или жесткий магнит постоянно создает сам свое магнитное поле. Это и дает ему возможность притягивать железные предметы.

Комментировать ответ…Комментировать…

Вы знаете ответ на этот вопрос?

Поделитесь своим опытом и знаниями

Войти и ответить на вопрос

Ответы на похожие вопросы

Как действует магнит? — 1 ответ, задан 20 апреля 2020

Мир Магнитов

231

Интернет-магазина Мир Магнитов  · 20 апр 2020  · mirmagnitov. ru

Отвечает

Виталик Соловьев

Магнитные свойства всех остальных магнитов обусловлены магнитными моментами электронов внутри них. … Постоянный магнит — изделие, изготовленное из ферромагнетика, способного сохранять остаточную намагниченность после выключения внешнего магнитного поля.

Самые мощные неодимовые магниты у лидера рынка

Перейти на mirmagnitov.ru/catalog/postoyannye-magnity/neodimovie-magnity

Комментировать ответ…Комментировать…

Как работают магниты? | Live Science

Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

(Изображение предоставлено: Лена Лир / Shutterstock.com)

Физики имеют некоторое представление о том, как работают магниты. Однако некоторые явления, лежащие в основе магнетизма, по-прежнему не поддаются научному объяснению. Как именно работают магниты?

Крупномасштабный магнетизм, подобный тому, который наблюдается в стержневых магнитах, возникает из-за магнитных полей, которые естественным образом излучаются электрически заряженными частицами, из которых состоят атомы, сказал Джерл Уокер, профессор физики Кливлендского государственного университета и соавтор книги «Основы физики». (Уайли, 2007). Наиболее распространенные магнитные поля создаются отрицательно заряженными частицами, называемыми электронами.

Обычно в любом образце материи магнитные поля электронов направлены в разные стороны, компенсируя друг друга. Но когда все поля выравниваются в одном направлении, как в магнитных металлах, объект генерирует чистое магнитное поле, сказал Уокер в журнале Life’s Little Mysteries.

Каждый электрон создает магнитное поле, но суммарное магнитное поле они создают только тогда, когда все они выстраиваются в линию. В противном случае электроны в человеческом теле заставили бы всех прилипать к холодильнику, когда бы они ни проходили мимо, сказал Уокер.

В настоящее время у физики есть два объяснения того, почему магнитные поля выравниваются в одном направлении: крупномасштабная теория из классической физики и мелкомасштабная теория, называемая квантовой механикой.

Согласно классической теории, магнитные поля представляют собой облака энергии вокруг магнитных частиц, которые притягивают или отталкивают другие магнитные объекты. Но с точки зрения квантовой механики электроны испускают невидимые виртуальные частицы, которые приказывают другим объектам отойти или приблизиться, сказал Уокер.

Хотя эти две теории помогают ученым понять, как магниты ведут себя почти в любых обстоятельствах, два важных аспекта магнетизма остаются необъясненными: почему магниты всегда имеют северный и южный полюса и почему частицы в первую очередь излучают магнитные поля.

«Мы просто наблюдаем, что когда вы заставляете заряженную частицу двигаться, она создает магнитное поле и два полюса. Мы действительно не знаем, почему. Это просто особенность Вселенной, и математические объяснения — это просто попытки пройти через «домашнее задание» природы и получение ответов», — сказал Уокер.

• Развенчание мифа о 8-часовом сне: зачем просыпаться ночью
• Что находится в центре черных дыр?
• Почему мы не помним, что были детьми?
• Работает ли гипноз?

Есть вопрос? Отправьте нам письмо по электронной почтеЭтот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен Javascript для его просмотра Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен Javascript для его просмотра Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен Javascript для его просмотра Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен Javascript для его просмотра Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен Javascript для его просмотра Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен Javascript для его просмотра Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен Javascript для его просмотра Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра, и мы взломаем его Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Стюарт Фокс в настоящее время занимается исследованием и разработкой физических и цифровых выставок в Центре научной свободы. Его новостные статьи включают в себя статьи, подобные нескольким сайтам Purch, в том числе Live Science и Live Science’s Life’s Little Mysteries.

Как работают магниты — Universe Today

[/caption]
Все мы время от времени играли с магнитами. Каждый раз, когда вы это делаете, вы спрашиваете себя: «Как работают магниты?» Многие из нас понимают, что магниты имеют два разных заряда и что одинаковые заряды отталкивают друг друга, но это все равно не объясняет, как работает магнит. Ниже предпринята попытка объяснить основы тайной внутренней работы таинственного магнита.

Магнит — это любой материал или объект, создающий магнитное поле. Это магнитное поле отвечает за свойство магнита: сила, которая притягивает другие ферромагнитные материалы и притягивает или отталкивает другие магниты. Постоянный магнит — это объект, сделанный из материала, который намагничивается и создает собственное постоянное магнитное поле. Материалы, которые могут намагничиваться, сильно притягиваются к магниту, называются ферромагнетиками. Хотя ферромагнитные материалы — единственные, которые достаточно сильно притягиваются к магниту, чтобы их обычно считали магнитными, все остальные вещества слабо реагируют на магнитное поле.

Вот некоторые факты о магнитах:

• северный полюс магнита указывает на геомагнитный северный полюс (южный магнитный полюс), расположенный в Канаде за Полярным кругом.
• северные полюса отталкиваются от северных полюсов
• южные полюса отталкивают южные полюса
• северные полюса притягиваются к южным полюсам
• южные полюса притягиваются к северным полюсам
• сила притяжения или отталкивания обратно пропорциональна квадрату расстояния
• сила магнита различается в разных местах на магните
• магниты сильнее всего на своих полюсах
• магниты сильно притягивают сталь, железо, никель, кобальт, гадолиний
магниты
• слегка притягивают жидкий кислород и другие материалы
• магниты слегка отталкивают воду, углерод и бор

Механика работы магнитов действительно разбивается на атомный уровень. Когда по проводу течет ток, вокруг провода создается магнитное поле. Ток — это просто группа движущихся электронов, а движущиеся электроны создают магнитное поле. Так работают электромагниты.

Вокруг ядра атома находятся электроны. Раньше ученые думали, что у них круговые орбиты, но обнаружили, что все гораздо сложнее. На самом деле структура электрона на одной из этих орбиталей учитывает волновые уравнения Шредингера. Электроны занимают определенные оболочки, окружающие ядро ​​атома. Эти оболочки получили буквенные названия K, L, M, N, O, P, Q. Им также дали числовые имена, такие как 1,2,3,4,5,6,7 (вспомните квантовую механику). Внутри оболочки могут существовать подоболочки или орбитали с буквенными именами, такими как s,p,d,f. Некоторые из этих орбиталей выглядят как сферы, некоторые — как песочные часы, третьи — как бусинки. K-оболочка содержит s-орбиталь, называемую 1s-орбиталью. Оболочка L содержит s- и p-орбитали, называемые 2s- и 2p-орбиталями. Оболочка M содержит орбитали s, p и d, называемые 3s, 3p и 3d орбиталями. Оболочки N, O, P и Q содержат орбитали s, p, d и f, называемые 4s, 4p, 4d, 4f, 5s, 5p, 5d, 5f, 6s, 6p, 6d, 6f, 7s, 7p, 7d и 7f орбиталь. Эти орбитали также имеют различные суборбитали. Каждая из них может содержать только определенное количество электронов. Максимум 2 электрона могут занимать суборбиталь, где один имеет спин вверх, а другой — вниз. Не может быть двух электронов со спином вверх на одной и той же суборбитали (принцип исключения Паули). Кроме того, когда у вас есть пара электронов на суборбитальной орбите, их объединенные магнитные поля будут компенсировать друг друга. Если вы запутались, вы не одиноки. Многие люди теряются здесь и просто интересуются магнитами вместо того, чтобы исследовать их дальше.

Когда вы смотрите на ферромагнитные металлы, трудно понять, почему они так сильно отличаются от элементов, следующих за ними в периодической таблице. Общепризнано, что ферромагнитные элементы имеют большие магнитные моменты из-за неспаренных электронов на их внешних орбиталях. Считается также, что вращение электрона создает крошечное магнитное поле. Эти поля имеют эффект объединения, поэтому, когда вы объединяете кучу этих полей, они складываются в более крупные поля.

Подводя итог вопросу «как работают магниты?», скажем, что атомы ферромагнитных материалов, как правило, имеют собственное магнитное поле, создаваемое электронами, вращающимися вокруг них. Небольшие группы атомов имеют тенденцию ориентироваться в одном и том же направлении. Каждая из этих групп называется магнитным доменом. Каждый домен имеет свой северный полюс и южный полюс. Когда кусок железа не намагничен, домены не будут указывать в одном и том же направлении, а будут указывать в случайных направлениях, компенсируя друг друга и не позволяя железу иметь северный или южный полюс или быть магнитом. Если вы введете ток (магнитное поле), домены начнут выравниваться с внешним магнитным полем. Чем больше применяемый ток, тем выше количество выровненных доменов. По мере того, как внешнее магнитное поле становится сильнее, все больше и больше доменов будут совпадать с ним.