Магниты и их свойства: от открытия до современных применений

Как были открыты магниты. Какими основными свойствами обладают магниты. Какие существуют виды магнитов. Как объясняется природа магнетизма. Где применяются магниты в современном мире.

История открытия и изучения магнитов

Магнетизм как явление известен человечеству с древних времен. Первые упоминания о магнитных свойствах некоторых минералов датируются несколькими тысячелетиями до нашей эры. Однако систематическое изучение магнетизма началось лишь в Средние века.

Какие ключевые этапы можно выделить в истории изучения магнетизма?

• VI век до н.э. — древнегреческий философ Фалес Милетский описывает притяжение железа к магнетиту
• 1269 год — Пьер де Марикур публикует первый научный трактат о свойствах магнитов
• 1600 год — Уильям Гилберт издает фундаментальный труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле»
• 1820 год — Ханс Кристиан Эрстед обнаруживает связь между электричеством и магнетизмом
• 1831 год — Майкл Фарадей открывает явление электромагнитной индукции

Эти открытия заложили фундамент современной теории электромагнетизма и привели к многочисленным практическим применениям магнитов.

Основные свойства магнитов

Магниты обладают рядом уникальных свойств, которые определяют их широкое применение в технике и повседневной жизни. Каковы основные характеристики магнитов?

• Наличие двух полюсов — северного и южного
• Притяжение разноименных полюсов и отталкивание одноименных
• Способность притягивать ферромагнитные материалы
• Создание вокруг себя магнитного поля
• Способность намагничивать другие ферромагнетики

Важной особенностью магнитов является невозможность существования магнитных монополей — при разделении магнита всегда образуются два новых магнита с двумя полюсами.

Виды магнитов и их особенности

В современном мире используются различные виды магнитов, отличающиеся по происхождению, составу и свойствам. Какие основные типы магнитов можно выделить?

Природные магниты

Это минералы, обладающие естественными магнитными свойствами. Наиболее известным примером является магнетит (Fe3O4). Природные магниты имеют относительно слабые магнитные свойства и редко используются на практике.

Искусственные постоянные магниты

Создаются из специальных сплавов или керамических материалов. Основные виды:

• Ферритовые магниты — недорогие, но хрупкие
• Альнико — сплавы алюминия, никеля и кобальта с высокой термостойкостью
• Самарий-кобальтовые — очень сильные, но дорогие магниты
• Неодимовые — самые мощные современные постоянные магниты

Электромагниты

Создают магнитное поле при прохождении электрического тока. Могут быть очень мощными, но требуют постоянного питания.

Теории магнетизма: от древности до квантовой механики

На протяжении истории было выдвинуто множество теорий, пытающихся объяснить природу магнетизма. Как эволюционировали представления ученых о магнитных явлениях?

Древние теории

Первые попытки объяснить магнетизм предпринимались еще в античности. Фалес Милетский считал, что магниты обладают душой. Эмпедокл объяснял притяжение железа к магниту истечением особых частиц.

Теория магнитных жидкостей

В XVII-XVIII веках была популярна теория о существовании особых магнитных жидкостей, перетекающих между полюсами магнита. Эта теория была опровергнута экспериментально.

Теория молекулярных токов Ампера

В 1820 году Андре-Мари Ампер предположил, что магнетизм обусловлен микроскопическими электрическими токами внутри вещества. Эта теория стала важным шагом к пониманию связи электричества и магнетизма.

Теория магнитных доменов

Пьер Вейс в 1907 году предложил теорию магнитных доменов — областей спонтанной намагниченности в ферромагнетиках. Эта теория хорошо объясняла многие магнитные явления и используется до сих пор.

Квантовая теория магнетизма

Современное понимание магнетизма основано на квантовой механике. Магнитные свойства вещества объясняются спиновыми и орбитальными моментами электронов, а также обменным взаимодействием между ними.

Применение магнитов в современных технологиях

Магниты нашли широчайшее применение в различных областях техники и технологии. Где сегодня наиболее активно используются магнитные материалы?

Электротехника и электроника

• Электродвигатели и генераторы
• Трансформаторы
• Жесткие диски компьютеров
• Динамики и микрофоны

Медицина

• Магнитно-резонансная томография
• Магнитная сепарация крови
• Направленная доставка лекарств

Транспорт

• Поезда на магнитной подушке (маглев)
• Магнитные подшипники
• Системы рекуперативного торможения

Промышленность

• Магнитная сепарация материалов
• Магнитные захваты и подъемники
• Магнитно-абразивная обработка поверхностей

Магнитные материалы будущего: перспективные разработки

Исследования в области магнитных материалов продолжаются, открывая новые возможности для их применения. Какие перспективные направления можно выделить?

Магнитные наноматериалы

Наноструктурированные магнитные материалы обладают уникальными свойствами, которые могут найти применение в электронике и медицине. Например, магнитные наночастицы используются для адресной доставки лекарств и гипертермии в лечении рака.

Мультиферроики

Это материалы, сочетающие магнитные и электрические свойства. Они могут стать основой для создания новых типов памяти и сенсоров.

Высокотемпературные постоянные магниты

Разработка магнитов, сохраняющих свои свойства при высоких температурах, важна для создания более эффективных электродвигателей и генераторов.

Магнитокалорические материалы

Эти материалы изменяют свою температуру под действием магнитного поля. Они могут найти применение в новых системах охлаждения, более экологичных и энергоэффективных.

Магниты в повседневной жизни: от холодильника до смартфона

Магниты настолько прочно вошли в нашу жизнь, что мы часто не замечаем их присутствия. В каких бытовых предметах можно обнаружить магниты?

• Магниты на холодильнике — не только декоративные элементы, но и способ крепления дверцы
• Магнитные замки на сумках и кошельках
• Магнитные держатели для ножей на кухне
• Магнитные застежки на ювелирных изделиях
• Магнитные компасы для ориентирования

Особо стоит отметить присутствие магнитов в современных гаджетах. Как используются магниты в смартфонах?

• Динамики для воспроизведения звука
• Вибромоторы для тактильной обратной связи
• Датчики положения экрана (для определения портретной или ландшафтной ориентации)
• Магнитные крепления для чехлов и аксессуаров

Влияние магнитных полей на живые организмы

Вопрос о влиянии магнитных полей на живые организмы остается предметом активных исследований. Какие эффекты магнитных полей на биологические системы известны науке?

Магниторецепция у животных

Многие виды животных, особенно птицы и морские черепахи, способны ощущать магнитное поле Земли и использовать его для навигации. Механизмы магниторецепции до конца не изучены, но предполагается наличие специализированных белков-магниторецепторов.

Влияние на рост растений

Некоторые исследования показывают, что магнитные поля могут влиять на скорость прорастания семян и рост растений. Однако эти эффекты требуют дальнейшего изучения.

Медицинские эффекты

Магнитные поля используются в медицине для диагностики (МРТ) и лечения (магнитотерапия). Однако влияние слабых магнитных полей на здоровье человека остается предметом дискуссий.

Биологические эффекты сильных магнитных полей

Сильные магнитные поля могут оказывать заметное влияние на биологические системы, включая изменение ориентации макромолекул и влияние на протекание химических реакций. Эти эффекты важно учитывать при работе с мощными магнитами в промышленности и науке.

Открытие магнита. Свойства магнита. — ООО «НПП «Украинские Магнитные Системы»

Открытие магнита. Свойства магнита. — ООО «НПП «Украинские Магнитные Системы»

Людям были известны свойства «камня» из города Магнесия (находится в Малой Азии),  который притягивал к себе железо.
Сейчас этот камень известен под названием «магнитный железняк» или «магнетит» (формула Fe₃O₄).

Из магнетита можно изготовить то, что называется постоянным магнитом.
Слово «постоянный» здесь означает то, что его магнитное поле существует длительное время.

Основные свойства магнита

В XIII веке ученый Петр Перегрин в «Книге о магните» указал основные свойства магнита:

1. Наличие у магнита двух полюсов
2. Полюса нельзя разделить.
   Если взять кусок магнита и разделить его пополам, то у обоих половинок окажется по два полюса.
3. Одноименные полюса отталкиваются, а разноименные — притягиваются.

Если из магнетита сделать стрелку и поставить ее на иголку, давая ей возможность вращаться, то она начнет реагировать на поднесенный к ней магнит, притягиваясь к нему одним концом и отталкиваясь другим. В это же время была известно свойство стрелки указывать в направлении географических полюсов Земли. В соответствии с тем каким концом она указывает на полюса Земли, полюса стрелки называют «Северным» и «Южным» (рис. 1)
Магнитная стрелка является маленьким магнитиком, поэтому и сейчас полюса магнита также называют «Северным» и «Южным».

Как известно, магнитные полюса могут как отталкиваться, так и притягиваться.
Также, как это происходит с электрическими зарядами.
Но заряды в природе встречаются по отдельности, т. е., могут существовать “+” и “-” раздельно друг от друга.

А с магнитными полюсами как?

Физик П. А. М. Дирак в 20-м веке, предположил, что в природе может существовать уединенный магнитный полюс, который также называются магнитным монополем («mono» — один, «pole» — полюс), но до сих пор их так и не нашли.

Поэтому, все магниты, которые вы когда-нибудь держали в руках обязательно будут диполями.

Любой магнит имеет строго два полюса, поэтому он является тем, что в физике называют диполем («di» — два, «pole» — полюс).

Взаимодействие двух магнитов

Заряженные тела действуют друг на друга  благодаря электрическому полю.
В природе есть частицы, которые несут электрический заряд. В любом куске вещества таких зарядов множество и, натирая эти вещества, можно заряды разделить так, что эти вещества начнут взаимодействовать.

Логика нам подсказывает, что и магниты  должны действовать друг на друга  благодаря магнитному полю.

Но почему вокруг магнита есть магнитное поле?
Т. е. что есть такое внутри магнита, что создает нам это поле, ведь магнитного монополя не существует?

Для выяснения этого вопроса рассмотрим два ключевых эксперимента, которые нам помогут разобраться в природе магнитного поля.
Первый из экспериментов — это эксперимент Эрстеда.
Второй  эксперимент — Ампера.

Заказать бесплатный звонок

Получить каталог

Заявка на проверку магнитного сепаратора

Заявка на продажу фотосепаратора бу

Заявка на покупку фотосепаратора бу

заказать звонок

error: Content is protected !!

Что такое магнит? Свойства и характеристики магнитов

Чтобы понять суть магнетизма и веществ, называемых магнитами, необходимо несколько углубиться в теорию электромагнитного взаимодействия и внутренней структуры твердых веществ. Физиками установлен основополагающий закон: «Вокруг любого движущегося электрического заряда возникает магнитное поле, а магнитное поле действует на любой движущийся заряд». Закон подтвержден экспериментально опытами Эрстеда и Ампера и ему подчиняются все электрические заряды — электроны, протоны, ионизированные атомы и молекулы.

Из курса школьной физики известно, что вся материя состоит из атомов и молекул, представляющих сложную структуру из нуклонов и вращающихся вокруг них электронов. То есть, в каждом физическом теле, независимо от его фазового состояния, находится огромное количество движущихся зарядов. Значит, должно возникать и магнитное поле. Почему же у одних веществ оно есть, у других его нет?

Почему вещества намагничиваются?

Дело в том, что движение электронов по орбитах носит хаотический характер, а магнитное поле имеет направленное действие. Если взять любой магнит, то у него легко заметить два полюса — северный и южный. Магниты взаимодействуют наподобие электрических зарядов «плюс» и «минус». Одноименные притягиваются, разноименные отталкиваются. Так же и магнитные полюса — северный притягивается к южному, но отталкивается от северного, и наоборот.

Внутри обычного вещества вокруг каждого атома возникают магнитные поля с определенной ориентацией силовых линий. Направление их такое же хаотичное, как и вращение электронов. Поля взаимно погашаются и вокруг массивного тела их нет.

Но есть ряд веществ, у которых значительная часть атомов выстраивается в определенном порядке. Атомы образуют пространственные структуры, домены, с ориентированным магнитным полем. Полюса доменов направлены в одну сторону, и вещество превращается в магнит на макроскопическом уровне. Что мы называем магнитом? Предмет, который может притягивать некоторые металлы, действовать на проводник с током, или другой магнит на расстоянии. Магнитное поле, как и электрическое, дистанционно. Для начала взаимодействия тела не должны касаться друг друга, а только находится вблизи. Величина расстояния различна — от нескольких миллиметров, до сотен и тысяч километров.

Виды магнитов

Необходимо отметить, что магнитное поле возникает вокруг любого твердого тела. Но большинство таких полей столь мало по интенсивности, что мы их не обнаруживаем даже при помощи специальных приборов. В то же время в природе есть вещества, у которых расположение атомов в кристаллической решетке отличается определенной направленностью и магнитное поле их окружает постоянно. Одно из таких веществ — магнитных железняк, или магнетит.

В процессе развития техники необходимость в магнитах возрастала. Ученые разработали рецептуры сплавов на основе железа, которые обладали более высокими магнитными свойствами — это стали с содержанием вольфрама, кобальта, хрома, никеля, алюминия, меди. Такие вещества, помещенные в электромагнитное поле, легко намагничиваются, а после отключения поля, сохраняют намагниченность. Изделия из такого материала получило название постоянного магнита. Широкое распространение получили ферритовые магниты на основе оксида железа и окислов бария и стронция.

Неодимовые магниты обладают более сильным полем. Они производятся из сплава железа, неодима и бора. Отличаются небольшими размерами, но очень большой силой сцепления на близком расстоянии.

Электромагниты — класс веществ, у которых магнетизм проявляется только при прохождении тока по катушке, намотанной вокруг сердечника из этого материала. Это так называемые ферромагниты. Они отлично намагничиваются, но не сохраняют остаточного поля после отключения тока. Пример — стали Э1, Э2, Э3, Э4.

Читайте также

МАГНИТЫ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

Содержание статьи

МАГНИТЫ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА. Простейшие проявления магнетизма известны очень давно и знакомы большинству из нас. Однако объяснить эти, казалось бы, простые явления на основе фундаментальных принципов физики удалось лишь сравнительно недавно.

Существуют магниты двух разных видов. Одни – так называемые постоянные магниты, изготовляемые из «магнитно-твердых» материалов. Их магнитные свойства не связаны с использованием внешних источников или токов. К другому виду относятся так называемые электромагниты с сердечником из «магнитно-мягкого» железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, охватывающей сердечник, проходит электрический ток.

Магнитные полюса и магнитное поле.

Магнитные свойства стержневого магнита наиболее заметны вблизи его концов. Если такой магнит подвесить за среднюю часть так, чтобы он мог свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости, то он займет положение, примерно соответствующее направлению с севера на юг. Конец стержня, указывающий на север, называют северным полюсом, а противоположный конец – южным полюсом. Разноименные полюса двух магнитов притягиваются друг к другу, а одноименные взаимно отталкиваются.

Если к одному из полюсов магнита приблизить брусок ненамагниченного железа, то последний временно намагнитится. При этом ближний к полюсу магнита полюс намагниченного бруска будет противоположным по наименованию, а дальний – одноименным. Притяжением между полюсом магнита и индуцированным им в бруске противоположным полюсом и объясняется действие магнита. Некоторые материалы (например, сталь) сами становятся слабыми постоянными магнитами после того, как побывают около постоянного магнита или электромагнита. Стальной стержень можно намагнитить, просто проведя по его торцу концом стержневого постоянного магнита.

Итак, магнит притягивает другие магниты и предметы из магнитных материалов, не находясь в соприкосновении с ними. Такое действие на расстоянии объясняется существованием в пространстве вокруг магнита магнитного поля. Некоторое представление об интенсивности и направлении этого магнитного поля можно получить, насыпав на лист картона или стекла, положенный на магнит, железные опилки. Опилки выстроятся цепочками в направлении поля, а густота линий из опилок будет соответствовать интенсивности этого поля. (Гуще всего они у концов магнита, где интенсивность магнитного поля наибольшая.)

М.Фарадей (1791–1867) ввел для магнитов понятие замкнутых линий индукции. Линии индукции выходят в окружающее пространство из магнита у его северного полюса, входят в магнит у южного полюса и проходят внутри материала магнита от южного полюса обратно к северному, образуя замкнутую петлю. Полное число линий индукции, выходящих из магнита, называется магнитным потоком. Плотность магнитного потока, или магнитная индукция (В), равна числу линий индукции, проходящих по нормали через элементарную площадку единичной величины.

Магнитной индукцией определяется сила, с которой магнитное поле действует на находящийся в нем проводник с током. Если проводник, по которому проходит ток I, расположен перпендикулярно линиям индукции, то по закону Ампера сила F, действующая на проводник, перпендикулярна и полю, и проводнику и пропорциональна магнитной индукции, силе тока и длине проводника. Таким образом, для магнитной индукции B можно написать выражение

где F – сила в ньютонах, I – ток в амперах, l – длина в метрах. Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл) (см. также ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ).

Гальванометр.

Гальванометр – чувствительный прибор для измерения слабых токов. В гальванометре используется вращающий момент, возникающий при взаимодействии подковообразного постоянного магнита с небольшой токонесущей катушкой (слабым электромагнитом), подвешенной в зазоре между полюсами магнита. Вращающий момент, а следовательно, и отклонение катушки пропорциональны току и полной магнитной индукции в воздушном зазоре, так что шкала прибора при небольших отклонениях катушки почти линейна.

Намагничивающая сила и напряженность магнитного поля.

Далее следует ввести еще одну величину, характеризующую магнитное действие электрического тока. Предположим, что ток проходит по проводу длинной катушки, внутри которой расположен намагничиваемый материал. Намагничивающей силой называется произведение электрического тока в катушке на число ее витков (эта сила измеряется в амперах, так как число витков – величина безразмерная). Напряженность магнитного поля Н равна намагничивающей силе, приходящейся на единицу длины катушки. Таким образом, величина Н измеряется в амперах на метр; ею определяется намагниченность, приобретаемая материалом внутри катушки.

В вакууме магнитная индукция B пропорциональна напряженности магнитного поля Н:

где m0 – т.н. магнитная постоянная, имеющая универсальное значение 4pЧ10^–7 Гн/м. Во многих материалах величина B приблизительно пропорциональна Н. Однако в ферромагнитных материалах соотношение между B и Н несколько сложнее (о чем будет сказано ниже).

На рис. 1 изображен простой электромагнит, предназначенный для захвата грузов. Источником энергии служит аккумуляторная батарея постоянного тока. На рисунке показаны также силовые линии поля электромагнита, которые можно выявить обычным методом железных опилок.

Крупные электромагниты с железными сердечниками и очень большим числом ампер-витков, работающие в непрерывном режиме, обладают большой намагничивающей силой. Они создают магнитную индукцию до 6 Тл в промежутке между полюсами; эта индукция ограничивается лишь механическими напряжениями, нагреванием катушек и магнитным насыщением сердечника. Ряд гигантских электромагнитов (без сердечника) с водяным охлаждением, а также установок для создания импульсных магнитных полей был сконструирован П.Л.Капицей (1894–1984) в Кембридже и в Институте физических проблем АН СССР и Ф.Биттером (1902–1967) в Массачусетском технологическом институте. На таких магнитах удавалось достичь индукции до 50 Тл. Сравнительно небольшой электромагнит, создающий поля до 6,2 Тл, потребляющий электрическую мощность 15 кВт и охлаждаемый жидким водородом, был разработан в Лосаламосской национальной лаборатории. Подобные поля получают при криогенных температурах.

Магнитная проницаемость и ее роль в магнетизме.

Магнитная проницаемость m – это величина, характеризующая магнитные свойства материала. Ферромагнитные металлы Fe, Ni, Co и их сплавы обладают очень высокими максимальными проницаемостями – от 5000 (для Fe) до 800 000 (для супермаллоя). В таких материалах при сравнительно малых напряженностях поля H возникают большие индукции B, но связь между этими величинами, вообще говоря, нелинейна из-за явлений насыщения и гистерезиса, о которых говорится ниже. Ферромагнитные материалы сильно притягиваются магнитами. Они теряют свои магнитные свойства при температурах выше точки Кюри (770° С для Fe, 358° С для Ni, 1120° С для Co) и ведут себя как парамагнетики, для которых индукция B вплоть до очень высоких значений напряженности H пропорциональна ей – в точности так же, как это имеет место в вакууме. Многие элементы и соединения являются парамагнитными при всех температурах. Парамагнитные вещества характеризуются тем, что намагничиваются во внешнем магнитном поле; если же это поле выключить, парамагнетики возвращаются в ненамагниченное состояние. Намагниченность в ферромагнетиках сохраняется и после выключения внешнего поля.

На рис. 2 представлена типичная петля гистерезиса для магнитно-твердого (с большими потерями) ферромагнитного материала. Она характеризует неоднозначную зависимость намагниченности магнитоупорядоченного материала от напряженности намагничивающего поля. С увеличением напряженности магнитного поля от исходной (нулевой) точки (1) намагничивание идет по штриховой линии 1–2, причем величина m существенно изменяется по мере того, как возрастает намагниченность образца. В точке 2 достигается насыщение, т.е. при дальнейшем увеличении напряженности намагниченность больше не увеличивается. Если теперь постепенно уменьшать величину H до нуля, то кривая B(H) уже не следует по прежнему пути, а проходит через точку 3, обнаруживая как бы «память» материала о «прошлой истории», откуда и название «гистерезис». Очевидно, что при этом сохраняется некоторая остаточная намагниченность (отрезок 1–3). После изменения направления намагничивающего поля на обратное кривая В (Н) проходит точку 4, причем отрезок (1)–(4) соответствует коэрцитивной силе, препятствующей размагничиванию. Дальнейший рост значений (-H) приводит кривую гистерезиса в третий квадрант – участок 4–5. Следующее за этим уменьшение величины (-H) до нуля и затем возрастание положительных значений H приведет к замыканию петли гистерезиса через точки 6, 7 и 2.

Магнитно-твердые материалы характеризуются широкой петлей гистерезиса, охватывающей значительную площадь на диаграмме и потому соответствующей большим значениям остаточной намагниченности (магнитной индукции) и коэрцитивной силы. Узкая петля гистерезиса (рис. 3) характерна для магнитно-мягких материалов – таких, как мягкая сталь и специальные сплавы с большой магнитной проницаемостью. Такие сплавы и были созданы с целью снижения обусловленных гистерезисом энергетических потерь. Большинство подобных специальных сплавов, как и ферриты, обладают высоким электрическим сопротивлением, благодаря чему уменьшаются не только магнитные потери, но и электрические, обусловленные вихревыми токами.

Магнитные материалы с высокой проницаемостью изготовляются путем отжига, осуществляемого выдерживанием при температуре около 1000° С, с последующим отпуском (постепенным охлаждением) до комнатной температуры. При этом очень существенны предварительная механическая и термическая обработка, а также отсутствие в образце примесей. Для сердечников трансформаторов в начале 20 в. были разработаны кремнистые стали, величина m которых возрастала с увеличением содержания кремния. Между 1915 и 1920 появились пермаллои (сплавы Ni с Fe) с характерной для них узкой и почти прямоугольной петлей гистерезиса. Особенно высокими значениями магнитной проницаемости m при малых значениях H отличаются сплавы гиперник (50% Ni, 50% Fe) и му-металл (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr), тогда как в перминваре (45% Ni, 30% Fe, 25% Co) величина m практически постоянна в широких пределах изменения напряженности поля. Среди современных магнитных материалов следует упомянуть супермаллой – сплав с наивысшей магнитной проницаемостью (в его состав входит 79% Ni, 15% Fe и 5% Mo).

Теории магнетизма.

Впервые догадка о том, что магнитные явления в конечном счете сводятся к электрическим, возникла у Ампера в 1825, когда он высказал идею замкнутых внутренних микротоков, циркулирующих в каждом атоме магнита. Однако без какого-либо опытного подтверждения наличия в веществе таких токов (электрон был открыт Дж.Томсоном лишь в 1897, а описание структуры атома было дано Резерфордом и Бором в 1913) эта теория «увяла». В 1852 В.Вебер высказал предположение, что каждый атом магнитного вещества представляет собой крошечный магнит, или магнитный диполь, так что полная намагниченность вещества достигается, когда все отдельные атомные магниты оказываются выстроенными в определенном порядке (рис. 4,б). Вебер полагал, что сохранять свое упорядочение вопреки возмущающему влиянию тепловых колебаний этим элементарным магнитам помогает молекулярное или атомное «трение». Его теория смогла объяснить намагничивание тел при соприкосновении с магнитом, а также их размагничивание при ударе или нагреве; наконец, объяснялось и «размножение» магнитов при разрезании намагниченной иглы или магнитного стержня на части. И все же эта теория не объясняла ни происхождения самих элементарных магнитов, ни явлений насыщения и гистерезиса. Теория Вебера была усовершенствована в 1890 Дж.Эвингом, заменившим его гипотезу атомного трения идеей межатомных ограничивающих сил, помогающих поддерживать упорядочение элементарных диполей, которые составляют постоянный магнит.

Подход к проблеме, предложенный когда-то Ампером, получил вторую жизнь в 1905, когда П.Ланжевен объяснил поведение парамагнитных материалов, приписав каждому атому внутренний нескомпенсированный электронный ток. Согласно Ланжевену, именно эти токи образуют крошечные магниты, хаотически ориентированные, когда внешнее поле отсутствует, но приобретающие упорядоченную ориентацию после его приложения. При этом приближение к полной упорядоченности соответствует насыщению намагниченности. Кроме того, Ланжевен ввел понятие магнитного момента, равного для отдельного атомного магнита произведению «магнитного заряда» полюса на расстояние между полюсами. Таким образом, слабый магнетизм парамагнитных материалов обусловлен суммарным магнитным моментом, создаваемым нескомпенсированными электронными токами.

В 1907 П.Вейс ввел понятие «домена», ставшее важным вкладом в современную теорию магнетизма. Вейс представлял домены в виде небольших «колоний» атомов, в пределах которых магнитные моменты всех атомов в силу каких-то причин вынуждены сохранять одинаковую ориентацию, так что каждый домен намагничен до насыщения. Отдельный домен может иметь линейные размеры порядка 0,01 мм и соответственно объем порядка 10^–6 мм³. Домены разделены так называемыми блоховскими стенками, толщина которых не превышает 1000 атомных размеров. «Стенка» и два противоположно ориентированных домена схематически изображены на рис. 5. Такие стенки представляют собой «переходные слои», в которых происходит изменение направления намагниченности доменов.

В общем случае на кривой первоначального намагничивания можно выделить три участка (рис. 6). На начальном участке стенка под действием внешнего поля движется сквозь толщу вещества, пока не встретит дефект кристаллической решетки, который ее останавливает. Увеличив напряженность поля, можно заставить стенку двигаться дальше, через средний участок между штриховыми линиями. Если после этого напряженность поля вновь уменьшить до нуля, то стенки уже не вернутся в исходное положение, так что образец останется частично намагниченным. Этим объясняется гистерезис магнита. На конечном участке кривой процесс завершается насыщением намагниченности образца за счет упорядочения намагниченности внутри последних неупорядоченных доменов. Такой процесс почти полностью обратим. Магнитную твердость проявляют те материалы, у которых атомная решетка содержит много дефектов, препятствующих движению междоменных стенок. Этого можно достичь механической и термической обработкой, например путем сжатия и последующего спекания порошкообразного материала. В сплавах алнико и их аналогах тот же результат достигается путем сплавления металлов в сложную структуру.

Кроме парамагнитных и ферромагнитных материалов, существуют материалы с так называемыми антиферромагнитными и ферримагнитными свойствами. Различие между этими видами магнетизма поясняется на рис. 7. Исходя из представления о доменах, парамагнетизм можно рассматривать как явление, обусловленное наличием в материале небольших групп магнитных диполей, в которых отдельные диполи очень слабо взаимодействуют друг с другом (или вообще не взаимодействуют) и потому в отсутствие внешнего поля принимают лишь случайные ориентации (рис. 7,а). В ферромагнитных же материалах в пределах каждого домена существует сильное взаимодействие между отдельными диполями, приводящее к их упорядоченному параллельному выстраиванию (рис. 7,б). В антиферромагнитных материалах, напротив, взаимодействие между отдельными диполями приводит к их антипараллельному упорядоченному выстраиванию, так что полный магнитный момент каждого домена равен нулю (рис. 7,в). Наконец, в ферримагнитных материалах (например, ферритах) имеется как параллельное, так и антипараллельное упорядочение (рис. 7,г), итогом чего оказывается слабый магнетизм.

Имеются два убедительных экспериментальных подтверждения существования доменов. Первое из них – так называемый эффект Баркгаузена, второе – метод порошковых фигур. В 1919 Г.Баркгаузен установил, что при наложении внешнего поля на образец из ферромагнитного материала его намагниченность изменяется небольшими дискретными порциями. С точки зрения доменной теории это не что иное, как скачкообразное продвижение междоменной стенки, встречающей на своем пути отдельные задерживающие ее дефекты. Данный эффект обычно обнаруживается с помощью катушки, в которую помещается ферромагнитный стерженек или проволока. Если поочередно подносить к образцу и удалять от него сильный магнит, образец будет намагничиваться и перемагничиваться. Скачкообразные изменения намагниченности образца изменяют магнитный поток через катушку, и в ней возбуждается индукционный ток. Напряжение, возникающее при этом в катушке, усиливается и подается на вход пары акустических наушников. Щелчки, воспринимаемые через наушники, свидетельствует о скачкообразном изменении намагниченности.

Для выявления доменной структуры магнита методом порошковых фигур на хорошо отполированную поверхность намагниченного материала наносят каплю коллоидной суспензии ферромагнитного порошка (обычно Fe₃O₄). Частицы порошка оседают в основном в местах максимальной неоднородности магнитного поля – на границах доменов. Такую структуру можно изучать под микроскопом. Был предложен также метод, основанный на прохождении поляризованного света сквозь прозрачный ферромагнитный материал.

Первоначальная теория магнетизма Вейса в своих основных чертах сохранила свое значение до настоящего времени, получив, однако, обновленную интерпретацию на основе представления о нескомпенсированных электронных спинах как факторе, определяющем атомный магнетизм. Гипотеза о существовании собственного момента у электрона была выдвинута в 1926 С.Гаудсмитом и Дж.Уленбеком, и в настоящее время в качестве «элементарных магнитов» рассматриваются именно электроны как носители спина.

Для пояснения этой концепции рассмотрим (рис. 8) свободный атом железа – типичного ферромагнитного материала. Две его оболочки (K и L), ближайшие к ядру, заполнены электронами, причем на первой из них размещены два, а на второй – восемь электронов. В K-оболочке спин одного из электронов положителен, а другого – отрицателен. В L-оболочке (точнее, в двух ее подоболочках) у четырех из восьми электронов положительные, а у других четырех – отрицательные спины. В обоих случаях спины электронов в пределах одной оболочки полностью компенсируются, так что полный магнитный момент равен нулю. В M-оболочке ситуация иная, поскольку из шести электронов, находящихся в третьей подоболочке, пять электронов имеют спины, направленные в одну сторону, и лишь шестой – в другую. В результате остаются четыре нескомпенсированных спина, чем и обусловлены магнитные свойства атома железа. (Во внешней N-оболочке всего два валентных электрона, которые не дают вклада в магнетизм атома железа.) Сходным образом объясняется магнетизм и других ферромагнетиков, например никеля и кобальта. Поскольку соседние атомы в образце железа сильно взаимодействуют друг с другом, причем их электроны частично коллективизируются, такое объяснение следует рассматривать лишь как наглядную, но весьма упрощенную схему реальной ситуации.

Теорию атомного магнетизма, основанную на учете спина электрона, подкрепляют два интересных гиромагнитных эксперимента, один из которых был проведен А.Эйнштейном и В.де Гаазом, а другой – С.Барнеттом. В первом из этих экспериментов цилиндрик из ферромагнитного материала подвешивался так, как показано на рис. 9. Если по проводу обмотки пропустить ток, то цилиндрик поворачивается вокруг своей оси. При изменении направления тока (а следовательно, и магнитного поля) он поворачивается в обратном направлении. В обоих случаях вращение цилиндрика обусловлено упорядочением электронных спинов. В эксперименте Барнетта, наоборот, так же подвешенный цилиндрик, резко приведенный в состояние вращения, в отсутствие магнитного поля намагничивается. Этот эффект объясняется тем, что при вращении магнетика создается гироскопический момент, стремящийся повернуть спиновые моменты по направлению собственной оси вращения.

За более полным объяснением природы и происхождения короткодействующих сил, упорядочивающих соседние атомные магнитики и противодействующих разупорядочивающему влиянию теплового движения, следует обратиться к квантовой механике. Квантово-механическое объяснение природы этих сил было предложено в 1928 В.Гейзенбергом, который постулировал существование обменных взаимодействий между соседними атомами. Позднее Г.Бете и Дж.Слэтер показали, что обменные силы существенно возрастают с уменьшением расстояния между атомами, но по достижении некоторого минимального межатомного расстояния падают до нуля.

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

Одно из первых обширных и систематических исследований магнитных свойств вещества было предпринято П.Кюри. Он установил, что по своим магнитным свойствам все вещества можно разделить на три класса. К первому относятся вещества с резко выраженными магнитными свойствами, подобными свойствам железа. Такие вещества называются ферромагнитными; их магнитное поле заметно на значительных расстояниях (см. выше). Во второй класс попадают вещества, называемые парамагнитными; магнитные свойства их в общем аналогичны свойствам ферромагнитных материалов, но гораздо слабее. Например, сила притяжения к полюсам мощного электромагнита может вырвать из ваших рук железный молоток, а чтобы обнаружить притяжение парамагнитного вещества к тому же магниту, нужны, как правило, очень чувствительные аналитические весы. К последнему, третьему классу относятся так называемые диамагнитные вещества. Они отталкиваются электромагнитом, т.е. сила, действующая на диамагнетики, направлена противоположно той, что действует на ферро- и парамагнетики.

Измерение магнитных свойств.

При изучении магнитных свойств наиболее важное значение имеют измерения двух типов. Первый из них –измерения силы, действующей на образец вблизи магнита; так определяется намагниченность образца. Ко второму относятся измерения «резонансных» частот, связанных с намагничением вещества. Атомы представляют собой крошечные «гироскопы» и в магнитном поле прецессируют (как обычный волчок под влиянием вращающего момента, создаваемого силой тяжести) с частотой, которая может быть измерена. Кроме того, на свободные заряженные частицы, движущиеся под прямым углом к линиям магнитной индукции, действует сила, как и на электронный ток в проводнике. Она заставляет частицу двигаться по круговой орбите, радиус которой дается выражением

R = mv/eB,

где m – масса частицы, v – ее скорость, e – ее заряд, а B – магнитная индукция поля. Частота такого кругового движения равна

где f измеряется в герцах, e – в кулонах, m – в килограммах, B – в теслах. Эта частота характеризует движение заряженных частиц в веществе, находящемся в магнитном поле. Оба типа движений (прецессию и движение по круговым орбитам) можно возбудить переменными полями с резонансными частотами, равными «естественным» частотам, характерным для данного материала. В первом случае резонанс называется магнитным, а во втором – циклотронным (ввиду сходства с циклическим движением субатомной частицы в циклотроне).

Говоря о магнитных свойствах атомов, необходимо особо остановиться на их моменте импульса. Магнитное поле действует на вращающийся атомный диполь, стремясь повернуть его и установить параллельно полю. Вместо этого атом начинает прецессировать вокруг направления поля (рис. 10) с частотой, зависящей от дипольного момента и напряженности приложенного поля.

Прецессия атомов не поддается непосредственному наблюдению, поскольку все атомы образца прецессируют в разной фазе. Если же приложить небольшое переменное поле, направленное перпендикулярно постоянному упорядочивающему полю, то между прецессирующими атомами устанавливается определенное фазовое соотношение и их суммарный магнитный момент начинает прецессировать с частотой, равной частоте прецессии отдельных магнитных моментов. Важное значение имеет угловая скорость прецессии. Как правило, это величина порядка 10¹⁰ Гц/Тл для намагниченности, связанной с электронами, и порядка 10⁷ Гц/Тл для намагниченности, связанной с положительными зарядами в ядрах атомов.

Принципиальная схема установки для наблюдения ядерного магнитного резонанса (ЯМР) представлена на рис. 11. В однородное постоянное поле между полюсами вводится изучаемое вещество. Если затем с помощью небольшой катушки, охватывающей пробирку, возбудить радиочастотное поле, то можно добиться резонанса на определенной частоте, равной частоте прецессии всех ядерных «гироскопов» образца. Измерения сходны с настройкой радиоприемника на частоту определенной станции.

Методы магнитного резонанса позволяют исследовать не только магнитные свойства конкретных атомов и ядер, но и свойства их окружения. Дело в том, что магнитные поля в твердых телах и молекулах неоднородны, поскольку искажены атомными зарядами, и детали хода экспериментальной резонансной кривой определяются локальным полем в области расположения прецессирующего ядра. Это и дает возможность изучать особенности структуры конкретного образца резонансными методами.

Расчет магнитных свойств.

Магнитная индукция поля Земли составляет 0,5Ч10^–4 Тл, тогда как поле между полюсами сильного электромагнита – порядка 2 Тл и более.

Магнитное поле, создаваемое какой-либо конфигурацией токов, можно вычислить, пользуясь формулой Био – Савара – Лапласа для магнитной индукции поля, создаваемого элементом тока. Расчет поля, создаваемого контурами разной формы и цилиндрическими катушками, во многих случаях весьма сложен. Ниже приводятся формулы для ряда простых случаев. Магнитная индукция (в теслах) поля, создаваемого длинным прямым проводом с током I (ампер), на расстоянии r (метров) от провода равна

Индукция в центре кругового витка радиуса R с током I равна (в тех же единицах):

Плотно намотанная катушка провода без железного сердечника называется соленоидом. Магнитная индукция, создаваемая длинным соленоидом c числом витков N в точке, достаточно удаленной от его концов, равна

Здесь величина NI/L есть число ампер (ампер-витков) на единицу длины соленоида. Во всех случаях магнитное поле тока направлено перпендикулярно этому току, а сила, действующая на ток в магнитном поле, перпендикулярна и току, и магнитному полю.

Поле намагниченного железного стержня сходно с внешним полем длинного соленоида с числом ампер-витков на единицу длины, соответствующим току в атомах на поверхности намагниченного стержня, поскольку токи внутри стержня взаимно компенсируются (рис. 12). По имени Ампера такой поверхностный ток называется амперовским. Напряженность магнитного поля H_a, создаваемая амперовским током, равна магнитному моменту единицы объема стержня M.

Если в соленоид вставлен железный стержень, то кроме того, что ток соленоида создает магнитное поле H, упорядочение атомных диполей в намагниченном материале стержня создает намагниченность M. В этом случае полный магнитный поток определяется суммой реального и амперовского токов, так что B = m0(H + H_a), или B = m0(H + M). Отношение M/H называется магнитной восприимчивостью и обозначается греческой буквой c ; c – безразмерная величина, характеризующая способность материала намагничиваться в магнитном поле.

Величина B/H, характеризующая магнитные свойства материала, называется магнитной проницаемостью и обозначается через ma, причем ma = m0m, где ma – абсолютная, а m – относительная проницаемости,

В ферромагнитных веществах величина c может иметь очень большие значения –до 10⁴ё10⁶. Величина c у парамагнитных материалов немного больше нуля, а у диамагнитных – немного меньше. Лишь в вакууме и в очень слабых полях величины c и m постоянны и не зависят от внешнего поля. Зависимость индукции B от H обычно нелинейна, а ее графики, т.н. кривые намагничивания, для разных материалов и даже при разных температурах могут существенно различаться (примеры таких кривых приведены на рис. 2 и 3).

Магнитные свойства вещества весьма сложны, и для их глубокого понимания необходим тщательный анализ строения атомов, их взаимодействий в молекулах, их столкновений в газах и их взаимного влияния в твердых телах и жидкостях; магнитные свойства жидкостей пока наименее изучены.

Проект «Магниты и их свойства»

Городская научно-практическая конференция

Магнитогорского научного общества учащихся

«Первые открытия»
 

НАПРАВЛЕНИЕ : ТЕХНИКА И ИЗОБРЕТАТЕЛЬСТВО

ТЕМА: МАГНИТЫ И ИХ СВОЙСТВА

 

Учреждение:	МОУ «СОШ № 55», 1 класс
Автор работы:	…………..
Научный руководитель:	Каширина Алена Тулкуновна , учитель начальных классов

 

 

 

 

 

 

 

Магнитогорск

 

2017

Оглавление

Введение 3

Глава 1. Что такое магниты и с чем они взаимодействуют 3

Глава 2. Может ли магнитная сила проходит сквозь предметы 4

Глава 3. Искусственные магниты 4

Глава 4. Зависит ли магнитная сила от размера магнита 5

Глава 5. Магнетизм Земли 5

Глава 6. Применение магнитов 6

Глава 7. Электромагнит своими руками 7

Заключение 7

Библиографический список 8

 

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы:

Я живу в городе Магнитогорске. Как мне рассказали родители, свое название город получил от горы Магнитной, богатой месторождениями железной руды. Мне стало интересно, что же такое магнит, и какими свойствами он обладает.

В своей исследовательской работе я поставил перед собой цель: определить свойства магнита и использование его в медицине, технике, быту и в классе.

Объект исследования: магнит.

Предмет исследования: установление взаимосвязи магнита с магнетическими и не магнетическими предметами. Использование магнита в медицине, технике, быту.

Задачи исследования:

— узнать, что такое магниты и как их найти в природе;

— определить свойства магнита; — провести опыты по установлению взаимосвязи магнита с другими предметами; — сделать выводы;

Для решения поставленных задач, я использовал следующие методы:

— Изучение познавательной литературы по выбранной теме.

— Наблюдение.

— Проведение исследовательского эксперимента.

— Обобщение результатов и выводы.

Глава 1. Что такое магниты и с чем они взаимодействуют.

Как я узнал из энциклопедического словаря, магнит – это магнитный железняк, тело, обладающее собственным магнитным полем. Магнитное поле — это район вокруг магнита, в котором действует его сила. Магнитная сила – это сила, с которой предметы притягиваются к магниту. Итак, определим, какие предметы может притягивать магнит. Возьмем магнит и попробуем притянуть им различные предметы: металлические скрепки, листы бумаги, ластик, колпачок от ручки, медные монетки. К магниту притянулись только скрепки и монетки. Вывод: магнит взаимодействует с металлическими предметами и не взаимодействует с предметами других качеств.

ГЛАВА 2. МОЖЕТ ЛИ МАГНИТНАЯ СИЛА ПРОХОДИТЬ СКВОЗЬ ПРЕДМЕТЫ

Определим, действует ли магнитная сила через различные среды.

Опыт 1. Возьмём лист картона и скрепку. Двигая магнит с внутренней стороны картона, скрепка будет двигаться вслед за магнитом. Вывод: магнит действует сквозь картон.

Опыт 2. «Действие магнита через стекло и воду». В стакан с водой бросаем скрепку. Прислоняем магнит к стакану на уровне скрепки. После того как скрепка приблизится к стенке стакана, медленно двигаем магнит по стенке вверх. Вывод: магнит может действовать через стекло и воду.

Опыт 3. «Действие магнита через дерево» Установить магнит под столом, скрепки на поверхности стола. Двигая магнит под столом, я вижу что скрепки двигаются вслед за магнитом. Вывод: магнит может действовать через дерево.

ГЛАВА 3. ИСКУССТВЕННЫЕ МАГНИТЫ

Как я узнал из литературы, магниты могут быть естественными и искусственными. Естественные встречаются в природе в виде залежей магнитных руд. Искусственные магниты создаются человеком. Проведем опыт: попробуем придать магнитные свойства гвоздю. Для этого проведем по нему несколько раз магнитом, а затем попробуем примагнитить им скрепки. Как я вижу, скрепки начинают примагничиваться к гвоздю. Вывод: железные предметы активно вбирают в себя поле, которое окружает магниты.

ГЛАВА 4. ЗАВИСИТ ЛИ МАГНИТНАЯ СИЛА ОТ РАЗМЕРА МАГНИТА.

Для эксперимента возьмем два магнита разных размеров, линейку и несколько металлических скрепок. Положим магнит на стол, рядом с ним линейку, и определим, на каком расстоянии от магнита скрепки начинают притягиваться к магниту. Как видно из этого опыта, чем больше магнит, тем на большем расстоянии к нему начинают притягиваться скрепки. Вывод: чем больше магнит, тем больше его магнитная сила.

ГЛАВА 5. МАГНЕТИЗМ ЗЕМЛИ

Но только ли магниты способны притягивать к себе? Наша Земля ведёт себя как большой магнит: у неё есть своё магнитное поле. Считается, что это явление вызвано железом и никелем  во внутреннем ядре Земли, которое  вращается вместе с земным шаром. Линии  магнитного поля идут  от одного полюса к другому.

Если бы Земля, хоть на мгновение потеряла свою магнитную защиту, на её поверхность проникло бы губительное космическое излучение, которое по своему действию подобно радиоактивному. Учёные считают, что это может привести к катастрофе на нашей планете. К счастью магнетизм сопровождает Землю на протяжении всей её истории.

ГЛАВА 6. ПРИМЕНЕНИЕ МАГНИТОВ.

О магнитах люди узнали давно и стали использовать его свойства в своих целях. Во всех отраслях жизни магнит – постоянный спутник.

Первым прибором, основанным на явлении магнетизма, стал компас.   Компас — это устройство для ориентирования на местности. При помощи компаса можно определить, где находятся стороны света: север, юг, запад, восток. Он был изобретен в Китае, приблизительно между IV и  VI    веками. Устроен компас довольно просто: внутри у него есть магнитная стрелка, которая вращается вертикально и по кругу, она всегда указывает на север. А определив по стрелке, где север, можно определить и где находятся остальные части света.

Магниты используются в банковских картах, бижутерии, телефонах, детских играх, в машинах, в замках и т.д. Магнитные приборы используют в медицине для лечения и диагностики больных. Вот несколько примеров: магнитные налокотники, повязки, даже гантели. Магниты используют в технике, они помогают поднимать тяжелые грузы на заводах. Магниты используются: в наушниках, телефонной трубке, телевизоре, компьютере, магнитофоне, даже пластиковые карточки записывают при помощи намагничивания.

В быту также используют магниты, например, для поддержки штор или на холодильник прикрепляют магниты с гербом города, знаком зодиака, рекламные, фото.

В классе нам магниты помогают поддерживать картины, мы выкладываем из них цифры, узоры, слова. Есть магнитный конструктор, азбука.

ГЛАВА 7. ЭЛЕКТРОМАГНИТ СВОИМИ РУКАМИ

Предлагаю вашему вниманию электромагнит, сделанный своими руками. Он состоит из гвоздя, проволоки, намотанной на катушку и батарейки. Я намотал  проволоку на катушку, внутрь катушки вставил гвоздь, соединил ее концы с батарейкой и магнит готов. Действие этого электромагнита я испробовал. Он работает. Подобные электромагниты, только гораздо больших размеров, применяют на многих предприятиях.  

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Благодаря проделанной работе, я узнал много о магнитах, изучил их свойства, области применения. После проделанной работы я могу с уверенностью утверждать, что магнит взаимодействует с металлическими предметами (деталями металлического конструктора, гвоздиками, скрепками, шурупами, болтиками, гайками) через воду, картон, дерево. Со всеми остальными предметами, которые имеют другие качества (дерево, резина, стекло, бумага, пластмасса, камни, тканевый материал), магнит не взаимодействует, то есть не притягивает к себе. Опытным путем я доказал, что магнитное поле можно создать: намагничивание гвоздя, создание электромагнита из гвоздя, проволоки и батарейки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК:

Большая книга экспериментов для школьников/ Под ред. Антонеллы Мейяни; Пер. с ит. Э.И. Мотылевой. – М.: ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2006. – 260 с.

Все обо всем. Популярная энциклопедия для детей. Том 7 – Москва, 1994.

Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика / Сост. А.А. Леонович; Под общ. ред. О.Г. Хинн. – М.: ООО «Издательство АСТ-ЛТД», 1998. – 480 с.

dic.academic.ru›dic.nsf/enc_colier/5789/МАГНИТЫ

Удивительные свойства программируемых полимагнитов / Хабр

Магнитное поле обычного магнита (слева) и двух полимагнитов

Американская компания Polymagnet уже несколько лет выпускает магниты с произвольной формой намагниченного материала — полимагниты. Они кардинально отличаются от обычных магнитов и обладают различными свойствами, которые задаются перед печатью. Например, такие магниты могут автоматически выравниваться друг относительно друга или удерживать заданное расстояние друг от друга (в миллиметрах), отталкиваясь при сокращении этого расстояния (аналог защёлки) или, наоборот, сближаясь при превышении расстоянии, но не прикасаясь друг к другу (аналог пружины), демонстрацию см. под катом.

Главное, что вы задаёте произвольные свойства в программном редакторе, а потом за несколько минут печатаете нужный магнит. Свойства магнита выбираются из каталога заранее запрограммированных полимагнитов или задаются произвольно.

Полимагниты примерно в 5 раз мощнее обычных магнитов, поскольку у них энергия поля сконцентрирована возле поверхности. Южные и северные полюса в произвольном количестве могут быть на одной стороне полимагнита.

Автоматическое выравнивание

Магнит-защёлка

Магнит-пружина

Магнит-пружину можно запрограммировать так, например, что магниты сближаются друг с другом, но не соприкасаются, пока один из них не повернуть на 180º. После защёлкивания магниты уже трудно оторвать друг от друга, если опять не повернуть один из них на 180º. Такую конструкцию можно использовать, например, в магнитных замках.

Две части магнитного замка

Намагниченный слой наносится на металл с помощью мощной намагничивающей катушки специального принтера вроде MagPrinter. Он чем-то напоминает 3D-принтер, только «печатает» не пластиком или металлом, а магнитным полем. Но здесь тоже произвольная форма задаётся в компьютерном редакторе.

Необычные свойства полимагнитов демонстрируют инженеры компании Polymagnet в передаче Smarter Every Day.

Можно представить разные области применения полимагнитов: замки и защёлки в дверях и мебели, точно спозиционированное присоединение друг к другу гаджетов и другой электроники, магнитные муфты, крепёж в автомобильном транспорте и велосипедах, крепёж полок и других элементов мебели друг к другу (вместо шурупов), разнообразные игрушки, конструкторы и многое другое.

Что такое магнетизм? | Goudsmit Magnetics

Кривая BH позволяет получить представление о следующих магнитных свойствах:

 

Кривая намагничивания (De-) — кривая BH = кривая гистерезиса

При периодически изменяющемся внешнем магнитном поле H намагниченность ферромагнитного материала отражает кривую намагничивания. Начиная с «исходного» материала без чистого намагничивания, синяя кривая появляется при первом приложении поля (см. изображение ниже).

При достижении плотности потока насыщения с напряженностью магнитного поля Hs, намагниченность не увеличивается.

Остаточная напряженность поля BR
Если затем инвертировать поле, намагниченность при напряженности поля H = 0 не уменьшится полностью до нуля. Существует напряженность остаточного поля BRв результате того, что «области Вейса» не вернулись в исходное состояние.

Напряженность коэрцитивного магнитного поля Hc
Только в случае, если внешняя напряженность поля достигла противоположно направленного значения — напряженность коэрцитивного магнитного поля Hc, намагниченность В = 0, и продукт размагничивается. Площадь петли, через которую проходит переменная намагниченность, является мерой потерь. Материалы с низкими значениями Hc и, следовательно, с небольшими гистерезис-петлями называются мягкими магнитными материалами. Если Hc очень большой, они называются твердыми магнитными материалами.

 

‘Гистерезис’ присутствует в ферромагнитном материале. Это показано на рисунке ниже. Напряженность магнитного поля H показана вдоль оси x, а степень намагниченности (магнитная индукция) B — вдоль оси у. Если магнитное поле отсутствует, намагниченности в начале нет, и мы снова оказываемся в точке начала координат графика.

 

Если приложить магнитное поле, ферромагнитный материал становится магнитным. Воздействие продолжается до тех пор, пока все «области Вейса» в материале не будут иметь одинаковую ориентацию. Теперь материал имеет максимальную намагниченность, и увеличение магнитного поля не оказывает дальнейшего влияния на степень намагниченности. Если магнитное поле ослабить, области Вейса по большей части сохранят свое положение.

 

Когда поле становится более отрицательным, общая намагниченность также изменяет направление. Это продолжается до тех пор, пока все спины не будут ориентированы в другом направлении и намагниченность не изменится. Теперь продукт размагничен.

 

Назад к содержанию

 

Кривая гистерезиса (кривая BH)

3 разных типа магнитов и их применение

Магниты — это материалы, которые генерируют поле, которое притягивает или отталкивает некоторые другие материалы (например, железо и никель) с определенного расстояния. Это невидимое поле, известное как магнитное поле, отвечает за ключевые свойства магнита.

Древние люди использовали магниты по крайней мере с 500 г. до н.э., и самые ранние известные описания таких материалов и их характеристики происходят из Китая, Индии и Греции около 25 веков назад. Однако искусственные магниты были созданы еще в 1980-х годах.

Очевидно, что не все магниты состоят из одних и тех же веществ, и поэтому их можно разделить на разные классы в зависимости от их состава и источника магнетизма. Ниже приведен подробный список трех основных типов магнитов с указанием их свойств, прочности, а также промышленного и непромышленного применения.

1. Постоянные магниты

После намагничивания постоянные магниты могут сохранять магнетизм в течение продолжительного времени. Они сделаны из материалов, которые могут намагничиваться и создают собственное постоянное магнитное поле.
Обычно постоянные магниты изготавливаются из четырех различных типов материалов:

I) Ферритовые магниты

Стек ферритовых магнитов | Изображение предоставлено: Викимедиа

Ферритовые магниты (также называемые керамическими магнитами) являются электроизоляционными. Они темно-серого цвета и выглядят как карандашный грифель.

Ферриты обычно представляют собой ферромагнитные керамические соединения, получаемые путем смешивания больших количеств оксида железа с металлическими элементами, такими как марганец, барий, цинк и никель. Некоторые ферриты имеют кристаллическую структуру, например ферриты стронция и бария.

Они довольно популярны благодаря своей природе: они не подвержены коррозии и, следовательно, используются для продления жизненного цикла многих продуктов. Ферритовые магниты могут использоваться в чрезвычайно жарких условиях (до 300 градусов Цельсия), и стоимость изготовления таких магнитов также низкая, особенно если они производятся в больших объемах.

Они могут быть далее подразделены на «твердые», «полужесткие» или «мягкие» ферриты, в зависимости от их магнитных свойств.

Поскольку твердые ферриты трудно размагничивать, они обладают высокой коэрцитивной силой. Они используются для изготовления магнитов, например небольших электродвигателей и громкоговорителей. Мягкие ферриты, с другой стороны, имеют низкую коэрцитивную силу и используются для изготовления электронных индукторов, трансформаторов и различных микроволновых компонентов.

II) магниты Алнико

Магнит-подкова из алнико 5 | Эта U-образная форма образует мощное магнитное поле между полюсами, позволяя магниту захватывать тяжелые ферромагнитные материалы.

Магниты алнико состоят из алюминия (Al), никеля (Ni) и кобальта (Co), отсюда и название al-ni-co. Они часто включают титан и медь. В отличие от керамических магнитов, они являются электропроводящими и имеют высокие температуры плавления.

Чтобы классифицировать их (основываясь на их магнитных свойствах и химическом составе), Ассоциация производителей магнитных материалов присвоила им номера, такие как Alnico 3 или Alnico 7.

Алникос был самым сильным типом постоянных магнитов до развития редкоземельных магнитов в 1970-х годах. Известно, что они создают высокую напряженность магнитного поля на своих полюсах — до 0,15 Тесла, что в 3000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли.

Сплавы Alnico могут сохранять свои магнитные свойства при высоких рабочих температурах, вплоть до 800 градусов Цельсия. Фактически, они являются единственными магнитами, которые имеют магнетизм при нагревании раскаленным докрасна.

Эти магниты широко используются в бытовых и промышленных применениях: несколько примеров — это магнетронные трубки, датчики, микрофоны, электродвигатели, громкоговорители, электронные трубки, радары.

III) Редкоземельные магниты

Как следует из названия, редкоземельные магниты изготавливаются из сплавов редкоземельных элементов. Это самый сильный тип постоянных магнитов, разработанный в 1970-х годах. Их магнитное поле может легко превышать 1 Тесла.

Два типа редкоземельных магнитов — самарий-кобальтовые и неодимовые магниты. Оба уязвимы для коррозии и очень хрупкие. Таким образом, они покрыты определенным слоем (слоями), чтобы защитить их от сколов или поломок.

Самарий-кобальтовые магниты состоят из празеодима, церия, гадолиния, железа, меди и циркония. Они могут сохранять свои магнитные свойства при высоких температурах и обладают высокой устойчивостью к окислению.

Из-за их меньшей напряженности магнитного поля и высокой стоимости производства они используются реже, чем другие редкоземельные магниты. В настоящее время они используются в настольном ядерно-магнитно-резонансном спектрометре, высококачественных электродвигателях, турбомашиностроении и во многих областях, где производительность должна соответствовать изменению температуры.

Неодимовые магниты, с другой стороны, являются наиболее доступным и сильным типом редкоземельных магнитов. Они представляют собой тетрагональную кристаллическую структуру, изготовленную из сплавов неодима, бора и железа.

Благодаря своим меньшим размерам и небольшому весу они заменили ферритовые и алникомагниты в многочисленных применениях в современных технологиях. Например, неодимовые магниты в настоящее время используются в головном приводе для компьютерных жестких дисков, электродвигателей для аккумуляторных инструментов, механических переключателей электронных сигарет и динамиков мобильных телефонов.

IV) одномолекулярные магниты

Универсальный внутриклеточный белок, называемый ферритином, считается магнитом с одной молекулой. Он хранит железо и выпускает его контролируемым образом.

К концу 20-го века ученые узнали, что некоторые молекулы [которые состоят из ионов парамагнитного металла] могут проявлять магнитные свойства при очень низких температурах. Теоретически они способны хранить информацию на уровне магнитных доменов и обеспечивать гораздо более плотный носитель, чем традиционные магниты.

Одномолекулярные магниты состоят из кластеров марганца, никеля, железа, ванадия и кобальта. Было обнаружено, что некоторые цепные системы, такие как одноцепные магниты, сохраняют магнетизм в течение длительного периода времени при более высоких температурах.

Исследователи в настоящее время изучают монослои таких магнитов. Одним из ранних соединений, которое было исследовано в качестве одно-молекулярного магнита, является додекануклеарная марганцевая клетка.

Потенциальные возможности применения этих магнитов огромны. К ним относятся квантовые вычисления, хранение данных, обработка информации и биомедицинские приложения, такие как контрастные агенты МРТ.

2. Временные магниты

Некоторые объекты могут быть легко намагничены даже слабым магнитным полем. Однако, когда магнитное поле удалено, они теряют свой магнетизм.

Временные магниты различаются по составу: они могут быть любым объектом, который действует как постоянный магнит в присутствии магнитного поля. Например, магнитомягкий материал, такой как никель и железо, не будет притягивать скрепки после удаления внешнего магнитного поля.

Когда постоянный магнит подносится к группе стальных гвоздей, гвозди прикрепляются друг к другу, а затем к постоянному магниту. В этом случае каждый гвоздь становится временным магнитом, а когда постоянный магнит удаляется, они больше не прикрепляются друг к другу.

Временные магниты в основном используются для изготовления временных электромагнитов, сила которых может варьироваться в соответствии с требованиями. Они также используются для разделения материалов, сделанных из металла, на складах металлолома и дают новый импульс современной технологии — от высокоскоростных поездов до высокотехнологичного пространства.

3. Электромагнит

Электромагнит притягивающий железные опилки

Электромагнит был изобретен британским ученым Уильямом Стердженом в 1824 году. Затем он был систематически усовершенствован и популяризирован американским ученым Джозефом Генри в начале 1830-х годов.

Электромагниты представляют собой плотно намотанные витки провода, которые функционируют как магниты при прохождении электрического тока. Его также можно классифицировать как временный магнит, поскольку магнитное поле исчезает, как только ток отключается.

Полярность и напряженность магнитного поля, создаваемого электромагнитом, можно регулировать, изменяя направление и величину тока, протекающего через провод. Это главное преимущество электромагнитов перед постоянными магнитами.

Для усиления магнитного поля катушка обычно наматывается на сердечник из «мягкого» ферромагнитного материала, такого как мягкая сталь. Провод, свернутый в одну или несколько петель, называется соленоидом.

Эти типы магнитов широко используются в электрических и электромеханических устройствах, включая жесткие диски, громкоговорители, жесткие диски, трансформаторы, электрические звонки, МРТ-машины, ускорители частиц и различные научные приборы.

Электромагниты также используются в промышленности для захвата и перемещения тяжелых предметов, таких как металлолом и сталь.

Часто задаваемые вопросы

Из чего сделаны магниты?

Ферриты — это ферромагнитные соединения, полученные путем смешивания большого количества оксида железа с металлическими элементами, такими как марганец, барий, цинк и никель.

• Магниты AlNiCo содержат алюминий, никель и кобальт.
• Самарий-кобальтовые магниты изготавливаются из празеодима, церия, гадолиния, железа, меди и циркония.
• Неодимовый магнит, самый сильный тип редкоземельного магнита, изготавливается из сплавов неодима, бора и железа.
• Одномолекулярные магниты содержат кластеры марганца, никеля, железа, ванадия и кобальта.

Что такое природный магнит?

Природные магниты — это постоянные магниты, которые встречаются в природе естественным образом. В отличие от искусственных магнитов, они никогда не теряют своей магнитной силы при нормальных условиях.

Самый сильный природный магнит — магнитный камень, кусок минерального магнетита. Он черный или коричневато-черный и блестит при полировке. Кусочки магнитного камня фактически использовались в самых первых когда-либо созданных магнитных компасах.

Какой магнит самый сильный?

Самым сильным типом постоянного магнита, имеющегося в продаже, являются неодимовые (Nd) магниты. Они изготавливаются путем смешивания неодима, железа и бора с образованием тетрагональной кристаллической структуры Nd₂Fe₁₄B. Это соединение было впервые обнаружено компаниями General Motors и Sumitomo Special Metals (работавшими независимо друг от друга) в 1984 году.

Влияют ли магниты на человеческий мозг?

Да. Поскольку нейроны электрически заряжены, магнитное поле может вызвать протекание тока через нейроны. Это может изменить активность нейронов.

До сих пор нейробиологи использовали транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС) для улучшения времени реакции, памяти и некоторых других когнитивных способностей. Однако, несмотря на некоторые положительные результаты, долгосрочные эффекты не совсем понятны.

Могут ли магниты потерять свой магнетизм?

Да, даже постоянные магниты могут потерять свой магнетизм при определенных условиях. Например:

Избыточное нагревание: ферромагнитные материалы теряют свой магнетизм при нагревании выше определенной точки, называемой температурой Кюри. Неодимовые магниты демонстрируют лучшие магнитные характеристики до 150 ° C. Выше этой точки они теряют часть своих характеристик при повышении температуры на каждый градус.

Размагничивание: постоянные магниты можно размагнитить, подвергая их достаточно сильному магнитному полю противоположной полярности. Способность магнита противостоять внешнему магнитному полю, не размагничиваясь, называется коэрцитивной силой.

Удар: более старые материалы, такие как AlNiCo и магнитная сталь, имеют низкую коэрцитивную силу. Они подвержены размагничиванию, если через материал передается достаточная энергия посредством удара. Этот шок может быть вызван ударами молотка по материалу или его падением.

Следите за New-Science.ru на нашем канале Telegram, и на странице Вконтакте. Не пропустите ни одной нашей статьи и обновления, касающиеся аэрокосмической отрасли, науки и освоения космоса.Магнит

— свойства, типы и применение

Что такое магнит?

Магнит — это материальная или искусственная установка, которая может создавать вокруг себя магнитное поле. Из-за магнитного поля магнит может притягивать ферромагнитные материалы (например, железные опилки) и притягивать или отталкивать любой другой магнит. Магниты, подвешенные на веревке, всегда указывают в направлении север-юг. У магнита всегда есть пара магнитных полюсов, которые нельзя разделить. Их часто называют «северным полюсом» и «южным полюсом».Подобные полюса отталкиваются друг от друга, тогда как противоположные полюса притягиваются. Некоторые материалы, естественно, ведут себя как магниты, хотя можно также производить искусственные магниты.

Свойства магнита

Магниты обладают следующими отличительными и интересными свойствами:

• Привлекательные свойства магнита: Магнит притягивает ферромагнитные материалы, такие как железо, никель и кобальт.

• Директивное свойство магнита: если магнит подвешен на жесткой опоре так, что он может свободно вращаться, магнит всегда направлен в направлении север-юг.

• Полюса магнита: Магниты имеют два полюса, где сила магнитного поля самая сильная. Магнитные полюса существуют парами. Каким бы маленьким ни был магнит, разделить один полюс невозможно.

• Подобные полюса всегда отталкиваются друг от друга, но противоположные полюса притягиваются.

• Магнитная сила (притяжение или отталкивание) между двумя объектами обратно пропорциональна расстоянию между ними. Сила сильнее, когда предметы находятся близко.

Намагниченный и ферромагнитный материал

Материалы, обладающие свойствами магнита, называются намагниченными материалами. Они могут естественным образом появляться на Земле или производиться. Магнетит — это естественно намагниченное вещество.

Некоторые материалы притягиваются магнитами и могут намагничиваться с помощью различных процессов. Это так называемые ферромагнитные материалы. Некоторые примеры — железо, кобальт и никель.

Типы магнитов

Большинство магнитов, используемых в исследованиях и технологиях, искусственно изготовлены из намагниченных материалов различных размеров и форм.Процессы и источники магнетизма сильно различаются. Некоторые из наиболее часто используемых магнитов:

• Барный магнит

• Магнитная игла

• Подковообразный магнит

[Изображение будет загружено в ближайшее время]

В зависимости от источника магнетизма магниты можно разделить на следующие категории: следующих типов,

Постоянный магнит: Эти магниты изготовлены из намагниченных материалов и после намагничивания обычно не теряют своих магнитных свойств.Такие магниты могут быть в природе редкоземельными веществами или различными химическими соединениями. Однако из-за высокой температуры и напряжения даже постоянные магниты могут потерять магнитные свойства. Некоторые примеры:

• Алнико (сплав алюминия, никеля и кобальта)

• Феррит или керамика (оксиды железа, смешанные с никелем, кобальтом или стронцием)

• Самарий Кобальт

• Неодим Железо Бор (NdFeB)

Временный магнит: Эти магниты производятся путем воздействия на ферромагнитные материалы магнитного поля.Когда магнитное поле снимается, материалы теряют свои характеристики магнита. Эти магниты сделаны из различных мягких материалов. Некоторыми примерами временных магнитов являются железо и сплавы железа, гвозди и скрепки.

Электромагнит: Электромагниты — это сильные магниты, состоящие из проводов, плотно намотанных на железный сердечник. Когда через провода протекает ток, он ведет себя как магнит. Как только ток отключается, магнитное поведение исчезает.

Эксперимент с изображением полюсов магнита

На рисунке показан стержневой магнит, помещенный на плоскость, на которую насыпано несколько железных опилок.Поскольку железо

[Изображение будет загружено в ближайшее время]

Ферромагнитный материал, стержневой магнит притягивает опилки. Видно, что опилки расположены странным образом. Большая часть опилок скапливается у концов магнита. Эти концы называются магнитными полюсами.

Если стержневой магнит подвешен на веревке, он вращается и фиксируется в направлении север-юг. Полюс, указывающий на север, называется «северным полюсом», а полюс, указывающий на географический юг, называется «южным полюсом» магнита.Северный и южный полюса притягиваются друг к другу, однако полюса север-север и юг-юг отталкиваются.

Применение магнита

Магниты широко используются в повседневной жизни, науке и технике. Некоторые виды использования:

• Постоянные магниты используются в жестких дисках, телевидении, автомобилях, двигателях, холодильниках.

• Электромагниты очень важны в электрических и механических устройствах. Для двигателей, генераторов, динамиков, трансформаторов и многих других устройств требуются электромагниты.

• Временные магниты часто используются при производстве электромагнитов.

Знаете ли вы?

• У Земли есть магнитное поле. Его можно рассматривать как очень большой стержневой магнит, северный полюс которого расположен рядом с географическим северным полюсом, а южный полюс — рядом с южным географическим полюсом. Благодаря этому магниту все магниты на Земле направлены в географическом направлении север-юг.

[Изображение будет загружено в ближайшее время]

• Первый магнитный материал был обнаружен в регионе Магнезия в Азии.Он получил название «Магнетит» (Fe3O4). Есть еще одна история, которая предполагает, что этот материал был обнаружен пастухом по имени Магнес, который заметил, что его ногти на обуви прилипали к камням (очевидно, содержащим магнетит).

• Раньше магнетит использовался моряками в океанах в качестве компаса. Поэтому он также известен как «ведущий камень» или «магнитный камень».

Магниты | TheSchoolRun

Магниты использовались людьми со времен Древней Греции. Считается, что природные минералы, называемые магнетитом, были первыми , обнаруженными древними греками в районе Турции.Магниты раньше назывались «магнитами ». Vikings были известны как первые люди, которые использовали этот магнитный материал для создания компасов, которые позволили им перемещаться по воде в плохих погодных условиях, открывать и покорять новые земли. Считается, что викинги много лет держали в секрете магнитный компас . Магнитные компасы теперь можно найти на каждом корабле по всему миру для навигации в открытом море.

Сегодня почти все магниты производятся с использованием различных природных материалов со всего мира.

Магнетизм — это то, что дает магнитам способность притягивать предметы из железа или стали . Магнит создает вокруг себя область пространства с особыми свойствами. Эта область известна как магнитное поле . Когда два магнита приближаются друг к другу, их поля создают силы, которые притягивают или отталкивают.

Земля сама по себе является огромным магнитом , и сила, которую ее поле оказывает на другие магниты, заставляет их указывать в направлении север-юг.Этот эффект используется в магнитном компасе .

Самый распространенный магнитный материал — это сталь, сплав (смесь) железа, других металлов и углерода. Чистое железо намагничивается в магнитном поле, но не остается магнитным. Из стали можно сделать постоянный магнит. После намагничивания он остается намагниченным.

Два конца магнита всегда отличаются друг от друга. Конец, указывающий на север, если ему разрешено свободно перемещаться, называется северным полюсом .Другой конец — это южный полюс . Эти магнитные полюса ведут себя скорее как , электрический заряд с. Полюса противоположных типов притягиваются друг к другу, а полюса одного типа — отталкиваются.

Каждый магнит окружен невидимым трехмерным магнитным полем . Поле — это область, в которой что-то меняется от точки к точке. Например, в атмосфере Земли скорость и направление ветра варьируются от места к месту. В магнитном поле сила и направление магнитного эффекта изменяются аналогичным образом.Поле наиболее сильно около магнита. Идея магнитного поля основана на работе британского ученого Майкла Фарадея (1791–1867) в начале 19 века. Он рассыпал частицы железа вокруг магнитов, чтобы выявить то, что он назвал «силовыми линиями», тянущимися от одного полюса к другому. Это помогло ему объяснить многие магнитные эффекты. Теперь мы видим силовые линии, указывающие направление поля, а расстояние между ними указывает на его силу.

Электромагниты сделаны из проволоки, по которой проходит ток.Если провод свернут в бухту, поля от каждого витка провода создают более сильное поле. Если проволока наматывается на железный сердечник, поле становится еще сильнее. Электромагнит может быть одинарной катушкой (называемой соленоидом) или изогнутой двойной, с двумя катушками. Электромагниты позволяют легко обращаться с металлоломом. Когда ток включен, он создает сильный магнетизм, который принимает на себя стальной груз. Кран поворачивается, ток отключается, магнетизм исчезает, и сталь падает туда, куда нужно.Электромагниты имеют много других применений, включая выработку электроэнергии на плотинах гидроэлектростанций.

Слова, которые необходимо знать:

атмосфера — смесь газов, которая окружает астрономический объект, такой как Земля
притяжение — сила притяжения
компас — устройство для определения направления, обычно с намагниченным указателем который автоматически поворачивается к северу. энергия, которой кто-то или что-то обладает
трение — сопротивление трения двух предметов друг о друга, когда один или оба движутся
гидроэлектростанция — генерируется путем преобразования давления падающей или текущей воды в электричество с помощью турбины, соединенной к генератору
магнит — кусок металла, который может притягивать железные или стальные предметы к нему и удерживать или перемещать их
магнитное поле — область пространства, окружающая намагниченное тело или токопроводящую цепь, в которой может быть обнаружена результирующая магнитная сила
магнетизм — явление физического притяжения для железа, показано в магнитах или движущимся электрическим зарядом или током
материал — вещество, используемое для создания постоянных вещей
— никогда не меняется или не ожидается изменения
отталкивание — сила между двумя телами с одинаковым электрическим зарядом или магнитом полярность, которая имеет тенденцию отталкивать или разделять их

магнетизм | Национальное географическое общество

Магнетизм — это сила, проявляемая магнитами, когда они притягиваются или отталкиваются друг от друга.Магнетизм вызывается движением электрических зарядов.

Каждое вещество состоит из крошечных единиц, называемых атомами. В каждом атоме есть электроны, частицы, несущие электрические заряды. Вращаясь, как волчки, электроны вращаются вокруг ядра или остова атома. Их движение генерирует электрический ток и заставляет каждый электрон действовать как микроскопический магнит.

В большинстве веществ равное количество электронов вращается в противоположных направлениях, что нейтрализует их магнетизм. Вот почему такие материалы, как ткань или бумага, считаются слабомагнитными.В таких веществах, как железо, кобальт и никель, большинство электронов вращаются в одном направлении. Это делает атомы в этих веществах сильно магнитными, но они еще не магниты.

Чтобы стать намагниченным, другое сильномагнитное вещество должно войти в магнитное поле существующего магнита. Магнитное поле — это область вокруг магнита, обладающая магнитной силой.

Все магниты имеют северный и южный полюса. Противоположные полюса притягиваются друг к другу, а одни и те же полюса отталкиваются.Когда вы протираете кусок железа по магниту, северные полюса атомов в железе выстраиваются в одном направлении. Сила, создаваемая выровненными атомами, создает магнитное поле. Железка стала магнитом.

Некоторые вещества могут намагничиваться электрическим током. Когда электричество проходит через катушку с проволокой, создается магнитное поле. Однако поле вокруг катушки исчезнет, ​​как только отключится электрический ток.

Геомагнитные полюса

Земля — ​​это магнит.Ученые не до конца понимают, почему, но они думают, что движение расплавленного металла во внешнем ядре Земли порождает электрические токи. Токи создают магнитное поле с невидимыми силовыми линиями, протекающими между магнитными полюсами Земли.

Геомагнитные полюса не совпадают с Северным и Южным полюсами. Магнитные полюса Земли часто перемещаются из-за активности далеко под поверхностью Земли. Смещение геомагнитных полюсов регистрируется в породах, которые образуются, когда расплавленный материал, называемый магмой, проникает сквозь земную кору и изливается в виде лавы.Когда лава остывает и превращается в твердую породу, сильно магнитные частицы внутри породы намагничиваются магнитным полем Земли. Частицы выстраиваются вдоль силовых линий в поле Земли. Таким образом, горные породы фиксируют положение геомагнитных полюсов Земли в то время.

Как ни странно, магнитные записи горных пород, образовавшихся в одно и то же время, похоже, указывают на разные местоположения полюсов. Согласно теории тектоники плит, скальные плиты, составляющие твердую оболочку Земли, постоянно перемещаются.Таким образом, плиты, на которых застывала порода, переместились с тех пор, как породы зафиксировали положение геомагнитных полюсов. Эти магнитные записи также показывают, что геомагнитные полюса менялись на противоположный вид — сотни раз с момента образования Земли.

Магнитное поле Земли не движется быстро и часто не меняется. Следовательно, это может быть полезным инструментом, помогающим людям сориентироваться. Сотни лет люди использовали магнитные компасы для навигации по магнитному полю Земли.Магнитная стрелка компаса совпадает с магнитными полюсами Земли. Северный конец магнита указывает на северный магнитный полюс.

Магнитное поле Земли доминирует в области, называемой магнитосферой, которая охватывает планету и ее атмосферу. Солнечный ветер, заряженные частицы от Солнца, прижимает магнитосферу к Земле со стороны, обращенной к Солнцу, и растягивает ее в форме капли на теневой стороне.

Магнитосфера защищает Землю от большинства частиц, но некоторые из них просачиваются сквозь нее и попадают в ловушку.Когда частицы солнечного ветра сталкиваются с атомами газа в верхних слоях атмосферы вокруг геомагнитных полюсов, они создают световые эффекты, называемые полярными сияниями. Эти полярные сияния появляются над такими местами, как Аляска, Канада и Скандинавия, где их иногда называют «Северным сиянием». «Южное сияние» можно увидеть в Антарктиде и Новой Зеландии.

Узнайте о магнитах, использовании магнитов, свойствах магнитов и силе магнита

Магнетизм — обширная и хорошо изученная наука со своим собственным языком.Наш глоссарий магнитов, взятый из уважаемых ресурсов в Интернете, является вашим универсальным магазином для четких определений ключевой терминологии магнитов. Добавьте его в закладки или распечатайте и держите под рукой, чтобы помочь вам, когда вы столкнетесь с особенно сложным термином — скоро вы будете говорить «магнит» с лучшими из них!

Прочтите наш глоссарий по магнитам

Открыть все Закрыть все

Из чего сделаны магниты? Как они работают?

Так ты хочешь знать о магнитах, а? Что ж, вы попали в нужное место! Даулинг — эксперт по магнитам, поэтому, если у вас есть вопрос, на который нет ответа ниже, напишите нам, и мы ответим на него! Как тебе быть в штанах умника?

Перво-наперво.Что такое магнит?

Есть два типа магнитов — те, которые вы найдете в природе, и те, которые делают люди. В любом случае магнит — это объект, создающий магнитное поле. Это означает, что у объекта должен быть как минимум один северный полюс (как Санта!) И один южный полюс (как… пингвины?).

Хотите больше подробностей? Прочтите нашу запись в блоге: Как работают магниты?

Гм … хорошо … так что такое магнитное поле?

Магнитное поле — это магнитное пространство вокруг магнита.Вы можете измерить магнитное поле по силе магнетизма и по направлению, в котором оно направлено.

А? Хотите узнать об этом больше? Прочтите сообщение в нашем блоге: Что такое магнитное поле?

Магнетизм? Что это такое?

Знаете, когда два магнита соединяются вместе, они либо защелкиваются, либо отталкиваются друг от друга? Это магнетизм! Это сила притяжения (сцепления) или отталкивания (отталкивания) между объектами, сделанными из таких материалов, как железо, никель, кобальт и сталь.

Остались актуальные вопросы? Прочтите сообщение в нашем блоге: Что такое магнитные полюса и как узнать, какой полюс какой?

Что такое магнитные полюса?

Острия магнита, обладающего магнитной силой, называются полюсами. Когда вы поворачиваете магнит, он автоматически поворачивается так, что один полюс указывает прямо на север, а другой — на юг, поэтому полюса магнита обозначаются как север и юг. Когда у вас более одного магнита, одинаковые (или одинаковые) полюса отталкиваются друг от друга, а противоположные полюса притягиваются.Другими словами, северный полюс одного магнита защелкнется вместе с южным полюсом другого магнита, в то время как два северных полюса будут отталкивать друг друга.

Как узнать, какой полюс какой?

Полюса магнита выглядят одинаково, если, конечно, мы не отметили их буквами «N» или «S». Самый простой способ определить, где север, а какой — юг, — это установить магнит рядом с компасом. Стрелка компаса, которая обычно указывает на северный полюс Земли, будет двигаться к южному полюсу магнита.Видеть?

Еще не видите? Прочтите сообщение в нашем блоге: Что такое магнитные полюса и как узнать, какой полюс какой?

Упс! Я размагнитил компас! Могу я это исправить?

Не волнуйся! Если ваш компас размагнитится (указывает в неправильном направлении), просто поместите южный полюс стержневого магнита прямо на верхнюю часть стрелки компаса и медленно проведите магнитом по красной стороне иглы к заостренному концу и затем вниз по компасу.Вытяните магнит, и ваш компас снова намагнитится!

Где самая сильная сторона магнита?

Чем ближе к магниту, тем сильнее магнитное поле и сила.

Магниты когда-нибудь теряют свою магнитную силу?

Есть несколько вещей, которые могут ослабить магнетизм в магните, например, хранение его слишком близко к теплу, сильным электрическим токам, другим магнитам или излучению. Кроме того, высокая влажность может вызвать коррозию неодимовых магнитов.

Всегда ли магниты магнитные?

Некоторые магниты постоянные или всегда магнитные, а другие непостоянные. Например, магнит из вашего холодильника всегда будет магнитным. Скрепка или гвоздь не являются магнитными, но они могут стать непостоянными магнитами при прикосновении к достаточно сильному магниту на холодильник. Возьми?

Из чего сделаны постоянные магниты?

Постоянные магниты изготавливаются из сплавов, включая алюминий-никель-кобальт (Alnico), неодим-железо-бор (неодимовые магниты или «супермагниты» относятся к категории редкоземельных элементов), самарий-кобальт (член категории редкоземельных элементов. ) и стронций-железо (феррит или керамика)

В чем разница между постоянными магнитами и электромагнитами?

Постоянные магниты излучают магнитное поле без внешнего источника энергии.Электромагнит излучает магнитное поле только тогда, когда через него проходит электрический ток.

Можно ли сделать магниты сильнее?

Неа. Когда магнит полностью намагничен, его магнитная сила уже не может быть усилена. Вы можете создать более сильную магнитную силу, намагничивая магнит, когда он находится внутри стального канала, но обычно это происходит только здесь, на заводе по производству магнитов.

Какие магниты самые сильные?

Редкоземельные магниты (неодим и самарий-кобальт) самые сильные.На самом деле, даже неодимовый магнит размером с ластик для карандаша невозможно снять с холодильника вручную. (Если вы проверите эту теорию и попадете в затруднительное положение, попробуйте сдвинуть ее с мертвой точки.)

Кто открыл магниты?

Первый природный магнит, сделанный из железной руды, был обнаружен в древней стране в Малой Азии под названием Магнезия — отсюда и произошло название «магнит»!

Это еще не все. Читайте все в нашем блоге: Кто открыл самый первый магнит?

А как насчет упомянутых вами магнитов, сделанных людьми? Как люди могут сделать магнит?

Магниты изготавливаются путем воздействия магнитного поля на предметы, содержащие никель, железо или кобальт.Когда это происходит, структура материала фактически изменяется на микроскопическом уровне — молекулы объекта поляризуются или перестраиваются в линии. Когда достаточно металла поляризовано, он становится магнитом.

К чему будут прилипать магниты?

Магниты прилипают к вещам, которые включают один из трех типов металлов — никель, железо и кобальт.

Как используются магниты, кроме того, чтобы приклеить мой тест на орфографию к холодильнику?

Начнем с того, что все, что имеет двигатель, использует магнит.Телевизоры, компьютеры и микроволновые печи работают с магнитами. Магниты используются, чтобы держать дверцы холодильника закрытыми. Их также можно установить на грузовики, которые очищают дороги, и иногда помещать в желудки коров для улавливания металлов! Они также используются в медицинских устройствах, в поездах, американских горках и метро. И с каждым днем ​​находят все больше применений для магнитов.

А знаете ли вы…

Все животные, включая человека — это значит, что у ВАС в мозгу есть маленькие кристаллы магнетита!

Ученые полагают, что животные могут перемещаться или перемещаться, ощущая притяжение кристаллов к магнитным полюсам Земли.

Земля — ​​один большой магнит!

Жидкие металлы глубоко под землей создают конвекционные токи, которые создают магнитную силу. Считается, что магнитная сила, окружающая Землю, делает возможной жизнь на Земле. Без «магнитного силового поля» слишком много солнечной энергии достигнет нас и уничтожит нашу атмосферу. Когда-то магниты считались волшебными!

В древние времена куски серой черной железной руды назывались «магнитными камнями», и люди думали, что они обладают магической силой.

Все электричество производится на магнитах.

Когда вы вращаете магнит внутри катушки с проволокой, электроны текут из проволоки. Все электростанции используют топливо для вращения магнитов.

Никогда!
Поместите магнит рядом с компьютером, телевизором, часами, часами, видео или кредитной картой. Это может их повредить!

Может ли магнит потерять свои свойства? — Блог

Все знают, что такое магнит, но не все понимают магнитные свойства и то, как на них влияют время, температура, износ и внешние магнитные поля.

Магниты сделаны из ферромагнитных материалов и имеют крошечные магнитные домены. В естественном состоянии эти домены не выровнены и обладают небольшим магнетизмом, если вообще проявляют его. При приложении сильного магнитного поля происходит выравнивание, и материал становится магнитным

Типы магнита

Магниты могут быть постоянными, сохраняя свое магнитное выравнивание после магнетизма, или временными, например, электромагниты, теряющие свой магнетизм когда магнитное поле снято.Различные материалы обладают магнитными свойствами, в том числе:

• Железо: Используется для электромагнитов, а также в постоянном магните
• Оксиды железа: Гематит, магнетит и оксид железа
• Никель: От магнитного до умеренных температур
• Кобальт: Сохраняет магнетизм при высоких температурах
• Сплавы: Определенные сплавы железа, никеля или кобальта
• Редкоземельные элементы: Самариевые и неодимовые магниты

Постоянные магниты

Постоянные магниты обычно изготавливаются из комбинации материалов.Распространенные типы включают:
• Феррит: Известный как керамический магнит и сделанный из феррита стронция, дешевый и устойчивый к коррозии, но хрупкий и трудный для обработки. Можно использовать до 250 ° C.
• Alnico: Сплав алюминия, никеля, железа и кобальта с хорошей коррозионной стойкостью и практичен до 425 ° C.
• Неодим: Мощные неодимовые магниты, изготовленные из неодима, железа и бора, часто с гальваническим покрытием или эпоксидным покрытием для повышения коррозионной стойкости и ограниченным температурой до 200 ° C.
• Самарий: Изготовлен из кобальта и самария, дорогой, мощный, устойчивый к коррозии и выдерживающий температуру до 350 ° C.

• Пластик: Порошковый постоянный магнит, скрепленный термопластом. Отличные механические свойства, но не более 120 ° C.

  Износ магнита

  Магнит может изнашиваться, и это необходимо учитывать. Факторы, вызывающие потерю магнитных свойств, включают:

  • Эрозия: Магнитная сила напрямую зависит от физических размеров, поэтому износ, а также отломанные части приводят к меньшей магнитной силе.Ферритовый магнит особенно уязвим для сколов.
  • Коррозия: Нарушает физическую структуру, раздвигая магнитные домены и побуждая их терять ориентацию.
  • Повышенная температура: Магнитные материалы теряют магнетизм при нагревании, но они восстанавливают магнетизм при охлаждении при условии, что максимальная температура ниже их температуры Кюри. Выше температуры Кюри магнит навсегда теряет весь или часть своего магнетизма.
  • Внешние магнитные поля: Сильные противоположные магнитные поля могут привести к потере ориентации магнитных доменов и их релаксации в более низкое энергетическое состояние, где они не выровнены.Эту тенденцию можно уменьшить, добавив материалы, которые помогают удерживать магнитные домены в правильной ориентации.
  • Время: Хотя магнит со временем становится слабее, скорость естественного размагничивания зависит от рабочей температуры и внешних магнитных полей и занимает много лет, если температура магнита поддерживается ниже максимальной рабочей температуры.

  Выбор правильного магнита
  Есть много факторов, которые влияют на выбор лучшего магнита для каждого приложения.К ним относятся стоимость, требуемая магнитная сила, устойчивость к коррозии, форма и рабочая температура. Если вы столкнулись с проблемой поиска подходящего магнита для вашего приложения, пришлите нам подробную информацию о том, что вам нужно, и позвольте нам порекомендовать лучший магнит для вашего приложения.

Типы магнитов

Магниты — это объекты, которые генерируют магнитное поле, силовое поле, которое либо притягивает, либо отталкивает определенные материалы, такие как никель и железо, но из чего сделаны магниты и какие типы магнитов? Мы даем вам все, что вам нужно знать о типах магнитов, их сильных сторонах и использовании.

Какие бывают типы магнитов?

Конечно, не все магниты состоят из одних и тех же элементов, и поэтому их можно разбить на категории в зависимости от их состава и источника магнетизма. Постоянные магниты — это магниты, которые сохраняют свой магнетизм после намагничивания. Временные магниты — это магниты из материалов, которые действуют как постоянные магниты в присутствии магнитного поля, но теряют магнетизм, когда они не находятся в магнитном поле. Электромагниты представляют собой намотанные катушки из проволоки, которые действуют как магниты, когда через них проходит электрический ток.Регулируя силу и направление тока, также изменяется сила магнита. Ниже мы разберем различные типы доступных магнитов.

Постоянные магниты

Обычно существует четыре категории постоянных магнитов: неодим, железо, бор (NdFeB), самарий, кобальт (SmCo), альнико, а также керамические или ферритовые магниты.

Неодим Железо Бор (NdFeB)

Этот тип магнита состоит из редкоземельного магнитного материала и имеет высокую коэрцитивную силу.У них есть ассортимент продукции с чрезвычайно высоким энергопотреблением, до 50 MGOe. Из-за такого высокого уровня энергии продукта они обычно могут быть небольшими и компактными. Однако магниты NdFeB имеют низкую механическую прочность, имеют тенденцию быть хрупкими и имеют низкую коррозионную стойкость, если их оставить без покрытия. Если они обработаны золотом, железом или никелем, их можно использовать во многих областях. Это очень сильные магниты, которые трудно размагнитить.

Самарий Кобальт (SmCo)

Как и магниты из NdFeB, магниты из SmCo очень прочные и их трудно размагнитить.Они также обладают высокой стойкостью к окислению и температуре, выдерживая температуру до 300 градусов по Цельсию. Существуют две разные группы магнитов SmCo, разделенные в зависимости от энергетического диапазона их продукта. Первая серия (Sm1Co5) имеет диапазон энергетической продукции 15-22 MGOe. Вторая серия (Sm2Co17) имеет диапазон от 22 до 30 MGOe. Однако они могут быть дорогими и иметь низкую механическую прочность.

Алнико

Магниты

Alnico получили свое название от первых двух букв каждого из трех основных ингредиентов: алюминия, никеля и кобальта.Хотя они обладают хорошей термостойкостью, их легко размагнитить, и в некоторых случаях их заменяют керамическими или редкоземельными магнитами. Их можно производить путем спекания или литья, при этом каждый процесс дает разные характеристики магнита. Спекание улучшает механические свойства. Литье приводит к получению более энергоемких продуктов и позволяет магнитам достигать более сложных конструктивных особенностей.

Керамика или феррит

Керамические или ферритовые постоянные магниты, состоящие из спеченного оксида железа и карбоната бария или стронция, обычно недороги и легко производятся путем спекания или прессования.Однако, поскольку эти магниты имеют тенденцию быть хрупкими, они требуют шлифовки с использованием алмазного круга. Это один из наиболее часто используемых типов магнитов, они прочные и их нелегко размагнитить.

Временные магниты

Временные магниты могут различаться по составу, поскольку они представляют собой практически любой материал, который ведет себя как постоянный магнит в присутствии магнитного поля. Устройства из мягкого железа, такие как скрепки, часто являются временными магнитами.

Электромагниты

Электромагниты изготавливаются путем наматывания проволоки в несколько петель вокруг материала сердечника. Эта формация известна как соленоид.Для намагничивания электромагнитов через соленоид пропускают электрический ток, чтобы создать магнитное поле. Поле наиболее сильное внутри катушки, и сила поля пропорциональна количеству петель и силе тока.

Материал сердечника электромагнита в центре катушки (сердечник соленоида) также может влиять на силу электромагнита. Если проволока наматывается на немагнитный материал, например кусок дерева, общее магнитное поле не будет очень сильным.Однако, если сердечник состоит из ферромагнитного материала, такого как железо, сила магнита резко возрастет. Так почему электромагнит классифицируется как временный магнит? Потому что, когда прекращается питание от аккумулятора, исчезает и ток, и магнитное поле.

Приложения

В промышленном секторе магниты часто используются в качестве магнитных подметальных машин для различных применений (от производственных цехов до аэродромов), магнитных сортировщиков и для отделения нечистых металлов во время производства или переработки металлов.В электронных приложениях магниты используются в динамиках, телевизорах, телефонах, радиоприемниках и видеокассетах. Обычно электромагниты используются в телевизорах, компьютерах и телефонах из-за их чрезвычайной силы. По той же причине они также используются в двухпозиционных приложениях, таких как краны, используемые для подъема тяжелых грузов.

Постоянные магниты, пожалуй, наиболее распространенный тип, который используется для производства магнитов на холодильник, а также в ювелирном деле. Временные магниты могут быть полезны в приложениях, которые создают временное магнитное поле и требуют магнитного отклика на время действия поля.

Источники

• https://www.adamsmagnetism.com/blogs/basics-magnetism

Магниты прочие изделия

Прочие «виды» изделий

Больше от компании Electric & Power Generation

Постоянные магниты — обзор

IV.C.1 Постоянные магниты

Постоянные магниты — это материалы, которые сохраняют свои магнитные свойства после воздействия магнитного поля. Они содержатся в большом количестве материалов, используемых в значительном и постоянно увеличивающемся количестве промышленных и коммерческих применений.К ним относятся микродвигатели и конденсаторы, используемые в компьютерах, аудиовизуальных устройствах (колонки, видеомагнитофоны и т. Д.), Автомобилях (вспомогательные средства направления, электрические стеклоподъемники, антиблокировочные тормоза, компьютеры на приборной панели и т. Д.) И бытовой электронике (посудомоечные машины, стиральные машины, кондиционеры и т. Д.) .). Постоянные магниты также используются в качестве синхронизирующих двигателей в промышленных роботах, военной и космической технике, а также в часах и часах.

Среди коммерчески важных семейств постоянных магнитов два содержат редкоземельные элементы, а именно самарий-кобальт и неодим-железо-бор.По сравнению с постоянными магнитами, не содержащими редкоземельных элементов, оба постоянных магнита на основе редкоземельных элементов имеют продукт с гораздо более высокой энергией (добротность, используемая для сравнения постоянных магнитов, которая является величиной, пропорциональной количеству хранимых магнитная энергия на единицу объема магнита).

Самариево-кобальтовые магниты были открыты в 1960-х годах. Его характеристики позволили получить интенсивную магнитную энергию при небольшом объеме, а затем миниатюризацию, используемую в синхронизирующих двигателях или, что еще более впечатляюще, в аудиовизуальных средствах, где использование магнита Sm-Co, например, позволило улучшить миниатюрные наушники, используемые с Walkman®.

Но наиболее значительным открытием в этой области стало открытие постоянных магнитов неодим-железо-бор (Nd ₂ Fe ₁₄ B) в 1980-х годах. Это семейство магнитов показало самое быстрое развитие из всех когда-либо обнаруженных постоянных магнитов, и в настоящее время составляет более 25% от общего мирового рынка. Основной движущей силой роста использования этих магнитов было значительное преимущество в размере, весе и производительности, которое они могут обеспечить по сравнению с другими магнитами.Эти материалы в настоящее время являются ключевой особенностью конструкции в широком спектре высокотехнологичных и быстрорастущих приложений, особенно в шпиндельных и шаговых двигателях для компьютерной периферии и индустрии бытовой электроники.