Permanentné magnety. Permanentný magnet Z čoho je magnet vyrobený

Je ťažké nájsť človeka, ktorý nevie, čo je magnet. Presnejšie povedané, že určitý kovový kus môže k sebe priťahovať rôzne železné predmety, ako aj navzájom priťahovať alebo odpudzovať iné magnetky. Ale nie každý vie, akú povahu majú tieto javy. Aj keď podstata magnetu nie je plná zvláštnych tajomstiev a ťažkostí. Všetko o tom je dosť jednoduché. Uvažujme v tomto článku o príčine a povahe, ktorá je základom práce magnetu.

Začnime teda najskôr nasledujúcim. Myslím, že ste počuli, že základom činnosti akýchkoľvek elektrických zariadení je pohyb elektrického prúdu cez vnútorné obvody zariadenia. Elektrina sú malé elektrické častice, ktoré majú určitý elektrický náboj a sú usporiadane premiestnené do vodičov (všetko, čo cez ne vedie prúd), keď nastane taká príležitosť (keď dôjde k uzavretému obvodu). Častice s negatívnym nábojom sa bežne označujú ako elektróny. Sú to oni, ktorí robia svoju prácu (pohyb) v pevných látkach. Ióny s kladným nábojom sa pohybujú v kvapalných a plynných látkach.

Aké je spojenie medzi elektricky nabitými časticami a magnetmi, ktoré vyjadruje jeho podstatu? A spojenie je priame! Vedci už dlho zistili, že okolo pohybujúceho sa elektrického náboja vzniká magnetické pole. Tiež ste možno počuli, že magnetické polia existujú okolo bežných drôtov, ktoré vedú prúd. Hneď ako sa prúd zastaví, elektromagnetické pole zmizne. Toto je podstata a podmienka výskytu magnetické pole.

Zo školskej fyziky je známe, že akékoľvek veci a objekty okolo nás pozostávajú z atómov a molekúl (dostatočne malé elementárne častice). Tieto veľmi elementárne častice majú zase nasledujúcu štruktúru. Vnútri je jadro (pozostávajúce z protónov a neutrónov) (jadro má kladný náboj) a okolo tohto jadra sa menšie častice otáčajú obrovskou rýchlosťou, ide o elektróny (so záporným nábojom).

Podstata magnetu je teda nasledovná. Pretože sme zistili, že magnetické pole vzniká okolo pohybujúcich sa elektrických nábojov a elektróny sú vo všetkých atómoch a molekulách a neustále sa pohybujú, preto majú atómy a molekuly okolo seba magnetické polia (majú veľmi malú silu a veľkosť). Navyše to stojí za zváženie rôzne látky a predmety majú rôzne magnetické vlastnosti. Niektoré majú veľmi silné magnetické vlastnosti, zatiaľ čo iné sú také slabé, čo naznačuje úplnú absenciu polí.

Toto je základ povahy a podstaty magnetu. Ale ani tie látky, ktoré majú vysokú intenzitu prejavu magnetických polí (jedná sa o feromagnety, z ktorých najznámejšie je jednoduché železo), nie vždy magnetizujú. Prečo je to tak? Pretože tu dochádza k jednobodovosti a chaosu. Dovoľte mi vysvetliť, čo to je. Podstata magnetu (prejav magnetizmu) závisí nielen od látky, ale aj od polohy atómov a molekúl, ktoré sa vo vnútri látky nachádzajú. Ak sú dva magnety spojené tak, že sa ich póly zhodujú v smere, potom sa magnetická sila polí navzájom posilní a výsledné celkové pole bude silnejšie. Ale ak sú tieto magnety umiestnené voči sebe navzájom s opačnými pólmi, prirodzene sa budú navzájom utláčať a ich spoločné pole sa bude šklebiť. Rovnako tak vo vnútri látok, aby sa získalo najväčšie magnetické pole, je potrebné, aby všetky atómy a molekuly magnetickej látky boli jednosmerné so svojimi pólmi. To sa dosahuje rôznymi spôsobmi.

A tak sme zistili samotnú podstatu magnetu a jeho povahu pôsobenia. Teraz trochu o tom, ako sa vyrábajú magnety. Ak potrebujete vyrobiť permanentný magnet (obyčajný kus magnetu, ktorý je permanentným magnetom), odoberú materiál z feromagnetu a umiestnia ho na určitý čas do magnetického poľa dostatočne vysokej intenzity. Potom samotný feromagnet začne mať magnetické vlastnosti. V dôsledku umiestnenia do magnetického poľa s vysokou intenzitou sa elementárne častice látky otáčali v jednom smere, čo spôsobilo zdanie účinku jednosmernosti atómov a molekúl.

Na získanie elektromagnetov používam jednoduché medené cievky, vo vnútri ktorých je umiestnené feromagnetické jadro, čo zvyšuje celkový magnetický efekt. To znamená, že keď touto cievkou prechádza jednosmerný prúd, začne k sebe priťahovať železné predmety. Cievkou totiž preteká prúd (nabité častice). V dôsledku toho tiež vznikne elektromagnetické pole okolo neho. A čím viac závitov cievky prejde a čím viac prúdu ňou prejde, tým viac magnetickej sily okolo nej vznikne.

P.S. Tu sme v zásade zistili povahu a podstatu magnetu. Vedieť všeobecný princíp zariadenie a činnosť magnetu (elektromagnetu) Teraz vám bolo jasné, prečo magnety k sebe priťahujú železné predmety.

Magnet je predmet, ktorý má svoje vlastné magnetické pole. Magnety sú schopné svojim poľom priťahovať železo a niektoré ďalšie kovy. V tomto článku podrobnejšie vysvetlíme, čo je magnet.

Magnus Stone

Podľa legendy prvý magnet našiel pastier menom Magnus, ktorý kedysi zistil, že sa na železnom hrote pastierskej palice „lepí“ kameň. Magnet dostal svoje meno podľa mena pastiera.

Staroveká Magnézia

Existuje však aj iná teória. V dávnych dobách v Malej Ázii existoval región s názvom Magnesia. V tejto oblasti boli objavené veľké ložiská magnetitu (magnetická železná ruda), čierneho minerálu s magnetickými vlastnosťami. Minerál dostal názov oblasti, v ktorej bol objavený. Táto teória je, samozrejme, o niečo vierohodnejšia ako príbeh pastiera.

Magnet alebo magnetizmus

Magnety sú materiály, ktoré majú magnetické pole bez ohľadu na podmienky, v ktorých sa nachádzajú. Magnetizmus je vlastnosť niektorých materiálov, ktoré sa vplyvom magnetického poľa menia na magnety. Existujú rôzne druhy magnetizmu (paramagnetizmus, feromagnetizmus, diamagnetizmus, superparamagnetizmus atď.), Každý z materiálov však má aspoň jeden.

Magnetické aplikácie

Špeciálne vlastnosti magnetov viedli k ich použitiu v mnohých oblastiach - magnetické pamäťové médiá, kreditné karty, televízory, monitory, plazmové panely, mikrofóny, generátory, kompasy atď., Magnetické materiály sú základom pre fungovanie týchto a mnohých ďalších veci.

Existujú dva hlavné typy magnetov: trvalé a elektromagnety. Na základe jeho hlavnej vlastnosti je možné určiť, čo je permanentný magnet. Permanentný magnet je pomenovaný podľa toho, že jeho magnetizmus je vždy „zapnutý“. Generuje svoje vlastné magnetické pole, na rozdiel od elektromagnetu, ktorý je vyrobený z drôtu ovinutého okolo železného jadra a na vytvorenie magnetického poľa vyžaduje tok prúdu.

História štúdia magnetických vlastností

Pred stáročiami ľudia zistili, že niektoré druhy hornín majú pôvodné vlastnosti: priťahujú ich železné predmety. Zmienka o magnetite sa nachádza v starých historických kronikách: pred viac ako dvoma tisícročiami v Európe a oveľa skôr vo východnej Ázii. Spočiatku to bolo hodnotené ako zvedavý predmet.

Neskôr bol magnetit použitý na navigáciu a zistil, že keď má slobodu otáčania, má tendenciu zaujať určitú pozíciu. Vedecký výskum P. Peregrina v 13. storočí ukázal, že oceľ môže tieto vlastnosti získať po trení magnetitom.

Magnetizované objekty mali dva póly: „sever“ a „juh“, vzhľadom na magnetické pole Zeme. Ako Peregrine zistil, izolovanie jedného z pólov nebolo možné rozrezaním kúska magnetitu na dve časti - každý jednotlivý kus skončil s vlastnou dvojicou pólov.

V súlade s dnešnými konceptmi je magnetické pole permanentných magnetov výslednou orientáciou elektrónov v jednom smere. Len niektoré druhy materiálov interagujú s magnetickými poľami, oveľa menej z nich je schopných udržiavať konštantnú MF.

Vlastnosti permanentných magnetov

Hlavné vlastnosti permanentných magnetov a pole, ktoré vytvárajú, sú:

• existencia dvoch pólov;
• opačné póly sa priťahujú a podobne ako póly sa odpudzujú (ako kladné a záporné náboje);
• magnetická sila sa nepostrehnuteľne šíri v priestore a prechádza predmetmi (papier, drevo);
• v blízkosti pólov dochádza k zvýšeniu intenzity MF.

Permanentné magnety podporujú MP bez vonkajšia pomoc. Materiály sú v závislosti od magnetických vlastností rozdelené na hlavné typy:

• feromagnety - ľahko magnetizované;
• paramagnety - veľmi ťažko magnetizované;
• diamagnety - majú tendenciu odrážať vonkajšie MF magnetizáciou v opačnom smere.

Dôležité! Mäkké magnetické materiály, ako napríklad oceľ, vedú po prichytení k magnetu magnetizmus, ktorý sa však po vybratí zastaví. Permanentné magnety sú vyrobené z tvrdých magnetických materiálov.

Ako funguje permanentný magnet

Jeho práca súvisí s atómovou štruktúrou. Všetky feromagnety vytvárajú prirodzený, aj keď slabý MF, vďaka elektrónom obklopujúcim jadrá atómov. Tieto skupiny atómov sa môžu orientovať v jednom smere a nazývajú sa magnetické domény. Každá doména má dva póly: severný a južný. Keď feromagnetický materiál nie je magnetizovaný, jeho oblasti sú orientované v náhodných smeroch a ich MF sa navzájom rušia.

Aby sa vytvorili trvalé magnety, feromagnety sa veľmi zahrievajú vysoké teploty a sú vystavené silnému vonkajšiemu magnetickému poľu. To vedie k tomu, že jednotlivé magnetické domény vo vnútri materiálu sa začínajú orientovať v smere vonkajšieho MF, kým sa všetky domény nezarovnajú a nedosiahnu bod magnetického nasýtenia. Materiál sa potom ochladí a zarovnané domény sa zaistia na svojom mieste. Po odstránení externého MF si tvrdé magnetické materiály zachovajú väčšinu svojich domén, čím vytvoria permanentný magnet.

Charakteristiky permanentného magnetu

1. Magnetická sila je charakterizovaná zvyškovou magnetickou indukciou. Označuje to br. To je sila, ktorá zostáva po zmiznutí externého poslanca. Merané v testoch (T) alebo gauss (G);
2. Odpor voči koercitivite alebo demagnetizácii - Нс. Merané v A / m. Ukazuje, akú pevnosť musí mať externý MF, aby bol materiál demagnetizovaný;
3. Maximálna energia - BHmax. Vypočíta sa vynásobením zvyškovej magnetickej sily Br a koercitivity Hc. Merané v IGSE (megaussersted);
4. Teplotný koeficient zvyškovej magnetickej sily je Tc Br. Charakterizuje závislosť Br od hodnoty teploty;
5. Tmax - najvyššia hodnota teploty, po dosiahnutí ktorej trvalé magnety strácajú svoje vlastnosti s možnosťou reverzného zotavenia;
6. Tcur je najvyššia hodnota teploty, keď magnetický materiál nenávratne stratí svoje vlastnosti. Tento indikátor sa nazýva Curieova teplota.

Jednotlivé vlastnosti magnetu sa líšia podľa teploty. Rôzne druhy magnetických materiálov pracujú odlišne pri rôznych teplotách.

Dôležité! Všetky trvalé magnety stratia percento svojho magnetizmu, keď teplota stúpa, ale rôznymi rýchlosťami v závislosti od ich typu.

Druhy permanentných magnetov

Celkovo existuje päť typov permanentných magnetov, z ktorých každý je vyrobený rôznymi spôsobmi na základe materiálov s rôznymi vlastnosťami:

• alniko;
• ferity;
• SmCo vzácnych zemín na báze kobaltu a samária;
• neodým;
• polymér.

Alniko

Ide o trvalé magnety zložené predovšetkým z kombinácie hliníka, niklu a kobaltu, ale môžu zahŕňať aj meď, železo a titán. Vďaka vlastnostiam alnico magnetov môžu pracovať pri najvyšších teplotách, pričom si zachovávajú svoj magnetizmus, ale sú ľahšie demagnetizované ako ferit alebo SmCo vzácnych zemín. Boli to prvé sériovo vyrábané trvalé magnety, ktoré nahradili magnetizované kovy a drahé elektromagnety.

Aplikácia:

• elektrické motory;
• tepelné spracovanie;
• ložiská;
• letecké dopravné prostriedky;
• vojenské vybavenie;
• vysokoteplotné manipulačné zariadenia;
• mikrofóny.

Ferity

Na výrobu feritových magnetov, známych aj ako keramické, sa používa uhličitan strontnatý a oxid železitý v pomere 10/90. Oba materiály sú bohaté a cenovo dostupné.

Vďaka svojim nízkym výrobným nákladom, odolnosti voči teplu (až do 250 ° C) a korózii patria feritové magnety medzi najobľúbenejšie na každodenné použitie. Majú vyššiu vnútornú koercitivitu ako alnico, ale menšiu magnetickú silu ako ich neodýmiové náprotivky.

Aplikácia:

• zvukové reproduktory;
• bezpečnostné systémy;
• veľké doskové magnety na odstraňovanie kontaminácie železa z technologických liniek;
• elektrické motory a generátory;
• lekárske nástroje;
• zdvíhacie magnety;
• námorné vyhľadávacie magnety;
• zariadenia založené na práci vírivých prúdov;
• spínače a relé;
• brzdy.

SmCo magnety pre vzácne zeminy

Kobaltové a samariové magnety pôsobia v širokom teplotnom rozsahu, vysokých teplotných koeficientoch a vysokej odolnosti proti korózii. Tento typ si zachováva magnetické vlastnosti aj pri teplotách pod absolútnou nulou, vďaka čomu sú obľúbené v kryogénnych inštaláciách.

Aplikácia:

• turbínové inžinierstvo;
• spojky čerpadiel;
• vlhké prostredie;
• vysokoteplotné zariadenia;
• miniatúrne elektrické závodné autá;
• rádioelektronické zariadenia na prácu v kritických podmienkach.

Neodymové magnety

Najsilnejšie existujúce magnety zložené zo zliatiny neodýmu, železa a bóru. Vďaka svojej obrovskej sile sú dokonca aj miniatúrne magnety účinné. To poskytuje všestrannosť použitia. Každý človek je neustále v blízkosti jedného z neodýmových magnetov. Sú napríklad v smartfóne. Výroba elektromotorov, zdravotníckych pomôcok a rádiovej elektroniky sa opiera o odolné neodymové magnety. Vďaka ich super sile, obrovskej magnetickej sile a odolnosti voči demagnetizácii je možné vyrobiť vzorky až do 1 mm.

Aplikácia:

• pevné disky;
• zariadenia na reprodukciu zvuku - mikrofóny, akustické snímače, slúchadlá, reproduktory;
• protézy;
• magneticky spojené čerpadlá;
• zatvárače dverí;
• motory a generátory;
• zámky na šperky;
• MRI skenery;
• magnetoterapia;
• Senzory ABS v automobiloch;
• zdvíhacie zariadenia;
• magnetické separátory;
• jazýčkové spínače atď.

Flexibilné magnety obsahujú magnetické častice vo vnútri polymérneho spojiva. Používa sa na jedinečné zariadenia, kde nie je možná inštalácia pevných analógov.

Aplikácia:

• zobrazovaná reklama - rýchla fixácia a rýchle odstránenie na výstavách a podujatiach;
• znaky Vozidlo, panely vzdelávacích škôl, logá spoločností;
• hračky, hádanky a hry;
• maskovacie povrchy na maľovanie;
• kalendáre a magnetické záložky;
• tesnenie okien a dverí.

Väčšina permanentných magnetov je krehká a nemali by sa používať ako konštrukčné prvky... Vyrábajú sa v štandardných formách: prstene, tyče, kotúče a jednotlivé: lichobežníky, oblúky atď. Neodymové magnety sú kvôli vysokému obsahu železa vystavené korózii, a preto sú na vrchu potiahnuté niklom, nehrdzavejúcou oceľou, teflónom, titán, guma a ďalšie materiály.

Video

Jedinečné vlastnosti niektorých látok vždy udivovali ľudí svojou jedinečnosťou. Osobitná pozornosť sa venovala schopnosti niektorých kovov a kameňov odpudzovať sa alebo byť k sebe priťahované. V priebehu všetkých období to vyvolávalo záujem mudrcov a veľké prekvapenie bežných ľudí.

Počnúc 12. - 13. storočím sa začal aktívne používať pri výrobe kompasov a ďalších inovatívnych vynálezov. Dnes môžete vidieť prevalenciu a rozmanitosť magnetov vo všetkých oblastiach nášho života. Zakaždým, keď sa stretneme s iným výrobkom vyrobeným z magnetu, často si kladieme otázku: „Ako sa teda magnety vyrábajú?“

Druhy magnetov

Existuje niekoľko typov magnetov:

• Konštantný;
• Dočasné;
• Elektromagnet;

Rozdiel medzi prvými dvoma magnetmi spočíva v ich stupni magnetizácie a v čase, keď je pole vo vnútri. V závislosti od zloženia bude magnetické pole slabšie alebo silnejšie a odolnejšie voči vonkajším poliam. Elektromagnet nie je skutočný magnet, je to len účinok elektriny, ktorý vytvára magnetické pole okolo kovového jadra.

Zaujímavý fakt: Prvýkrát výskum tejto látky uskutočnil náš domáci vedec Peter Peregrin. V roku 1269 vydal „Knihu magnetu“, ktorá popisovala jedinečné vlastnosti hmoty a jej interakciu s vonkajším svetom.

Z čoho sú vyrobené magnety?

Na výrobu permanentných a dočasných magnetov sa používa železo, neodým, bór, kobalt, samárium, alnico a ferity. Sú rozdrvené v niekoľkých stupňoch a tavené, pečené alebo lisované dohromady, kým sa nezíska trvalé alebo dočasné magnetické pole. V závislosti od typu magnetov a požadovaných charakteristík sa zloženie a pomery komponentov menia.

Ste oboznámení s predmetom, ktorý je tu nakreslený? Je to magnet. Vezmite takú „podkovu“, prineste ju na špendlík alebo klinec a oni sami k vám skočia.

Dlho sa verilo, že medzi magnetom a železnými predmetmi existuje akési nepochopiteľné spojenie. V niektorých jazykoch sa magnet stále nazýva „milujúci kameň“. Po mnoho storočí predvádzali experimenty s prírodnými magnetmi - kúskami magnetickej železnej rudy, ale nikto nedokázal vysvetliť dôvod ich „lásky“ ku všetkému železu. Jediným prínosom, ktorý potom magnet mohol priniesť, bolo, že bol z neho vyrobený kompas: pohyblivá magnetická ihla vždy ukazovala na jeden koniec jedným a druhý na juh (preto sa konce alebo póly magnetu nazývali sever a juh). Obrázok ukazuje, ako zabezpečiť, aby sa opačné póly magnetov priťahovali a podobne ako póly sa odpudzovali, rovnako ako elektrické náboje.

Pri štúdiu magnetu sa ho pokúsili rozdeliť na časti, aby oddelili póly. Ale nič z toho nebolo. Akýkoľvek, najmenší kus bol vždy celý magnet s dvoma pólmi. Prečo sa to stalo? Elektrická energia tomu pomohla porozumieť.

Možno ste vo filme videli, ako sa v továrni prenášajú časti oceľových strojov. Hrubý okrúhly tanier sa zhora spustí na reťaze, na ktoré sa prilepí zväzok dielov. Potom sa doska s časťami zdvihne a prenesie na požadované miesto.

Toto je elektromagnet. Jeho hlavnou súčasťou je železná cievka vyrobená z drôtu. Cez drôt je vedený prúd a z cievky sa stane magnet.

Mnoho závitov drôtu je navinutých v cievke elektromagnetu. Ale ak vezmete len jednu otáčku a prejdete cez ňu prúd, získate tiež elektromagnet, iba slabý. Ukazuje sa, že v každom je ešte slabší, veľmi drobný elektromagnet.

Ten, ktorý sa otáča okolo jadra, je akoby bezvýznamná cievka s prúdom, čo znamená, že je to malý magnet s dvoma pólmi. V atóme sú ďalšie nabité častice - protóny. Tiež sa pohybujú a tiež tvoria magnety.

Ale každý sa pýta, či v nejakom atóme existujú magnety, potom všetky látky musia byť magnety, nielen železo.

Ukazuje sa, že celý bod je o tom, ako sa tieto drobné magnety nachádzajú. Je potrebné, aby boli „disciplinovaní“, aby sa mohli všetci otočiť na jednu stranu a udržať správnu formáciu. Len potom sa hmota môže stať magnetom.

Len niekoľko kovov, najmä železa, má také vlastnosti. A nedávno sa objavili nové, veľmi silné magnety. Sú dokonca lepšie ako železné, aj keď nie sú vyrobené z kovov, ale z feritov. Ak ste niekedy počuli toto slovo, tak vedzte, že znamená nové umelé magnetické látky.

Ak by zrazu zmizli všetky magnety, elektráreň by prestala fungovať, rádio by stíchlo, televízie by zhasli, telefón by nefungoval, elektrické lokomotívy, metro, električky, trolejbusy, autá a autobusy by prestali. Elektronické zariadenia a stroje nemohli fungovať ako celok moderná technológia... Túto úlohu zohrávajú magnety v živote ľudí.