Что называют магнитами каковы их свойства
Из этой статьи вы узнаете: Что происходит с неодимовым магнитом, если его расплавить или разрезать пополам? Магнит крепче держится на другом магните или на стали? Ослабевает ли магнитная сила магнитов со временем? Влияет ли температура на магнитную силу магнитов? Может ли стекло быть магнитным? Могут ли магниты быть мягкими и гибкими? Есть ли резина, которая реагирует на магнит? Какое самое сильное магнитное поле удалось создать на сегодняшний день? Чувствительны ли живые существа к магнетизму? И многое другое.
Также в статье есть описание пяти экспериментов, которые позволят узнать, насколько сильно неодимовый магнит притягивает яблоко. Вы также узнаете, что произойдет с магнитом, когда вы приблизите к нему горящую свечу и как неодимовый магнит искажает изображение на ЭЛТ-мониторе.
Дальше смотрите ответы на эти и другие часто задаваемые вопросы, а также несколько идей интересных экспериментов.
1) Что вызывает магнитное поле у магнита?
Распределение магнитного поля представлено линиями магнитной индукции. Линии индукции проходят от северного к южному магнитному полюсу магнита.
2) Почему магнит притягивает только предметы из железа, никеля и кобальта?
3) В яблоке есть железо. Так почему его не притягивает магнит?
Большинство живых организмов и продуктов питания также содержат определенное количество железа, но они не притягиваются магнитом. Почему? Это потому, что в них очень мало железа.
4) Что такое магнитомягкий и твердый материал?
Ферромагнитные вещества можно разделить на магнитомягкие и магнитотвердые, в зависимости от того, как они теряют или сохраняют свои магнитные свойства.
5) Почему в некоторые магнитные вещества добавляют кремний?
6) Что такое Гаусс и Тесла?
7 ) Какое самое сильное магнитное поле удалось создать на сегодняшний день?
Группа ученых из Токийского университета во главе с физиком Содзиро Такеяма создала чрезвычайно сильный электромагнит, который генерировал магнитное поле в 1200 тесла.
8 ) Магнит крепче держится на другом магните или на стали?
Многие спрашивают об этом. Однако однозначного ответа нет. Удерживающая сила зависит от нескольких факторов:
Если сталь достаточно большая, удерживающая сила между сильным магнитом и куском стального листа такая же, как для магнита с магнитом. Сила прижима неодимовых магнитов к стали.
Если кусок стального листа слишком маленький или тонкий, сила между магнитом и сталью меньше. Насколько большим должен быть кусок стали, чем размер магнита? Если вы используете неодимовый магнит размером 12 × 12 мм, то стальной лист должен быть 25 × 25 мм. Сила прижима неодимовых магнитов к стали. Сила прижима неодимовых магнитов к стали.
Если между сталью и магнитом есть зазор, то удерживающая сила между одним магнитом и другим больше, чем между магнитом и сталью.
9 ) Теряют ли магниты прочность, если они длительное время прикреплены к ферромагнитному материалу?
Неодимовые магниты обычно почти постоянно сохраняют магнетизм. Сила, необходимая для размагничивания магнита, называется коэрцитивной силой. Это способность постоянного магнита противостоять размагничиванию во внешнем магнитном поле.
Чем больше коэрцитивная сила магнита, тем лучше он выдерживает размагничивание как внешними, так и собственными магнитными полями и, следовательно, имеет меньшую тенденцию к ослаблению.
Магнитотвердые материалы, используемые для изготовления постоянных магнитов, представляют собой ферромагнитные вещества с высокой коэрцитивной силой. Если вы не подвергаете магниты воздействию высоких температур и других сильных магнитных полей, они будут намагничиваться годами.
10 ) Влияет ли температура на магнитную силу и что такое температура Кюри?
Да, температура влияет на магнитную силу. Температуру Кюри впервые описал французский физик Пьер Кюри, муж Марии Кюри-Склодовской. Какова температура Кюри некоторых материалов? Смотрите на таблицу ниже.
Что происходит с магнитом, если его нагреть выше критической температуры Кюри? Ферромагнитное вещество состоит из диполей, которые образуют небольшие магнитные домены (области). Если магнит намагничен, домены располагаются равномерно.
Например, если вы бросите магнит в огонь, ориентация магнитных доменов резко изменится. При хаотическом расположении доменов магнит теряет свои магнитные свойства.
Посмотрите в видео, как пламя свечи воздействует на кусок никелевой монеты:
1 1 ) Если я разрежу магнит, теоретически должны образоваться два отдельных магнита, которые будут притягиваться на режущей стороне. Это так?
Если вы разрежете стержневой магнит вдоль, вы получите два новых отдельных магнита. Когда вы разрезаете магнит перпендикулярно магнитной оси, магниты будут притягиваться, но если вы разрежете вдоль магнитной оси, обе части будут отталкиваться друг от друга.
1 2 ) Магниты работают в космосе?
Да. Космический вакуум содержит огромное количество пыли, газа, элементарных частиц и переплетен с электромагнитным излучением и магнитными полями. Электрические и магнитные силы в вакууме даже немного сильнее, чем в воздухе на Земле.
1 3 ) Что происходит с магнитом, если его расплавить?
Ферритовые магниты более термостойкие. Их экстремальная температура составляет 250 ° C. А тем более термостойкие самариево-кобальтовые магниты, выдерживающие температуру до 350 ° C.
1 4 ) Как можно заблокировать магнитную силу?
Магниты должны потерять свою магнитную силу, если вы подвергнете их воздействию чрезвычайно высоких температур в течение продолжительных периодов времени, например, когда вы бросите их в огонь. Однако есть так называемые диамагнитные вещества, которые ослабляют магнитное поле и в то же время слабо из него выдавливаются.
Посмотрите видео о диамагнитной левитации:
1 5 ) Что такое антимагнит?
До недавнего времени экранировать магнитное поле было невозможно. Только в 2011 году испанские ученые создали первый антимагнит.
По своей конструкции антимагнит состоит из нескольких слоев. Внутренний слой изготовлен из сверхпроводящего материала, который блокирует выход внутреннего магнитного поля, а также предотвращает проникновение внешнего магнитного поля. Остальные примерно десять слоев сделаны из специальных метаматериалов, предотвращающих взаимные помехи или изменения магнитных полей.
Чем может быть полезен антимагнит? Его можно использовать, например, у пациентов с кардиостимуляторами или слуховыми имплантатами, чтобы они могли проходить обследование с помощью медицинских устройств, генерирующих сильное магнитное поле. Это также поможет защитить корабли от мин, активируемых магнитом.
1 6 ) Что такое биполярный магнит?
1 7 ) Могут ли магниты быть мягкими и гибкими?
Магниты по своей природе твердые, потому что они изготавливаются из твердых материалов. Однако специалисты по производству резиновых уплотнений могут добавлять в силиконовый каучук магнитные частицы, которые в результате могут быть магнитными. Силиконовый каучук остается эластичным и гибким даже при очень низких температурах.
Это используется, например, производителями холодильников и морозильников, которые устанавливают его на двери. Резиновый уплотнитель, заполненный магнитными частицами, хорошо прилегает к плоской и округлой конструкции холодильника, благодаря чему в нее не проникает тепло.
Гибкие магниты также входят в состав магнитных игрушек. Вы можете знать магнитный слайм как игрушку для детей. Изучите дом, может быть, вы найдете резиновые магниты где-нибудь еще.
18 ) Как работает магнитная доска для рисования?
Частью магнитной доски для рисования является магнитный карандаш, которым вы рисуете на доске.
Как работает магнитный стол? Магнитный стол для детей состоит из ячеек, заполненных белой вязкой эмульсией (несжимаемая жидкость с высоким внутренним трением) и железных опилок.
Как удалить нарисованное изображение? Движущаяся магнитная полоса используется для удаления изображения. Вы можете свободно перемещать полосу и удалять только часть рисунка или все изображение. Если не удалить рисунок, он останется на столе несколько лет, пока жидкость не высохнет.
Посмотрите, как работает магнитный стол, на видео:
1 9 ) Является ли свинец магнитным и что такое диамагнетизм?
Посмотрите видео, чтобы увидеть, как пиролитический графит и висмут реагируют на сильный неодимовый магнит :
21 ) Может ли стекло быть магнитным?
Стеклодувы в Богемии производили урановое стекло в основном во второй половине 19 века, а также в 20 веке. Бум пришел с началом холодной войны, когда уран был легко доступен. Но с его окончанием производство уранового стекла резко упало.
Достаточно чувствительный счетчик Гейгера может обнаруживать небольшую степень излучения в урановом стекле с более высокой долей урана. Но большинство кусков уранового стекла эксперты считают безвредными и лишь незначительно радиоактивными.
22) Можно ли зарядить или «перезарядить» постоянный магнит?
23) Что такое поле Хальбаха?
В коротком видео ниже вы увидите, как одна сторона набора постоянных магнитов, расположенных в соответствии с полем Хальбаха, магнитно намного сильнее, чем другая.
Затем солнечные панели проводят электричество к катушке. Эта катушка с электромагнитными свойствами становится магнитной и притягивается к постоянному магниту в основании.
Благодаря этому ротор многократно вращается, и таким образом отдельные панели чередуются. Скорость вращения ротора зависит от интенсивности падающего света. Чем ярче свет, тем быстрее он будет вращаться.
Чтобы лучше понять, посмотрите видео:
25) Что такое супердиамагнетизм?
Сверхпроводящие магниты используются, например, в парящих поездах на магнитной подвеске, где они встраиваются в нижнюю часть шасси поезда.
Кубический магнит, парящий над сверхпроводящим материалом
Поезд на магнитной подвеске
26) Чувствительны ли живые существа к магнетизму?
Да, некоторые животные чувствительны к магнетизму. Они воспринимают силовые линии, проходящие между магнитными полюсами Земли, и в результате ориентируются в своих долгих путешествиях.
Исследователи полагают, что голуби и перелетные птицы используют микроскопические частицы магнетита в своей голове, чтобы ориентироваться, а также криптохромы в глазах птиц.
Криптохромы в сетчатке глаза также помогают осьминогам ориентироваться. Исследователи также обнаружили частицы магнетита у бактерий, лосося, морских черепах, дельфинов, полевок и некоторых млекопитающих.
27) Что такое Курская магнитная аномалия?
Магнитная аномалия вызвана аномальной концентрацией железосодержащих минералов. Одной из таких аномалий является Курская магнитная аномалия в России. Это территория с огромными залежами железной руды и крупнейшая магнитная аномалия на Земле.
Курская магнитная аномалия
Другими известными аномалиями являются, например, магнитная аномалия Банги в Центральной Африке или магнитная аномалия Тигами в Канаде.
28) Есть ли магнитные океаны?
Согласно теории ученых, соленая вода, которая постоянно течет с приливами, создает электрический ток по всей планете. И этот электрический ток притягивает магнитное поле глубоко под земной корой.
5 интересных экспериментов с магнитами
Эксперимент 1. Притягивает ли неодимовый магнит яблоко?
Поставьте банки из-под лимонада или пива друг на друга и положите на них деревянную палочку. Вы можете использовать, например, китайские палочки для еды, которые вы склеиваете.
Соедините два яблока китайской палочкой и повесьте их веревкой на палочке на подставке. Как вы можете видеть на видео ниже. Затем медленно поднесите сверхсильный неодимовый магнит ближе к яблокам, и яблоки начнут медленно двигаться.
Как может яблоко реагировать на магнит? Яблоко содержит небольшое количество железа и поэтому притягивается сильной магнитной силой. Что произойдет, если вы поместите яблоко между двумя сильными магнитами и уроните магниты друг на друга?
Используйте решетку для банок с первой попытки и добавьте другую банку посередине. Поместите сверху плоскую палочку и неодимовый магнитный диск.
Подготовьте 4 монеты, содержащие железо и поместите их друг на друга в вертикальном положении. Что случится? Из-за сильного магнитного поля между сильным магнитом монеты начинают левитировать и вращаться.
Сильный магнит удержит много монет, но сколько? Используйте подставку с магнитом из предыдущего эксперимента и приготовьте несколько монет. Прикрепите первую монету к магниту и постепенно подхватите под себя остальные. Подсчитайте, насколько неодимовый магнит удержит монеты под собой.
Наденьте неодимовый диск на гвоздь и прикрепите его к тискам. Зажгите свечу и нагрейте магнит пламенем. Что теперь происходит с магнитом? Температура пламени свечи составляет около 1000 ° C, этого достаточно, чтобы магнит потерял свои магнитные свойства после нагрева.
Если вы подвергнете неодимовый магнит воздействию температур выше 80 градусов Цельсия в течение длительного времени, его магнитная сила ослабнет.
При таких температурах кристаллическая решетка разрушается, и магнит ослабевает. Если, например, бросить неодимовый магнит в огонь, он потеряет свою магнитную силу.
Предупреждение: эксперименты и игры с сильными неодимовыми магнитами могут быть опасными, остерегайтесь риска травм.
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.
Камни с уникальными свойствами притягивания металлических предметов были обнаружены ещё в древнее время. Сегодня же эти качества есть у многих вещей, которые нас окружают. Но что же такое магнит? Какой силой он обладает, и какие виды магнитов существуют? В данной статье попробуем ответить на эти вопросы.
Определение
Магнитом называют материал с определенной намагниченностью. Молекулы внутри имеют своё поле, в котором они двигаются только в двух направлениях. Именно этот момент взаимной противоположности создаёт свойство притяжения и отталкивания предметов из металла. Уже давно ни для кого не секрет, что при попытке соединения двух магнитов одинаковыми полюсами, они будут отталкиваться. Примагничиваются только противоположные полюса.
Интересно!Ни один магнит, даже маленький кусочек, не будет однополярным. Если его разломать, внутри каждого отдельного куска молекулы распределятся на северный и южный полюса.
Разновидности
Многие электроприборы, датчики, а также домашняя техника работают за счёт определённого типа магнитов, которые в них установлены. При этом каждый имеет свои особенности, и выполняет ряд функций, необходимых в данном устройстве. Основными видами являются:
Постоянные магниты
Наиболее известными в настоящее время являются ферритовые и неодимовые магниты. Первые активно используются в повседневной жизни человека. Им нашли применение в качестве крепления различных предметов в быту, на работе и в обучении. Ферритовый магнит широко использовали в производстве и радиотехнике, пока не был получен неодимовый – самый мощный магнит. Он создан из сплава бор/железо/неодим, имеет очень высокую силу притяжения и мощное магнитное поле. Правильная эксплуатация изделия позволяет продлить жизнь магниту до 100 лет с сохранением всех его свойств. Неодимовый магнит – это редкоземельный материал, который не подвергается размагничиванию.
Сфера применения неодимовых магнитов
Появление нового сильного магнита сместило на второй план ферритовые изделия, практически заменив их в промышленных отраслях и медицине неодимовым магнитом. Более того, в быту он также стал набирать популярность благодаря своей мощности при небольших размерах. Поисковые приборы и электроника, крепления и сувенирная продукция, детали мебели, одежды и аксессуаров – везде используются неодимовые магниты. И это далеко не весь список.
На сегодняшний день в любой сфере нашей жизни активно используются магниты. При этом большая часть устройств без них не работает, а в быту они становятся просто незаменимы.
Что такое постоянный магнит
Ферромагнитное изделие, способное сохранять значительную остаточную намагниченность после снятия внешнего магнитного поля, называется постоянным магнитом.
Постоянные магниты изготавливают из различных металлов, таких как: кобальт, железо, никель, сплавы редкоземельных металлов (для неодимовых магнитов), а также из естественных минералов типа магнетитов.
Сфера применения постоянных магнитов сегодня очень широка, однако назначение их принципиально везде одно и то же — как источник постоянного магнитного поля без подвода электроэнергии. Таким образом, магнит — это тело, обладающее своим собственным магнитным полем.
Само же слово «магнит» происходит от греческого словосочетания, которое переводится как «камень из Магнесии», по названию азиатского города, где были в древности открыты залежи магнетита — магнитного железняка. С физической точки зрения элементарным магнитом является электрон, а магнитные свойства магнитов вообще обуславливаются магнитными моментами электронов, входящих в состав намагниченного материала.
Постоянный магнит является частью магнитных систем электротехнических изделий. Работа устройств с постоянными магнитами, как правило, основана на преобразовании энергии:
механической в механическую (сепараторы, магнитные муфты и т. п.);
механической в электромагнитную (электрогенераторы, громкоговорители и т. п.);
электромагнитной в механическую (электродвигатели, динамики, магнитоэлектрические системы и т. п.);
механической во внутреннюю (тормозные устройства и т. п.).
К постоянным магнитам предъявляются следующие требования:
высокая удельная магнитная энергия;
минимальные габариты при заданной напряженности поля;
сохранение работоспособности в широком диапазоне рабочих температур;
устойчивость к воздействию внешних магнитных полей; – технологичность;
низкая стоимость исходного сырья;
стабильность магнитных параметров во времени.
Разнообразие задач, решаемых при помощи постоянных магнитов, вызывает необходимость создания множества форм их исполнения. Часто постоянным магнитам придается форма подковы (т. н. «подковообразные» магниты).
На рисунке приведены примеры форм промышленно выпускаемых постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов с защитным покрытием.
Промышленно выпускаемые постоянные магниты различной формы: а – диск; б – кольцо; в – параллелепипед; г – цилиндр; д – шар; е – сектор полого цилиндра
Также выпускаются магниты из магнитотвердых металлических сплавов и ферритов в виде стержней круглого и прямоугольного сечения, а также трубчатые, С-образные, подковообразные, в виде пластин прямоугольной формы и др.
После того как материалу придана форма, он должен быть намагничен, т. е. помещен во внешнее магнитное поле, т.к. магнитные параметры постоянных магнитов определяются не только их формой или материалом, из которого они изготовлены, но и направлением намагничивания.
Заготовки намагничивают, используя постоянные магниты, электромагниты постоянного тока или намагничивающие катушки, через которые пропускаются импульсы тока. Выбор способа намагничивания зависит от материала и формы постоянного магнита.
В результате сильного нагревания, толчков постоянные магниты могут частично или полностью потерять свои магнитные свойства (размагнититься).
Характеристики размагничивающего участка петли магнитного гистерезиса материала, из которого изготовлен постоянный магнит, определяют свойства того или иного постоянного магнита: чем выше коэрцитивная сила Нс, и чем выше остаточная магнитная индукция Вr – тем сильнее и стабильнее магнит.
Пока ферромагнетик не поляризован, т. е. элементарные токи не ориентированы, коэрцитивная сила препятствует ориентировке элементарных токов. Но когда ферромагнетик уже поляризован, она удерживает элементарные токи в ориентированном положении и после того, как внешнее намагничивающее поле устранено.
Этим объясняется остаточный магнетизм, который наблюдается у многих ферромагнетиков. Чем больше коэрцитивная сила, тем сильнее выражено явление остаточного магнетизма.
Итак, коэрцитивная сила — это значение напряжённости магнитного поля, необходимого для полного размагничивания ферро- или ферримагнитного вещества. Таким образом, чем большей коэрцитивной силой обладает конкретный магнит, тем он устойчивее к размагничивающим факторам.
Магнитный гистерезис — наличие последствия поляризации магнетиков приводит к тому, что намагничивание и размагничивание магнитного материала происходят неодинаково, т. к. намагничивание материала все время немного отстает от намагничивающего поля.
При этом часть энергии, затраченной на намагничивание тела, при размагничивании не возвращается обратно, а превращается в тепло. Поэтому многократное перемагничивание материала связано с заметными потерями энергии и иногда может вызвать сильное нагревание намагничиваемого тела.
Магнитные свойства постоянных магнитов могут изменяться под действием времени и внешних факторов, к которым относятся:
Изменение магнитных свойств характеризуется нестабильно- стью постоянного магнита, которая может быть структурной или магнитной.
Структурная нестабильность связана с изменениями кристаллической структуры, фазовыми превращениями, уменьшением внутренних напряжений и т. п. В этом случае исходные магнитные свойства могут быть получены восстановлением структуры (например, термообработкой материала).
Магнитная нестабильность обусловлена изменением магнитной структуры вещества магнита, которая стремится к термодинамическому равновесию с течением времени и под влиянием внешних воздействий. Магнитная нестабильность может быть:
обратимой (возвращение к исходным условиям восстанавливает исходные магнитные свойства);
необратимой (возращение исходных свойств может быть достигнуто только путем повторного намагничивания).
Применение постоянных магнитов для создания постоянного магнитного поля вместо эквивалентных им электромагнитов позволяет:
уменьшить массогабаритные характеристики изделий;
исключить применение дополнительных источников питания (что упрощает конструкцию изделий, снижает стоимость их изготовления и эксплуатации);
обеспечить практически неограниченное время поддерживания магнитного поля в рабочих условиях (в зависимости от применяемого материала).
Недостатками постоянных магнитов являются:
хрупкость материалов, применяемых при их создании (это затрудняет механическую обработку изделий);
необходимость защиты от влияния влаги и плесневых грибков (для ферритов ГОСТ 24063), а также от воздействия повышенных влажности и температуры.
Виды и свойства постоянных магнитов
Магнитные изделия в форме ферритовых колец, брусков и подков широко используются как в промышленности, так и в быту, в технике и электронике. Их используют в акустических системах, в генераторах, в двигателях постоянного тока. В автомобилестроении ферритовые магниты устанавливают в стартеры, в стеклоподъемники, в системы охлаждения и в вентиляторы.
Ферритовые магниты отличаются коэрцитивной силой порядка 200 кА/м и остаточной магнитной индукцией порядка 0,4 Тесла. В среднем, ферритовый магнит может прослужить от 10 до 30 лет.
Постоянные магниты на основе сплава из алюминия, никеля и кобальта отличаются непревзойденной температурной устойчивостью и стабильностью: они способны сохранять свои магнитные свойства при температурах до +550°C, хотя коэрцитивная сила, характерная для них, относительно мала. Под действием относительно небольшого магнитного поля, такие магниты потеряют исходные магнитные свойства.
Посудите сами: типичная коэрцитивная сила порядка 50 кА/м при остаточной намагниченности порядка 0,7 Тесла. Однако несмотря на эту особенность, магниты альнико незаменимы для некоторых научных исследований.
Чем больше кобальта, тем выше индукция насыщения и магнитная энергия сплава. Добавки в виде от 2 до 8% титана и всего 1% ниобия способствуют получению большей коэрцитивной силы — до 145 кА/м. Добавка от 0,5 до 1% кремния обеспечивает изотропию магнитных свойств.
Если нужна исключительная устойчивость к коррозии, окислению и температуре до +350°C, то магнитный сплав самария с кобальтом — то что надо.
По стоимости самарий-кобальтовые магниты дороже неодимовых за счёт более дефицитного и дорогого металла — кобальта. Тем не менее, именно их целесообразно применять в случае необходимости иметь минимальные размеры и вес конечных изделий.
Наиболее целесообразно это в космических аппаратах, авиационной и компьютерной технике, миниатюрных электродвигателях и магнитных муфтах, в носимых приборах и устройствах (часах, наушниках, мобильных телефонах и т.д.)
Благодаря особой коррозийной стойкости, именно самариевые магниты применяются в стратегических разработках и военных приложениях. Электродвигатели, генераторы, подъемные системы, мототехника – сильный магнит из сплава самария-кобальта идеально подходит для агрессивных сред и сложных условий эксплуатации. Коэрцитивная сила порядка 700 кА/м при остаточной магнитной индукции порядка 1 Тесла.
Неодимовые магниты на сегодняшний день очень востребованы и представляются наиболее перспективными. Сплав неодим-железо-бор позволяет создавать супермагниты для различных сфер, начиная с защелок и игрушек, заканчивая электрогенераторами и мощными подъемными машинами.
Высокая коэрцитивная сила порядка 1000 кА/м и остаточная намагниченность порядка 1,1 Тесла, позволяют магниту сохраняться на протяжении многих лет, за 10 лет неодимовый магнит теряет лишь 1% своей намагниченности, если температура его в условиях эксплуатации не превышает +80°C (для некоторых марок до +200°C). Таким образом, лишь два недостатка есть у неодимовых магнитов — хрупкость и низкая рабочая температура.
Магнитный порошок вместе со связующим компонентом образует мягкий, гибкий и легкий магнит. Связующие компоненты, такие как винил, каучук, пластик или акрил позволяют получать магниты различных форм и размеров.
Магнитная сила, конечно, уступает чистому магнитному материалу, но иногда такие решения необходимы для достижения определенных необычных для магнитов целей: в производстве рекламной продукции, при изготовлении съемных наклеек на авто, а также в изготовлении различных канцелярских и сувенирных товаров.
Одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные полюса притягиваются. Взаимодействие магнитов объясняется тем, что любой магнит имеет магнитное поле, и эти магнитные поля взаимодействуют между собой. В чем, например, причина намагничивания железа?
Согласно гипотезе французского ученого Ампера, внутри вещества существуют элементарные электрические токи (токи Ампера), которые образуются вследствие движения электронов вокруг ядер атомов и вокруг собственной оси.
При движении электронов возникают элементарные магнитные поля. И если кусок железа внести во внешнее магнитное поле, то все элементарные магнитные поля в этом железе ориентируются одинаково во внешнем магнитном поле, образуя собственное магнитное поле куска железа. Так, если приложенное внешнее магнитное поле было достаточно сильным, то после его отключения кусок железа станет постоянным магнитом.
Знание формы и намагниченности постоянного магнита позволяет для расчетов заменить его эквивалентной системой электрических токов намагничивания. Такая замена возможна как при расчете характеристик магнитного поля, так и при расчетах сил, действующих на магнит со стороны внешнего поля.
Возникновение силы взаимодействия между магнитами объясняется традиционным способом: один магнит создает магнитное поле, которое воздействует на второй магнит.
Для расчета силы взаимодействия мысленно заменим магниты с однородной намагниченностью J1 и J2 круговыми токами, текущими по боковой поверхности цилиндров. Силы этих токов выразим через намагниченности магнитов, а их радиусы будем считать равными радиусам магнитов.
Для вычисления суммарной силы, действующей на кольцо, необходимо мысленно разбить его на малые элементы Idl и просуммировать силы Ампера, действующие на каждые такой элемент.
Используя правило левой руки, легко показать, что осевая составляющая магнитного поля приводит к появлению сил Ампера, стремящихся растянуть (или сжать) кольцо – векторная сумма этих сил равна нулю.
Наличие радиальной составляющей поля приводит к возникновению сил Ампера, направленных вдоль оси магнитов, то есть к их притяжению или отталкиванию. Останется вычислить силы Ампера — это и будут силы взаимодействия между двумя магнитами.