Дома, на работе, в собственном авто или в общественном транспорте нас окружают разнообразные типы магнитов. Они обеспечивают работу моторов, датчиков, микрофонов и многих других привычных вещей. При этом в каждой сфере используются различные по своим характеристикам и особенностям устройства. В целом выделяют такие типы магнитов:
Какие бывают магниты
Электромагниты. Конструкция таких изделий состоит из железного сердечника, на который намотаны витки провода. Подавая электрический ток с различными параметрами величины и направленности, удается получать магнитные поля нужной силы и полярности.
Название этой группы магнитов представляет собой аббревиатуру названий своих составляющих: алюминий, никель и кобальт. Главное преимущество сплава альнико состоит в непревзойденной температурной устойчивости материала. Другие виды магнитов не могут похвастаться наличием возможности применения при температурах до +550 ⁰ С. В то же время этот легкий материал характеризуется слабой коэрцитивной силой. Это означает, что он может полностью размагничиваться при воздействии сильного внешнего магнитного поля. В то же время благодаря своей доступной цене альнико является незаменимым решением во многих научных и промышленных отраслях.
Современная магнитная продукция
Итак, со сплавами разобрались. Теперь перейдем к тому, какие бывают магниты и какое применение им найти в быту. На самом деле существует огромное разнообразие вариантов подобной продукции:
3) Офисные магниты. Для презентаций и планерок используются магнитные доски, которые позволяют наглядно и детально представить любую информацию. Также они оказываются крайне полезны в школьных кабинетах и аудиториях университетов.
Магнит - это предмет, который имеет собственное магнитное поле. Магниты способны притягивать своим полем железо и некоторые другие металлы. В этой статье подробнее расскажем, что такое магнит.
Камень Магнуса
Если верить легенде, первый магнит был найден пастухом по имени Магнус, который однажды обнаружил, что к железному наконечнику его пастушьей палки "прилипает" какой-то камень. От имени пастуха магнит и получил название.
Древняя Магнисия
Однако, имеется и другая теория. В древности в Малой Азии существовал регион, который назывался Магнисия. В этом регионе были обнаружены большие залежи магнетита (магнитного железняка) - минерала черного цвета, обладающего магнитными свойствами. Минерал получил название района, в котором был обнаружен. Данная теория, конечно, несколько более правдоподобна, чем история про пастуха.
Магнит или магнетизм
Магнитами называют материалы, которые имеют магнитное поле вне зависимости от условий, в которых они находятся. Магнетизмом же называют свойство некоторых материалов превращаться в магниты под влиянием магнитного поля. Существуют различные типы магнетизма (парамагнетизм, ферромагнетизм, диамагнетизм, суперпарамагнетизм и т. д.), однако, любой из материалов обладает хотя бы одним.
Применения магнита
Особые свойства магнитов обусловили их применение во множестве областей - магнитные носители информации, кредитные карты, телевизоры, мониторы, плазменные панели, микрофоны, генераторы, компасы и др., в основе функционирования этих и многих других вещей лежат магнитные материалы.
Где в древности были открыты залежи магнетита .
Простейшим и самым маленьким магнитом можно считать электрон . Магнитные свойства всех остальных магнитов обусловлены магнитными моментами электронов внутри них . С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном - фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля).
Вебер - магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре сопротивлением 1 ом проходит количество электричества 1 кулон .
Генри - международная единица индуктивности и взаимной индукции. Если проводник обладает индуктивностью в 1 Гн и ток в нём равномерно изменяется на 1 А в секунду, то на его концах индуктируется ЭДС в 1 вольт. 1 генри = 1,00052 · 10 9 абсолютных электромагнитных единиц индуктивности.
Тесла - единица измерения индукции магнитного поля в СИ, численно равная индукции такого однородного магнитного поля, в котором на 1 метр длины прямого проводника, перпендикулярного вектору магнитной индукции, с током силой 1 ампер действует сила 1 ньютон.
Использование магнитов
- Магнитные носители информации: VHS кассеты содержат катушки из магнитной ленты . Видео и звуковая информация кодируется на магнитном покрытии на ленте. Также в компьютерных дискетах и жёстких дисках запись данных происходит на тонком магнитном покрытии. Однако носители информации не являются магнитами в строгом смысле, так как они не притягивают предметы. Магниты в жёстких дисках используются в ходовом и позиционирующем электродвигателях.
- Кредитные , дебетовые , и ATM карты - все эти карточки имеют магнитную полосу на одной стороне. Эта полоса кодирует информацию, необходимую для соединения с финансовым учреждением и связи с их счетами.
- Обычные телевизоры и компьютерные мониторы : телевизоры и компьютерные мониторы, содержащие электронно-лучевую трубку используют электромагнит для управления пучком электронов и формирования изображения на экране. Плазменные панели и ЖК-дисплеи используют другие технологии.
- Громкоговорители и микрофоны : большинство громкоговорителей используют постоянный магнит и токовую катушку для преобразования электрической энергии (сигнала) в механическую энергию (движение, которое создает звук). Обмотка намотана на катушку , прикрепляется к диффузору и по ней протекает переменный ток, который взаимодействует с полем постоянного магнита.
- Другой пример использования магнитов в звукотехнике - в головке звукоснимателя электрофона и в кассетных диктофонах в качестве экономичной стирающей головки.
Магнитный сепаратор тяжёлых минералов
- Электродвигатели и генераторы : некоторые электрические двигатели (так же, как громкоговорители) основываются на комбинации электромагнита и постоянного магнита. Они преобразовывают электрическую энергию в механическую энергию. Генератор, наоборот, преобразует механическую энергию в электрическую энергию путем перемещения проводника через магнитное поле.
- Трансформаторы : устройства передачи электрической энергии между двумя обмотками провода, которые электрически изолированы, но связаны магнитно.
- Магниты используются в поляризованных реле . Такие устройства запоминают своё состояние на время выключения питания.
- Компасы : компас (или морской компас) является намагниченным указателем, который может свободно вращаться и ориентируется на направление магнитного поля, чаще всего магнитного поля Земли.
- Искусство : виниловые магнитные листы могут быть присоединены к живописи, фотографии и другим декоративным изделиям, что позволяет присоединять их к холодильникам и другим металлическим поверхностям.
Магниты часто используются в игрушках. M-TIC использует магнитные стержни, связанные с металлическими сферами
Магниты редкоземельных элементов яйцеобразной формы, которые притягиваются друг к другу
- Игрушки : Учитывая их способность противостоять силе тяжести на близком расстоянии, магниты часто используются в детских игрушках с забавными эффектами.
- Магниты могут использоваться для производства ювелирных изделий. Ожерелья и браслеты могут иметь магнитную застёжку, или могут быть изготовлены полностью из серии связанных магнитов и чёрных бусин.
- Магниты могут поднимать магнитные предметы (железные гвозди, скобы, кнопки, скрепки), которые либо являются слишком мелкими, либо их трудно достать или они слишком тонкие чтобы держать их пальцами. Некоторые отвертки специально намагничиваются для этой цели.
- Магниты могут использоваться при обработке металлолома для отделения магнитных металлов (железа, стали и никеля) от немагнитных (алюминия, цветных сплавов и т. д.). Та же идея может быть использована в рамках так называемого «Магнитного испытания», в которой кузов автомобиля обследуется с магнитом для выявления областей, отремонтированных с использованием стекловолокна или пластиковой шпатлевки.
- Маглев : поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является лишь сила аэродинамического сопротивления.
- Магниты используются в фиксаторах мебельных дверей.
- Если магниты поместить в губки, то эти губки можно использовать для мытья тонких листовых немагнитных материалов сразу с обеих сторон, причём одна сторона может быть труднодоступной. Это могут быть, например, стёкла аквариума или балкона.
- Магниты используются для передачи вращающего момента «сквозь» стенку, которой может являться, например, герметичный контейнер электродвигателя. Так была устроена игрушка ГДР «Подводная лодка». Таким же образом в бытовых счётчиках расхода воды передаётся вращение от лопаток датчика на счётный узел.
- Магниты совместно с герконом применяются в специальных датчиках положения. Например, в датчиках дверей холодильников и охранных сигнализаций.
- Магниты совместно с датчиком Холла используют для определения углового положения или угловой скорости вала.
- Магниты используются в искровых разрядниках для ускорения гашения дуги.
- Магниты используются при неразрушающем контроле магнитопорошковым методом (МПК)
- Магниты используются для отклонения пучков радиоактивных и ионизирующих излучений, например при наблюдении в камерах .
- Магниты используются в показывающих приборах с отклоняющейся стрелкой, например, амперметр. Такие приборы весьма чувствительны и линейны.
- Магниты применяются в СВЧ вентилях и циркуляторах.
- Магниты применяются в составе отклоняющей системы электронно-лучевых трубок для подстройки траектории электронного пучка.
- До открытия закона сохранения энергии, было много попыток использовать магниты для построения «вечного двигателя» . Людей привлекала, казалось бы, неисчерпаемая энергия магнитного поля постоянного магнита, которые были известны очень давно. Но рабочий макет так и не был построен.
- Магниты применяются в конструкциях бесконтактных тормозов состоящих из двух пластин, одна - магнит, а другая из алюминия. Одна из них жёстко закреплена на раме, другая вращается с валом. Торможение регулируется зазором между ними.
Игрушки из магнитов
- Uberorbs
- Магнитный конструктор
- Магнитная доска для рисования
- Магнитные буквы и цифры
- Магнитные шашки и шахматы
Медицина и вопросы безопасности
Из-за того, что человеческие ткани имеют очень низкий уровень восприимчивости к статическому магнитному полю , не существует научных доказательств его эффективности для использования в лечении любых заболеваний . По той же причине отсутствуют научные свидетельства опасности для здоровья человека, связанной с воздействием этого поля. Однако если ферромагнитное инородное тело находится в человеческих тканях, магнитное поле будет взаимодействовать с ним, что может представлять собой серьёзную опасность .
Намагничивание
Размагничивание
Иногда намагниченность материалов становится нежелательной и возникает необходимость в их размагничивании. Размагничивание материалов достигается различными способами:
- нагревание магнита выше температуры Кюри всегда ведёт к размагничиванию;
- поместить магнит в переменное магнитное поле, превышающее коэрцитивную силу материала, а затем постепенно уменьшать воздействие магнитного поля или вывести магнит из него.
Последний способ применяется в промышленности для размагничивания инструментов , жёстких дисков , стирания информации на магнитных карточках и так далее.
Частичное размагничивание материалов происходит в результате ударов, так как резкое механическое воздействие ведёт к разупорядочению доменов.
Примечания
Литература
- Савельев И. В. Курс общей физики. - М .: Наука , 1998. - Т. 3. - 336 с. - ISBN 9785020150003
См. также
| Портал «Физика » | |
| Магнит в Викисловаре | |
| в Викитеке | |
Энциклопедичный YouTube
1 / 3
✪ Парящий магнит
✪ Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов | Физика 8 класс #24 | Инфоурок
✪ Постоянные магниты
Субтитры
История развития магнитных материалов
Постоянные магниты, изготовленные из магнетита , применялись в медицине с древнейших времен. Царица Египта Клеопатра носила магнитный амулет. В древнем Китае в «Императорской книге по внутренней медицине» затрагивался вопрос применения магнитных камней для коррекции в теле энергии Ци - «живой силы». В более поздние времена о благотворном влиянии магнитов высказывались великие врачи и философы: Аристотель , Авиценна , Гиппократ . В средние века придворный врач Гилберт , опубликовавший сочинение «О магните», лечил от артрита королеву Елизавету I при помощи постоянного магнита. Русский врач Боткин прибегал к методам магнитотерапии .
Первым искусственным магнитным материалом стала углеродистая сталь, закалённая на структуру мартенсита и содержащая около 1,2-1,5 % углерода. Магнитные свойства такой стали чувствительны к механическим и температурным воздействиям. В ходе эксплуатации постоянных магнитов на её основе наблюдалось явление «старения» магнитных свойств стали.
- Бариевые и стронциевые магнитотвердые ферриты
Имеют состав Ba/SrO·6 Fe 2 O 3 и характеризуются высокой устойчивостью к размагничиванию в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью. Несмотря на низкие по сравнению с другими классами магнитные параметры и высокую хрупкость, благодаря низкой стоимости магнитотвердые ферриты наиболее широко применяются в промышленности.
- Магниты NdFeB (неодим-железо-бор)
Редкоземельные магниты, изготавливаемые прессованием или литьем из интерметаллида Nd 2 Fe 14 B. Преимуществами этого класса магнитов являются высокие магнитные свойства (B r , H c и (BH) max), а также невысокая стоимость. В связи со слабой коррозионной устойчивостью обычно покрываются медью, никелем или цинком.
- Редкоземельные магниты SmCo (Самарий-Кобальт)
Изготавливаются методом порошковой металлургии из композиционного сплава SmCo 5 /Sm 2 Co 17 и характеризуются высокими магнитными свойствами, отличной коррозионной устойчивостью и хорошей стабильностью параметров при температурах до 350 °C, что обеспечивает им преимущества на высоких температурах перед магнитами NdFeB
- Магниты Альнико (российское название ЮНДК)
Изготавливаются на основе сплава Al-Ni-Co-Fe. К их преимуществам можно отнести высокую температурную стабильность в интервале температур до 550 °C, высокую временну́ю стабильность параметров в сочетании с большой величиной коэрцитивной силы, хорошую коррозионную устойчивость . Важным фактором в пользу их выбора может являться значительно меньшая стоимость по сравнению с магнитами из Sm-Co.
- Полимерные постоянные магниты (магнитопласты)
Изготавливаются из смеси магнитного порошка и связующей полимерной компоненты (например резины). Достоинством магнитопластов является возможность получения сложных форм изделий с высокой точностью размеров, а также высокая коррозионная устойчивость в сочетании с большой величиной удельного сопротивления и малым весом.
Для применений при обычных температурах самые сильные постоянные магниты делаются из сплавов, содержащих неодим . Они используются в таких областях, как магнитно-резонансная томография , сервоприводы жёстких дисков и создание высококачественных
История.
Древние греки и китайцы открыли, что некоторые редкие камни обладали природной намагниченностью. Эти камни волшебным образом могли притягивать небольшие кусочки железа и указывать на определенное направление в пространстве, плавая на пробке в сосуде с водой.
Ферромагнетизм.
Когда ферромагнитный материал помещается около магнита, он начинает притягиваться по направлению к области с наибольшим магнитным полем. Это то, с чем мы хорошо знакомы, наблюдая, как магнит собирает кнопки или скрепки. Железо, кобальт, никель, взвеси и сплавы из этих элементов представляют явление ферромагнетизма вследствие взаимодействия электронов с соседними электронами. Электроны выстраиваются, создавая магнитные домены, формирующие постоянный магнит. Если кусок железа поместить внутри сильного магнитного поля, магнитные домены вытянутся в направлении силовых линий поля и сожмутся в направлении, перпендикулярном магнитному полю.
Диамагнетизм.
Когда диамагнитный материал помещается около магнита, он отталкивается от области наибольшего магнитного поля, в отличие от ферромагнитного материала. Так проявляют себя большинство материалов, но это сложно заметить. Люди и лягушки диамагнитны. Известен интересный эксперимент, в котором лягушка левитирует на конце очень сильного электромагнита. Некоторые металлы, например, висмут, медь, золото, серебро, свинец, также как неметаллы, например, графит, вода и большинство органических соединений, являются диамагнетиками.
Парамагнетизм.
Когда парамагнитный материал помещается около магнита, он начинает притягиваться по направлению к области с наибольшим магнитным полем, подобно ферромагнитному материалу. Отличие только в том, что притяжение это слабое. Парамагнетизм представлен материалами, содержащими переходные элементы, редкоземельные или актинидные элементы. Жидкий кислород и алюминий являются примерами парамагнитных материалов.
Для чего используются магниты?
Существуют сотни способов использования магнитов. Да, кто-то считает, что магниты нужны для
удержания любимой фотографии на дверце холодильника, но это только одно применение магнитов.
В общем случае, магниты используются для удержания, разделения, контроля, транспортировки
и поднятия
различных объектов, а также для преобразования электрической энергии в механическую
и обратно.
Вот примерный, далеко не полный, список использования магнитов:
Внутри жилища:
Наушники
Стереоколонки
Телефонная трубка
Электрозвонок
Держатель по периметру дверцы холодильника
Записывающие и воспроизводящие головки аудио- и видеоаппаратуры
Записывающие и воспроизводящие головки дисковода и жесткого диска компьютера
Магнитная полоска на банковской карте
Управляющие и размагничивающие магнитные системы в телевизоре
Вентиляторы
Трансформаторы
Магнитные замки
Внутри двигателей:
Двигатели для вращения CD/DVD дисков и для позиционирования головок
Лентопротягивающие двигатели для аудио- и видеоаппаратуры
Насос и таймер в посудомоечной и стиральной машинах
Компрессор в холодильнике
Электрическая зубная щетка
Двигатель для вибратора в сотовом телефоне
В автомобиле:
Двигатель стартера
Внутренний вентилятор двигателя
Блокираторы двери
Стеклоподъемники
Регулятор бокового зеркала
Насос для очищающей жидкости
Датчики скорости
Генератор переменного тока
Реле стартера