Постоянный силовой магнит. Постоянные магниты - виды и свойства, взаимодействие магнитов

Магниты - это объекты, имеющие магнитное поле, которое привлекает или отталкивает некоторые материалы. Магниты были признаны очень полезными за свойство притягивать металлы. Магниты имеют широкое применение как в нашей повседневной жизни, так и в различных отраслях промышленности.

Они используются в игрушках, бытовой технике и сотнях вещей, которые есть дома. Основное применение магниты нашли в таких отраслях, как: добыча и горнодобывающая промышленность, при производстве керамики, пластмассы и стекла и многих других.

Магниты бывают различных форм, размеров и прочности. Они делятся два основных типа магнитов:

• Магниты, созданные человеком
• Природные магниты.

Люди создали синтетические магниты, которые сильнее, чем природные, их изготавливают из металлических сплавов. Искусственные магниты используются для тысяч целей и различаются по силе и магнитным свойствам.

Ниже приведены три типа искусственных магнитов:

• Постоянные магниты
• Временные магниты

Постоянные магниты очень сильные и наиболее часто используемыми. Эти магниты называются так потому, что как только они получают намагничивание, то сохраняют свой магнетизм надолго или навсегда.

Причина этого в том, что магниты выполнены из веществ, содержащих атомы и молекулы, имеющие магнитные поля, которые усиливают друг друга. Однако при определенных, предусмотренных условиях эти магниты могут потерять свои магнитные свойства, например, в шоке.

Постоянные магниты имеют большое применение, начиная с магнитиков на холодильник до крупных промышленных предприятий. Они бывают разных размеров и форм и различаются по своему составу.

Некоторые распространенные типы постоянных магнитов:

• Керамические
• Алнико магниты
• Самарий-кобальт
• Неодим, железо и бор

Керамические магниты также называют ферриты, они состоят из оксида железа и бария или карбоната стронция. Это действительно сильные магниты и широко используется в научных лабораториях. Они являются наиболее часто используемыми для экспериментальных целей.

Алнико магниты

Название состоит из первых букв химических элементов, из которых делаются магниты: ал(юминий), ни(кель), ко(бальт). Алнико-магниты очень сильные, их используют в качестве замены керамических магнитов для различных экспериментов, так как они более стабильны и более устойчивы к размагничиванию. Однако они дороже.

Самарий-кобальтовые магниты

Относятся к категории редкоземельных магнитов. Эти магниты имеют очень высокую магнитную силу и очень устойчивы к размагничиванию и окислению. Они очень дорогие и могут быть использованы для целей, требующих высокого магнетизма и устойчивости. Они впервые появились в 1970-х.

Неодим-железо-бор

Это еще один тип редкоземельных магнитов. Неодимовые магниты очень похожи на самарий-кобальтовые магниты, но менее устойчивы. Сантиметр этого магнита способен поднять металлическую пластину размером нескольких метров. Из-за их чрезвычайно высокого магнетизма они являются самыми дорогими магнитами в мире и из-за высокой стоимости они используются реже.

Гибкие магниты изготавливаются из плоских полос и листов. Эти магниты имеют наименьший магнетизм.

Временные магниты

Временные магниты действуют как магниты только тогда, когда помещаются в сильное магнитное поле от сильного магнита. Любые металлические предметы, такие как скрепки и гвозди после воздействия сильного магнитного поля могут действовать как магниты. Однако, как только удаляются с поля, они моментально теряют свой магнетизм. Временные магниты, несмотря на их временной магнетизм, приносят много пользы. В основном они используются в телефонах и электродвигателях.

Электромагниты очень сильные магниты, которые отличаются от указанных выше магнитов. Эти магниты работают по принципу, что провод, содержащий электрический ток, создает магнитное поле.

Он состоит из тяжелой металлической середины с проволочной катушкой. Когда ток проходит через провода - создается магнитное поле, которое в свою очередь намагничивает сердечник металла.

Полярность магнита может быть изменена путем регулирования протекающего количества тока, а также путем изменения своего направления. Они широко используются в телевизорах, радио, видеокассетах, компьютерах, мониторах и т.д.

Одно из самых удивительных явлений природы – это проявление магнетизма у некоторых материалов. Постоянные магниты известны с древних времён. До свершения великих открытий в сфере электричества постоянные магниты активно использовались лекарями разных народов в медицине. Доставались они людям из недр земли в виде кусков магнитного железняка. Со временем люди научились создавать искусственные магниты, помещая изделия из сплавов железа рядом с природными источниками магнитного поля.

Природа магнетизма

Демонстрация свойств магнита в притягивании к себе металлических предметов у людей вызывает вопрос: что такое представляют собой постоянные магниты? Какова же природа такого явления, как возникновение тяги металлических предметов в сторону магнетита?

Первое объяснение природы магнетизма дал в своей гипотезе великий учёный – Ампер. В любой материи протекают электрические токи той или иной степени силы. Иначе их называют токами Ампера. Электроны, вращаясь вокруг собственной оси, вдобавок обращаются вокруг ядра атома. Благодаря этому, возникают элементарные магнитные поля, которые взаимодействуя между собой, формируют общее поле вещества.

В потенциальных магнетитах при отсутствии внешнего воздействия поля элементов атомной решётки ориентированы хаотически. Внешнее магнетическое поле «выстраивает» микрополя структуры материала в строго определённом направлении. Потенциалы противоположных концов магнетита взаимно отталкиваются. Если приближать одинаковые полюсы двух полосовых ПМ, то руки человека ощутят сопротивление движению. Разные полюсы будут стремиться друг к другу.

При помещении стали или железного сплава во внешнее магнитное поле происходит строгое ориентирование внутренних полей металла в одном направлении. В результате этого материал приобретает свойства постоянного магнита (ПМ).

Как увидеть магнитное поле

Чтобы визуально ощутить структуру магнитного поля, достаточно провести несложный эксперимент. Для этого берут два магнита и мелкую металлическую стружку.

Важно! В обиходе постоянные магниты встречаются двух форм: в виде прямой полосы и подковы.

Накрыв полосовой ПМ листом бумаги, на него насыпают железные опилки. Частички мгновенно выстраиваются вдоль силовых линий магнитного поля, что даёт наглядное представление о данном явлении.

Виды магнитов

Постоянные магниты разделяют на 2 вида:

• естественные;
• искусственные.

Естественные

В природе естественный постоянный магнит – это ископаемое в виде обломка железняка. Магнитная порода (магнетит) в каждом народе имеет своё название. Но в каждом наименовании присутствует такое понятие, как «любящий», «притягивающий металл». Название Магнитогорск означает расположение города рядом с горными залежами естественного магнетита. В течение многих десятков лет здесь велась активная добыча магнитной руды. На сегодня от Магнитной горы ничего не осталось. Это была разработка и добыча естественного магнетита.

Пока человечеством не был достигнут должный уровень научно-технического прогресса, естественные постоянные магниты служили для разных забав и фокусов.

Искусственные

Искусственные ПМ получают путём наведения внешнего магнитного поля на различные металлы и их сплавы. Было замечено, что одни материалы сохраняют приобретённое поле в течение длительного времени – их называют твёрдыми магнитами. Быстро теряющие свойства постоянных магнитов материалы носят называние мягких магнитов.

В условиях заводского производства применяют сложные металлические сплавы. В структуру сплава «магнико» входят железо, никель и кобальт. В состав сплава «альнико» вместо железа включают алюминий.

Изделия из этих сплавов взаимодействуют с мощными электромагнитными полями. В результате получают достаточно мощные ПМ.

Применение постоянных магнитов

Немаловажное значение имеют ПМ в различных областях деятельности человека. В зависимости от сферы применения, ПМ обладают различными характеристиками. В последнее время активно применяемый основной магнитный сплав NdFeB состоит из следующих химических элементов:

• «Nd» – ниодия,
• «Fe» – железа,
• «B» – бора.

Сферы, где применяют постоянные магниты:

1. Экология;
2. Гальваника;
3. Медицина;
4. Транспорт;
5. Компьютерные технологии;
6. Бытовые приспособления;
7. Электротехника.

Экология

Разработаны и действуют различные системы очистки отходов промышленного производства. Магнитные системы очищают жидкости во время производства аммиака, метанола и других веществ. Магнитные улавливатели «выбирают» из потока все железосодержащие частицы.

Кольцевидные ПМ устанавливают внутри газоходов, которые избавляют газообразные выхлопы от ферромагнитных включений.

Сепараторные магнитные ловушки активно отбирают металлосодержащий мусор на конвейерных линиях переработки техногенных отходов.

Гальваника

Гальваническое производство основано на движении заряженных ионов металла к противоположным полюсам электродов постоянного тока. ПМ играют роль держателей изделий в гальваническом бассейне. В промышленных установках с гальваническими процессами устанавливают магниты только из сплава NdFeB.

Медицина

В последнее время производителями медицинского оборудования широко рекламируются приборы и устройства на основе постоянных магнитов. Постоянное интенсивное поле обеспечивается характеристикой сплава NdFeB.

Свойство постоянных магнитов используют для нормализации кровеносной системы, погашения воспалительных процессов, восстановления хрящевых тканей и прочее.

Транспорт

Транспортные системы на производстве оснащены установками с ПМ. При конвейерном перемещении сырья магниты удаляют из массива ненужные металлические включения. С помощью магнитов направляют различные изделия в разные плоскости.

Обратите внимание! Постоянные магниты используют для сепарации таких материалов, где присутствие людей может пагубно сказаться на их здоровье.

Автомобильный транспорт оснащают массой приборов, узлов и устройств, где основную роль играют ПМ. Это электронное зажигание, автоматические стеклоподъёмники, управление холостым ходом, бензиновые, дизельные насосы, приборы передней панели и многое другое.

Компьютерные технологии

Все подвижные приборы и устройства в компьютерной технике оснащены магнитными элементами. Перечень включает в себя принтеры, движки драйверов, моторчики дисководов и другие устройства.

Бытовые приспособления

В основном это держатели небольших предметов быта. Полки с магнитными держателями, крепления штор и занавесок, держатели набора кухонных ножей и ещё масса приборов домашнего обихода.

Электротехника

Электротехника, построенная на ПМ, касается таких сфер, как радиотехнические устройства, генераторы и электродвигатели.

Радиотехника

ПМ используют с целью повышения компактности радиотехнических приборов, обеспечения автономности устройств.

Генераторы

Генераторы на ПМ решают проблему подвижных контактов – колец со щётками. В традиционных устройствах промышленного назначения остро стоят вопросы, связанные со сложным обслуживанием оборудования, быстрым износом деталей, значительной потерей энергии в цепях возбуждения.

Единственным препятствием на пути создания таких генераторов является проблема крепления ПМ на вращающемся роторе. В последнее время магниты располагают в продольных пазах ротора, заливая их легкоплавким материалом.

Электродвигатели

В бытовой технике и в некотором промышленном оборудовании получили распространение синхронные электрические двигатели на постоянных магнитах – это вентильные моторы постоянного тока.

Как и в вышеописанных генераторах, ПМ устанавливают на роторах, вращающихся внутри статоров с неподвижной обмоткой. Главное преимущество электродвигателя заключается в отсутствии недолговечных токопроводящих контактов на коллекторе ротора.

Двигатели такого типа – это маломощные устройства. Однако это нисколько не преуменьшает их полезность применения в области электротехники.

Дополнительная информация. Отличительная особенность устройства – это наличие датчика Холла, регулирующего обороты ротора.

Автор надеется, что по прочтении данной статьи у читателя сложится понятное представление о том, что такое постоянный магнит. Активное внедрение постоянных магнитов в сферу деятельности человека стимулирует изобретения и создание новых ферромагнитных сплавов, имеющих повышенные магнетические характеристики.

Видео

Постоянные магниты – это тела, длительное время сохраняющие намагниченность.
Основное свойство магнтов: притягивать тела из железа или его сплавов (напр. стали).

Постоянный магнит всегда имеет 2 магнитных полюса: северный (N) и южный (S).
Наиболее сильно магнитное поле постоянного магнита у его полюсов.

Постоянные магниты изготавливают обычно из з железа, стали, чугуна и других сплавов железа (сильные магниты), а также из никеля, кобальта (слабые магниты).
Магниты бывают естественные (природные) из железной руды магнитного железняка и искусственные, полученные намагничиванием железа при внесении его в магнитное поле.

Взаимодействие магнитов

одноименные полюса отталкиваются, а разноименные полюса притягиваются.
Взаимодействие магнитов объясняется тем, что любой магнит имеет магнитное поле, и эти магнитные поля взаимодействуют между собой.

Магнитное поле постоянных магнитов

В чем причины 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 возникает элементарные магнитные поля. При внесении куска железа во внешнее магнитное поле все элементарные магнитные поля в этом железе ориентируются одинаково во внешнем магнитном поле, образуя собственное магнитное поле. Так кусок железа становится магнитом.

Как выглядит магнитное поле постоянных магнитов?
Представление о виде магнитного поля можно получить с помощью железных опилок. Стоит лишь положить на магнит лист бумаги и посыпать его сверху железными опилками.

Для постоянного полосового магнита

Для постоянного дугообразного магнита

Если к вертушке, сделанной из железных спиц, поднести магнит, а рядом под вертушкой поставить горелку, то что будет происходить?

ЕСТЕСТВЕННЫЕ МАГНИТЫ

Природные (или естественные) магниты - это куски магнитного железняка.

Магнитный железняк или магнетит в разных странах называли по-разному:
китайцы называли его чу-ши;
греки – адамас и каламита, геркулесов камень;
французы – айман;
индусы – тхумбака;
египтяне – кость Ора,
испанцы – пьедрамант;
немцы – магнесс и зигельштейн;
англичане – лоудстоун
Почти половина этих названий переводится как "любящий", именно так описывалось основное свойство магнитов - притягивать, «любить» железо.

По химическому составу магнетит состоит на 31% из FeO и на 69% из Fe2O3.
___

Естественные магниты, выточенные из кусков магнитного железняка, иногда достигали больших размеров. По сей день в Тартусском университете находится самый крупный известный естественный магнит. Его масса 13 кг, а подъемная сила 40 кг (в арматуре).
Такие магниты в медной оправе с железными накладками выпускались уральскими заводами. Их использовали горные офицеры, моряки, изготовители компасов, исследователи.
___

Такие магниты заказывали и богатые любители курьезов. Обычно оправой магнитов служила красиво отделанная медная коробка, наверху крепилась подвижная ручка, снизу подвешивалось «ярмо» с фигурно вырезанной рамкой и крючком для подвески груза. Эти магниты поднимали груз, превышающий по массе сам магнит раз в десять.
___

Один из самых сильных естественных магнитов был, по преданию, у Ньютона – в его перстень был вставлен магнит, поднимавший предметы, масса которых была в 50 (!) раз больше массы самого магнита.

ЗНАЕШЬ ОБ ЭТОМ

Что нейтронные звезды являются самыми сильными магнитами во Вселенной. Их магнитное поле во много миллиардов раз больше, чем магнитное поле Земли.

ИСКУССТВЕННЫЕ МАГНИТЫ

Искусственные магниты стали изготовлять ещё в Англии в 18 веке.
___

Чтобы намагнитить вещество, его надо поместить в магнитное поле.

КАК СДЕЛАТЬ МАГНИТ

Искусственные магниты можно получить:
1. натирая куском магнитного железняка (или одним концом постоянного магнита) в одном направлении железные бруски;
2. или просто прислоняя ненамагниченный железный брусок к постоянному магниту.
Оказывается так можно получить искусственные магниты гораздо более сильные, чем те, которыми натираешь!
___

Некоторые вещества очень легко намагнитить. Но обычно легконамагничивающиеся вещества так же легко и размагничиваются (чистое железо). Такие вещества называют магнитомягкими.
___

Труднонамагничивающиеся вещества (сталь) остаются сильнонамагниченными и после удаления внешнего магнитного поля, их называют магнитотвердыми.
___

В конце прошлого века заметили, что добавка к железу 3% вольфрама примерно в 3 раза улучшает свойства искусственных магнитов. Добавка кобальта улучшает свойства еще в 3 раза.
___

Лучшим предвоенным магнитным сплавом был сплав альнико на базе алюминия, никеля и кобальта.
С помощью магнитов из альнико можно было поднимать железные предметы массой, в 500 раз превышающей массу самого магнита.
А при спекании порошкообразного альнико удалось изготовить магнит, который поднял предмет, чья масса превосходила массу магнита в 4450 раз!
___

Еще более сильные магниты изготовляют из сплава магнико, в состав которого входят железо, кобальт, никель и некоторые другие добавки. Созданные на основе этого сплава «порошковые» магниты могут поднимать груз железа массой, более чем в 5000 раз превышающей их собственную.
___

Еще более сильными являются так называемые оксидно-бариевые магниты.

Японцы создали магнит, один квадратный сантиметр которого притягивает 900 кг груза.
Изобретение представляет собой цилиндр высотой 2 и диаметром - 1,5 см.
В уникальный сплав магнита входят такие металлы, как неодим и европий.

А ОНИ ВСЕ ТАКИЕ РАЗНЫЕ

Интересно, что все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются.
…Но по-разному!

Разные вещества по-разному реагируют на помещении их во внешнее магнитное поле:
- есть вещества, ослабляющие действие внешнего поля внутри себя – это парамагнетики.
- есть вещества, усиливающие внешнее поле внутри себя – это диамагнетики.
- есть вещества с огромной способностью (в тысячи раз) усиливать внешнее поле внутри себя (железо, кобальт, никель, сплавы и соединения этих металлов) – это ферромагнетики.

Ферромагнетики делятся на:
- материалы, которые после воздействия на них сильного внешнего магнитного поля сами становятся магнитами – это магнитотвердые материалы.
- материалы, которые ведут себя, как магниты, пока они находятся в сильном внешнем магнитном поле, но если внешнее магнитное поле исчезает, такие материалы сразу же теряют свои магнитные свойства - это магнитомягкие материалы.В китайских летописях есть описания магнитных ворот, через которые не мог пройти недоброжелатель с оружием.
___

Существует рассказ о часовне Магомета с магнитным сводом, под которым парит железный сундук с прахом пророка. Однако европейским путешественникам ни разу не удалось увидеть этой диковины.
___

Плиний писал, что александрийский архитектор Хинократ начал делать свод храма Арсинои из магнитного камня, для того чтобы железная фигура Арсинои висела в воздухе; этот замысел не был, повидимому, осуществлен.
Многие историки церкви утверждают, что в александрийском храме Сераписа статуя бога Солнца могла, к изумлению молящихся, взлететь к потолку, увлекаемая силой большого магнита.
___

Источник В.Карцев. Магнит за три тысячелетия.

Уважаемые клиенты!

В нашем магазине представлены постоянные магниты различных сплавов и марок материала. Неодимовые магниты, ферриты, самарий кобальт, альнико.

История применения постоянных магнитов

С древнейших времен постоянные магниты применялись в медицине. Клеопатра носила магнитный амулет. В Древнем Китае применялись магнитные камни для лечения тела и восстановления энергии «Ци».

О благоприятном влиянии постоянных магнитов писали известные врачи и философы: Гиппократ, Авиценна, Аристотель. В средневековье врач Гилберт опубликовал сочинение «О магните», лечил королеву Елизавету I от артрита с помощью постоянного магнита. Русский врач Боткин также использовал методы магнитотерапии.

Первым искусственным магнитным материалом была углеродистая сталь, которая содержала примерно 1,2-1,5 % углерода.

Магнитные свойства стали восприимчивы к механическим и температурным воздействиям. В результате использования постоянных магнитов на основе углеродистой стали отмечалось «старение» ее магнитных свойств.

Доктор Хонд из Тохокского университета создал новый тип стали - КS с высокой намагниченностью и значительной коэрцитивной силой, методом легирования стали хромом и вольфрамом до 3 %, а также кобальтом с хромом до 6 %.

Высокая остаточная индукция у постоянных магнитов из сталей KS осуществлялась благодаря уменьшению размагничивающего фактора. С этой целью постоянные магниты изготавливались удлинённой, подковообразной формы.

В 1932 году доктор Т.Мискима создал новый вид стали МК методом легирования стали KS никелем, медью и алюминием. Это качественный скачок в разработке постоянных магнитов, которые позднее получили название Альнико (ЮНДК (по российским стандартам).

Значительный шаг в этой области сделали годах японские ученые, доктор Такэси Такэи и Ёгоро Като из Токийского технологического института, которые создали постоянные магниты - ферриты. Ферриты, изготовленные по керамической технологии, обладали Коэрцитивной силой 48-72 кА/м (600-900 Э).

В Японии коммерческие ферритовые магниты появились в 1955 году, в России - в середине 1960-х.

В лаборатории U.S. Air Force Material Research найдено интерметаллическое соединение самария с кобальтом (SmCo 5 ). Это значительный технологический прорыв в изготовлении постоянных магнитов.

Постоянный магнит, изготовленный из сплава SmCo 5 , по характеристикам достиг (ВН) макс = 16-24 МГсЭ, а на соединении Sm 2 Co 17 - 32 МГсЭ, коэрцитивная сила была увеличена до 560-1000 кА/м.

Постоянные магниты из сплава Самарий-Кобальт изготавливаются промышленностью с 1980-х годов. Примерно в это же время были открыты в США и Японии неодимовые магниты из материалов Неодим-Железо-Бор (Nd-Fe-B).

В Японии производство неодимовых магнитов осуществлялось по аналогии магнитов SmCo: производство порошка из литого сплава, далее прессование в магнитном поле и спекание.

В США при производстве неодимовых магнитов применяется следующая технология: сначала создается аморфный сплав, потом он измельчается и изготавливается композиционный материал.

Магнитный порошок смешивается с резиной, винилом, нейлоном или другими пластиками в композиционную массу, из которой после прессования изготавливаются различные изделия.

Магниты из композиционного материала имеют более низкие магнитные свойства по сравнению со спеченными материалами, легко обрабатываются механически, и не требуют гальванических покрытий.

Магниты из Nd 2 Fe 14 B появились на рынке постоянных магнитов в 1990-х годах и очень быстро достигли на спечённых образцах энергии в 400 кДж/м 3 . У неодимовых магнитов широкая сфера применения:

Магнит обладает очень большой прижимной (отрывной) силой, Неодим Железо Бор (NdFeB широкое применение в промышленности, а также решает ряд задач в бытовой (домашней) сфере.

Неодимовые магниты оказались более востребованными на рынке по сравнению с другими видами постоянных магнитов, особенно в микроэлектронике.

Существует два основных типа магнитов: постоянные и электромагниты. Определить, что же такое постоянный магнит, можно на основании главного его свойства. Постоянный магнит получил свое название за то, что его магнетизм всегда «включен». Он генерирует собственное магнитное поле, в отличие от электромагнита, сделанного из проволоки, обернутой вокруг железного сердечника, и требующего протекания тока для создания магнитного поля.

Jpg?x15027" alt="Постоянный магнит" width="600" height="462">

Постоянный магнит

История изучения магнитных свойств

Столетия назад люди открыли, что некоторые типы горных пород обладают оригинальными особенностями: притягиваются к железным предметам. Упоминание о магнетите встречается в древних исторических летописях: больше двух тысячелетий назад в европейских и намного ранее в восточноазиатских. Сначала он оценивался как любопытный предмет.

Позже магнетит стали использовать для навигации, обнаружив, что он стремится занять определенное положение, когда ему предоставлена свобода вращения. Научное исследование, проведенное П. Перегрином в 13-м веке, показало, что сталь может приобрести эти особенности после потирания магнетитом.

У намагниченных предметов было два полюса: «северный» и «южный», относительно магнитного поля Земли. Как обнаружил Перегрин, изоляция одного из полюсов не представлялась возможной, если разрезать осколок магнетита надвое, – каждый отдельный фрагмент имел в результате собственную пару полюсов.

В соответствии с сегодняшними представлениями магнитное поле постоянных магнитов – это результирующая ориентация электронов в едином направлении. Только некоторые разновидности материалов взаимодействуют с магнитными полями, значительно меньшее их количество способно сохранять постоянное МП.

Свойства постоянных магнитов

Основными свойствами постоянных магнитов и создаваемого ими поля являются:

• существование двух полюсов;
• противоположные полюса притягиваются, а одноименные отталкиваются (как положительные и отрицательные заряды);
• магнитная сила незаметно распространяется в пространстве и проходит через объекты (бумага, дерево);
• наблюдается усиление интенсивности МП вблизи полюсов.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-3-600x364.jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-3-768x466..jpg 120w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-3.jpg 860w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Взаимодействие магнитных полюсов

Постоянные магниты поддерживают МП без внешней помощи. Материалы в зависимости от магнитных свойств делятся на основные виды:

• ферромагнетики – легко намагничивающиеся;
• парамагнетики – намагничиваются с большим трудом;
• диамагнетики – склонны отражать внешнее МП путем намагничивания в противоположном направлении.

Важно! Магнито-мягкие материалы, такие как сталь, проводят магнетизм при прикреплении к магниту, но это прекращается при его удалении. Постоянные магниты изготавливаются из магнито-твердых материалов.

Как работает постоянный магнит

Его работа связана с атомной структурой. Все ферромагнетики создают естественное, хотя и слабое, МП, благодаря электронам, окружающим ядра атомов. Эти группы атомов способны ориентироваться в едином направлении и называются магнитными доменами. Каждый домен обладает двумя полюсами: северным и южным. Когда ферромагнитный материал не намагничен, его области ориентированы в случайных направлениях, а их МП компенсируют друг друга.

Чтобы создать постоянные магниты, ферромагнетики нагреваются при очень высоких температурах и подвергаются воздействию сильного внешнего МП. Это приводит к тому, что отдельные магнитные домены внутри материала начинают ориентироваться по направлению внешнего МП до тех пор, пока все домены не выровняются, достигнув точки магнитного насыщения. Затем материал охлаждают, и выровненные домены блокируются в нужном положении. После удаления внешнего МП магнито-твердые материалы будут удерживать большую часть своих доменов, создавая постоянный магнит.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-1.jpg 663w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Производство постоянных магнитов

Характеристики постоянного магнита

1. Магнитную силу характеризует остаточная магнитная индукция. Обозначается Br. Это та сила, которая остается после исчезновения внешнего МП. Измеряется в тестах (Тл) или гауссах (Гс);
2. Коэрцитивность или сопротивление размагничиванию – Нс. Измеряется в А/м. Показывает, какова должна быть напряженность внешнего МП для того, чтобы размагнитить материал;
3. Максимальная энергия – BHmax. Рассчитывается путем умножения остаточной магнитной силы Br и коэрцитивности Нс. Измеряется в МГсЭ (мегагауссэрстед);
4. Коэффициент температуры остаточной магнитной силы – Тс of Br. Характеризует зависимость Br от температурного значения;
5. Tmax – наивысшее значение температуры, при достижении которого постоянные магниты утрачивают свойства с возможностью обратного восстановления;
6. Tcur – наивысшее значение температуры, когда магнитный материал безвозвратно утрачивает свойства. Этот показатель называется температурой Кюри.

Индивидуальные характеристики магнита изменяются в зависимости от температуры. При разных значениях температуры разные типы магнитных материалов работают по-разному.

Важно! Все постоянные магниты теряют процент магнетизма при подъеме температуры, но с разной скоростью, зависящей от их типа.

Типы постоянных магнитов

Всего существует пять типов постоянных магнитов, каждый из которых изготовляется по-разному на основе материалов с отличающимися свойствами:

• альнико;
• ферриты;
• редкоземельные SmCo на основе кобальта и самария;
• неодимовые;
• полимерные.

Альнико

Это постоянные магниты, состоящие в основном из комбинации алюминия, никеля и кобальта, но могут также включать медь, железо и титан. Благодаря свойствам магнитов альнико, они могут работать при самых высоких температурах, сохраняя свой магнетизм, однако они легче размагничиваются, чем ферритовые или редкоземельные SmCo. Они были первыми серийными постоянными магнитами, заменяющими намагниченные металлы и дорогие электромагниты.

Jpg?x15027" alt="Магниты в электродвигателях" width="600" height="331">

Магниты в электродвигателях

Применение:

• электродвигатели;
• термическая обработка;
• подшипники;
• аэрокосмические аппараты;
• военная техника;
• высокотемпературное погрузо-разгрузочное оборудование;
• микрофоны.

Ферриты

Для изготовления ферритовых магнитов, известных еще как керамические, применяются карбонат стронция и оксид железа, в соотношении 10/90. Оба материала в изобилии и экономически доступны.

Из-за низких издержек производства, устойчивости к нагреву (до 250°C) и коррозии ферритовые магниты – одни из самых популярных для повседневного применения. Они имеют большую внутреннюю коэрцитивность, чем альнико, но меньшую магнитную силу, чем неодимовые аналоги.

Применение:

• звуковые колонки;
• охранные системы;
• большие пластинчатые магниты для удаления загрязнения железом технологических линий;
• электродвигатели и генераторы;
• медицинские инструменты;
• подъемные магниты;
• морские поисковые магниты;
• устройства, основанные на работе вихревых токов;
• выключатели и реле;
• тормоза.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-1-600x259.jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-1.jpg 768w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Магнит в звуковом динамике

Редкоземельные магниты SmCo

Магниты из кобальта и самария работают в широком температурном диапазоне, имеют высокие температурные коэффициенты и высокую коррозионную стойкость. Этот вид сохраняет магнитные свойства даже при температурах ниже абсолютного нуля, что делает их популярными для использования в криогенных установках.

Применение:

• турботехника;
• насосные муфты;
• влажные среды;
• высокотемпературные устройства;
• миниатюрные гоночные автомобили с электроприводом;
• радиоэлектронные устройства для работы в критических условиях.

Неодимовые магниты

Сильнейшие существующие магниты, состоящие из сплава неодима, железа и бора. Благодаря их огромной силе, даже миниатюрные магниты эффективны. Это обеспечивает универсальность использования. Каждый человек постоянно находится рядом с одним из неодимовых магнитов. Они есть, например, в смартфоне. Изготовление электродвигателей, медтехника, радиоэлектроника опираются на сверхпрочные неодимовые магниты. Из-за их сверхпрочности, огромной магнитной силы и стойкости к размагничиванию возможно изготовление образцов до 1 мм.

Png?.png 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/6-1.png 754w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Неодимовые магниты разной формы

Применение:

• жесткие диски;
• звуковоспроизводящие устройства – микрофоны, акустические датчики, наушники, громкоговорители;
• протезы;
• насосы с магнитной связью;
• дверные доводчики;
• двигатели и генераторы;
• замки на ювелирных изделиях;
• сканеры МРТ;
• магнитотерапия;
• датчики ABS в автомобилях;
• подъемное оборудование;
• магнитные сепараторы;
• герконовые переключатели и т. д.

Полимерные магниты

Гибкие магниты содержат магнитные частицы, находящиеся внутри полимерного связующего. Используются для уникальных устройств, где невозможна установка твердых аналогов.

Применение:

• дисплейная реклама – быстрая фиксация и быстрое удаление на выставках и мероприятиях;
• знаки транспортных средств, учебные школьные панели, логотипы компаний;
• игрушки, головоломки и игры;
• маскирование поверхностей для окраски;
• календари и магнитные закладки;
• оконные и дверные уплотнения.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/7-1-600x449.jpg?x15027" alt="Полимерные магниты" width="600" height="449">

Полимерные магниты

Большинство постоянных магнитов являются хрупкими и не должны использоваться в качестве структурных элементов. Они изготавливаются в стандартных формах: кольца, стержни, диски, и индивидуальных: трапеции, дуги и др. Неодимовые магниты из-за высокого содержания железа подвержены коррозии, поэтому покрываются сверху никелем, нержавеющей сталью, тефлоном, титаном, каучуком и другими материалами.

Видео