Типы магнитов. Что такое магнит

Магниты повсеместно используются в двигателях, динамо-машинах, холодильниках, кредитных и дебетовых карточках, различных электронных устройствах, например в звукоснимателях на электрогитарах, стереодинамиках, жестких дисках компьютеров. Магниты могут быть постоянными и состоять из естественных магнитных материалов (железа или сплавов), либо представлять собой электромагниты. В электромагнитах магнитное поле создается за счет пропускания электрического поля через проволочную катушку, обвитую вокруг железного сердечника. Существует несколько факторов, которые влияют на силу магнитного поля, и эту силу можно изменить несколькими способами. Эти факторы и способы описаны в данной статье.

Шаги

Определите факторы, которые влияют на силу магнитного поля

    Рассмотрим характеристики магнита. Свойства магнита описываются следующими параметрами:

    Учтите, из какого материала изготовлен постоянный магнит. Постоянные магниты обычно делают из следующих материалов:

    • Сплав неодима, железа и бора. Данный материал обладает самой высокой магнитной индукцией (12.800 гауссов), коэрцитивной силой магнитного поля (12.300 эрстедов) и максимальной плотностью магнитного потока (40). Также он характеризуется самыми низкими максимальной рабочей температурой и температурой Кюри (150 и 310 градусов Цельсия соответственно), его температурный коэффициент составляет -0,12.
    • Сплав самария с кобальтом занимает второе место по величине коэрцитивной силы магнитного поля, которая составляет 9.200 эрстедов. Он создает магнитную индукцию силой 10.500 гауссов и максимальную плотность магнитного потока 26. Его максимальная рабочая температура намного выше, чем у сплава неодима, железа и бора, и составляет 300 градусов Цельсия, а температура Кюри равна 750 градусов Цельсия. Температурный коэффициент данного слава составляет 0,04.
    • Альнико представляет собой сплав алюминия, никеля и кобальта. Его индукция магнитного поля (12.500 гауссов) близка к этой же характеристике сплава неодима, железа и бора, однако он имеет намного меньшую коэрцитивную силу магнитного поля (640 эрстедов) и, следовательно, более низкую максимальную плотность магнитного потока (5,5). По сравнению со сплавом самария и кобальта данный материал имеет более высокую максимальную рабочую температуру (540 градусов Цельсия) и температуру Кюри (860 градусов Цельсия). Его температурный коэффициент составляет 0,02.
    • Магниты из керамики и феррита имеют намного меньшие значения индукции магнитного поля и максимальной плотности магнитного потока, они составляют соответственно 3.900 гауссов и 3,5. Однако их коэрцитивная сила магнитного поля намного выше, чем у альнико, и составляет 3.200 эрстедов. Их максимальная рабочая температура аналогична сплаву самария с кобальтом, в то время как температура Кюри значительно ниже (460 градусов Цельсия). Температурный коэффициент данных материалов составляет -0,2, то есть с ростом температуры сила их магнитного поля уменьшается намного быстрее, чем у других материалов.

  1. Посчитайте количество витков электромагнитной катушки. Чем больше витков приходится на единицу длины катушки, тем выше сила магнитного поля. Стандартные электромагниты снабжены довольно массивным сердечником из одного из описанных выше материалов, вокруг которого расположены крупные витки. Тем не менее, простой электромагнит легко сделать самому: достаточно взять гвоздь, обмотать его проволокой и подсоединить ее концы к батарейке с напряжением 1,5 вольта.

    Проверьте силу тока, который проходит через обмотку электромагнита. Используйте для этого мультиметр . Чем выше ток, тем сильнее создаваемое им магнитное поле.

    • Еще одной единицей измерения силы магнитного поля в метрической системе служит ампер-виток. Эта величина определяет, насколько увеличивается сила магнитного поля при росте тока и/или числа витков.

    Оцените магнитное поле с помощью скрепок

    1. Сделайте держатель для постоянного магнита в виде бруска. Для этого можно использовать одежную прищепку и бумажный или пластиковый стакан. Данный способ хорошо подходит для демонстрации действия магнитного поля школьникам младших классов.

      • С помощью скотча прикрепите один из длинных концов прищепки к дну стакана.
      • Поставьте стакан с прикрепленной к нему прищепкой на стол вверх дном.

    2. Разогните скрепку так, чтобы получился крючок. Для этого можно просто отогнуть внешний край скрепки. На этот крючок вы подвесите другие скрепки.

      Чтобы измерить силу магнитного поля, добавьте другие скрепки. Приложите изогнутую крючком скрепку к одному из полюсов магнита. При этом изогнутое крючком место должно свободно свисать вниз. Подвесьте к крючку другие скрепки. Продолжайте добавлять скрепки, пока под их весом крючок не оторвется от магнита и все скрепки упадут на стол.

      Отметьте количество скрепок, при котором крючок оторвался от магнита. После того как вы добавите достаточно скрепок и верхняя скрепка оторвется от магнита, аккуратно подсчитайте число скрепок, при котором это произошло, и запишите его.

      Наклейте на нижний полюс магнита изоляционную ленту. Прикрепите к полюсу магнита три небольших полоски изоляционной ленты и снова подвесьте изогнутую крючком скрепку.

      Добавляйте скрепки к крючку, пока он вновь не оторвется от магнита. Повторите предыдущую процедуру и подвесьте к крючку скрепки, так чтобы в конце концов они вновь оторвались от магнита и упали на стол.

      Запишите, сколько скрепок потребовалось на этот раз. Кроме числа скрепок запишите также количество полосок изоляционной ленты, которые вы наклеили на полюс магнита.

      Повторите предыдущий шаг несколько раз со все бо льшим количеством полосок изоляционной ленты. Каждый раз записывайте число скрепок, при котором они отрываются от магнита, и количество полосок изоляционной ленты. По мере увеличения числа полосок для отрыва от магнита будет требоваться все меньше скрепок.

    Измерьте магнитное поле гауссметром

    1. Определите базовое, или исходное напряжение. Это можно сделать с помощью гауссметра, который называют также магнитометром или детектором ЭДС (электродвижущей силы). Это ручной прибор, который позволяет измерить силу и направление магнитного поля. Гауссметр можно приобрести в магазине электроники, он прост в использовании. Данный метод подходит для демонстрации действия магнитного поля школьникам старших классов и студентам. Для начала проделайте следующее:

      • Выставьте максимальное значение напряжения 10 вольт, DC (постоянный ток).
      • Отметьте показания на дисплее прибора, когда он находится в стороне от магнита. Это будет базовое, или исходное напряжение V0.

Не многие знают, но до того, как была открыта сила неодимового магнита, ученые пытались использовать магнитные свойства самых различных металлов.

Немного истории

Первую серьезной попыткой «приручить» электромагнитную энергию сделали ученые в начале прошлого века, начав использовать сталь, полезные свойства которой, были едва-едва заметны.

Следующим прорывом на этом направлении считается алюминий-никель-кобальтовый сплав. Он в несколько раз превосходил по своей эффективности сталь, однако если сравнивать с AlNiCo магниты неодимовые, усилие на отрыв в последнем случае в 10 раз выше.

К 50-му году происходит очередная отраслевая революция - появляются ферриты, которые примерно в полтора раза были мощнее предыдущего поколения магнетиков. Но главное их достоинство не в этом, а в стоимости. Низкая цена ферритов позволила применять детали из них повсеместно, что дало невиданный толчок развитию электронной промышленности, медицине и многим другим сферам. И именно дешевизна позволила сплаву «дожить» до наших дней, и по некоторым направлениям потеснить более сильные неодимовые магниты.

Последующие годы инженеры экспериментировали с магнитными свойствами разных материалов, включая самарий-кобальтовый сплав и даже платину. Но из-за высокой стоимости подобные материалы не продвинулись дальше научных лабораторий. Сегодня они если и используются, то достаточно редко, например, в особо агрессивных средах.

Неодимовые магниты - сила сцепления и другие параметры

Следующий реальный прорыв стал возможен, благодаря открытию полезных свойств неодима. Залежи этого редкоземельного элемента присутствуют на территории всего нескольких стран, включая Китай, Австралию, Канаду и Россию. Кроме того, процент металла в общей массе горных пород очень мал, что обусловило его высокую стоимость. За один килограмм чистого вещества на мировом рынке платят около 100 долларов.

Путем соединения редкоземельного элемента с железом и бором ученым удалось создать неодимовый магнит, магнитное поле которого, было мощнее в несколько раз, чем у ферритовых аналогов и в десятки раз - чем у самых первых магнитных устройств из стали. На сегодняшний день, нет материала, который мог бы по силе сцепления сравниться с такого рода сплавом. Кроме того, он имел еще одно важнейшее преимущество - беспрецедентно высокую устойчивость к размагничиванию, ослабевая за 100 лет чуть больше чем на 10 %.

Удивительно, но, несмотря на впечатляющие параметры, сильный магнит неодимовый стоил сравнительно недорого, что быстро оценили промышленники. Где это возможно, они стали заменять неодимом предыдущие поколения магнетиков, тем самым повышая эффективность оборудования.

Есть у такого рода магнитных сплавов и свои недостатки. Это, прежде всего, сравнительно низкая термоустойчивость, хрупкость и серьезная подверженность коррозии.

В большинстве случаев магнитное поле неодимового магнит сохраняется лишь при температуре не выше +80 о С, но с другой стороны удалось разработать марки сплавов, которые сегодня уже могут эксплуатировать и при +200 о С. То же самое касается и прочностных характеристик. Их удалось повысить, во-первых, за счет добавления полимерных примесей, придающих эластичность материалу, а во-вторых, благодаря защитным покрытиям, оберегающих от сколов и агрессивных сред. Все средства не повлияли на поле неодимового магнита, но существенно продлили срок эксплуатации каждого изделия.

Марки продукции из неодима

Магниты NdFeB подразделяются на несколько категорий по:

  • Массогабаритным характеристикам;
  • Свойствам сплава;
  • Температуре эксплуатации;
  • Форме;
  • Вектору намагниченности;
  • Другим параметрам.

По нескольку слов скажем об отличительных чертах устройств в каждой категории.

Массивность - важнейшее качество, определяющее то, насколько эффективными будут неодимовые магниты, магнит, сила которого выше, почти всегда будет больше по размеру и весу, и, напротив, маленькие изделия редко показывают впечатляющие возможности.. Популярный диск 50х30 весит 442 грамма и обладает усилием на отрыв 116 кг. В то же время, схожая по пропорциям шайба 5х3, при весе 0.4 грамма имеет силу сцепление всего полкилограмма, хотя для такой малютки это впечатляющий показатель.

Марка сплава - второй фактор, влияющий на то, какими мощными будут неодимовые магниты (сила притяжения). По своим электромагнитным параметрам сплавы подразделяются на несколько категорий и обозначаются цифрами от 35 до 52. Выше число - больше эффективность изделия, но и, соответственно, выше стоимость. Основная масса продукции «Полюс-Магнит» производится из сплава N-42. Как по своим энергетическим показателям, так и по цене, это средний неодимовый магнит, сила сцепления которого вполне приемлема, для использования в бытовых условиях.

Как Вы могли заметить чуть выше, марки нашей продукции обозначаются не только цифрами, но и буквами. В частности, литера «N» указывает на то, что та или иная деталь может эксплуатироваться при температуре до +80 о С, соответственно, «М» - до +100 о С, «Н» - 120 о С, и так далее. Самым термоустойчивым считается класс EH, он предполагает, что намагничивание неодимового магнита не теряется и при двухстах градусах.

Несколько слов скажем о форме товаров. Сегодня предприятиями выпускаются магнитные тралы, кольца, диски, прямоугольники, пруты, разного рода крепления. Кроме того, на рынке можно найти устройства для поисковиков, а также неокубы. Наконец, некоторые компании предлагают услугу по созданию изделий на заказ. То есть Вы можете предоставить чертеж, и завод изготовит по нему неодимовый магнит, сцепления которого будет достаточно для решения Ваших задач.

Стандартным изделиям из неодима придается один из трех типов намагниченности: аксиальный, радиальный или аксиальный. Это означает, что, например, ваша шайба из редкоземельного сплава будет притягивать предметы верхней, нижней плоскостью или выпуклой боковой поверхностью. Радиальный тип намагниченности чаще встречается в кольцах, у которых их внешняя окружность имеет позитивный заряд, а внутренняя - негативный. Выбирая неодимовый магнит усиленный, также обращайте внимание на этот фактор.

В нашем сайте сайт присутствует разнообразная продукция. Вы можете подобрать, как необходимую форму или размер, так и другие параметры товара.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

Еще в древние времена люди обнаружили уникальные свойства определенных камней - притягивание металла. В наше время мы часто сталкиваемся с предметами, которые обладают этими качествами. Что такое магнит? В чем его сила? Об этом мы расскажем в этой статье.

Примером временного магнита являются скрепки, кнопки, гвозди, нож и другие предметы обихода, изготовленные из железа. Их сила в том, что они притягиваются к постоянному магниту, а при исчезновении магнитного поля, теряют свое свойство.

Полем электромагнита можно управлять с помощью электрического тока. Как это происходит ? Провод, витками намотанный на железный сердечник, при подаче и изменении величины тока меняет силу магнитного поля и его полярность.

Типы постоянных магнитов

Ферритовые магниты являются самыми известными и активно используемыми в быту. Этот материал черного цвета может использоваться в качестве крепежей различных предметов, например, для плакатов, для настенных досок, используемых в офисе или школе. Они не теряют своих свойств притяжения при температуре не ниже 250 о С.

Альнико - магнит, состоящий из сплава алюминия, никеля и кобальта. Это дало ему такое название. Очень устойчив к высоким температурам и может применяться при 550 о С. Материал отличается легкостью, но полностью теряет свои свойства, попадая под действие более сильного магнитного поля. Используется в основном в научной отрасли.

Самариевые магнитные сплавы - это материал с высокими показателями. Надежность его свойств позволяет использовать материал в военных разработках. Он устойчив к агрессивной среде, высокой температуре, окислению и коррозии.

Что такое неодимовый магнит? Это самый популярный сплав железа, бора и неодима. Его еще называют супермагнитом, так как он имеет мощнейшее магнитное поле с высокой коэрцитивной силой. Соблюдая определенные условия во время эксплуатации, неодимовый магнит способен сохранить свои свойства на протяжении 100 лет.

Использование неодимовых магнитов

Стоит подробно рассмотреть, что такое неодимовый магнит? Это материал, который способен фиксировать потребление воды, электричества и газа в счетчиках, да и не только. Этот вид магнита относится к постоянным и редкоземельным материалам. Он устойчив перед полей других сплавов и не подвержен размагничиванию.

Изделия из неодима используют в медицинских и промышленных отраслях. Также в бытовых условиях их применяют для крепления портьер, элементов декора, сувениров. Они применяются в поисковых приборах и в электронике.

Для продления срока службы магниты такого типа покрывают цинком или никелем. В первом случае напыление более надежное, так как устойчиво к агрессивным средствам и выдерживает температуру выше 100 о С. Сила магнита зависит от его формы, размера и количества неодима, входящего в состав сплава.

Применение ферритовых магнитов

Ферриты считаются самыми популярными магнитами среди постоянных видов. Благодаря стронцию, входящему в состав, материал не поддается коррозии. Так что это такое - ферритовый магнит? Где он применяется? Этот сплав довольно хрупок. Поэтому его еще называют керамическим. Применяется ферритовый магнит в автомобилестроении и промышленности. Используется в различной технике и электроприборах, а также бытовых установках, генераторах, системах акустики. При производстве автомобилей магниты используют в системах охлаждения, стеклоподъемниках и вентиляторах.

Назначение феррита - защитить технику от внешних помех и не допустить порчи сигнала, получаемого по кабелю. Благодаря этому используют при производстве навигаторов, мониторов, принтеров и другого оборудования, где важно получить чистый сигнал или изображение.

Магнитотерапия

Нередко применяется процедура называется магнитотерапия и проводится в лечебных целях. Действие этого метода заключается в том, чтобы повлиять на организм пациента с помощью магнитных полей, находящихся под низкочастотным переменным или постоянным током. Этот метод лечения помогает избавиться от многих заболеваний, снять боли, укрепить иммунную систему, улучшить кровоток.

Считается, что болезни порождаются нарушением магнитного поля человека. Благодаря физиотерапии организм приходит в норму и общее состояние улучшается.

Из данной статьи вы узнали, что такое магнит, а также изучили его свойства и сферы применения.

Каждый держал в руках магнит и забавлялся им в детстве. Магниты могут быть самыми разными по форме, размерам, но все магниты имеют общее свойство - они притягивают железо. Похоже, что они и сами сделаны из железа, во всяком случае, из какого-то металла точно. Есть, однако, и «черные магниты» или «камни», они тоже сильно притягивают железки, и особенно друг друга.

Но на металл они не похожи, легко бьются, как стеклянные. В хозяйстве магнитам находится множество полезных дел, например, удобно с их помощью «пришпиливать» бумажные листы к железным поверхностям. Магнитом удобно собирать потерянные иголки, так что, как мы видим, это совсем небесполезная вещь.

Наука 2.0 - Большой скачок - Магниты

Магнит в прошлом

Ещё древние китайцы более 2000 лет назад знали о магнитах, по крайней мере то, что это явление можно использовать для выбора направления при путешествиях. То есть придумали компас. Философы в древней Греции, люди любопытные, собирая различные удивительные факты, столкнулись с магнитами в окрестностях города Магнесса в Малой Азии. Там и обнаружили странные камни, которые могли притягивать железо. По тем временам, это было не менее удивительным, чем могли бы стать в наше время инопланетяне.

Еще более удивительным казалось, что магниты притягивают далеко не все металлы, а только железо, и само железо способно становиться магнитом, хотя и не таким сильным. Можно сказать, что магнит притягивал не только железо, но и любопытство ученых, и сильно двигал вперед такую науку, как физика. Фалес из Милета писал о «душе магнита», а римлянин Тит Лукреций Кар – о «бушующем движении железных опилок и колец», в своем сочинении «О природе вещей». Уже он мог заметить наличие двух полюсов у магнита, которые потом, когда компасом начали пользоваться моряки, получили названия в честь сторон света.

Что такое магнит. Простыми словами. Магнитное поле

За магнит взялись всерьез

Природу магнитов долгое время не могли объяснить. С помощью магнитов открывали новые континенты (моряки до сих пор относятся к компасу с огромным уважением), но о самой природе магнетизма по прежнему никто ничего не знал. Работы велись только по усовершенствованию компаса, чем занимался еще географ и мореплаватель Христофор Колумб.

В 1820 году датский ученый Ганс Христиан Эрстед сделал важнейшее открытие. Он установил действие провода с электрическим током на магнитную стрелку, и как ученый, выяснил опытами как это происходит в разных условиях. В том же году французский физик Анри Ампер выступил с гипотезой об элементарных круговых токах, протекающих в молекулах магнитного вещества. В 1831-ом году англичанин Майкл Фарадей с помощью катушки из изолированного провода и магнита проводит опыты, показывающие, что механическую работу можно превратить в электрический ток. Он же устанавливает закон электромагнитной индукции и вводит в обращение понятие «магнитное поле».

Закон Фарадея устанавливает правило: для замкнутого контура электродвижущая сила равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур. На этом принципе работают все электрические машины - генераторы, электродвигатели, трансформаторы.

В 1873 году шотландский ученый Джеймс К. Максвелл сводит магнитные и электрические явления в одну теорию, классическую электродинамику.

Вещества, способные намагничиваться, получили название ферромагнетиков. Это название связывает магниты с железом, но кроме него, способность к намагничиванию обнаруживается еще у никеля, кобальта, и некоторых других металлов. Поскольку магнитное поле уже перешло в область практического использования, то и магнитные материалы стали предметом большого внимания.

Начались эксперименты со сплавами из магнитных металлов и различными добавками в них. Стоили получаемые материалы очень дорого, и если бы Вернеру Сименсу не пришла в голову идея заменить магнит сталью, намагничиваемой сравнительно небольшим током, то мир так бы и не увидел электрического трамвая и компании Siemens. Сименс занимался еще телеграфными аппаратами, но тут у него было много конкурентов, а электрический трамвай дал фирме много денег, и в конечном счете, потянул за собой все остальное.

Электромагнитная индукция

Основные величины, связанные с магнитами в технике

Мы будем интересоваться в основном магнитами, то есть ферромагнетиками, и оставим немного в стороне остальную, очень обширную область магнитных (лучше сказать, электромагнитных, в память о Максвелле) явлений. Единицами измерений у нас будут те, которые приняты в СИ (килограмм, метр, секунда, ампер) и их производные:

l Напряженность поля , H, А/м (ампер на метр).

Эта величина характеризует напряженность поля между параллельными проводниками, расстояние между которыми 1 м, и протекающий по ним ток 1 А. Напряженность поля является векторной величиной.

l Магнитная индукция , B, Тесла, плотность магнитного потока (Вебер/м.кв.)

Эта отношение тока через проводник к длине окружности, на том радиусе, на котором нас интересует величина индукции. Окружность лежит в плоскости, которую провод пересекает перпендикулярно. Сюда входит еще множитель, называемый магнитной проницаемостью. Это векторная величина. Если мысленно смотреть в торец провода и считать, что ток течет в направлении от нас, то магнитные силовые окружности «вращаются» по часовой стрелке, а вектор индукции приложен к касательной и совпадает с ними по направлению.

l Магнитная проницаемость , μ (относительная величина)

Если принять магнитную проницаемость вакуума за 1, то для остальных материалов мы получим соответствующие величины. Так, например, для воздуха мы получим величину, практически такую же как и для вакуума. Для железа мы получим существенно большие величины, так что можно образно (и весьма точно) говорить, что железо «втягивает» в себя силовые магнитные линии. Если напряженность поля в катушке без сердечника будет равняться H, то с сердечником мы получаем μH.

l Коэрцитивная сила , А/м.

Коэрцитивная сила показывает, насколько магнитный материал сопротивляется размагничиванию и перемагничиванию. Если ток в катушке совсем убрать, то в сердечнике будет остаточная индукция. Чтобы сделать ее равной нулю, нужно создать поле некоторой напряженности, но обратной, то есть пустить ток в обратном направлении. Эта напряженность и называется коэрцитивной силой.

Поскольку магниты на практике всегда используются в какой-то связи с электричеством, то не стоит удивляться тому, что для описания их свойств используется такая электрическая величина, как ампер.

Из сказанного следует возможность, например, гвоздю, на который подействовали магнитом, самому стать магнитом, хотя и более слабым. На практике выходит, что даже дети, забавляющиеся магнитами, об этом знают.

К магнитам в технике предъявляют разные требования, в зависимости от того, куда идут эти материалы. Ферромагнитные материалы делятся на «мягкие» и «жесткие». Первые идут на изготовление сердечников для приборов, где магнитный поток постоянный или переменный. Хорошего самостоятельного магнита из мягких материалов не сделаешь. Они слишком легко размагничиваются и здесь это как раз их ценное свойство, поскольку реле должно «отпустить» если ток выключен, а электрический мотор не должен греться - на перемагничивание расходуется лишняя энергия, которая выделяется в форме тепла.

КАК ВЫГЛЯДИТ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ НА САМОМ ДЕЛЕ? Игорь Белецкий

Постоянные магниты, то есть те, которые магнитами и называют, требуют для своего изготовления жестких материалов. Жесткость имеется в виду магнитная, то есть большая остаточная индукция и большая коэрцитивная сила, поскольку, как мы видели, эти величины тесно связаны между собой. На такие магниты идут углеродистые, вольфрамовые, хромистые и кобальтовые стали. Их коэрцитивная сила достигает значений около 6500 А/м.

Есть особые сплавы, которые называются альни, альниси, альнико и множество других, как можно догадаться в них входят алюминий, никель, кремний, кобальт в разных сочетаниях, которые обладают большей коэрцитивной силой - до 20000…60000 А/м. Такой магнит не так-то просто оторвать от железа.

Есть магниты, специально предназначенные для работы на повышенной частоте. Это многим известный «круглый магнит». Его «добывают» из негодного динамика из колонки музыкального центра, или автомагнитолы или даже телевизора прошлых лет. Этот магнит изготовлен путем спекания окислов железа и специальных добавок. Такой материал называется ферритом, но не каждый феррит специально так намагничивается. А в динамиках его применяют из соображений уменьшения бесполезных потерь.

Магниты. Discovery. Как это работает?

Что происходит внутри магнита?

Благодаря тому, что атомы вещества являются своеобразными «сгустками» электричества, они могут создавать свое магнитное поле, но только у некоторых металлов, имеющих сходное атомное строение, эта способность выражена очень сильно. И железо, и кобальт, и никель стоят в периодической системе Менделеева рядом, и имеют похожие строения электронных оболочек, которое превращает атомы этих элементов в микроскопические магниты.

Поскольку металлы можно назвать застывшей смесью различных кристаллов очень маленького размера, то понятно, что магнитных свойств у таких сплавов может быть очень много. Многие группы атомов могут «разворачивать» свои собственные магниты под влиянием соседей и внешних полей. Такие «сообщества» называются магнитными доменами, и образуют весьма причудливые структуры, которые до сих пор с интересом изучаются физиками. Это имеет большое практическое значение.

Как уже говорилось, магниты могут иметь почти атомные размеры, поэтому наименьший размер магнитного домена ограничивается размером кристалла, в который встроены атомы магнитного металла. Этим объясняется, например, почти фантастическая плотность записи на современные жесткие диски компьютеров, которая, видимо, еще будет расти, пока у дисков не появятся конкуренты посерьезнее.

Гравитация, магнетизм и электричество

Где применяются магниты?

Сердечники которых являются магнитами из магнитов, хотя обычно их называют просто сердечниками, магниты находят еще множество применений. Есть канцелярские магниты, магниты для защелкивания мебельных дверей, магниты в шахматах для путешественников. Это известные всем магниты.

К более редким видам относятся магниты для ускорителей заряженных частиц, это очень внушительные сооружения, которые могут весить десятки тонн и больше. Хотя сейчас экспериментальная физика поросла травой, за исключением той части, которая тут же приносит сверхприбыли на рынке, а сама почти ничего не стоит.

Еще один любопытный магнит установлен в медицинском навороченном приборе, который называется магнитно-резонансным томографом. (Вообще-то метод называется ЯМР, ядерный магнитный резонанс, но чтобы не пугать народ, который в массе не силен в физике, его переименовали.) Для прибора требуется помещение наблюдаемого объекта (пациента) в сильное магнитное поле, и соответствующий магнит имеет устрашающие размеры и форму дьявольского гроба.

Человека кладут на кушетку, и прокатывают через тоннель в этом магните, пока датчики сканируют место, интересующее врачей. В общем, ничего страшного, но у некоторых клаустрофобия доходит до степени паники. Такие охотно дадут себя резать живьем, но не согласятся на обследование МРТ. Впрочем, кто знает, как человек чувствует себя в необычно сильном магнитном поле с индукцией до 3 Тесла, после того, как заплатил за это хорошие деньги.

Чтобы получить такое сильное поле, часто используют сверхпроводимость, охлаждая катушку магнита жидким водородом. Это дает возможность «накачивать» поле без опасений, что нагрев проводов сильным током ограничит возможности магнита. Это совсем недешевая установка. Но магниты из специальных сплавов, которые не требуют подмагничивания током, стоят значительно дороже.

Наша Земля тоже является большим, хотя и не очень сильным магнитом. Он помогает не только владельцам магнитного компаса, но и спасает нас от гибели. Без него мы были бы убиты солнечной радиацией. Картина магнитного поля Земли, смоделированная компьютерами по данным наблюдений из космоса выглядит очень внушительно.

Вот небольшой ответ на вопрос, о том, что такое магнит в физике и технике.