Постійні магніти – Що таке постійні магніти?

Постійні магніти, виготовлені з магнетиту, застосовувалися в медицині з найдавніших часів. Цариця Єгипту Клеопатра мала магнітний амулет. У стародавньому Китаї в «Імператорській книзі з внутрішньої медицини» порушувалося питання застосування магнітного каміння для корекції в тілі енергії Ці — «живої сили». У пізніші часи про сприятливий вплив магнітів висловлювалися великі лікарі та філософи: Аристотель, Авіценна, Гіппократ. У середні віки придворний лікар Гілберт, який опублікував твір «Про магніт», лікував від артриту королеву Єлизавету I за допомогою постійного магніту. Російський лікар Боткін вдавався до методів магнітотерапії.

Першим штучним магнітним матеріалом стала вуглецева сталь, загартована на структуру мартенситу і містить близько 12-15% вуглецю. Магнітні властивості такої сталі чутливі до механічних та температурних впливів. У процесі експлуатації постійних магнітів її основі спостерігалося явище «старіння» магнітних властивостей стали.

Легування такої сталі вольфрамом і хромом до 3%, а пізніше кобальтом до 6% разом із хромом до 6% дозволило доктору Хонда з Тохокського університету створити новий тип сталі – КS – з високою намагніченістю та значною коерцитивною силою. Для отримання високих магнітних властивостей сталь зазнавала певної термічної обробки. Висока залишкова індукція у магнітів зі сталей KS досягалася зменшенням фактора, що розмагнічує. І тому часто магніти випускалися подовженої, подковообразной форми.

Дослідження магнітних властивостей сплавів показали, що вони в першу чергу залежить від мікроструктури матеріалу. У 1930 році був досягнутий якісний стрибок в отриманні нової мікроструктури сплавів, що твердіють, і в 1932 році за рахунок легування стали KS нікелем, алюмінієм і міддю доктор Т. Міскіма отримав сталь МК.

Це значний крок у розробці низки сплавів, які отримали пізню загальну назву Альнико (за стандартами ЮНДК).

Істотний прорив у цій галузі зробили у 1930-х роках японські вчені, доктор Йогоро Като та доктор Такесі Такеї з Токійського технологічного інституту. Заміщення у складі магнетиту частини оксиду двовалентного заліза на оксид кобальту при синтезі фериту за керамічною технологією призвела до створення твердого розчину кобальтого та залізного фериту. Коерцитивна сила цього типу фериту досягла 48-72 кА/м (600-900 Е). У Японії комерційні феритові магніти з’явилися приблизно 1955 року, в Україні — у середині 1960-х. Барієві ферити поступово модифікувалися в стронцієві, оскільки останні виявилися технологічнішими (не вимагали дуже точного регулювання температури спікання та екологічно були безпечнішими). У складі феритових магнітів міститься 85-90% оксиду заліза,

Наступний значний технологічний прорив стався в лабораторії US Air Force Material Research, де було знайдено інтерметалічну сполуку самарію з кобальтом (5SmCo) з великою константою магнітокристалічної анізотропії. Постійний магніт, виготовлений з такого матеріалу, дозволив досягти властивостей (ВН) макс = 16-24 мега Гаус-Ерстедах (МГСЕ), а на з’єднанні 17Co2Sm – 32 МГСЕ, коерцитивна сила була підвищена до 560-1000 кА/м. Магніти зі SmCo виготовляються промисловістю з 1970-х років. У цей час було виявлено з’єднання Nd2Fe14B. Магніти з цього матеріалу з’явилися і в Японії, і в США одночасно в середині 1980-х років, але їхня технологія різнилася. У Японії виробництво організовувалося на кшталт магнітів SmCo: виробництво порошку з литого сплаву, потім пресування в магнітному полі та спікання. У США було прийнято meltspinning process: спочатку виробляється аморфний сплав, потім він подрібнюється, і виготовляється композиційний матеріал. Магнітний порошок зв’язується гумою, вінілом, нейлоном або іншими пластиками композиційну масу, яку пресують (інжектують) або каландрують у вироби. Магніти з композиційного матеріалу мають у порівнянні зі спеченими дещо нижчі властивості, проте не вимагають гальванічних покриттів, легко обробляються механічно, найчастіше мають гарний зовнішній вигляд, будучи забарвленими в різні кольори. Магніти з Nd2Fe14B з’явилися на ринку постійних магнітів у 1990-х роках і дуже швидко досягли на спечених зразках енергії в 50 МгСЕ (400 кДж/м3). Цей матеріал швидко витіснив інші, насамперед у мініатюрній електроніці. потім він подрібнюється і виготовляється композиційний матеріал. Магнітний порошок зв’язується гумою, вінілом, нейлоном або іншими пластиками композиційну масу, яку пресують (інжектують) або каландрують у вироби. Магніти з композиційного матеріалу мають у порівнянні зі спеченими дещо нижчі властивості, проте не вимагають гальванічних покриттів, легко обробляються механічно, найчастіше мають гарний зовнішній вигляд, будучи забарвленими в різні кольори. Магніти з Nd2Fe14B з’явилися на ринку постійних магнітів у 1990-х роках і дуже швидко досягли на спечених зразках енергії в 50 МгСЕ (400 кДж/м3). Цей матеріал швидко витіснив інші, насамперед у мініатюрній електроніці. потім він подрібнюється і виготовляється композиційний матеріал. Магнітний порошок зв’язується гумою, вінілом, нейлоном або іншими пластиками композиційну масу, яку пресують (інжектують) або каландрують у вироби. Магніти з композиційного матеріалу мають у порівнянні зі спеченими дещо нижчі властивості, проте не вимагають гальванічних покриттів, легко обробляються механічно, найчастіше мають гарний зовнішній вигляд, будучи забарвленими в різні кольори. Магніти з Nd2Fe14B з’явилися на ринку постійних магнітів у 1990-х роках і дуже швидко досягли на спечених зразках енергії в 50 МгСЕ (400 кДж/м3). Цей матеріал швидко витіснив інші, насамперед у мініатюрній електроніці. нейлоном або іншими пластиками в композиційну масу, яку пресують (інжектують) або каландрують вироби. Магніти з композиційного матеріалу мають у порівнянні зі спеченими дещо нижчі властивості, проте не вимагають гальванічних покриттів, легко обробляються механічно, найчастіше мають гарний зовнішній вигляд, будучи забарвленими в різні кольори. Магніти з Nd2Fe14B з’явилися на ринку постійних магнітів у 1990-х роках і дуже швидко досягли на спечених зразках енергії в 50 МгСЕ (400 кДж/м3). Цей матеріал швидко витіснив інші, насамперед у мініатюрній електроніці. нейлоном або іншими пластиками в композиційну масу, яку пресують (інжектують) або каландрують вироби. Магніти з композиційного матеріалу мають у порівнянні зі спеченими дещо нижчі властивості, проте не вимагають гальванічних покриттів, легко обробляються механічно, найчастіше мають гарний зовнішній вигляд, будучи забарвленими в різні кольори. Магніти з Nd2Fe14B з’явилися на ринку постійних магнітів у 1990-х роках і дуже швидко досягли на спечених зразках енергії в 50 МгСЕ (400 кДж/м3). Цей матеріал швидко витіснив інші, насамперед у мініатюрній електроніці. легко обробляються механічно, часто мають гарний зовнішній вигляд, будучи забарвленими в різні кольори. Магніти з Nd2Fe14B з’явилися на ринку постійних магнітів у 1990-х роках і дуже швидко досягли на спечених зразках енергії в 50 МгСЕ (400 кДж/м3). Цей матеріал швидко витіснив інші, насамперед у мініатюрній електроніці. легко обробляються механічно, часто мають гарний зовнішній вигляд, будучи забарвленими в різні кольори. Магніти з Nd2Fe14B з’явилися на ринку постійних магнітів у 1990-х роках і дуже швидко досягли на спечених зразках енергії в 50 МгСЕ (400 кДж/м3). Цей матеріал швидко витіснив інші, насамперед у мініатюрній електроніці.

Визначення та основні ознаки постійного магніту

Постійним магнітом називають твердий предмет, здатний тривалий час зберігати стан намагніченості. Стан намагніченості означає наявність магнітного поля, що впливає (притягує) на металеві предмети.

Постійні магніти можуть бути природного походження (магнетит) та штучними, які виготовляють із заліза, сталі, нікелю, кобальту та інших, більш рідкісних металів. Штучні магніти одержують за допомогою намагнічування заготовок у сильному магнітному полі. Ці магніти можуть мати різну форму та розміри.

Основною ознакою постійного магніту є наявність двох магнітних полюсів: південний – S, і північний – N. Магнітні лінії спрямовані зовні постійного магніту від північного полюса до південного, а всередині магніту від південного до північного.

Відео – як і з чого роблять постійні магніти

Магнетити мають досить слабкі магнітні властивості. Промисловим способом налагоджено масове виробництво штучних магнітів різних розмірів. Вихідними матеріалами для цього є сплави на основі металів: заліза Fe, нікелю Ni, кобальту Co, неодиму Nd, самарія Sm. Заготівлі з цих сплавів одержують литтям, пресуванням або спіканням. Потім вони поміщаються в дуже сильне магнітне однорідне поле, створюване електромагнітами. Під час впливу магнітного поля намагнічені частинки прямують в один бік. Так вирівнюється полярність майбутнього магніту. В результаті заготівлі сильно намагнічуються та стають самостійними постійними магнітами.

Останнім часом велику популярність набули полімерні постійні магніти (магнітопласти). Їх виготовляють із суміші магнітного порошку та полімерної (пластикової) еластичної добавки, наприклад, гуми. Магнітні властивості магнітопластів невисокі, але їх цілком достатньо для виготовлення різних корисних пристроїв, наприклад, магнітів на холодильник, пластикових карток, демонстраційних та навчальних дощок.

Як роблять магніти різними способами

Пресовані магнітопласти – це магніти, отримані шляхом змішування спеціального виду порошку NdFeB з полімерними матеріалами. Потім ця маса пресується у форму та нагрівається.

Магнітні вироби, одержувані таким способом, можуть бути складними формами, і зазвичай не вимагають додаткової обробки. Вони мають нижчу енергію продукту, ніж спечені магніти, до 10 МГСЕ.

Ізотропні магнітопласти NdFeB можуть бути намагнічені у будь-якому напрямку.

При використанні спеціальних соленоїдів можна отримати багатополюсні магніти або магніти із спеціальною формою магнітного поля.

Зрозуміло, такі складні соленоїди можуть коштувати дуже дорого залежно від складності конструкції та необхідної продуктивності.

Литі магнітопласти – при цьому способі виробництва магнітів порошок NdFeB поєднується з полімерним матеріалом і видавлюється у форму. Магнітні вироби, що виходять, мають енергію продукту до 5 МГсЭ, але можуть бути зроблені хитромудрих форм.

Спечені неомагніти – дрібний порошок NdFeB запресовується у форму, потім спікається та обробляється до потрібного розміру (шліфується).

Виробництво неодимових магнітів – складний високотехнологічний процес, що вимагає дотримання складу, вмісту домішок. Усі операції, крім шліфування розміром, проводяться без доступу кисню у вакуумі або атмосфері інертних газів. Напрямок намагніченості визначається текстурою магнітного поля під час пресування.

Принцип взаємодії постійних магнітів

Ми вже знаємо, що навколо магніту є магнітне поле.

Магнітне поле – це простір навколо магніту, в якому діють магнітні сили. Магнітне поле може бути створене постійним магнітом чи електромагнітом.

Поля двох магнітів поблизу можуть взаємодіяти між собою, і ця взаємодія проявляється як тяжіння чи відштовхування магнітів. Різні полюси магнітів притягуватимуся, однакові відштовхуватимуся. Магнітне поле одного магніту діятиме на інший магніт навіть крізь вакуум. Щоб зменшити дію магнітів, досить просто розмістити їх далеко один від одного. Нижче на рисунках показаний вид ліній магнітної індукції (магнітного поля) при взаємодії двох магнітів.

Властивості магніту

Властивості магніту визначаються характеристиками розмагнічує ділянки петлі магнітного гістерези матеріалу магніту: чим вище залишкова індукція Br і коерцитивна сила Hc, тим вище намагніченість і стабільність магніту.

Індукція постійного магніту Bd не може перевищувати Br: рівність Bd = Br можлива лише в тому випадку, якщо магніт є замкнутим магнітопровідом, тобто не має повітряного проміжку, проте постійні магніти, як правило, використовуються для створення магнітного поля в повітряному (або заповненому) іншим середовищем) зазорі, в цьому випадку Bd < Br, величина різниці залежить від форми магніту та властивостей середовища.

Для виробництва постійних магнітів зазвичай використовуються такі матеріали: [1]

• Барієві та стронцієві магнітотверді ферити

Мають склад Ba/SrO·6 Fe2O3 та характеризуються високою стійкістю до розмагнічування у поєднанні з гарною корозійною стійкістю. Незважаючи на низькі в порівнянні з іншими класами магнітні параметри та високу крихкість, завдяки низькій вартості магнітотверді ферити найбільш широко застосовуються в промисловості.

• Магніти NdFeB (неодим-залізо-бор)

Рідкоземельні магніти, що виготовляються пресуванням або литтям з інтерметаліду Nd2Fe14B. Перевагами цього класу магнітів є високі магнітні властивості (Br, Hc та (BH)max), а також невисока вартість. У зв’язку зі слабкою корозійною стійкістю зазвичай покриваються міддю, нікелем чи цинком.

• Рідкоземельні магніти SmCo (Самарій-Кобальт)

Виготовляються методом порошкової металургії з композиційного сплаву SmCo5/Sm2Co17 і характеризуються високими магнітними властивостями, відмінною стійкістю до корозії і хорошою стабільністю параметрів при температурах до 350 °C, що забезпечує їм переваги на високих температурах перед магнітами NdFeB

• Магніти ALNICO

Виготовляються на основі сплаву Al-Ni-Co-Fe. До їх переваг можна віднести високу температурну стабільність в інтервалі температур до 550 °C, високу часову стабільність параметрів у поєднанні з великою величиною коерцитивної сили, хорошу корозійну стійкість. Важливим фактором на користь їх вибору може бути значно менша вартість порівняно з магнітами Sm-Co.

• Полімерні постійні магніти (магнітопласти)

Виготовляються із суміші магнітного порошку та сполучної полімерної компоненти (наприклад гуми). Перевагою магнітопластів є можливість отримання складних форм виробів з високою точністю розмірів, а також висока корозійна стійкість у поєднанні з великою питомою опорою і малою вагою.

Найбільш широко поширені феритові магніти] джерело не вказано 421 день.

Для застосування при нормальних температурах найсильніші постійні магніти виготовляються зі сплавів, що містять неодим. Вони використовуються в таких областях як магнітно-резонансна томографія, сервоприводи жорстких дисків і створення високоякісних динаміків, а також провідної частини двигунів авіамоделей.

Постійні магніти на уроках фізики зазвичай демонструються у вигляді підкови, полюси якої забарвлені у синій та червоний колір.

Окремі кульки та циліндри з сильними магнітними властивостями використовуються як хай-тек прикрас/іграшок – вони без додаткових кріплень збираються у ланцюжки, які можна носити як браслет. Також у продажу є конструктори, що складаються з набору магнітних циліндричних паличок і сталевих кульок. З них можна збирати безліч конструкцій, переважно фермового типу.

Крім того, існують гнучкі плоскі магніти на полімерній основі з магнітними добавками, які використовуються, наприклад, для виготовлення декоративних магнітів на холодильники, оформлювальних та інших робіт. Випускаються у вигляді стрічок і листів, зазвичай з нанесеним клейовим шаром і плівкою, що його захищає. Магнітне поле такого плоского магніту смугасте — з кроком близько двох міліметрів по всій поверхні чергуються позитивні і негативні полюси.

Потужність постійних магнітів

Потужність магніту досить відносним поняттям. Тобто сила магнітного поля у магніту стабільна, і її можна виміряти та зафіксувати спеціальними датчиками та приладами. Але такий параметр, як сила зчеплення залежить від багатьох факторів, що слід враховувати при виборі магнітів.

Наприклад, є залежність від чистоти металевої поверхні та її товщини. Вплив має і кут відриву. Під силою зчеплення розуміється зусилля, необхідне відриву магніту від металевої поверхні товщиною щонайменше 10 мм. Особливого значення мають:

• кут докладання зусилля;
• температура та вологість повітря;
• магнітні властивості поверхні металу;
• наявність слідів корозії.

Де використовують постійні магніти

Чудові властивості постійних магнітів використовуються у різних галузях науки, техніки, на виробництвах, у повсякденній життєдіяльності. Ось тільки деякі з них:

• Запис та зберігання інформації (магнітні стрічки, комп’ютерні дискети та диски);
• Пластикові картки різного призначення (фінансові, бонусні, контрольно-пропускні);
• Мікрофони, гучномовці, звукова техніка;
• Електродвигуни, генератори, трансформатори;
• Компаси;
• У вимірювальних приладах з стрілкою, що відхиляє, наприклад, в амперметрах;
• Пластикові магніти для використання у навчальних виставкових цілях;
• Магніти на холодильник;
• Виготовлення застібок для одягу та сумок:
• Меблеві фіксатори (зачинення дверей);
• Дитячі іграшки.

Області застосування постійних магнітів

Пальму першості серед найпотужніших штучних магнітів на сьогоднішній день утримують магніти, до складу яких включені рідкісноземельні метали: неодим (сплав Nd-Fe-B) або самарій (сплав Sm-Co). Ці магніти можуть зберігати свої властивості, не розмагнічуючись протягом 30 років.

Двигун на постійних магнітах

В останні десятиліття широкого поширення набули вентильні двигуни постійного струму. Такий агрегат є власне електродвигун і електронний комутатор його обмотки якоря, що виконує функції колектора. Електродвигун є синхронним двигуном на постійних магнітах, розташованих на роторі, як і на рис. вище, з нерухомою обмоткою якоря на статорі. Електронний комутатор схемотехнічно являє собою інвертор постійної напруги (або струму) мережі живлення.

Основною перевагою такого двигуна є безконтактність. Специфічним елементом є фото-, індукційний або холлівський датчик положення ротора, керуючий роботою інвертора.

Відео – двигун на постійних магнітах

У якому напрямку рухатиметься постійний магніт

Це залежить від роду та напряму струму в котушці електромагніту і від того яким полюсом до електромагніту повернуть постійний магніт, і де розташована точка його підвісу. Різною формою струму в котушці можна досягти і різної траєкторії руху магніту, аж до найхимернішої.

Цікаві факти про магніти

Що відбувається з неодимовим магнітом, якщо його розплавити чи розрізати навпіл? Магніт міцніше тримається на іншому магніті чи сталі? Чи слабшає магнітна сила магнітів з часом? Чи впливає температура на магнітну силу магнітів? Чи може скло бути магнітним? Чи можуть магніти бути м’якими та гнучкими? Чи є гума, яка реагує на магніт? Яке найсильніше магнітне поле вдалося створити на сьогоднішній день? Чи чутливі живі істоти до магнетизму? І багато іншого.

Також у статті є опис п’яти експериментів, які дозволять дізнатися, наскільки неодимовий магніт дуже притягує яблуко. Ви також дізнаєтеся, що станеться з магнітом, коли ви наблизите до нього свічку, що горить, і як неодимовий магніт спотворює зображення на ЕПТ-моніторі.

Далі дивіться відповіді на ці та інші питання, що часто ставляться, а також кілька ідей цікавих експериментів. 

1) Що викликає магнітне поле у ​​магніту?

Магнітне поле – це простір навколо магніту, в якому діють магнітні сили. Це спричинено рухом електричних зарядів. Магнітне поле створюється постійним магнітом чи електромагнітом.

Магнітне поле постійних магнітів створюється рухом електронів довкола ядра атома. Постійні магніти не потребують зовнішніх впливів для створення магнітного поля. У разі електромагнітів рух електронів створюється електричним струмом. Таким чином, електромагнітам необхідний електричний струм для створення магнітного поля – зі збільшенням струму збільшується і магнітне поле.

Розподіл магнітного поля представлений лініями магнітної індукції. Лінії індукції проходять від північного до південного магнітного полюса магніту.

2) Чому магніт притягує лише предмети із заліза, нікелю та кобальту?

Магніт притягує не лише предмети із заліза, нікелю та кобальту. Об’єкти, виготовлені з феромагнітних матеріалів – заліза, нікелю, кобальту та його сплавів, найбільше притягуються до магніту – ними діє сила тяжіння магніту. Однак є також матеріали, які не містять заліза, нікелю, кобальту, але все ж таки реагують на магнітне поле. І це не завжди просто сила тяжіння. Це парамагнітні та діамагнітні речовини.

3) У яблуку є залізо. То чому його не притягує магніт?

Більшість живих організмів та продуктів харчування також містять певну кількість заліза, але вони не притягуються магнітом. Чому? Це тому, що у них дуже мало заліза.

У 100-грамовому яблуку міститься залізо на молекулярному рівні – лише 0,3 мг заліза. І звичайного магніту цього замало, щоб залучити його. Але якщо ви використовуєте надсильний магніт і, наприклад, повісите яблуко на мотузці, можливо, на нього вплине сильний магніт.

4) Що таке магнітом’який і твердий матеріал?

Феромагнітні речовини можна розділити на магнітом’які та магнітотверді, залежно від того, як вони втрачають або зберігають свої магнітні властивості.

Магнітом’яка речовина – це речовина з феромагнітного матеріалу, яка відрізняється тим, що вона втрачає свої магнітні властивості після намагнічування (намагнічування) та видалення із зовнішнього магнітного поля. Магнітном’який матеріал вимагає чистого заліза та низьковуглецевої сталі.

Магнітотверда речовина – це речовина, виготовлена ​​з феромагнітного матеріалу, що відрізняється тим, що після намагнічування вона зберігає свої магнітні властивості протягом тривалого часу після видалення із зовнішнього магнітного поля магніту. Магнітотверді матеріали – це, наприклад, постійні магніти (Sm – самарій, Nd – неодим).

5) Чому до деяких магнітних речовин додають кремній?

Кремній – це напівметалевий елемент земної кори. Це основна сировина для виробництва скла, кераміки та будівельних матеріалів. Він також використовується виробниками напівпровідникових компонентів. Кремній використовується регулювання магнітних властивостей магнітних речовин? Завдяки добавці кремнію феромагнетики збільшують питомий опір, зменшують магнітні втрати, анізотропію та коерцитивну силу. Також збільшиться твердість та крихкість матеріалу.

6) Що таке Гаус і Тесла?

Гаусс і Тесла – одиниці магнітної індукції, які різняться використання у певної системі одиниць.

Гаус – це фізична одиниця гаусової магнітної індукції B у системі CGS. Він скорочено G чи Gs і названо на честь німецького вченого К.Ф. Гауса. Якщо магнітне поле в даному місці має гаусову магнітну індукцію, що дорівнює 1 Гс, його магнітна індукція дорівнює 10 ^-4 Тл (Тесла).

Тесла – одиниця магнітної індукції в системі СІ, скорочено – T. Одиниця названа на честь видатного інженера Миколи Тесла. 1 Тесла відповідає 10000 Гаусс (Г).

7 ) Яке найсильніше магнітне поле вдалося створити на сьогоднішній день?

Група вчених із Токійського університету на чолі з фізиком Содзіро Такеяма створила надзвичайно сильний електромагніт, який генерував магнітне поле у ​​1200 тесла.

Для порівняння: магнітне поле на землі містить від 25 до 65 мікротесла , а медичні пристрої магнітно-резонансної томографії генерують магнітне поле силою 3 Тесла . Проте експеримент тривав лише 100 мікросекунд, що становить 0,0001 секунду, після чого електромагніт вибухнув.

8 ) Магніт міцніше тримається іншому магніті чи сталі?

Багато хто запитує про це. Однак однозначної відповіді немає. Утримуюча сила залежить від кількох факторів:

• Якщо сталь досить велика, сила, що утримує між сильним магнітом і шматком сталевого листа така ж, як для магніту з магнітом. Сила притиску неодимових магнітів до сталі.
• Якщо шматок сталевого листа занадто маленький або тонкий, сила між магнітом та сталлю менша. Наскільки більшим має бути шматок сталі, ніж розмір магніту? Якщо ви використовуєте неодимовий магніт розміром 12×12 мм, то сталевий лист має бути 25×25 мм. Сила притиску неодимових магнітів до сталі. Сила притиску неодимових магнітів до сталі.
• Якщо між сталлю і магнітом є зазор, то сила, що утримує між одним магнітом і іншим більше, ніж між магнітом і сталлю.

9 ) Чи магніти втрачають міцність, якщо вони тривалий час прикріплені до феромагнітного матеріалу?

Неодимові магніти зазвичай майже завжди зберігають магнетизм. Сила, необхідна розмагнічування магніту, називається коэрцитивной силою. Це здатність постійного магніту протистояти розмагнічування у зовнішньому магнітному полі.

Чим більша коерцитивна сила магніту, краще він витримує розмагнічування як зовнішніми, і власними магнітними полями і, отже, має меншу тенденцію до ослаблення.

Магнітотверді матеріали, що використовуються для виготовлення постійних магнітів, є феромагнітними речовинами з високою коерцитивною силою. Якщо ви не піддаєте магніти впливу високих температур та інших сильних магнітних полів, вони намагнічуватимуться роками.

10 ) Чи впливає температура на магнітну силу і що таке температура Кюрі?

Так, температура впливає магнітну силу. Температуру Кюрі вперше описав французький фізик П’єр Кюрі, чоловік Марії Кюрі-Склодовської. Яка температура деяких матеріалів Кюрі? Дивіться таблицю нижче.

Що відбувається з магнітом, якщо його нагріти вище критичної температури Кюрі? Феромагнітна речовина складається з диполів, які утворюють невеликі магнітні домени (області). Якщо магніт намагнічений, домени знаходяться рівномірно.

Наприклад, якщо ви кинете магніт у вогонь, орієнтація магнітних доменів різко зміниться. При хаотичному розташуванні доменів магніт втрачає свої магнітні властивості.

1 1 ) Якщо я розріжу магніт, теоретично повинні утворитися два окремі магніти, які будуть притягуватися на ріжучому боці. Це так?

Якщо ви розріжете стрижневий магніт вздовж, ви отримаєте два нові окремі магніти. Коли ви розрізаєте магніт перпендикулярно до магнітної осі, магніти будуть притягуватися, але якщо ви розріжете вздовж магнітної осі, обидві частини будуть відштовхуватися один від одного.

1 2 ) Магніти працюють у космосі?

Так. Космічний вакуум містить величезну кількість пилу, газу, елементарних частинок і плетінь з електромагнітним випромінюванням та магнітними полями. Електричні та магнітні сили у вакуумі навіть трохи сильніші, ніж у повітрі на Землі.

1 3 ) Що відбувається з магнітом, якщо його розплавити?

Якщо розплавити неодимовий магніт, він, ймовірно, перетвориться на шматок металу, з якого він зроблений – неодима, заліза та бору. Сильні неодимові магніти втрачають магнетизм при нагріванні вище 80°C.

Феритові магніти більш термостійкі. Їхня екстремальна температура становить 250°C. А тим більше термостійкі самарієво-кобальтові магніти, що витримують температуру до 350°C.

1 4 ) Як можна заблокувати магнітну силу?

Магніти повинні втратити свою магнітну силу, якщо ви піддасте їх впливу надзвичайно високих температур протягом тривалих періодів часу, наприклад, коли ви кинете їх у вогонь. Однак є так звані діамагнітні речовини, які послаблюють магнітне поле і водночас слабко видавлюються.

Наприклад:

• вісмут – елемент важкого металу білого кольору зі слабким рожевим відливом.
• піролітичний вуглець – легка форма графіту. Він використовується для демонстрації діамагнітної левітації.
• Мю-метал – м’який феромагнітний сплав нікелю, заліза та інших елементів.

1 5 ) Що таке антимагніт?

Донедавна екранувати магнітне поле було неможливо. Лише у 2011 році іспанські вчені створили перший антимагніт.

За своєю конструкцією антимагніт складається з кількох шарів. Внутрішній шар виготовлений із надпровідного матеріалу, який блокує вихід внутрішнього магнітного поля, а також запобігає проникненню зовнішнього магнітного поля. Інші приблизно десять шарів зроблені зі спеціальних метаматеріалів, що запобігають взаємним перешкодам або змінам магнітних полів.

Чим корисний антимагніт? Його можна використовувати, наприклад, у пацієнтів із кардіостимуляторами або слуховими імплантатами, щоб вони могли проходити обстеження за допомогою медичних пристроїв, що генерують сильне магнітне поле. Це також допоможе захистити кораблі від мін, що активуються магнітом.

1 6 ) Що таке біполярний магніт?

Є кілька видів намагнічування. Один з них – радіальне намагнічування, яке надалі ділиться на біполярне та мультиполярне. 

Біполярний кільцевий магніт має один магнітний полюс на внутрішній стінці кільця, а інший – на зовнішній стороні. Радіальні кільця використовуються, наприклад, у машинобудуванні, робототехніці, хірургії або під час управління технологічними процесами.

1 7 ) Чи можуть магніти бути м’якими та гнучкими?

Магніти за своєю природою тверді, тому що вони виготовляються із твердих матеріалів. Однак фахівці з виробництва гумових ущільнень можуть додавати в силіконовий каучук магнітні частинки, які можуть бути магнітними. Силіконовий каучук залишається еластичним та гнучким навіть за дуже низьких температур.

Це використовується, наприклад, виробниками холодильників та морозильників, які встановлюють його на двері. Гумовий ущільнювач, заповнений магнітними частинками, добре прилягає до плоскої та округлої конструкції холодильника, завдяки чому в неї не проникає тепло.

Гнучкі магніти також входять до складу магнітних іграшок. Ви можете знати магнітний слайм як іграшку для дітей. Вивчіть будинок, можливо, ви знайдете гумові магніти де-небудь ще.

Прогумовані магніти – це класичні неодимові магніти, вкриті тонким шаром гуми. Шар гуми запобігає ковзанню та захищає магніт від подряпин.

18 ) Як працює магнітна дошка для малювання?

Частина магнітної дошки для малювання є магнітний олівець, яким ви малюєте на дошці.

Як працює магнітний стіл? Магнітний стіл для дітей складається з осередків, заповнених білою в’язкою емульсією (нестислива рідина з високим внутрішнім тертям) та залізної тирси.

У місці зіткнення олівця з магнітом залізна тирса притягується до передньої поверхні столу – тирса переноситься з задньої частини столу на лицьову сторону і створює чорний малюнок. В’язка рідина буде утримувати тирсу спереду, навіть якщо ви постукайте по столу.

Як видалити намальоване зображення? Магнітна смуга, що рухається, використовується для видалення зображення. Ви можете вільно переміщати смугу та видаляти лише частину малюнка або все зображення. Якщо не видалити малюнок, він залишиться на столі кілька років, поки рідина не висохне.

1 9 ) Чи є свинець магнітним і що таке діамагнетизм?

Свинець (Pb) – важкий метал, відомий людству з давніх часів. Свинець не магнітний, він є діамагнітний. Це означає, що він відштовхується зовнішнім магнітним полем.

Діамагнетизм протилежний парамагнетизму. Якщо ви піднесете до свинцю дуже сильний неодимовий магніт, він трохи відштовхуватиметься. Ще одна діамагнітна речовина – це також вісмут, вуглець, золото чи мідь.

20 ) Чи має золото магнітні властивості ?

Золото не феромагнітне, і його магніти не притягують. Золото – одна з діамагнітних речовин, яка послаблює зовнішнє магнітне поле, і в результаті золоті предмети трохи відштовхуються від магніту.

21 ) Чи може скло бути магнітним?

Є уранове скло, в якому міститься від 2 до 25% урану. Скло оливкового кольору та в ультрафіолеті світиться темно-зеленим кольором – воно флуоресціює.

Склодуви в Богемії виробляли уранове скло переважно у другій половині 19 століття, соціальній та 20 столітті. Бум прийшов із початком холодної війни, коли уран був легко доступний. Але з його закінченням виробництво уранового скла різко впало.

Досить чутливий лічильник Гейгера може виявляти невеликий ступінь випромінювання в скло урановому з більш високою часткою урану. Але більшість шматків уранового скла експерти вважають нешкідливими і лише трохи радіоактивними.

22) Чи можна зарядити або перезарядити постійний магніт?

Старий магніт можна перезарядити новим сильним неодимовим магнітом, якщо він повністю не розряджений. Спочатку визначте полюси слабкого магніту. Потім протріть північний полюс нового магніту північним полюсом нового магніту – в одному напрямку від центру до краю. Зробіть те саме для Південного полюса.

23) Що таке поле Хальбаха?

Поле Хальбаха – це особливе розташування постійних магнітів. Для магніту магнітне поле має однакову силу з обох боків магніту. Розташування магнітів по Гальбаху посилює магнітне поле з одного боку магніту, тоді як полі з іншого боку слабким.

24) Що таке магнітний мендосинський мотор ?

Магнітний мендосинський мотор – це левітуючий електродвигун, що працює від сонячної енергії.

Для роботи електродвигуна необхідне пряме сонячне світло. Двигун зазвичай живить чотири монокристалічні сонячні елементи. Кожна з цих осередків виробляє електрику, коли вона знаходиться у верхньому положенні – коли вона освітлена сонячним світлом.

Потім сонячні панелі проводять електрику до котушки. Ця котушка з електромагнітними властивостями стає магнітною та притягується до постійного магніту в основі.

Завдяки цьому ротор багаторазово обертається і таким чином окремі панелі чергуються. Швидкість обертання ротора залежить від інтенсивності світла, що падає. Чим яскравіше світло, тим швидше воно обертатиметься.

25) Чи чутливі живі істоти до магнетизму?

Так, деякі тварини чутливі до магнетизму. Вони сприймають силові лінії, що проходять між магнітними полюсами Землі, і в результаті орієнтуються у довгих подорожах.

Дослідники вважають, що голуби та перелітні птахи використовують мікроскопічні частинки магнетиту у своїй голові, щоб орієнтуватися, а також криптохроми в очах птахів.

Криптохроми у сітківці ока також допомагають восьминогам орієнтуватися. Дослідники також виявили частинки магнетиту у бактерій, лосося, морських черепах, дельфінів, полевок та деяких ссавців.

26) Що таке Курська магнітна аномалія?

Магнітна аномалія виникає у земній корі – на глибині до 70 км від поверхні землі. Він характеризується істотною від навколишнього геологічного середовища намагніченістю.

Магнітна аномалія викликана аномальною концентрацією залізовмісних мінералів. Однією з таких аномалій є Курська магнітна аномалія у Росії. Це територія з величезними покладами залізняку і найбільша магнітна аномалія на Землі.

Михайло Блінніков стверджує, що під землею знаходиться близько 31 мільярда метричних тонн залізняку. Через величезну кількість заліза тут не працюють магнітні компаси – замість півночі стрілка компаса вказує майже на протилежний бік.

Іншими відомими аномаліями є, наприклад, магнітна аномалія Бангі в Центральній Африці або магнітна аномалія Тігамі в Канаді.

27) Чи є магнітні океани?

Океани становлять 70% поверхні Землі. Завдяки підводним течіям та припливам океани, ймовірно, можуть впливати та змінювати курс магнетизму нашої планети – вони можуть створювати свій власний магнетизм. Як це можливо?

Згідно з теорією вчених, солона вода, яка постійно тече з припливами, створює електричний струм по всій планеті. Цей електричний струм притягує магнітне поле глибоко під земною корою.

5 цікавих експериментів із магнітами

Експеримент 1. Чи притягує неодимовий магніт яблуко?

Поставте банки з-під лимонаду або пива один на одного і покладіть дерев’яну паличку на них. Ви можете використовувати, наприклад, китайські палички для їжі, які ви склеюєте.

З’єднайте два яблука китайською паличкою і повісьте їх мотузкою на паличці на підставці. Як ви можете бачити на відео нижче. Потім повільно піднесіть надсильний неодимовий магніт ближче до яблук і яблука почнуть повільно рухатися.

Як яблуко може реагувати на магніт? Яблуко містить невелику кількість заліза і тому притягується сильною магнітною силою. Що станеться, якщо ви помістите яблуко між двома сильними магнітами і впустите магніти один на одного? 

Експеримент 2 – Скільки левітуючих монет утримуватиме сильний магніт з неодиму?

Використовуйте грати для банок з першої спроби та додайте іншу банку посередині. Помістіть зверху плоску паличку та неодимовий магнітний диск.

Підготуйте 4 монети, що містять залізо, і помістіть їх один на одного у вертикальному положенні. Що станеться? Через сильне магнітне поле між сильним магнітом монети починають левітувати і обертатися.

Експеримент 3 – Скільки монет, що висять, утримають сильний магніт?

Сильний магніт утримає багато монет, але скільки? Використовуйте підставку з магнітом із попереднього експерименту та приготуйте кілька монет. Прикріпіть першу монету до магніту і поступово підхопіть під себе решту. Підрахуйте, як неодимовий магніт утримає монети під собою.

Експеримент 4 – Як магніт працює при високій температурі?

Надягніть неодимовий диск на цвях і прикріпіть його до лещат. Засвітіть свічку та нагрійте магніт полум’ям. Що тепер відбувається із магнітом? Температура полум’я свічки становить близько 1000 ° C, цього достатньо, щоб магніт втратив свої магнітні властивості після нагрівання.

Якщо ви піддасте неодимовий магніт впливу температур вище 80 градусів Цельсія протягом тривалого часу, його магнітна сила ослабне.

При таких температурах кристалічні грати руйнуються, і магніт слабшає. Якщо, наприклад, кинути неодимовий магніт у вогонь, він втратить магнітну силу.

Експеримент 5 – чи спотворює сильний неодимовий магніт зображення ЕПТ-монітора?

Якщо у вас є старий ЕПТ-монітор, яким ви більше не користуватиметеся, зробіть п’яту спробу. Увімкніть монітор і піднесіть круглий неодимовий магніт ближче до екрана. Коли ви піднесете сильний магніт ближче до екрана, зображення почне спотворюватись, і на моніторі з’являться магнітні лінії. 

Попередження: експерименти та ігри з сильними неодимовими магнітами можуть бути небезпечними, остерігайтеся ризику травм.

Сподіваюся, що ця стаття була для вас корисною. Дивіться також інші статті на нашому сайті!