Каждый магнит, который попадается нам в жизни, обладает рядом характерных черт. Главной особенностью является способность притягиваться к предметам из металла или стали. Второе качество заключается в наличии полюсов.
Проверка полюсов достигается за сет приближения одного магнита к другому. Притягиваются противоположные полюса (юг и север). Идентичные полюса отталкиваются друг от друга.
Магнитное поле
Электроны, двигаясь вокруг атома, создают магнитное поле, при этом неся отрицательный заряд. При постоянном перемещении производится электрический ток. Магнитное поле появляется за счет движения тока, сила тока влияет на силу магнитного поля.
С учетом данной информации можно сделать вывод о наличии связи между магнетизмом и электричеством. В совокупности данное явление называется электромагнетизм.
Движение электронов вокруг ядра не единственная причина появления магнитного поля. Не в меньшей степени на него влияет движение атомов вокруг своей оси. Отдельные материалы обладают магнитным полем, в котором атомы подавляют друг друга, осуществляя хаотичное движение.
Предметы из металла обладают упорядоченными группами атомов, ориентированных в определенную сторону. Благодаря способности направлять атомы в заданном направлении и складывать магнитные поля, предметы из металла способны намагничиваться.
Магнитное и электрический ток
Магнитное поле генерируется электрическим током, то есть движущимися электронами. Электроны, движущиеся вокруг атомного ядра, несут отрицательный заряд. Направленное перемещение зарядов с одного места на другое называется электрическим током. Электрический ток формирует около себя магнитное поле.
Силовые линии магнитного поля
Это поле своими силовыми линиями, как петлей, охватывает путь электрического тока, подобно арке, которая стоит над дорогой. Например, когда включают настольную лампу и по медным проводам течет ток, то есть электроны в проводе перескакивают от атома к атому и вокруг провода создается слабое магнитное поле. В линиях высоковольтных передач ток намного сильнее, чем в настольной лампе, поэтому вокруг проводов таких линий формируется очень сильное магнитное поле. Таким образом, электричество и магнетизм — это две стороны одной и той же медали — электромагнетизма.
Каким образом магниты притягиваются и отталкиваются
Как притягиваются магниты? Между магнитами, поднесенными друг к другу, возникает сила. Притяжение или отталкивание магнитов ощущается не только при непосредственном контакте. Взаимодействие присутствует даже без соприкосновения.
Магниты будут отталкиваться, если поднести друг к другу их северные полюса. При контакте южных полюсов будет наблюдаться аналогичная картина. Однако, между магнитами возникнет притяжение, если к северному полюсу поднести южный. Данный принцип работает аналогично электрическим зарядам. При этом полюса магнитов и электрические заряды представляют собой разные явления.
Традиционные материалы для постоянных магнитов
Они стали активно использоваться в промышленности, начиная с 1940 года с появления сплава алнико (AlNiCo). До этого постоянные магниты из различных сортов стали применялись лишь в компасах и магнето. Алнико сделал возможным замену на них электромагнитов и применение их в таких устройствах, как двигатели, генераторы и громкоговорители.
Это их проникновение в нашу повседневную жизнь получило новый импульс с созданием ферритовых магнитов, и с тех пор постоянные магниты стали обычным явлением.
Революция в магнитных материалах началась около 1970 года, с созданием самарий-кобальтового семейства жестких магнитных материалов с доселе невиданной плотностью магнитной энергии. Затем было открыто новое поколение редкоземельных магнитов на основе неодима, железа и бора с гораздо более высокой плотностью магнитной энергии, чем у самарий-кобальтовых (SmCo) и с ожидаемо низкой стоимостью. Эти две семьи редкоземельных магнитов имеют такие высокие плотности энергии, что они не только могут заменить электромагниты, но использоваться в областях, недоступных для них. Примерами могут служить крошечный шаговый двигатель на постоянных магнитах в наручных часах и звуковые преобразователи в наушниках типа Walkman.
Постепенное улучшение магнитных свойств материалов представлено на диаграмме ниже.
По какой причине не все материалы способны магнититься
Магнит взаимодействует с широким перечнем веществ. Вид взаимодействия не ограничивается притяжением или отталкиванием. Отдельные металлы и сплавы обладают специфическим строением, что дает возможность притягиваться к магниту с определенной мощностью.
Другие материалы также обладают данным свойством, но в меньших масштабах. Чтобы зафиксировать притяжение в таких условиях, необходимо создание очень сильного магнитного поля. Это невыполнимо в домашних условиях. Почему свойство притяжения есть у всех материалов, а магнититься доступно для восприятия только металл? Разгадка заключается в особом внешнем строении атомов.
Окружающие нас вещи состоят из атомов, связанных между собой. Тип связи между ними определяет материал. Атомы в большинстве веществ плохо сгруппированы, поэтому связь с магнитом формируется слабая. В металле атомы хорошо скоординированы, все атомы синхронно ощущают магнитное поле и тянутся к нему.
Естественнонаучные исследования
Эрстед, проводя эксперименты с магнитной стрелкой и проводником, приметил следующую особенность: разряд энергии, направленный в сторону к стрелке, мгновенно на нее действовал, и она начинала отклоняться.
Стрелка всегда отклонялась, с какой бы стороны он не подошел.
Продолжать многократные эксперименты с магнитом стал физик из Франции Доминик Франсуа Араго, взяв за основу трубку из стекла, перемотанную металлической нитью, посередине этого предмета он установил железный стержень. С помощью электричества, находившееся внутри железо начинало резко намагничиваться, из-за этого стали прилипать различные ключи, но стоило отключить разряд, и ключи сразу падали на пол. Исходя из происходящего физик из Франции Андре Ампер, разработал точное описание всего происходящего в этом эксперименте.
Как делают магниты разными способами
Особенности уличных светильников с датчиками освещенности: советы по установке и настройке
Прессованные магнитопласты – это магниты, полученные путем смешивания специального вида порошка NdFeB с полимерными связывающими материалами. Затем эта масса прессуется в форму и нагревается.
Магнитные изделия, получаемые таким способом, могут быть сложных форм, и обычно не требуют дополнительной обработки. Они имеют более низкую энергию продукта, чем спеченные магниты, до 10 МГсЭ.
При использовании специальных соленоидов можно получить многополюсные магниты или магниты со специальной формой магнитного поля.
Разумеется, такие сложные соленоиды могут стоить очень дорого в зависимости от сложности конструкции и требуемой производительности.
Литые магнитопласты – при этом способе производства магнитов порошок NdFeB смешивается с полимерным материалом и выдавливается в форму. Получающиеся магнитные изделия имеют энергию продукта до 5 МГсЭ, но могут быть сделаны замысловатых форм.
Спеченные неомагниты – мелкий порошок NdFeB запрессовывается в форму, затем спекается и обрабатывается до нужного размера (шлифуется).
Производство неодимовых магнитов – сложный высокотехнологичный процесс, требующий соблюдения состава, содержания примесей. Все операции, кроме шлифовки в размер, проводятся без доступа кислорода в вакууме или атмосфере инертных газов. Направление намагниченности задается текстурой магнитного поля во время прессования.
Двигатель на постоянных магнитах
В последние десятилетия широкое распространение получили вентильные двигатели постоянного тока. Такой агрегат представляет собой собственно электродвигатель и электронный коммутатор его обмотки якоря, выполняющий функции коллектора. Электродвигатель представляет собой синхронный двигатель на постоянных магнитах, расположенных на роторе, как и на рис. выше, с неподвижной обмоткой якоря на статоре. Электронный коммутатор схемотехнически представляет собой инвертор постоянного напряжения (или тока) питающей сети.
Основным преимуществом такого двигателя является его бесконтактность. Специфическим его элементом является фото-, индукционный или холловский датчик положения ротора, управляющий работой инвертора.
Кривая намагничивания
Начиная с ненамагниченного состояния, когда Н увеличивается от нуля, вследствие ориентации всех атомных моментов по направлению внешнего поля быстро увеличиваются М и B, изменяясь вдоль участка «а» основной кривой намагничивания (см. рисунок ниже).
Когда выровнены все атомные моменты, М приходит к своему значению насыщения, и дальнейшее увеличение В происходит исключительно из-за приложенного поля (участок b основной кривой на рис. ниже). При уменьшении внешнего поля до нуля индукция В уменьшается не по первоначальному пути, а по участку «c» из-за сцепления атомных моментов, стремящегося сохранить их в том же направлении. Кривая намагничивания начинает описывать так называемую петлю гистерезиса. Когда Н (внешнее поле) приближается к нулю, то индукция приближается к остаточной величине, определяемой только атомными моментами:
Вr = μ0 (0 + Мг).
После того как направление H изменяется, Н и М действуют в противоположных направлениях, и B уменьшается (участок кривой «d» на рис.). Значение поля, при котором В уменьшается до нуля, называется коэрцитивной силой магнита BHC. Когда величина приложенного поля является достаточно большой, чтобы сломать сцепление атомных моментов, они ориентируются в новом направлением поля, а направление M меняется на противоположное. Значение поля, при котором это происходит, называется внутренней коэрцитивной силой постоянного магнита МНC. Итак, есть две разных, но связанных коэрцитивных силы, связанных с постоянным магнитом.
На рисунке ниже показаны основные кривые размагничивания различных материалов для постоянных магнитов.
Из него видно, что наибольшей остаточной индукцией Br и коэрцитивной силой (как полной, так и внутренней, т. е. определяемой без учета напряженности H, только по намагниченности M) обладают именно NdFeB-магниты.
Супермаркеты
Классические супермаркеты площадью до 2100 кв.м. с более широким, чем у магазинов «у дома», ассортиментом, расположенные в шаговой доступности в спальных и деловых районах, а также в торговых центрах. Формат предполагает больше внимания к комфорту покупателей и приятную атмосферу покупок, сохраняя при этом привлекательные цены на весь ассортимент.
Компактные городские гипермаркеты, торговой площадью 2100-3000 кв.м. Современный и технологичный крупный формат для всей семьи, расположенный в городской черте в шаговой доступности. Магазин с расширенным ассортиментом по всем категориям товаров, в том числе, под собственными торговыми марками «Магнита», акцентом на фреш и ультрафреш, полезными услугами и сервисами, выделенными детской и ЗОЖ зонами, собственным кафе и своей кулинарией.
Старт 3D-тур
Формат Сash&Сarry, ориентированный на частных покупателей и малый бизнес, заинтересованных в крупных покупках по низким ценам. с 2022 года. В магазине предусмотрены широкие проходы для грузовых телег, возможность отгрузки товаров с рампы, а также менеджер по опту, который поможет заказать товары и документально сопроводит покупку. В формате действует прогрессивная система скидок, обеспечивающая заметную экономию при большем объеме покупки.
Что можно поймать
Со дна озер и рек часто поднимают фрагменты памятников истории – ножи, оружие времен Великой Отечественной войны. Магнит с хорошей силой притяжения вытянет спрятанные клады в колодцах и помойных ямах. Из Днепра неоднократно поднимали казацкие шашки. Все изделия, в составе которых есть железо и ферромагнитные металлы, будут притянуты к магниту.
Чистое золото не примагничивается, однако в составе таких украшений есть и лигатура (смесь для придания прочности). К примеру, в изделиях 585 пробы содержится 41,5% иных металлов, в т. ч. и никеля, который отлично притягивается.
Найти также можно и серебро, но не все его разновидности могут быть подняты. Сервизы прошлых веков, с добавлением лигатуры часто добывают с глубин многовековых озер.
Нержавеющая сталь магнитится в разной степени, все зависит от добавленных сплавов. Не притянется алюминий, латунь, бронза, олово, свинец и медь.
Часто в своих находках можно обнаружить металлические герметичные цилиндры, которые носили немецкие солдаты. Они хранили в них свои ценности.
Места для поиска реликвий
Идеальными местами поиска являются военные переправы и многовековые мосты. Ценные находки можно обнаружить при исследовании мельничных омутов и дореволюционных колодцев. Удивляют своими артефактами сливные, помойные ямы и привокзальные туалеты.
Поиск ценных монет
К магниту не притянется только дешевая царская мелочь, а вот монеты среднего номинала, изготовленные с примесью никеля и хрома обрадуют своего кладоискателя. На дорогие монеты рассчитывать не стоит, т.к. изготавливались они из золота и серебра, а значит примагничиваются очень слабо.
Неодимовые постоянные магниты
Они представляют новейшее и наиболее значительное достижение в этой области на протяжении последних десятилетий. Впервые об их открытии было объявлено почти одновременно в конце 1983 года специалистами по металлам компаний Sumitomo и General Motors. Они основаны на интерметаллическом соединении NdFeB: сплаве неодима, железа и бора. Из них неодим является редкоземельным элементом, добываемым из минерала моназита.
Огромный интерес, которые вызвали эти постоянные магниты, возникает потому, что в первый раз был получен новый магнитный материал, который не только сильнее, чем у предыдущего поколения, но является более экономичным. Он состоит в основном из железа, которое намного дешевле, чем кобальт, и из неодима, являющегося одним из наиболее распространенных редкоземельных материалов, запасы которого на Земле больше, чем свинца. В главных редкоземельных минералах моназите и бастанезите содержится в пять-десять раз больше неодима, чем самария.
