Використання магнітів. Види та типи магнітів

• Магнітні носії інформації: VHS касети містять котушки з магнітної стрічки. Відео та звукова інформація кодується на магнітному покритті на стрічці. Також у комп'ютерних дискетах та жорстких дисках запис даних відбувається на тонкому магнітному покритті. Проте носії інформації є магнітами у сенсі, оскільки де вони притягують предмети. Магніти в жорстких дисках використовуються в ходовому та позиціонуючому електродвигунах.
• Ш Кредитні, дебетові та ATM картки: Всі ці картки мають магнітну смугу на одній стороні. Ця смуга кодує інформацію, необхідну для з'єднання з фінансовою установою та зв'язку з їхніми рахунками.
• Ш Звичайні телевізори та комп'ютерні монітори: телевізори та комп'ютерні монітори, що містять електронно-променеву трубку, використовують електромагніт для управління пучком електронів та формування зображення на екрані. Плазмові панелі та РК монітори використовують інші технології.
• Ш Гучномовці та мікрофони: більшість гучномовців використовують постійний магніт і струмову котушку для перетворення електричної енергії (сигналу) на механічну енергію (рух, що створює звук). Обмотка намотана на котушку, прикріплюється до дифузора і нею протікає змінний струм, який взаємодіє з полем постійного магніту.
• Інший приклад використання магнітів в звукотехніці - в головці звукознімача електрофона і в касетних диктофонах як економічна стиральна головка.
• Ш Магнітний сепаратор важких мінералів
• Ш Електродвигуни та генератори: деякі електричні двигуни (так само, як гучномовці) ґрунтуються на комбінації електромагніту та постійного магніту. Вони перетворюють електричну енергію на механічну енергію. Генератор, навпаки, перетворює механічну енергію на електричну енергію шляхом переміщення провідника через магнітне поле.
• Трансформатори: пристрої передачі електричної енергії між двома обмотками дроту, які електрично ізольовані, але пов'язані магнітно.
• Магніти використовуються в поляризованих реле. Такі пристрої запам'ятовують свій стан на час вимкнення живлення.
• Компаси: компас (або морський компас) є намагніченим покажчиком, який може вільно обертатися і орієнтується на напрямок магнітного поля, найчастіше магнітного поля Землі.
• Ш Мистецтво: вінілові магнітні листи можуть бути приєднані до живопису, фотографії та інших декоративних виробів, що дозволяє приєднувати їх до холодильників та інших металевих поверхонь.
• Магніти часто використовуються в іграшках. M-TIC використовує магнітні стрижні, пов'язані з металевими сферами
• Іграшки: Враховуючи їх здатність протистояти силі тяжіння на близькій відстані, магніти часто використовуються в дитячих іграшках із забавними ефектами.
• Магніти можуть використовуватися для виробництва ювелірних виробів. Намиста та браслети можуть мати магнітну застібку, або можуть бути виготовлені повністю із серії зв'язаних магнітів та чорних намистин.
• Магніти можуть піднімати магнітні предмети (залізні цвяхи, скоби, кнопки, скріпки), які або є занадто дрібними, або їх важко дістати або вони занадто тонкі щоб тримати їх пальцями. Деякі викрутки спеціально намагнічуються для цього.
• Магніти можуть використовуватися при обробці металобрухту для відділення магнітних металів (заліза, сталі та нікелю) від немагнітних (алюмінію, кольорових сплавів і т. д.). Така сама ідея може бути використана в рамках так званого «Магнітного випробування», в якій кузов автомобіля обстежується з магнітом для виявлення областей, відремонтованих з використанням скловолокна або пластикової шпаклівки.
• Ш Магльов: поїзд на магнітному підвісі, рухомий та керований магнітними силами. Такий потяг, на відміну від традиційних поїздів, у процесі руху не стосується поверхні рейки. Оскільки між поїздом і поверхнею руху існує зазор, тертя виключається, і єдиною силою, що гальмує, є сила аеродинамічного опору.
• Магніти використовуються у фіксаторах меблевих дверей.
• Якщо магніти помістити в губки, то ці губки можна використовувати для миття тонких листових немагнітних матеріалів відразу з обох боків, причому одна сторона може бути важкодоступною. Це може бути, наприклад, скло акваріума або балкона.
• Магніти використовуються для передачі крутного моменту «крізь» стінку, якою може бути, наприклад, герметичний контейнер електродвигуна. Так було влаштовано іграшку НДР «Підводний човен».
• Магніти спільно з герконом застосовуються в спеціальних датчиках положення. Наприклад, у датчиках дверей холодильників та охоронних сигналізацій.
• Магніти спільно з датчиком Холла використовують для визначення кутового положення або кутової швидкості валу.
• Магніти використовуються в іскрових розрядниках для прискорення гасіння дуги.
• Магніти використовуються при неруйнівному контролі магнітопорошковим методом (МПК)
• Магніти використовуються для відхилення пучків радіоактивних та іонізуючих випромінювань, наприклад при спостереженні в камерах.
• Ш Магніти використовуються в показових приладах з стрілкою, що відхиляється, наприклад, амперметр. Такі прилади дуже чутливі та лінійні.
• Магніти застосовуються у НВЧ вентилях і циркуляторах.
• Магніти застосовуються у складі відхиляючої системи електронно-променевих трубок для підстроювання траєкторії електронного пучка.
• Ш До відкриття закону збереження енергії було багато спроб використовувати магніти для побудови «вічного двигуна». Людей приваблювала, здавалося б, невичерпна енергія магнітного поля постійного магніту, відомі дуже давно. Але робочий макет так і не було збудовано.

Шановні школярі та студенти!

Вже зараз на сайті ви можете скористатися більш ніж 20 000 рефератами, доповідями, шпаргалками, курсовими та дипломними роботами. Надсилайте нам свої нові роботи і ми їх обов'язково опублікуємо. Давайте продовжимо створювати нашу колекцію рефератів разом!

Ви згодні передати свій реферат (диплом, курсову роботу тощо)?

Застосування магнітів

Дата завантаження: березень 2006р.

На початку роботи корисно буде дати кілька визначень і пояснень. Якщо, в якомусь місці, на тіла, що рухаються, що володіють зарядом, діє сила, яка не діє на нерухомі або позбавлені заряду тіла, то кажуть, що в цьому місці присутня магнітне поле - одна з форм більш загального електромагнітного поля.

Є тіла, здатні створювати навколо себе магнітне поле (і на таке тіло теж діє сила магнітного поля), про них говорять, що ці тіла намагнічені і мають магнітний момент, який визначає властивість тіла створювати магнітне поле. Такі тіла називають магнітами.

Слід зазначити, що різні матеріали по-різному реагують на зовнішнє магнітне поле.

Є матеріали, що послаблюють дію зовнішнього поля всередині себе – парамагнетики і підсилюють зовнішнє поле всередині себе – діамагнетики. Є матеріали з величезною здатністю (у тисячі разів) посилювати зовнішнє поле в собі - залізо, кобальт, нікель, гадолиній, сплави та сполуки цих металів, їх називають - феромагнетики.

Є серед феромагнетиків матеріали, які після впливу на них досить сильного зовнішнього магнітного поля, самі стають магнітами – це магнітотверді матеріали. Є матеріали, що концентрують у собі зовнішнє магнітне поле і, поки воно діє, поводяться як магніти; але якщо зовнішнє поле зникає вони не стають магнітами - це магнітом'які матеріали

ВСТУП.

Ми звикли до магніту і ставимося до нього трішки поблажливо як до застарілого атрибуту шкільних уроків фізики, часом навіть не підозрюючи скільки магнітів навколо нас. У наших квартирах десятки магнітів: в електробритвах, динаміках, магнітофонах, годинах, банках із цвяхами, нарешті. Самі ми також магніти: біоструми, що поточні в нас, народжують навколо нас химерний візерунок магнітних силових ліній. Земля, де ми живемо, - гігантський блакитний магніт. Сонце-жовта плазмова куля-магніт ще більш грандіозний. Галактик і туманності, що ледь помітні телескопами, - незбагненні за розмірами магніти. Термоядерний синтез, магнітодинамічний генерування електроенергії, прискорення заряджених частинок в синхротронах, підйом затонулих суден - все це області, де потрібні грандіозні, небачені раніше за розмірами магніти. Проблема створення сильних, надсильних, ультрасильних та ще сильніших магнітних полів стала однією з основних у сучасній фізиці та техніці.

Магніт відомий людині з незапам'ятних часів. До нас дійшли згадки про магніти та їх властивості у працях Фалеса Мілетського (прибл. 600 до н. е.) та Платона (427–347 до н. е.). Саме слово "магніт" виникло у зв'язку з тим, що природні магніти були виявлені греками в Магнесії (Фесалія).

Природні (чи природні) магніти зустрічаються у природі як покладів магнітних руд. У університеті Тартуського знаходиться найбільший відомий природний магніт. Його маса становить 13 кг, і він здатний підняти вантаж 40 кг.

Штучні магніти - це магніти, створені людиною на основі різних феромагнетиків. Так звані «порошкові» магніти (із заліза, кобальту та деяких інших добавок) можуть утримати вантаж більш ніж 5000 разів, що перевищує їх власну масу.

Існують штучні магніти двох різних видів:

Одні – звані постійні магніти, виготовлені з «магнітно-твердих» матеріалів. Їхні магнітні властивості не пов'язані з використанням зовнішніх джерел або струмів.

До іншого виду відносяться так звані електромагніти із сердечником із «магнітно-м'якого» заліза. Створювані ними магнітні поля обумовлені переважно тим, що з проводу обмотки, що охоплює сердечник, проходить електричний струм. У 1600 році в Лондоні вийшла книга королівського лікаря В. Гільберта "Про магніт, магнітні тіла і великий магніт - Землі". Цей твір став першою відомою нам спробою вивчення магнітних явищ з позицій науки. У цій праці зібрані відомості про електрику і магнетизм, а також результати власних експериментів автора.

З усього, з чим стикається людина, він насамперед прагне отримати практичну користь. Не минув цієї долі і магніт

У моїй роботі я спробую простежити, як використовуються магніти людиною задля війни, а мирних цілях, зокрема застосування магнітів у біології, медицині, у побуті.

КОМПАС, прилад визначення горизонтальних напрямів біля. Застосовується визначення напрямку, у якому рухається морське, повітряне судно, наземний транспортний засіб; напрями, у якому йде пішохід; направлення на певний об'єкт чи орієнтир. Компаси поділяються на два основні класи: магнітні компаси типу стрілочних, якими користуються топографи та туристи, та немагнітні, такі, як гірокомпас та радіокомпас.

До 11 ст. відноситься повідомлення китайців Шен Куа і Чу Ю про виготовлення компасів з природних магнітів та використання їх у навігації. Якщо

довга голка з природного магніту врівноважена на осі, що дозволяє їй вільно повертатися в горизонтальній площині, вона завжди звернена одним кінцем на північ, а іншим-на південь. Помітивши кінець, що вказує на північ, можна користуватися таким компасом для визначення напрямків.

Магнітні ефекти концентрувалися в кінці такої голки, і тому їх назвали полюсами (відповідно північним і південним).

Основне застосування магніт знаходить в електротехніці, радіотехніці, приладобудуванні, автоматиці та телемеханіці. Тут феромагнітні матеріали йдуть виготовлення магнітопроводів, реле тощо.

У 1820 р. Ерстед (1777-1851) виявив, що провідник зі струмом впливає на магнітну стрілку, повертаючи її. Буквально тижнем пізніше Ампер показав, що два паралельні провідники зі струмом одного напрямку притягуються один до одного. Пізніше він висловив припущення, що це магнітні явища обумовлені струмами, причому магнітні властивості постійних магнітів пов'язані з струмами, які постійно циркулюють усередині цих магнітів. Це цілком відповідає сучасним уявленням.

Електромашинні генератори та електродвигуни - машини обертального типу, що перетворюють або механічну енергію на електричну (генератори), або електричну на механічну (двигуни). Дія генераторів заснована на принципі електромагнітної індукції: у дроті, що рухається в магнітному полі, наводиться електрорушійна сила (ЕРС). Дія електродвигунів полягає в тому, що у провід зі струмом, поміщений у поперечне магнітне полі, діє сила.

Магнітоелектричні прилади. У таких приладах використовується сила взаємодії магнітного поля зі струмом у витках обмотки рухомої частини, що прагне повернути останню індукційні лічильники електроенергії. Індукційний лічильник є не що інше, як малопотужний електродвигун змінного струму з двома обмотками-струмовим і обмоткою напруги. Провідний диск, поміщений між обмотками, обертається під дією моменту, що крутить, пропорційного споживаної потужності. Цей момент врівноважується струмами, що наводяться в диску постійним магнітом, так що частота обертання диска пропорційна споживаної потужності.

Електричний наручний годинник живиться мініатюрною батарейкою. Для їх роботи потрібно набагато менше деталей, ніж у механічному годиннику; так, у схему типового електричного портативного годинника входять два магніти, дві котушки індуктивності і транзистор. Замок - механічний, електричний або електронний пристрій, що обмежує можливість несанкціонованого користування будь-чим. Замок може приводитися в дію пристроєм (ключом), що є у розпорядженні певної особи, інформацією (цифровим або буквеним кодом), що вводиться цією особою, або якоюсь індивідуальною характеристикою (наприклад, малюнком сітківки ока) цієї особи. Замок зазвичай тимчасово з'єднує один з одним два вузли або дві деталі одного пристрою. Найчастіше замки бувають механічними, але дедалі ширше застосування знаходять електромагнітні замки.

Магнітні замки. У циліндрових замках деяких моделей використовуються магнітні елементи. Замок і ключ забезпечені кодовими наборами постійних магнітів. Коли в замкову щілину вставляється правильний ключ, він притягує і встановлює в потрібне положення внутрішні магнітні елементи замку, що дозволяє відкрити замок.

Динамометр - механічний або електричний прилад для вимірювання сили тяги або моменту машини, верстата або двигуна, що крутить.

Гальмівні динамометри бувають різних конструкцій; до них відносяться, наприклад, гальмо Проні, гідравлічне та електромагнітне гальма.

Електромагнітний динамометр може бути виконаний у вигляді мініатюрного приладу, придатного для вимірювання характеристик малогабаритних двигунів.

Гальванометр – чутливий пристрій для вимірювання слабких струмів. У гальванометрі використовується крутний момент, що виникає при взаємодії підковоподібного постійного магніту з невеликою токонесучою котушкою (слабким електромагнітом), підвішеною в проміжку між полюсами магніту. Обертовий момент, а отже, і відхилення котушки пропорційні струму і повної магнітної індукції в повітряному зазорі, так що шкала приладу при невеликих відхиленнях котушки майже лінійна. Прилади з його основі - найпоширеніший вид приладів.

Спектр приладів, що випускається, широкий і різноманітний: прилади щитові постійного і змінного струму (магнітоелектричної, магнітоелектричної з випрямлячем та електромагнітної систем), комбіновані прилади ампервольтомметри, для діагностування та регулювання електрообладнання автомашин, вимірювання температури плоских поверхонь, та вимірювачі всіляких електричних параметрів

Виробництво абразивів - дрібних, твердих, гострих частинок, що використовуються у вільному або пов'язаному вигляді для механічної обробки (в т. ч. для надання форми, обдирки, шліфування, полірування) різноманітних матеріалів та виробів з них (від великих сталевих плит до листів фанери, оптичних стекол та комп'ютерних мікросхем). Абразиви бувають природні чи штучні. Дія абразивів зводиться до видалення частини матеріалу з поверхні, що обробляється. У процесі виробництва штучних абразивів феросиліцій, що у суміші, осідає на дно печі, але невеликі його кількості впроваджуються в абразив і потім видаляються магнітом.

Магнітні властивості речовини знаходять широке застосування в науці та техніці як вивчення структури різних тіл. Так виникли науки:

Магнетохімія (магнітохімія) – розділ фізичної хімії, в якому вивчається зв'язок між магнітними та хімічними властивостями речовин; крім того, магнітохімія досліджує вплив магнітних полів на хімічні процеси. Магнітохімія спирається на сучасну фізику магнітних явищ. Вивчення зв'язку між магнітними та хімічними властивостями дозволяє з'ясувати особливості хімічної будови речовини.

Магнітна дефектоскопія, метод пошуку дефектів, заснований на дослідженні спотворень магнітного поля, що виникають у місцях дефектів у виробах із феромагнітних матеріалів.

Техніка надвисокочастотного діапазону

Надвисоко частотний діапазон (НВЧ) - частотний діапазон електромагнітного випромінювання (100?300 000 млн. герц), розташований у спектрі між ультрависокими телевізійними частотами і частотами далекої інфрачервоної області

Зв'язок. Радіохвилі НВЧ-діапазону широко застосовуються в техніці зв'язку. Крім різних радіосистем військового призначення, у всіх країнах світу є численні комерційні лінії НВЧ-зв'язку. Оскільки такі радіохвилі не йдуть за кривизною земної поверхні, а поширюються по прямій, ці лінії зв'язку, як правило, складаються з ретрансляційних станцій, встановлених на вершинах пагорбів або радіовежах з інтервалами близько 50 км.

Термообробка харчових продуктів. НВЧ-випромінювання застосовується для термообробки харчових продуктів у домашніх умовах та у харчовій промисловості. Енергія, що генерується потужними електронними лампами, може бути сконцентрована у малому обсязі для високоефективної теплової обробки продуктів у т.з. мікрохвильових або НВЧ-печах, що відрізняються чистотою, безшумністю та компактністю. Такі пристрої застосовуються на літакових бортових кухнях, у залізничних вагонах-ресторанах та торгових автоматах, де потрібні швидкі приготування продуктів та приготування страв. Промисловість випускає також НВЧ-печі побутового призначення. Швидкий прогрес у галузі НВЧ-техніки значною мірою пов'язаний з винаходом спеціальних електровакуумних приладів-магнетрону та клістрону, здатних генерувати великі кількості НВЧ-енергії. Генератор на звичайному вакуумному тріоді, що використовується на низьких частотах, у НВЧ-діапазоні виявляється дуже неефективним.

Магнетрон. У магнетроні, винайденому у Великій Британії перед Другою світовою війною, ці недоліки відсутні, оскільки за основу взято зовсім інший підхід до генерації НВЧ-випромінювання – принцип об'ємного резонатора

У магнетроні передбачено кілька об'ємних резонаторів, розташованих симетрично навколо катода, що знаходиться в центрі. Прилад розміщують між полюсами сильного магніту.

Лампа хвилі, що біжить (ЛБВ). Ще один електровакуумний прилад для генерації та посилення електромагнітних хвиль НВЧ-діапазону-лампа хвилі, що біжить. Вона являє собою тонку відкачану трубку, що вставляється у магнітну котушку, що фокусує.

Прискорювач частинок, установка, в якій за допомогою електричних та магнітних полів виходять спрямовані пучки електронів, протонів, іонів та інших заряджених частинок з енергією значно перевищує теплову енергію.

У сучасних прискорювачах використовуються численні та різноманітні види техніки, у т. ч. потужні прецизійні магніти.

У медичній терапії та діагностиці прискорювачі відіграють важливу практичну роль. Багато лікарняних закладів у всьому світі сьогодні мають у своєму розпорядженні невеликі електронні лінійні прискорювачі, що генерують інтенсивне рентгенівське випромінювання, яке застосовується для терапії пухлин. Щонайменше використовуються циклотрони або синхротрони, що генерують протонні пучки. Перевага протонів у терапії пухлин перед рентгенівським випромінюванням полягає у більш локалізованому енерговиділенні. Тому протонна терапія особливо ефективна при лікуванні пухлин мозку та очей, коли пошкодження навколишніх здорових тканин має бути по можливості мінімальним.

Представники різних наук враховують магнітні поля у своїх дослідженнях. Фізик вимірює магнітні поля атомів та елементарних частинок, астроном вивчає роль космічних полів у процесі формування нових зірок, геолог за аномаліями магнітного поля Землі відшукує поклади магнітних руд, з недавнього часу біологія теж активно включилася у вивчення та використання магнітів.

Біологічна наука першої половини XX століття впевнено описувала життєві функції, зовсім не враховуючи існування будь-яких магнітних полів. Більше того, деякі біологи вважали за потрібне підкреслити, що навіть сильне штучне магнітне поле не впливає на біологічні об'єкти.

В енциклопедіях про вплив магнітних полів на біологічні процеси нічого не говорилося. У науковій літературі всього світу щорічно з'являлися поодинокі позитивні міркування у тому чи іншому біологічному ефекті магнітних полів. Однак цей слабкий струмок не міг розтопити айсберг недовіри навіть до постановки самої проблеми… І раптом струмок перетворився на бурхливий потік. Лавина магнітобіологічних публікацій, наче зірвавшись з якоїсь вершини, з початку 60-х років невпинно збільшується і заглушує скептичні висловлювання.

Від алхіміків XVI століття до наших днів біологічна дія магніту багато разів знаходила шанувальників і критиків. Неодноразово протягом кількох століть спостерігалися сплески та спади інтересу до лікувальної дії магніту. З його допомогою намагалися лікувати (і не безуспішно) нервові хвороби, зубний біль, безсоння, біль у печінці та в шлунку – сотні хвороб.

Для лікувальних цілей магніт став використовуватися, мабуть, раніше, ніж визначення сторін світла.

Як місцевий зовнішній засіб і як амулет магніт мав великий успіх у китайців, індусів, єгиптян, арабів. ГРЕКІВ, римлян і т. д. Про його лікувальні властивості згадують у своїх працях філософ Аристотель та історик Пліній.

У другій половині XX століття широко поширилися магнітні браслети, які благотворно впливають на хворих з порушенням кров'яного тиску (гіпертонія і гіпотонія).

Крім постійних магнітів використовують і електромагніти. Їх також застосовують для широкого спектра проблем у науці, техніці, електроніці, медицині (нервові захворювання, захворювання судин кінцівок, серцево-судинні захворювання, ракові захворювання).

Найбільше вчені схиляються до думки, що магнітні поля підвищують опірність організму.

Існують електромагнітні вимірювачі швидкості руху крові, мініатюрні капсули, які за допомогою зовнішніх магнітних полів можна переміщати кровоносними судинами, щоб розширювати їх, брати проби на певних ділянках шляху або, навпаки, локально виводити з капсул різні медикаменти.

Широко поширений магнітний метод видалення металевих частинок з ока.

Більшості з нас відоме дослідження роботи серця за допомогою електричних датчиків – електрокардіограма. Електричні імпульси, що виробляються серцем, створюють магнітне поле серця, яке в max значеннях становить 10-6 напруженості магнітного поля Землі. Цінність магнітокардіографії в тому, що вона дозволяє отримати відомості про електрично "німих" областях серця.

Слід зазначити, що біологи зараз просять фізиків дати теорію первинного механізму біологічної дії магнітного поля, а фізики у відповідь вимагають від біологів більше перевірених біологічних фактів. Очевидно, що успішною буде тісна співпраця різних фахівців.

Важливою ланкою, що поєднує магнітобіологічні проблеми, є реакція нервової системи на магнітні поля. Саме мозок першим реагує на будь-які зміни у зовнішньому середовищі. Саме вивчення його реакцій буде ключем до вирішення багатьох завдань магнітобіології.

Найпростіший висновок, який можна зробити з вище сказаного - немає області прикладної діяльності людини, де б не застосовувалися магніти.

Використана література:
БСЕ, друге видання, Москва, 1957

Холодов Ю. А. “Людина в магнітному павутинні”, “Знання”, Москва, 1972 р. Матеріали з Інтернету - енциклопедії

Путілов До. А. «Курс фізики», «Фізматгіз», Москва, 1964р.

Спочатку потрібно зрозуміти, що таке магніт взагалі. Магніт - це природний енергетичний матеріал, який має у собі невичерпне енергетичне поле та два полюси, які називаються північним та південним. Хоча в наш час людство, звичайно, навчилося створювати це незвичайне явище штучно.

Силу двох полюсів магніту людина навчилася використовувати практично скрізь. Сучасне суспільство повсякденно користується вентилятором - у його двигуні стоять спеціальні магнітні щітки, абсолютно щодня і до глибокої ночі дивляться телевізор, працюють на комп'ютері, а в ньому достатньо велика кількістьцих елементів. У кожного в будинку на стіні висить годинник, всякі гарні маленькі іграшки на дверцятах холодильника, колонки на всьому звуковому устаткуванні працюють виключно завдяки цьому чудовому магніту.

На промислових підприємствах робітники користуються електродвигунами, зварювальними апаратами. У будівництві використовується магнітний підйомний кран, залізо-відділювальна стрічка. Вбудований у неї магнітний пристрій допомагає абсолютно відокремити стружку та окалину від готової продукції. Ці магнітні стрічки також використовуються у харчовій промисловості.

Ще магніт застосовується в ювелірних виробах, а це браслети, ланцюжки, всілякі кулони, кільця, сережки, і навіть шпильки для волосся.

Потрібно зрозуміти, що без цього природного елемента наше існування стане набагато складнішим. У багатьох предметах та пристроях використовуються магніти – від дитячих іграшок до цілком серйозних речей. Адже не дарма в електротехніці та фізиці є спеціальний розділ – електрика та магнетизм. Ці дві науки тісно пов'язані. Усі предмети, де є цей елемент, одразу й не перелічиш.

В наш час все більше з'являються нових винаходів і в багатьох є магніти, особливо якщо це пов'язано з електротехнікою. Навіть всесвітньо відомий колайдер працює виключно за допомогою електромагнітів.

Магніт також широко використовується в медичних цілях - наприклад, для резонансного сканування внутрішніх органів людини, а також у хірургічних цілях. Він використовується для усіляких магнітних поясів, масажних крісел тощо. Цілющі властивості магніту не вигадані – наприклад, у Грузії на Чорному морі є унікальний курорт Уреки, де пісок не звичайний – жовтий, а чорний – магнітний. Туди їдуть лікувати багато захворювань, особливо дитячі – ДЦП, нервові розлади, і навіть гіпертонію.

Ще магніти використовують на переробних підприємствах. Наприклад, старі автомобілі спочатку тиснуть пресом, а потім вантажать магнітним навантажувачем.

Також бувають звані неодимові магніти. Вони використовують у різних галузях промисловості, де температура не вище 80°C. Ці магніти використовують зараз практично скрізь.

Магніти зараз настільки тісно увійшли до нашого життя, що без них наше життя стане дуже складним – приблизно на рівні 18-19 століть. Якби прямо зараз усі магніти зникли, ми миттєво втратили б електрику – залишилися б тільки такі його джерела, як акумулятори та батареї. Адже у пристрої будь-якого генератора струму найважливіша частина – саме магніт. І не думайте, що Ваш автомобіль заведеться від акумулятора - адже стартер теж являє собою електричний двигун, де найважливіша частина - магніт. Так, можна жити і без магнітів, але жити при цьому доведеться так, як жили наші предки років 100 і більше.

У електротехніці феромагнетики відіграють істотну роль. До феримагнитным матеріалів можуть пред'являтися різні вимоги залежно від призначення.

Постійні магніти

Були створені спеціальні магнітні матеріали із заданими властивостями. Так, для того щоб отримати постійний магніт необхідно знайти феромагнетик, у якого петля гістерезису була б максимально широкою. Що означало б, при нульовому зовнішньому магнітному полі (після його вимкнення) залишкова намагніченість була максимально великою. Велика також коерцитивна сила таких магнетиків. Для такої речовини межі доменів мають залишатися незмінними. Такий матеріал було створено. Його назва $AlNiCo V$ - це сплав, він має склад: $51\% Fe, 8\%Al, 14\%Ni, 24\% Co, 3\% Cu$. Рух доменних стінок у цьому металі дуже важко. У процесі затвердіння AlNiCo V утворює другу фазу, яка має зернений склад. Речовину охолоджують у зовнішньому магнітному полі, причому зерна ростуть у потрібній орієнтації. Крім іншого, матеріал ще піддається механічній обробці таким чином, що його кристали вишиковуються у вигляді довгастих зерен у напрямку ліній переважної намагніченості. Петлю гістерези для цього феромагнетика отримують у 500 разів ширше, ніж петля гістерези м'якого заліза. $ AlNiCo $ - термостабільний магніт, має високу корозійну та радіаційну стійкість. Залишкова намагніченість порядку $ B_r \ sim 1,1-1,5 \ Тл, $ коерцитивна сила $ H_k = 0,5-1,9 \ кЕ $ (кіло ерстед). Максимальна робоча температура до $450^oС$. Наразі робляться спроби зробити наноструктурні сплави. Використовуються в акустичних системах, студійних мікрофонах, звукознімача, електродвигуна, реле, сенсорах.

Спечені рідкісноземельні магніти на основі SmCo. Не вимагають захисного покриття, мають високі робочі температури та високу коерцитивну силу, тобто стійкі до розмагнічування. Але досить тендітні і дуже дорогі. Залишкова намагніченість порядку $B_r\sim 0,8-\1,1Тл,$ коерцитивна сила $H_k=8-10\кЕ.\$ Використовують у космічних апаратах, мобільній телефонії, комп'ютерній техніці, авіабудуванні, медичному обладнанні, мікро електромеханічних приладах.

Неодимові магніти, сплави Nd-Fe-B. Робочі температури низькі $-60-220^oC$. Досить тендітні. Якщо перегріти вимагають перемагнічування. Схильні до корозії. Легко обробляються механічно, гнучкі. Спечені неодимові магніти мають найбільшу залишкову намагніченість порядку $B_r\sim 1-1,4Тл$, коерцитивна сила $H_k=12\кЕ. Використовуються в комп'ютерній техніці, двигунах, датчиках.

Магніти можуть втрачати намагніченість при механічних вібраціях, деформаціях, перепадах температури. Повне розмагнічування відбувається при температурі вище точки Кюрі, у сильних магнітних полях, якщо феромагніт знаходиться в змінному магнітному полі, що загасає, або постійне зовнішнє поле має протилежний напрямок до внутрішнього поля. Залізні магніти розмагнічуються за кімнатних умов багато десятків років. Багато штучно створених магнітів старіють швидко.

Постійні магніти також застосовуються:

• Як затискачі, кріплення, фіксації предметів.
• Для пошуку залізних предметів методами зондування, збирання металевого сміття.

Використання «м'яких» феромагнетиків

Феромагнетики використовують при виготовленні трансформаторів та двигунів. Але в даному випадкуферомагнетик повинен мати інші властивості, ніж придатний для постійних магнітів. Матеріал має бути «м'яким» у магнітному відношенні. Його намагніченість повинна легко змінюватись при зміні зовнішнього магнітного поля. Вимогами до феромагнетика в цьому випадку є: висока магнітна проникність та слабкий гістерезис. У цьому випадку застосовують чисті речовини без домішок із мінімальною кількістю доменів, стінки доменів повинні легко переміщатися. Анізотропію кристалів намагаються мінімізувати. У разі, якщо зерна речовини перебувають під неправильним кутом до поля, магнетик однаково добре намагнічується. Так, підібрали сплав заліза і нікелю (близько 80% Ni і 20% Fe) легований хромом, міддю або кремнієм, при цьому виходить дуже «м'який» сплав, який легко намагнічується. Такі речовини називають пермалої.

Хороші магнітні властивості пермалою, який містить 78,5 нікелю, отримані при двоетапній термічній обробці сплаву. На першому етапі його нагрівають до $900-950^oС$ і витримують близько години, потім охолоджують із низькою швидкістю. На другому етапі нагрівання відбувається до $600^oС$ і охолодження при кімнатній температурі зі швидкістю 1500 $frac(град)(хв)$.

Вони використовуються у якісних трансформаторах, але не годяться для постійних магнітів. Пермаллої не зазнають деформацій, їх властивості суттєво змінюються.

Сплави з максимальною магнітною проникністю використовують для сердечників малорозмірних трансформаторів, реле, магнітних екранів, магнітних підсилювачів, реле. Сплави з підвищеним питомим опором застосовують для сердечників імпульсних трансформаторів високочастотної апаратури.

При розрахунку різноманітних пристроїв змінного струму, які містять феромагнетики, завжди проводять розрахунок теплового ефекту при гістерезі. Наявність цього явища в залізних сердечниках трансформаторів або обертових якорях генераторів постійного струму призводить до витрат частини енергії на тепло гістерези, що знижує ККД пристроїв. Отже, для подібних пристроїв слід підбирати спеціальні сорти феромагнетиків, площа петлі гістерезису для яких мінімальна.

Дослідження показали, що деякі сплави неферомагнітних металів у певному співвідношенні компонентів мають сильні феромагнітні властивості. Наприклад, марганець - вісмут, хром - телур та ін.

Феріти

Якщо величина намагнічування подрешеток відрізняється, виникає некомпенсированный антиферомагнетизм. Тіло може мати значний магнітний момент. Такі речовини називають феримагнетиками. За своїми магнітними властивостями вони аналогічні феромагнетикам. Якщо феримагнетики мають напівпровідникові властивості, їх називають феритами -- магнітні напівпровідники, які мають великий питомий електроопір (близько $(10)^2-(10)^6Омcdot см$). Намагніченість насичення у феримагнетиків менше, ніж у феромагнетиків. Вони корисні лише за слабких полях. Феріти - феромагнітні ізолятори. Вихрові струми, які створюються в них у полях з високою частотою дуже маленькі, це дозволяє використовувати ферити в мікрохвильовій техніці. Мікрополя проникають усередину феритів, тоді як у феромагнетиках це неможливо через вихрові струми.

Ці речовини також використовують у радіотехніці при великих частотах, там, де у феромагнетиках через їх велику провідність виникають великі втрати на вихрові струми.

Приклад 1

Завдання: Який із феромагнітних матеріалів, на рис.1 найбільш придатний для електромагнітів із швидким регулюванням підйомної сили? Для постійного магніту?

Для постійного магніту більш придатний феромагнетик з широкою петлею гістерези, якій відповідає велика коерцитивна сила, що дозволяє речовині розмагнічуватися з меншою швидкістю і більша залишкова намагніченість. Значить, феромагнетик із номером 1 більш придатний для постійного магніту.

Для електромагніту з швидким регулюванням необхідний феромагнетик, у якого петля гістерезису вузька, менша коерцитивна сила і залишкова намагніченість, отже, для цих цілей зручніше феромагнетик номер 2.

Приклад 2

Чи можна електромагнітним краном переносити розпечені сталеві труби?

Очевидно, що робити цього не варто, тому що феромагнітні властивості при температурах вище точки Кюрі феромагнетиком втрачаються, і він стане парамагнетиком з дуже малою магнітною проникністю і його магнітні властивості стануть недостатніми, для використання як засіб транспортування труб.

Що таке постійний магніт

Феромагнітний виріб, здатний зберігати значну залишкову намагніченість після зняття зовнішнього магнітного поля, називається постійним магнітом. Постійні магніти виготовляють із різних металів, таких як: кобальт, залізо, нікель, сплави рідкісноземельних металів (для неодимових магнітів), а також з природних мінералів типу магнетитів.

Сфера застосування постійних магнітів сьогодні дуже широка, проте призначення їх принципово скрізь одне й те саме як джерело постійного магнітного поля без підведення електроенергії. Таким чином, магніт – це тіло, що володіє своїм власним.

Саме слово «магніт» походить від грецького словосполучення, яке перекладається як «камінь з Магнесії», за назвою азіатського міста, де були в давнину відкриті поклади магнетиту - магнітного залізняку. З фізичної погляду елементарним магнітом є електрон, а магнітні властивості магнітів взагалі обумовлюються магнітними моментами електронів, що входять до складу намагніченого матеріалу.

Характеристики розмагнічуючого ділянки матеріалу, з якого виготовлений постійний магніт, визначають властивості того чи іншого постійного магніту: чим вище коерцитивна сила Нс, і чим вище залишкова магнітна індукція Вr - тим сильніший і стабільніший магніт.

Коерцитивна сила (буквально в перекладі з латинського - «утримуюча сила») - це , необхідне для повного розмагнічування феро-або феримагнітного речовини. Таким чином, чим більшою коерцитивною силою володіє конкретний магніт, тим він стійкіший до факторів, що розмагнічують.

Одиниця виміру коерцитивної сили - Ампер/метр. А як відомо, - це векторна величина, що є силовою характеристикою магнітного поля. Характерне значення залишкової магнітної індукції постійних магнітів – порядку 1 Тесла.

Види та властивості постійних магнітів

Феритові

Феритові магніти хоч і відрізняються крихкістю, але мають гарну корозійну стійкість, що при невисокій ціні робить їх найбільш поширеними. Такі магніти виготовляють із сплаву оксиду заліза з феритом барію або стронцію. Даний склад дозволяє матеріалу зберігати свої магнітні властивості в широкому температурному діапазоні - від -30°C до +270°C.

Магнітні вироби у формі феритових кілець, брусків та підків широко використовуються як у промисловості, так і в побуті, техніці та електроніці. Їх використовують в акустичних системах, в генераторах, . В автомобілебудуванні феритові магніти встановлюють у стартери, склопідйомники, системи охолодження і вентилятори.

Феритові магніти відрізняються коерцитивною силою близько 200 кА/м та залишковою магнітною індукцією близько 0,4 Тесла. У середньому феритовий магніт може прослужити від 10 до 30 років.

Альнико (алюміній-нікель-кобальт)

Постійні магніти на основі сплаву з алюмінію, нікелю та кобальту відрізняються неперевершеною температурною стійкістю та стабільністю: вони здатні зберігати свої магнітні властивості при температурах до +550°C, хоча коерцитивна сила, характерна для них, відносно мала. Під дією щодо невеликого магнітного поля такі магніти втратять вихідні магнітні властивості.

Поміркуйте самі: типова коерцитивна сила близько 50 кА/м при залишковій намагніченості близько 0,7 Тесла. Однак незважаючи на цю особливість, магніти альник незамінні для деяких наукових досліджень.

Типовий вміст компонентів у сплавах альнико з високими магнітними властивостями змінюється в таких межах: алюміній – від 7 до 10%, нікель – від 12 до 15%, кобальт – від 18 до 40%, та від 3 до 4% міді.

Чим більше кобальту, тим вище індукція насичення та магнітна енергія сплаву. Добавки у вигляді від 2 до 8% титану та всього 1% ніобію сприяють отриманню більшої коерцитивної сили – до 145 кА/м. Добавка від 05 до 1% кремнію забезпечує ізотропію магнітних властивостей.

Самарієві

Якщо потрібна виняткова стійкість до корозії, окиснення і температури до +350 ° C, то магнітний сплав самарію з кобальтом - те, що треба.

За вартістю самарій-кобальтові магніти дорожчі за неодимові за рахунок більш дефіцитного і дорогого металу - кобальту. Тим не менш, саме їх доцільно застосовувати у разі потреби мати мінімальні розміри та вагу кінцевих виробів.

Найбільш доцільно це в космічних апаратах, авіаційній і комп'ютерній техніці, мініатюрних електродвигунах і магнітних муфтах, в приладах і пристроях, що носяться (годинниках, навушниках, мобільних телефонах і т.д.)

Завдяки особливій корозійній стійкості саме самарієві магніти застосовуються в стратегічних розробках і військових додатках. Електродвигуни, генератори, підйомні системи, мототехніка – сильний магніт із сплаву самарію-кобальту ідеально підходить для агресивних середовищ та складних умов експлуатації. Коерцитивна сила близько 700 кА/м при залишковій магнітній індукції 1 Тесла.

Неодимові

Неодимові магніти на сьогоднішній день дуже затребувані і видаються найперспективнішими. Сплав неодим-залізо-бір дозволяє створювати супермагніти для різних сфер, починаючи з засувок та іграшок, закінчуючи потужними підйомними машинами.

Висока коерцитивна сила близько 1000 кА/м і залишкова намагніченість близько 1,1 Тесла, дозволяють магніту зберігатися протягом багатьох років, за 10 років неодимовий магніт втрачає лише 1% своєї намагніченості, якщо температура його в умовах експлуатації не перевищує +80°C ( для деяких марок до +200 ° C). Таким чином, лише два недоліки є у неодимових магнітів - крихкість та низька робоча температура.

Магнітний порошок разом із сполучним компонентом утворює м'який, гнучкий та легкий магніт. Сполучні компоненти, такі як вініл, каучук, пластик або акрил дозволяють отримувати магніти різних форм та розмірів.

Магнітна сила, звичайно, поступається чистому магнітному матеріалу, але іноді такі рішення необхідні для досягнення певних незвичайних для магнітів цілей: у виробництві рекламної продукції, при виготовленні знімних наклейок на авто, а також у виготовленні різних канцелярських та сувенірних товарів.

Одноіменні полюси магнітів відштовхуються, а різноіменні полюси притягуються. Взаємодія магнітів пояснюється тим, що будь-який магніт має магнітне поле і ці магнітні поля взаємодіють між собою. У чому, наприклад, причина намагнічування заліза?

Згідно з гіпотезою французького вченого Ампера, всередині речовини існують елементарні електричні струми (струми Ампера), які утворюються внаслідок руху електронів навколо ядер атомів та навколо власної осі.

При русі електронів з'являються елементарні магнітні поля. І якщо шматок заліза внести у зовнішнє магнітне поле, всі елементарні магнітні поля у тому залозі орієнтуються однаково у зовнішньому магнітному полі, утворюючи власне магнітне поле шматка заліза. Так, якщо прикладене зовнішнє магнітне поле було досить сильним, після його відключення шматок заліза стане постійним магнітом.

Знання форми та намагніченості постійного магніту дозволяє для розрахунків замінити його еквівалентною системою електричних струмів намагнічування. Така заміна можлива як із розрахунку характеристик магнітного поля, і при розрахунках сил, які діють магніт із боку зовнішнього поля. Наприклад проведемо розрахунок сили взаємодії двох постійних магнітів.

Нехай магніти мають форму тонких циліндрів, їх радіуси позначимо r1 і r2, товщини h1, h2 осі магнітів збігаються, відстань між магнітами позначимо z, вважатимемо, що воно значно більше розмірів магнітів.

Виникнення сили взаємодії між магнітами пояснюється традиційним способом: один магніт створює магнітне поле, яке впливає другий магніт.

Для розрахунку сили взаємодії подумки замінимо магніти з однорідною намагніченістю J1 і J2 круговими струмами, що течуть по бічній поверхні циліндрів. Сили цих струмів виразимо через намагніченості магнітів, які радіуси вважатимемо рівними радіусам магнітів.

Розкладемо вектор індукції B магнітного поля, створюваного першим магнітом у місці розташування другого на дві складові: осьову, спрямовану вздовж осі магніту, і радіальну перпендикулярну їй.

Для обчислення сумарної сили, що діє на кільце, необхідно розбити його подумки на малі елементи IΔl і підсумувати , що діють на кожні такий елемент.

Використовуючи правило лівої руки, легко показати, що осьова складова магнітного поля призводить до появи сил Ампера, які прагнуть розтягнути (або стиснути) кільце – векторна сума цих сил дорівнює нулю.

Наявність радіальної складової поля призводить до виникнення сил Ампера, спрямованих вздовж осі магнітів, тобто до тяжіння або відштовхування. Залишиться обчислити сили Ампера – це й будуть сили взаємодії між двома магнітами.