Магнит что такое: Что такое магнит? Свойства и характеристики магнитов

Что такое магнит? Свойства и характеристики магнитов

Чтобы понять суть магнетизма и веществ, называемых магнитами, необходимо несколько углубиться в теорию электромагнитного взаимодействия и внутренней структуры твердых веществ. Физиками установлен основополагающий закон: «Вокруг любого движущегося электрического заряда возникает магнитное поле, а магнитное поле действует на любой движущийся заряд». Закон подтвержден экспериментально опытами Эрстеда и Ампера и ему подчиняются все электрические заряды — электроны, протоны, ионизированные атомы и молекулы.

Из курса школьной физики известно, что вся материя состоит из атомов и молекул, представляющих сложную структуру из нуклонов и вращающихся вокруг них электронов. То есть, в каждом физическом теле, независимо от его фазового состояния, находится огромное количество движущихся зарядов. Значит, должно возникать и магнитное поле. Почему же у одних веществ оно есть, у других его нет?

Почему вещества намагничиваются?

Дело в том, что движение электронов по орбитах носит хаотический характер, а магнитное поле имеет направленное действие. Если взять любой магнит, то у него легко заметить два полюса — северный и южный. Магниты взаимодействуют наподобие электрических зарядов «плюс» и «минус». Одноименные притягиваются, разноименные отталкиваются. Так же и магнитные полюса — северный притягивается к южному, но отталкивается от северного, и наоборот.

Внутри обычного вещества вокруг каждого атома возникают магнитные поля с определенной ориентацией силовых линий. Направление их такое же хаотичное, как и вращение электронов. Поля взаимно погашаются и вокруг массивного тела их нет.

Но есть ряд веществ, у которых значительная часть атомов выстраивается в определенном порядке. Атомы образуют пространственные структуры, домены, с ориентированным магнитным полем. Полюса доменов направлены в одну сторону, и вещество превращается в магнит на макроскопическом уровне. Что мы называем магнитом? Предмет, который может притягивать некоторые металлы, действовать на проводник с током, или другой магнит на расстоянии. Магнитное поле, как и электрическое, дистанционно. Для начала взаимодействия тела не должны касаться друг друга, а только находится вблизи. Величина расстояния различна — от нескольких миллиметров, до сотен и тысяч километров.

Виды магнитов

Необходимо отметить, что магнитное поле возникает вокруг любого твердого тела. Но большинство таких полей столь мало по интенсивности, что мы их не обнаруживаем даже при помощи специальных приборов. В то же время в природе есть вещества, у которых расположение атомов в кристаллической решетке отличается определенной направленностью и магнитное поле их окружает постоянно. Одно из таких веществ — магнитных железняк, или магнетит.

В процессе развития техники необходимость в магнитах возрастала. Ученые разработали рецептуры сплавов на основе железа, которые обладали более высокими магнитными свойствами — это стали с содержанием вольфрама, кобальта, хрома, никеля, алюминия, меди. Такие вещества, помещенные в электромагнитное поле, легко намагничиваются, а после отключения поля, сохраняют намагниченность. Изделия из такого материала получило название постоянного магнита. Широкое распространение получили ферритовые магниты на основе оксида железа и окислов бария и стронция.

Неодимовые магниты обладают более сильным полем. Они производятся из сплава железа, неодима и бора. Отличаются небольшими размерами, но очень большой силой сцепления на близком расстоянии.

Электромагниты — класс веществ, у которых магнетизм проявляется только при прохождении тока по катушке, намотанной вокруг сердечника из этого материала. Это так называемые ферромагниты. Они отлично намагничиваются, но не сохраняют остаточного поля после отключения тока. Пример — стали Э1, Э2, Э3, Э4.

Читайте также

Что такое магнит? — блог Мира Магнитов

Что такое магниты? 

Магниты – это тела, обладающие способностью притягивать железные и стальные предметы и отталкивать некоторые другие благодаря действию своего магнитного поля.

Магнитное поле постоянных магнитов создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).Силовые линии магнитного поля проходят с южного полюса магнита, а выходят с северного полюса.

Магнитные термины

Постоянный магнит — изделие из магнитотвердого материала с высокой остаточной магнитной индукцией, сохраняющее состояние намагниченности в течение длительного времени.

Магнитная индукция — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства.

Магнитная сила «Br» — это способность намагниченных железных и металлических тел или магнитов притягивать другие железные намагниченные с противоположных знаком полярности тела. Измеряется в тестах (Тл) или гауссах (Гс).

Коэрцитивная сила «Hс» (от лат. coercitio «удерживание») — это значение напряжённости магнитного поля, необходимое для полного размагничивания ферро- или ферримагнитного вещества.

Максимальная энергия – «Bhmax». Рассчитывается путем умножения остаточной магнитной силы «Br» и коэрцитивности «Нс». Измеряется в МГсЭ (мегагауссэрстед).

Коэффициент температуры остаточной магнитной силы – «Тс» и «Br». Характеризует зависимость «Br» от температурного значения;

Tmax – наивысшее значение температуры, при достижении которого постоянные магниты утрачивают свойства с возможностью обратного восстановления;

Tcur – наивысшее значение температуры, когда магнитный материал безвозвратно утрачивает свойства. Этот показатель называется температурой «Кюри».

Виды магнитов

Электромагниты – это туго намотанные на каркас витки провода, обычно с железным сердечником, который действует как постоянный магнит только тогда, когда по проводу течет ток. Сила и полярность магнитного поля, создаваемого электромагнитом, обусловлены изменением величины и направления электрического тока, текущего по проводу.

Временные магниты – это магниты, которые действуют как постоянные магниты только тогда, когда находятся в сильном магнитном поле, и теряют свой магнетизм, когда магнитное поле исчезает. Например: скрепки и гвозди, а также другие изделия из мягкого железа.

Постоянные магниты – наиболее привычный нам вид магнитов. Они постоянные в том смысле, что будучи однажды намагничены, эти магниты сохраняют некоторый уровень остаточной намагниченности. Разные виды постоянных магнитов имеют различные характеристики или свойства, относящиеся к тому, как легко они размагничиваются, насколько они сильные, как их сила меняется с температурой и т. д.

Ферритовые магниты 

Ферритовые магниты — это магниты, полученные в результате соединения оксида железа с оксидами других металлов: Барий (Ba) или Стронций (Sr). Формула: MeO*6Fe2O3, где Ме — Барий (Ba) или Стронций (Sr)

Плюсы:

• Температурный диапазон: от -40°C до +300°C
  




• Обладают антикоррозийными свойствами, им не нужна дополнительная защита от неблагоприятной окружающей среды и влаги 
  




• Доступная ценовая категория
  

Минусы: 

• Хрупкость, высокая твердость, низкая прочность
  




• Магнитные свойства сохраняются от 10 до 30 лет
  

Применение ферритовых магнитов

Назначение феррита — защитить технику от внешних помех и не допустить порчи сигнала, получаемого по кабелю. Благодаря этому свойству магниты используют при производстве навигаторов, мониторов, принтеров и другого оборудования, где важно получить чистый сигнал или изображение. Применяется ферритовый магнит в автомобилестроении и промышленности. Используется в различной технике и электроприборах, а также бытовых установках, генераторах, системах акустики. При производстве автомобилей магниты используют в системах охлаждения, стеклоподъемниках и вентиляторах. 

Ферритовый магнит — один из самых важных элементов электродинамического динамика. Переменный ток, протекающий через обмотку динамика, взаимодействует с магнитным полем этого магнита, что вызывает в соответствии с законом Ампера, переменную силу, воздействующую на диффузор динамика.

Геркон «герметичный контакт»- миниатюрная цилиндрическая стеклянная колбочка, в противоположные концы которой впаяны два контакта, обладающие ферромагнитными свойствами: подвижный и неподвижный. Если поднести к ней магнит, то подвижный контакт соприкоснется с неподвижным и цепь. 

Неодимовые магниты 

Неодимовые магниты — это сплав трёх элементов: неодима (Nd) 33%, железа (Fe) 65% и бора (B) 2%.

Полная химическая формула неодимового магнита — Nd2Fe14B

Nd неодим – относится к цериевой группе лантаноидов и группе редкоземельных элементов (содержание которых в земной коре сравнительно мало и в чистом виде эти элементы не встречаются). Месторождения неодима находятся в США, Казахстане, Украине, Австралии, Индии, Норвегии, Швеции и Финляндии. В РФ это Мурманская область и Республика Саха (Якутия). За последние десятилетия КНР стала главным производителем и экспортёром неодима на мировой рынок с долей 90-94%. 

Сила сцепления неодимовых магнитов

Факторы влияющие на силу сцепления неодимового магнита: 

• Самый важный фактор — это расстояние между магнитом и объектом, на который направлена сила притяжения. Если непосредственный контакт отсутствует сила сцепления быстро уменьшается по мере увеличения расстояния. Даже незначительный разрыв в полмиллиметра, между объектом и магнитом, способен при определенных обстоятельствах наполовину снизить силу сцепления. Наличие тонкого слоя краски или грязи на объекте притяжения также значительно уменьшает силу сцепления.




• Важную роль играет материал, из которого изготовлен объект притяжения. Сила сцепления, приведенная в технических характеристиках неодимового магнита, достигается в том случае, если объект притяжения изготовлен из чистого железа.




• Поверхность объекта притяжения. Более гладкая поверхность объекта притяжения усиливает силу сцепления. В случае наличия шероховатостей на поверхности сила сцепления значительно уменьшается.




• Направление усилия на отрыв. Теоретически, максимальная сила сцепления достигается, если усилие на отрыв направлено вертикально по отношению к контактной поверхности, т.е., под углом 90 градусов относительно плоскости.




• Толщина объекта притяжения. Чем толще объект притяжения, тем сильнее сила сцепления. Если объект притяжения обладает слишком тонкой толщиной — происходит эффект магнитного насыщения и часть энергии магнитного поля пропадает впустую.

Применение неодимовых магнитов

Упаковка и рекламная продукция (сувениры, рекламные материалы) 

Приборостроение медицина — изготовление магнитно-резонансной томографии, хирургического оборудования, для диагностики и лечения 

Производство игрушек и подарков — развивающие игры для детей, пазлы, конструкторы, мозайки и т.д.

Неодимовые магниты применяют везде: в науке, промышленности, изготовлении рекламной или упаковочной продукции, в электротехнике и радиотехнике, в сельском хозяйстве, в медицине и просто в быту.

Открытие магнита. Свойства магнита. — ООО «НПП «Украинские Магнитные Системы»

Открытие магнита. Свойства магнита. — ООО «НПП «Украинские Магнитные Системы»

Людям были известны свойства «камня» из города Магнесия (находится в Малой Азии),  который притягивал к себе железо.
Сейчас этот камень известен под названием «магнитный железняк» или «магнетит» (формула Fe₃O₄).

Из магнетита можно изготовить то, что называется постоянным магнитом.
Слово «постоянный» здесь означает то, что его магнитное поле существует длительное время.

Основные свойства магнита

В XIII веке ученый Петр Перегрин в «Книге о магните» указал основные свойства магнита:

1. Наличие у магнита двух полюсов
2. Полюса нельзя разделить.
   Если взять кусок магнита и разделить его пополам, то у обоих половинок окажется по два полюса.
3. Одноименные полюса отталкиваются, а разноименные — притягиваются.

Если из магнетита сделать стрелку и поставить ее на иголку, давая ей возможность вращаться, то она начнет реагировать на поднесенный к ней магнит, притягиваясь к нему одним концом и отталкиваясь другим. В это же время была известно свойство стрелки указывать в направлении географических полюсов Земли. В соответствии с тем каким концом она указывает на полюса Земли, полюса стрелки называют «Северным» и «Южным» (рис. 1)
Магнитная стрелка является маленьким магнитиком, поэтому и сейчас полюса магнита также называют «Северным» и «Южным».

Как известно, магнитные полюса могут как отталкиваться, так и притягиваться.
Также, как это происходит с электрическими зарядами.
Но заряды в природе встречаются по отдельности, т. е., могут существовать “+” и “-” раздельно друг от друга.

А с магнитными полюсами как?

Физик П. А. М. Дирак в 20-м веке, предположил, что в природе может существовать уединенный магнитный полюс, который также называются магнитным монополем («mono» — один, «pole» — полюс), но до сих пор их так и не нашли.

Поэтому, все магниты, которые вы когда-нибудь держали в руках обязательно будут диполями.

Любой магнит имеет строго два полюса, поэтому он является тем, что в физике называют диполем («di» — два, «pole» — полюс).

Взаимодействие двух магнитов

Заряженные тела действуют друг на друга  благодаря электрическому полю.
В природе есть частицы, которые несут электрический заряд. В любом куске вещества таких зарядов множество и, натирая эти вещества, можно заряды разделить так, что эти вещества начнут взаимодействовать.

Логика нам подсказывает, что и магниты  должны действовать друг на друга  благодаря магнитному полю.

Но почему вокруг магнита есть магнитное поле?
Т. е. что есть такое внутри магнита, что создает нам это поле, ведь магнитного монополя не существует?

Для выяснения этого вопроса рассмотрим два ключевых эксперимента, которые нам помогут разобраться в природе магнитного поля.
Первый из экспериментов — это эксперимент Эрстеда.
Второй  эксперимент — Ампера.

Заказать бесплатный звонок

Получить каталог

Заявка на проверку магнитного сепаратора

Заявка на продажу фотосепаратора бу

Заявка на покупку фотосепаратора бу

заказать звонок

error: Content is protected !!

Сила и слабость постоянных магнитов — Энергетика и промышленность России — № 7 (59) июль 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 7 (59) июль 2005 года

Поскольку электрический ток (его свойства) – следствие движения электрических зарядов, а последние перемещаются относительно других неподвижных зарядов, возникают различные электрические взаимодействия. Что же следует понимать под «чистым» электрическим током?

Чистым или нейтральным током можно, по всей видимости, назвать ситуацию, когда имеются условно удаленные от других заряды, состоящие из равного количества отрицательно и положительно заряженных частиц, одни из которых двигаются относительно других в преобладающем направлении. Именно взаимное движение зарядов противоположного знака друг относительно друга – и есть нейтральный ток. Другие варианты движения зарядов, допустим, с преобладанием зарядов одного знака, будут в своем роде производными от нейтрального тока и соответственно иметь некоторые особенности электрических взаимодействий.

Во многих ситуациях мы имеем дело далеко не с нейтральными токами, поскольку существуют как неравномерное распределение зарядов по длине проводников с током, так и скачки напряженности электрического поля на некоторых границах проводников (наличие вызывающего ток ЭДС и т. п.). Поэтому для изучения свойств нейтрального тока следует пользоваться либо кольцевым сверхпроводником с током, либо постоянными магнитами, которые в данном случае условно можно рассматривать как систему с кольцевым нейтральным током.

Кольцевые токи магнитов

Рассматривая постоянные магниты, как кольцевые нейтральные токи, можно сделать некоторые общие замечания. Электрический кольцевой ток поддерживается без внешней подпитки достаточно длительное время. Процесс протекания нейтрального тока не сопровождается тепловыделением или электромагнитными излучениями (просто поддерживается тепловой баланс с окружающей средой и телом постоянного магнита).

Несмотря на то что «магнитные» нейтральные кольцевые токи, будем считать, постоянны по величине, при взаимодействии магнитов между собой возникают ситуации, когда возможны как некоторые переходные процессы, так и взаимное влияние токов друг на друга. Другими словами, возникает явление электрической взаимной индукции.

Взаимная индукция двух контуров с током при наличии магнитной связи достаточно подробно описана в литературе. Известно, что энергия двух контуров с током, обладающих магнитной связью, отличается от суммы собственных энергий токов на величину взаимной энергии двух токов. Распространяя это правило на взаимодействие постоянных магнитов, можно сказать, что энергия системы магнитов отличается от суммарной энергии каждого магнита. Это понятно, поскольку при сближении или удалении магнитов происходит механическая работа.

Но так ли постоянны по величине эквивалентные круговые токи постоянных магнитов? Действительно, они представляют, упрощенно, сумму огромного числа элементарных молекулярных токов. Но в отличие от прочих материальных тел постоянный магнит имеет внешнее и внутреннее магнитное поле, которое «связывает» все элементарные токи, и каждый круговой ток реагирует на колебания остальных, как и они в свою очередь на его колебания. Другими словами, в постоянном магните все элементарные токи представляют как бы единый «организм», что и делает его собственно постоянным магнитом. Если разрушить данный «организм» и каждый элементарный ток начнет независимое «существование», магнитные свойства у данного объекта пропадают.

Вращение – залог эффективности

В группе из трех магнитов средний магнит «модулирует» суммарное магнитное поле всех трех магнитов. Причем максимум плотности смещается в одну сторону, а с противоположной стороны магнитное поле практически отсутствует. При изменении магнитной силы среднего магнита происходит плавное изменение суммарного поля, причем плотность магнитного потока как бы перемещается на другую сторону.

Что в конечном итоге это дает? Поскольку средний магнит можно просто вращать, будет происходить и перемещение максимума плотности суммарного магнитного потока по кругу, равное частоте вращения среднего магнита. Другими словами, один средний магнит может управлять суммарным полем, которое складывается из силы трех магнитов. Причем при вращении среднего магнита не происходит изменения суммарной энергии магнитного поля, т. е. вращение среднего магнита происходит без затрат энергии.

Вращающийся или меняющий свое направление максимум магнитного потока можно использовать в различных устройствах – начиная от простейших вариантов насосов и заканчивая двигателями или генераторами. Все устройства будут отличаться высокой эффективностью и низким энергопотреблением.

Конечно, вращение среднего постоянного магнита – не единственный вариант практического использования группы из трех постоянных магнитов в генераторах или двигателях. Данный средний магнит можно заменить на электромагнит, через обмотку которого пропускают переменный ток различной формы (в зависимости от назначения или конструкции).

Наибольший интерес представляет использование этого эффекта в двух видах двигателей: с линейным возвратно-поступательным движением и вращательных. Момент вращения таких двигателей может достигать значительных величин при относительно небольших рабочих оборотах.

Где можно использовать постоянные магниты?

Одной из особенностей двигателей с активным использованием постоянных магнитов является возможность использования электрического резонанса. Поскольку управляющий электромагнит периодически меняет полярность, т. е. питается переменным током, от частоты которого зависят обороты (в случае вращательного двигателя) в соотношении 1 / К, где К – число полюсов, электромагниты можно включить в состав колебательного контура с емкостью. Соединение электромагнитов может быть последовательное, параллельное или комбинированное, а емкость подбирается по резонансу на рабочей частоте двигателя, при этом среднее значение тока, проходящего через электромагниты, будет большим, а внешняя подпитка по току будет компенсировать в основном активные потери.

Данный режим работы будет наиболее привлекательным с точки зрения экономичности, а двигатель, в котором он используется, будет называться магнитно-резонансный шаговый. Обороты двигателя в этом случае практически не зависят от нагрузки и определяются частотой электрического резонанса, разделенного на число полюсов, несмотря на увеличение потребляемого тока при увеличении нагрузки. С целью повышения рабочих оборотов возможно применение многофазных схем питания электромагнитов двигателей. Среднее ожидаемое снижение потребляемой электрической энергии данными магнитно-резонансными шаговыми двигателями может достигать 60‑75 % по сравнению с обычными электрическими двигателями. Подобные двигатели отличаются большим моментом вращения, достаточно жесткой нагрузочной характеристикой, стабильной частотой вращения, высокой надежностью (якорь не имеет токонесущих элементов), отсутствием подвижных контактов и искрения и т. п., поэтому область их применения будет иметь свои особенности.

Несмотря на это, они могут превосходить по некоторым параметрам как трехфазные асинхронные и синхронные машины, так и коллекторные двигатели постоянного тока. Одно из основных преимуществ – низкое энергопотребление.

Генератор с повышенным КПД

Применение постоянных магнитов эффективно, например, в конструкции электрического генератора с неподвижным ротором. Достоинство подобных генераторов – отсутствие подвижных частей, высокая надежность, экономичность, простота конструкции. Применение магнитных материалов с особыми свойствами позволит получить еще большую экономичность. Среднее сокращение энергозатрат при производстве электроэнергии на генераторах такого типа может достигать 50% и более.

В основе их конструкции лежит принцип модуляции суммарного магнитного поля трех постоянных магнитов средним магнитом, в качестве которого выступает электромагнит. Применение постоянных магнитов позволяет достичь снижения энергетических затрат при генерации электрической энергии.

Магнитная система данного генератора представляет в общем виде «крест в кольце», где одна из перекладин креста представляет собой постоянные магниты, а другая – электромагнит управления, катушка которого может быть разбита на две части или использоваться в виде единой катушки. Кольцо представляет собой магнитопровод с низкими потерями на вихревые токи, на котором располагаются 4 рабочие обмотки (выходные обмотки), соединение которых осуществляется попарно. Выходное напряжение имеет удвоенную частоту по отношению к частоте тока, питающего электромагнит управления.

Если при работе обычного генератора (с вращающимся ротором) неизменный магнитный поток ротора (постоянные магниты или электромагнит), вращаясь от приводного внешнего двигателя, периодически изменяет магнитный поток в статорных обмотках, то увеличиваются механические затраты со стороны приводного двигателя.

В случае с неподвижным ротором отсутствуют потери на трение и противодействующий вращательный момент приводного двигателя. По сути это особый вид трансформаторного преобразователя с дополнительной подпиткой от магнитного поля постоянных магнитов. В процессе преобразования входного переменного тока происходит удвоение частоты выходного тока. Поскольку магнитное поле постоянных магнитов не меняет своего направления – происходит лишь периодическое перераспределение его по секторам кольца ‑то оно активно работает, вкладывая свой «вклад» в генерацию ЭДС.

Магнитный поток управляющей или первичной обмотки электромагнита меняет знак, т. е. происходит процесс, аналогичный процессу простого трансформатора. КПД трансформаторного преобразования достаточно велик. Другими словами, мы получаем трансформатор-удвоитель частоты с повышенным КПД.

Что в конечном итоге это дает? Получается, что входная мощность как минимум меньше выходной. Превышение выходной мощности над входной происходит за счет энергии постоянных магнитов, которые, в отличие от привычной схемы генерации, неподвижны.

Дополнительные возможности данного генератора можно получить, применив для кольцевого сердечника статора магнитные материалы с особыми свойствами.
К недостаткам устройства можно отнести следующее: удвоение частоты выходного напряжения, некоторую сложность изготовления магнитопроводов и обмоток, необходимость компенсационных обмоток для задания необходимой нагрузочной характеристики. Максимальная мощность определяется в основном энергией применяемых постоянных магнитов, от которых зависят все остальные параметры.

Для создания трехфазного тока можно применить либо 3 подобных преобразователя (питание управляющих обмоток синхронизировано), либо аналогичную конструкцию, изготовленную в трехфазном варианте.

Создан жидкий магнит. Его магнетические свойства не пропадают за пределами внешнего магнитного поля, и он способен менять свою форму — Наука

В первом приближении магниты бывают двух типов. Это либо ферромагнетики — наиболее распространенные в быту магниты, — либо парамагнетики, которые приобретают магнитные свойства в присутствии внешнего магнитного поля, но теряют это свойство, как только это поле пропадает. Как правило, ферромагнетики — это твердые вещества, поскольку для взаимодействия атомов, необходимого для магнетизма, дистанция между ними должна быть достаточно мала, что характерно для вещества в твердой фазе.

Для того чтобы создать свой жидкий магнит, ученым потребовались раствор ферромагнитных наночастиц с диаметром 22 нанометра (Fe₃O₄-CO₂H) и масляно-полимерная смесь POSS-NH₂. POSS-NH₂ , будучи поверхностно-активным веществом, электростатически взаимодействовал с наночастицами на границе раздела фаз. В результате наночастицы сближались на расстояние менее 5 нанометров друг от друга и образовали твердую оболочку на границе между двумя жидкостями. Это явление ученые назвали «межфазным заклиниванием». 

Чтобы намагнитить получившиеся капли в «наноскорлупе», ученые поместили их на магнитную катушку. После снятия магнитной катушки обрамленные наночастицами капли начали притягиваться, удерживая определенное расстояние друг от друга. Если взвесь помещали в более сильное магнитное поле, то капли перенамагничивались, подстраиваясь под новое поле.

Для получения капель с «заклиниванием» доля наночастиц должна была  варьироваться от 7% до 20%. Чрезмерное увеличение концентрации наночастиц во взвеси увеличивало покрытие поверхности всей взвеси поверхностно-активными веществами, и «заклинивания» не происходило, равно как и при их слишком малом объеме в капле.

Berkeley National Lab/Xubo Liu

Отличительной особенностью полученного учеными магнита является способность менять форму и на какое-то время ее сохранять. Когда магнитную каплю диаметром 1,4 мм поместили в стеклянный капилляр диаметром 1 мм, а затем встряхнули, она превратилась в цилиндр с соотношением сторон 3:1, а площадь ее поверхности увеличилась в 2,5 раза, что позволило «заклиниться» еще большему числу наночастиц. Намагниченность этот цилиндр сохранил, хоть его вращение при тестах было медленнее капли, ввиду увеличения вязкого сопротивления на концах цилиндра.

Ученые предвидят самое разнообразное применение своему изобретению: от робототехники до систем целевой доставки лекарств.

Текст подготовила участница мастерской научной журналистики летней школы «Летняя школа». 

 Ксения Жарская

Что такое неодимовый магнит?

Неодим является самым мощным постоянным магнитным материалом, известным ученым в настоящее время. А также очень доступным, что делает его пригодным для множества вариантов использования.

Редкоземельные магниты

Химический состав неодимового магнита: Nd2Fe14B, иначе говоря, два атома неодима, 14 атомов железа, и один атом бора. Поэтому иногда такие магниты называют «неодим-железо-бор». Это редкоземельные магниты, которые, в отличие от обычных ферритовых и керамических магнитов, содержат атомы из лантанидов или актинидов периодической таблицы. Магниты, изготовленные из неодима, являются самыми мощными редкоземельными магнитами. Их сила зачастую дается в Гауссах (МегаГаусс-Эрстед, магнитная энергия), и в зависимости от формы и класса может достигать 13 500 Гаусс и более, хотя обычно составляет 2000 Гаусс. Для сравнения, магниты холодильника выдают примерно 50 Гаусс.

Применение неодимовых магнитов

Неодимовые магниты сравнительно недороги, поэтому их используют достаточно часто и в промышленности, и в быту, а также любителями и исследователями. Например, каждый жесткий диск современного компьютера имеет небольшой неодимовый магнит в виде сегмента, который помогает направить иглу для считывания данных.

Неодимовые магниты вы также можете найти в дорогих акустических системах, в креплениях мебели, различной фурнитуре и т.д. Также магниты из неодима используют как сувенирные магниты. Единственным минусом неодимовых магнитов можно считать только то, что они теряют часть своей магнитной энергии при высоких эксплуатационных температурах. Это исключает использование неодимовых магнитов в электронике, где генерируется много тепловой энергии. Однако есть различные классы неодимовых магнитов, которые можно использовать при температурах до 200 градусов Цельсия.

Преимущества неодимовых магнитов

Главным же плюсом неодимовых магнитов является их сила: например, магнит размером с 5-ти рублевую монету (25 мм в диаметре и 5 мм в толщину) может выдержать вес почти 9 кг! Два соединенных между собой под неправильным углом магнита могут травмировать кожу до кровоподтеков. А магниты больших размеров (например, 50*30 мм) являются чрезвычайно опасными, поэтому необходимо соблюдать меры предосторожности при работе с ними. Но при соблюдении мер предосторожности, неодимовые магниты могут быть использованы в развлекательных и даже образовательных проектах.

Вторым, но не менне важным, достоинством неодимовых магнитов является срок их службы. И хоть технологии производства неодимовых магнитов всего 30 лет, но уже сейчас можно говорить, что неодимовые магниты теряют всего порядка 1% своей магнитной энергии в течение 100 лет! Для сравнения, обычные ферритовые магниты служат не более 10 лет, после чего становятся просто куском железа. 

Вы когда-нибудь задавались вопросом, почему ферритовые магниты чаще всего изготавливали в виде подковы, одна лапка которой выкрашена в красный, а вторая — в синий цвет? Ответ прост: производители пытались замкнуть линии магнитного поля ферритового магнита, чтобы увеличить срок их службы. Неодимовым магнитам это не требуется, поэтому можно изготовить практически любую форму, а также сделать их «мультиполярными», т.е. имеющими несколько полюсов на поверхности.

Магнитные явления

В нашем интернет магазине вы можете найти пленку для визуализации линий магнитного поля в физической среде. Аккуратно расположенные неодимовые магниты могут способствовать диамагнитной левитации — своеобразному явлению, которое может поднять небольшие предметы в воздух без контакта с ним. Если вы попытаетесь перетащить магнит по немагнитной поверхности (алюминий, медь), то вы почувствуете силу «магнитного нарушения» или попросту сопротивление вихревых токов, возникающих при движении магнита над немагнитной поверхностью. Попробуйте повторить эти опыты с нашими магнитами, и Вы не пожалеете!

Ведь не зря говорится, что магнетизм — самое красивое явление физики, с которым мы когда-либо сталкиваемся!

Читайте также:

Характеристики неодимовых магнитов

Что значит «класс» магнита?

Как рассчитать силу магнита?

Правила работы с магнитами

Для чего нужна магнитотерапия?

Для чего нужна магнитотерапия?

Магнитотерапия – это терапевтическое воздействие на организм человека для лечения или профилактики ряда заболеваний. Такие процедуры проводятся с помощью влияния магнитного поля на патологические участки, отличаются безопасностью и высокой эффективностью воздействия и на кожу, и на внутренние органы. О положительном воздействии магнитных полей на организм человека писали еще древние китайские ученые, греческие философы и врачи. В России магниты начал применять Боткин С.П. – для лечения нервных заболеваний, нарушений опорно-двигательного аппарата.

Особенности воздействия магнитотерапии на организм человека

Классический магнит – это сплав, который состоит из железа, кобальта и никеля. И в крови человека также находится определенное количество железа, частицы которого переносят кислород по кровотоку, улучшая усвояемость питательных веществ и гормонов организмом. При дефиците железа человек начинает чувствовать хроническую усталость и недомогание, страдает от бессонницы, снижается уровень гемоглобина.

Наличие в крови кобальта, меди, марганца улучшает усвоение железа организмом. При воздействии магнита одинаковые химические элементы притягиваются друг к другу. То есть, при воздействии магнита на человеческий организм в этом месте кровоток активизируется, и уровень кислорода значительно увеличивается.

Особенности магнитотерапии:

Методики магнитологии основаны на исследованиях реакций организма на магнитное поле. Магнитные поля с сильной интенсивностью (индукцией) вызывают стресс, средней – активацию внутренних процессов, малой – реакцию тренировки. При использовании высокочастотного влияния необходимо проведение процедуры квалифицированным специалистом, низкочастотные воздействия могут осуществляться пациентами самостоятельно, с помощью особых аппликаторов. Низкочастотная магнитотерапия применяется для лечения и профилактики различных заболеваний, хорошо переносится и молодыми, и пожилыми людьми.

Для такой терапии применяются специальные приборы и аппликаторы, место и время воздействия которых должно быть рекомендовано врачом.

Магнитотерапия успешно применяется для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, нарушения работы опорно-двигательного аппарата, проблем, связанных с низким уровнем гемоглобина и мн.др.

Магнитное влияние может оказываться на весь организм, на определенный участок тела, в котором возникла патология, или на рефлекторные зоны, связанные с заболевшим органом. В некоторых случаях очень эффективно применение омагниченной воды.

Как действует магнитотерапия на человека

По мнению немецких ученых, терапия, основанная на воздействии магнитным полем, стимулирует не только материальную структуру организма, но, в большей степени, воздействует на биополе человека. За счет биологического резонансного эффекта стимулируется поступление кислорода в ткани, ускоряется выведение молочной кислоты и токсинов. Благодаря увеличению поступления кислорода к поврежденным тканям они начинают восстанавливаться, снимается болевой синдром. По результатам многочисленных исследований было установлено, что магнитотерапия по своей эффективности приближена к результативности гомеопатии.

Воздействие магнитного поля дает высокие результаты в процессе восстановления поврежденных тканей – за счет синтеза белков и углеводов, которые образуются в магнитном поле. Таким образом, происходит быстрое заживление ран – при наружных и внутренних повреждениях (переломы, гематомы, язвы). Низкочастотная магнитотерапия повышает иммунитет, насыщает кровь лимфоцитами.

Что такое магнит? — Определение и примеры — Видео и стенограмма урока

Как работают магниты

Сам магнит не движется — это правда. Но внутри него движутся заряды. Внутри металла электроны вращаются вокруг ядра каждого атома. А когда заряды движутся, они создают магнитные поля. Во многих немагнитных материалах электроны вращаются в обоих направлениях, и их магнитные поля нейтрализуются. Но в некоторых специальных магнитных материалах, таких как, например, железо, нет четного числа электронов, вращающихся в обоих направлениях, и создается общее магнитное поле.

Но это не единственный вид движения. Есть что-то, что называется квантово-механическим спином. Электроны, вращающиеся в одну сторону, будут создавать магнитное поле, и если спины всех электронов не компенсируются, вы получите магнитное поле.

Атомы, в которых обе эти составляющие не взаимоисключаются, действуют как крошечные магниты. И эти магниты могут объединяться, чтобы сделать материал магнитным. Они могут сочетаться вместе … но не всегда. К сожалению, это немного сложнее.Тот факт, что электроны в материале создают магнитные поля, не означает, что материал будет магнитом. Есть еще пара вещей, которые должны быть выполнены, чтобы это произошло. Во-первых, эти крошечные магниты могут очень легко все указывать в разных направлениях и могут нейтрализовать друг друга.

Но в некоторых материалах ради стабильности атомы притягиваются друг к другу, пока не выстраиваются красивыми прямыми рядами. Эти материалы называются ферромагнитными материалами и .Так вот как мы получаем магнит, верно? Что ж, даже тогда нет гарантии, что у тебя будет магнит. Потому что у вас часто получается, что атомы выстраиваются в одну линию в одной части, а в другой — в другой, создавая множество того, что мы называем доменами . Если эти домены выстраиваются в случайные направления, они отменяются.

Но если вы поместите свой ферромагнитный материал, например, железо, в большее внешнее магнитное поле, вы можете заставить все эти домены выровняться и произвести то, что мы обычно называем просто магнитом.В течение длительного периода времени магнитное поле Земли может выравнивать домены в таком материале, как железо, и производить довольно слабый магнит. Вот почему мы можем найти на земле камни с магнитными свойствами. Но обычно мы создаем подходящие магниты, помещая железо в наши собственные магнитные поля, созданные с помощью электромагнитов. Это что-то вроде зарядки утюга — принуждение доменов к выравниванию. После того, как вы выровняли домены, внешнее магнитное поле больше не понадобится, и они будут оставаться выровненными в течение длительного времени.

Итак, очень быстро, давайте рассмотрим требования к магниту. Должен иметь:

• Неравномерные орбиты
• Неравномерное вращение
• Домены с ориентированными атомами
• Согласованные домены

Просто, правда?

Магнитное поле Земли

Одним из примеров магнита является сама Земля, которая действует как гигантский магнит. Во внешнем ядре Земли заряженные частицы, называемые ионами, циркулируют вокруг Земли. Когда вы используете компас, ваш компас всегда будет указывать касательную к силовым линиям — он будет указывать в направлении магнитного поля.В случае с Землей это означает, что она указывает на север, верно? На самом деле, когда дело касается севера и юга, все, что вам сказали, — ложь. Северный магнитный полюс фактически находится на географическом Южном полюсе. На южном магнитном полюсе находится то, что мы обычно называем Северным полюсом.

Чтобы понять это, нам нужно подумать о том, как на самом деле работает компас. Компас — это на самом деле небольшой магнит. Северный полюс магнита, указатель, притягивается к южному полюсу Земли. Поэтому, когда мы говорим, что компас указывает на север, на самом деле мы имеем в виду, что географический север — это направление, в котором будет указывать северный полюс компаса.Потому что его притягивает южный магнитный полюс Земли.

Примеры магнитов

Мы, конечно, должны быть очень благодарны за магнетизм. Это помогло нам прикрепить школьные задания к холодильникам с первого дня в детском саду. Но более того, без компасов, помогающих пересекать океаны и моря, люди не смогли бы колонизировать мир так легко.

У нас также не было бы сканеров МРТ (магнитно-резонансной томографии), которые работают на принципах магнетизма.Они используют огромное магнитное поле для выравнивания магнитных полюсов атомов в вашем теле (чтобы привести их в «резонанс»), и, делая это, они могут делать снимки изнутри вашего тела, чтобы искать проблемы.

Краткое содержание урока

Магнит — это объект (обычно металлический), имеющий северный и южный полюсы, так что противоположные полюса притягиваются, а подобные полюса отталкиваются. Магнит содержит электроны с неравномерными орбитами и спинами. На самом деле, в некоторых материалах ради стабильности атомы притягиваются друг к другу, пока не выстроятся красивыми прямыми рядами.Эти материалы называются ферромагнитными материалами и . Эти красивые прямые ряды находятся внутри каждого домена , когда атомы выстраиваются в одну линию в одной части, а в другую — в другой. И эти домены также выстроены в одном направлении. И только при соблюдении всех этих условий этот кусок металла становится магнитом.

Земля также имеет магнитное поле, хотя южный магнитный полюс находится в том месте, которое мы обычно называем Северным полюсом. Стрелка компаса — это магнит, а северная сторона тянется к Южному полюсу Земли.Но поскольку северная сторона стрелки компаса тянется в этом направлении, мы решили назвать ее Северным полюсом. Примеры магнитов включают иглы компаса, сканеры МРТ в больницах и магниты на холодильник.

Запоминаемые термины

• Магнит : объект с северным и южным полюсами на противоположных концах
• Ферромагнитные материалы : материалы, в которых атомы тянутся, пока не выстроятся в прямые ряды
• Домен : это область, в которой атомы выстраиваются в одну линию в одной области, а в другой — в другой.

Результаты обучения

Проверьте свои способности в достижении следующих целей после просмотра урока:

• Распознайте определение магнита
• Опишите, как атомы располагаются для создания магнитов.
• Обсуди Землю как один большой магнит
• Приведите примеры магнитов

Магнит | физика | Britannica

Процесс намагничивания

Величины, используемые в настоящее время для характеристики намагниченности, были определены и названы Уильямом Томсоном (лорд Кельвин) в 1850 году.Символ B обозначает величину плотности магнитного потока внутри намагниченного тела, а символ H обозначает величину силы намагничивания или магнитного поля, создающего его. Эти два представлены уравнением B = μ H , в котором греческая буква мю, μ, символизирует проницаемость материала и является мерой интенсивности намагничивания, которое может быть произведено в нем заданным магнитным полем. поле. Современные единицы системы международного стандарта (SI) для B — тесла (Т) или сетка на квадратный метр (Вт / м ² ), а для H — это амперы на метр (А / м).Ранее эти единицы назывались, соответственно, гаусс и эрстед. Единицы μ — это генри на метр.

Все ферромагнитные материалы демонстрируют явление гистерезиса, отставание в ответ на изменение сил, основанное на потерях энергии в результате внутреннего трения. Если B измеряется для различных значений H и результаты отображаются в графической форме, результатом является петля типа, показанного на сопроводительном рисунке, называемая петлей гистерезиса. Название описывает ситуацию, в которой путь, по которому следуют значения B при увеличении H , отличается от пути, по которому идет H при уменьшении.С помощью этой диаграммы можно определить характеристики, необходимые для описания характеристик материала, который будет использоваться в качестве магнита. B _s — плотность потока насыщения и мера того, насколько сильно материал может быть намагничен. B _r — остаточная магнитная индукция и остаточная постоянная намагниченность, оставшаяся после удаления намагничивающего поля; это последнее, очевидно, показатель качества постоянного магнита.Обычно он измеряется в веберах на квадратный метр. Чтобы размагнитить образец из его остаточного состояния, необходимо приложить обратное намагничивающее поле, противодействующее намагничиванию в образце. Величина поля, необходимого для уменьшения намагниченности до нуля, составляет H _c , коэрцитивная сила, измеряемая в амперах на метр. Чтобы постоянный магнит сохранял свою намагниченность без потерь в течение длительного периода времени, H _c должен быть как можно большим.Комбинация большого B _r и большого H _c обычно встречается в материале с большой плотностью потока насыщения, который требует большого поля для его намагничивания. Таким образом, материалы с постоянными магнитами часто характеризуются максимальным значением продукта B и H , ( B H ) _max , которого может достичь материал. Этот продукт ( B H ) _max является мерой минимального объема материала постоянного магнита, необходимого для создания требуемой плотности магнитного потока в данном зазоре, и иногда его называют произведением энергии.

Британская энциклопедия, Inc.

В 1907 году было высказано предположение, что ферромагнитный материал состоит из большого количества небольших объемов, называемых доменами, каждый из которых намагничен до насыщения. В 1931 году существование таких доменов было впервые продемонстрировано прямым экспериментом. Ферромагнитное тело в целом кажется ненамагниченным, если направления намагниченности отдельных доменов распределены случайным образом. Каждый домен отделен от соседей доменной стенкой.В пристеночной области направление намагниченности меняется от направления намагничивания одного домена к его соседнему. Процесс намагничивания, начиная с идеального немагнитного состояния, состоит из трех этапов: (1) Низкое намагничивающее поле. Возникают обратимые движения доменных стенок, так что домены, ориентированные в общем направлении намагничивающего поля, растут за счет неблагоприятно ориентированных; при снятии намагничивающего поля стенки возвращаются в исходное положение, и остаточная намагниченность отсутствует.(2) Среднее намагничивающее поле. Происходят более крупные перемещения доменных стенок, многие из которых необратимы, и объем выгодно ориентированных доменов значительно увеличивается. При удалении поля все стенки не возвращаются в исходное положение, и возникает остаточная намагниченность. (3) Сильное намагничивающее поле. Происходят большие перемещения доменных стенок, многие из которых полностью вымываются из образца. Направления намагничивания в оставшихся доменах постепенно меняются по мере увеличения поля, пока намагниченность не станет везде параллельной полю, и материал не намагнитится до насыщения.При удалении поля снова появляются доменные стенки, и намагниченности доменов могут поворачиваться в сторону от исходного направления поля. Остаточная намагниченность имеет максимальное значение.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Значения B _r , H _c и ( B H ) _max будут зависеть от легкости, с которой доменные стенки могут перемещаться через материал. и намагниченность домена может вращаться.Неровности или дефекты материала создают препятствия для движения доменной стенки. Таким образом, после того, как намагничивающее поле проехало стену мимо препятствия, стена не сможет вернуться в исходное положение, если не будет применено обратное поле, чтобы снова отогнать ее. Следовательно, эффект этих препятствий заключается в увеличении остаточной намагниченности. И наоборот, в чистом однородном материале, в котором мало дефектов, будет легко намагнитить материал до насыщения с помощью относительно слабых полей, а остаточная намагниченность будет небольшой.

Размагничивание и магнитная анизотропия. Что касается вращения домена, необходимо учитывать два важных фактора: размагничивание и магнитная анизотропия (проявление различных магнитных свойств при измерении по осям в разных направлениях). Первый из них касается формы намагниченного образца. Любой магнит создает магнитное поле в окружающем его пространстве. Направление силовых линий этого поля, определяемое направлением силы, прилагаемой полем к (гипотетическому) одиночному магнитному северному полюсу, противоположно направлению поля, использованного для его первоначального намагничивания.Таким образом, каждый магнит существует в самогенерируемом поле, направление которого стремится к размагничиванию образца. Это явление описывается размагничивающим фактором. Если магнитные силовые линии могут быть ограничены магнитом и не могут выйти в окружающую среду, эффект размагничивания будет отсутствовать. Таким образом, тороидальный (кольцеобразный) магнит, намагниченный по периметру так, что все силовые линии представляют собой замкнутые петли внутри материала, не будет пытаться размагнититься.Для стержневых магнитов размагничивание можно свести к минимуму, если держать их парами, уложенными параллельно северному и южному полюсам, прилегающими друг к другу, и с держателями из мягкого железа, расположенными поперек каждого конца.

Уместность размагничивания для вращения доменов возникает из того факта, что размагничивающее поле можно рассматривать как накопитель магнитной энергии. Как и все природные системы, магнит при отсутствии ограничений будет пытаться поддерживать свою намагниченность в таком направлении, чтобы минимизировать запасенную энергию; я.е. сделать размагничивающее поле как можно меньше. Чтобы повернуть намагничивание от этого положения с минимальной энергией, необходимо проделать работу, чтобы обеспечить увеличение энергии, накопленной в увеличенном размагничивающем поле. Таким образом, если предпринята попытка повернуть намагниченность домена от его естественного положения с минимальной энергией, можно сказать, что вращение затруднено в том смысле, что приложенное поле должно совершать работу, чтобы способствовать вращению против размагничивания. силы. Это явление часто называют анизотропией формы, потому что оно возникает из-за геометрии домена, которая, в свою очередь, может определяться общей формой образца.

Аналогичные соображения минимальной энергии связаны со вторым механизмом, препятствующим вращению доменов, а именно с магнитокристаллической анизотропией. Впервые в 1847 году было обнаружено, что в кристаллах магнитного материала, по-видимому, существуют предпочтительные направления намагничивания. Это явление связано с симметрией расположения атомов в кристалле. Например, в железе, которое имеет кубическую кристаллическую форму, легче намагнитить кристалл вдоль направлений краев куба, чем в любом другом направлении.Таким образом, шесть направлений краев куба являются легкими направлениями намагничивания, а намагниченность кристалла называется анизотропной.

Магнитная анизотропия также может быть вызвана деформацией материала. Намагничивание имеет тенденцию выравниваться в соответствии с направлением встроенной деформации или перпендикулярно ему. Некоторые магнитные сплавы также демонстрируют явление наведенной магнитной анизотропии. Если к материалу приложить внешнее магнитное поле во время отжига при высокой температуре, обнаруживается, что легкое направление намагничивания индуцируется в направлении, совпадающем с направлением приложенного поля.

Приведенное выше описание объясняет, почему из стали получается лучший постоянный магнит, чем из мягкого железа. Углерод в стали вызывает выделение крошечных кристаллитов карбида железа в железе, которые образуют так называемую вторую фазу. Фазовые границы между частицами осадка и железом-хозяином создают препятствия для движения доменной стенки, и, таким образом, коэрцитивная сила и остаточная намагниченность повышаются по сравнению с чистым железом.

Лучшим постоянным магнитом, однако, был бы тот, в котором все доменные стенки были бы постоянно заблокированы, а намагниченности всех доменов были бы выровнены параллельно друг другу.Эту ситуацию можно визуализировать как результат сборки магнита из большого количества частиц, имеющих высокое значение намагниченности насыщения, каждая из которых представляет собой отдельный домен, каждый из которых имеет одноосную анизотропию в желаемом направлении и каждая выровнена со своей намагниченностью. параллельно всем остальным.

Магниты — Science World

Цели

• Определите, есть ли что-то магнитное.

• Определите, какие части магнитов наиболее привлекательны.

• Объясните взаимосвязь между электричеством и магнетизмом.

Материалы

Фон

Магнит — это объект, который создает магнитное поле: Это поле невидимо, но оно отвечает за наиболее очевидное свойство магнита: способность притягивать одни материалы, например железо, и притягивать или отталкивать другие магниты.

История
Древние греки и китайцы обнаружили, что некоторые редкие камни были намагничены естественным путем, например, части минерального магнетита. Эти так называемые «магниты » притягивали маленькие кусочки железа, казалось бы, волшебным образом, и если их подвешивать свободно, они всегда указывали в одном направлении.

Первое письменное упоминание о магните относится к четвертому веку до нашей эры. в Китае. Китайцы научились делать искусственные магниты, нагревая куски руды до докрасна, а затем охлаждая их, когда они находились в положении север / юг.Затем магнит помещали на трость и плавали в чаше с водой.

Эти плавающие магниты были предшественниками игольчатых компасов , и их использование в навигации впервые упоминается в китайском тексте от 1088 года нашей эры. Компас широко использовался на китайских кораблях к XI веку нашей эры.

Теперь мы производим магниты различных форм и размеров для различных целей. Один из наиболее распространенных магнитов — стержневой магнит — это длинный прямоугольный стержень, который притягивает куски железных (железных) предметов.

Магнитные полюса
Каждый магнит имеет один северный полюс и один южный полюс . Если вы сломаете стержневой магнит пополам, каждая половина будет иметь северный и южный полюс, даже если вы сломаете его пополам много раз. Северные полюса двух магнитов будут отталкиваться друг от друга, как и их южные полюса. С другой стороны, северный полюс и южный полюс будут притягивать друг друга.

Обычно мы говорим, что линии магнитного поля покидают северный конец магнита и входят в южный конец магнита.Силы магнита самые сильные на полюсах. Это связано с тем, что магнитное поле имеет тенденцию концентрироваться на полюсах (и расширяться и расширяться между ними).

Силовые линии магнитного поля не существуют физически — они представляют собой математическую конструкцию, которая помогает нам визуализировать, как работают магниты. Однако железные опилки вокруг магнита будут выстраиваться вдоль силовых линий, и тогда мы сможем увидеть, как магнитное поле «выглядит».

Что делает магнит?
Атомы магнитного материала сами по себе являются крошечными магнитами. Когда группы магнитных атомов выстраиваются в одном направлении, они называются магнитным доменом . Если многие магнитные домены сами выровнены, магнитное поле полученного материала будет достаточно сильным, чтобы воздействовать на другие материалы на некотором расстоянии. Другими словами, это магнит.

Постоянный магнит имеет собственное постоянное магнитное поле. Хороший пример — магнит на холодильник. Постоянные магниты могут быть из железа, никеля или кобальта; это материалы с атомарными «магнитами», которые можно выравнивать.Такие материалы, как железо, никель и кобальт, называются ферромагнитными материалами , , и их также привлекают магниты.

Движущиеся электроны могут также создавать временное магнитное поле . Например, если один конец батареи соединен с другим концом с помощью провода, электроны перемещаются по проводу и создают магнитное поле. Если вы поднесете компас к проводу, он начнет двигаться в ответ на это поле.

Вся Земля тоже магнит. Чрезвычайно высокая температура внутреннего ядра создает конвекционные токи в расплавленном железе внешнего ядра Земли.Движение утюга создает электрический ток, который, в свою очередь, создает магнитное поле. Магнитные полюса Земли близко расположены к географическим полюсам, но на самом деле они противоположны. Северные полюса стержневых магнитов и стрелки компаса притягиваются к географическому северному полюсу, потому что на самом деле это южный магнитный полюс Земли!

Что следует помнить:

• Северные полюса указывают на географический север, южные полюса указывают на географический юг.
• Подобно полюсам отталкиваются, в отличие от полюсов притягиваются.
• Магнитные силы притягивают только магнитные материалы.
• Магнитные силы действуют на расстоянии.
• При контакте с магнитом магнитный материал сам действует как магнит.
• Катушка с проволокой, по которой протекает электрический ток, становится электромагнитом.

Словарь

магнит : Материал или объект, создающий магнитное поле, которое может воздействовать на материалы вокруг него.Магнит притягивает магнитные материалы, такие как железо. У постоянных магнитов всегда есть магнитное поле.
полюс : Один из двух концов магнита, на котором сосредоточено магнитное поле.
магнитный материал : материал, притягиваемый магнитом. Само его можно было превратить в магнит.
электромагнит : временный магнит, созданный путем наматывания проволоки на железный сердечник; когда через катушку течет ток, железо становится магнитом.
притягивать : Притягивать или сближать.
отталкивать : Оттолкнуть.

Другие ресурсы

Science World | YouTube | Магнит развлечение дома

Physics4Kids.com | Электричество и магнетизм

Что такое магнит | first4magnets.com

«Магнит — это материал или объект, создающий невидимое магнитное поле, которое может притягиваться к ферромагнитным материалам»

Введение в магниты

Магнит в своей простейшей форме — это материал, который генерирует магнитное поле.Магнитное поле создается целью магнитов найти самый простой (самый короткий) путь от Северного полюса к Южному полюсу и наоборот. Магнитное поле магнита нельзя увидеть, но оно является причиной «притягивающей силы» к другим магнитам и черным материалам. Магнит большего размера неизбежно будет иметь большее магнитное поле и будет притягивать объекты с дальней стороны. Существует много различных типов магнитов, но Alnico — предпочтительный выбор в школах, поскольку они просты в обращении и имеют гораздо меньший риск, чем неодимовые, которые намного мощнее.

Где найти магниты?

Магниты можно найти практически во всех предметах повседневного обихода, от электроники и модных аксессуаров до магнитов на холодильник и наборов DVD-боксов. С открытием небольших сильных неодимовых магнитов производители и дизайнеры продуктов по всему миру нашли новые способы улучшить продукты для образа жизни с помощью сверхсильных магнитов.

Воспользуйтесь нашим списком ниже, чтобы определить только некоторые предметы в вашем доме, содержащие магниты. Сможете ли вы найти все эти предметы в своем доме?

• Компьютерные и стереодинамики
• Магнитная лента для кредитных карт
• Магниты на холодильник
• Экраны для компьютеров и телевизоров
• Компьютерная система (жесткий диск компьютера)
• Дверной звонок
• Консервный нож
• Микроволновая печь
• MP3-плеер / мобильный телефон

Краткая история

Магниты использовались людьми со времен древней Греции.Считается, что природные минералы, называемые магнетитом, были впервые обнаружены древними греками в районе Турции. Раньше магниты называли «магнитными камнями». Викинги были известны как первые люди, которые использовали этот магнитный материал для создания компасов, которые позволили им перемещаться по воде в плохих погодных условиях, открывать и покорять новые земли. Считается, что викинги много лет держали магнитный компас в секрете. Магнитные компасы теперь можно найти на каждом корабле по всему миру для навигации в открытом море.

Сегодня почти все магниты производятся с использованием различных природных материалов со всего мира. Самый мощный из этих магнитов известен как «неодимовый магнит» и производится с использованием «редкоземельных минералов». Они также известны как «редкоземельные постоянные магниты». Воспользуйтесь нашим руководством по «типам магнитов» на этой странице, чтобы увидеть различные типы производимых магнитов.

Подобно викингам и древним грекам, современная цивилизация научилась адаптировать и использовать уникальные свойства магнитов для создания новых технологических достижений.«Редкоземельные магниты» были в авангарде устройств возобновляемой энергии, от электромобилей до ветряных турбин.

Типы магнитов

Магниты Alnico

Alnico — ферроматический материал, используемый для изготовления постоянных магнитов. Магниты алнико могут создавать сильные магнитные поля и являются одним из наиболее распространенных типов магнитов. Традиционно эти магниты чаще всего известны своим красным цветом и популярностью в качестве подковообразных и стержневых магнитов в образовании.

Самариево-кобальтовые магниты

Самарий Кобальтовые магниты — это редкоземельные магниты, изготовленные из сплава самария и кобальта. Эти магниты известны своей способностью работать при высоких температурах до 300 градусов Цельсия. Однако эти магниты чрезвычайно хрупкие, легко ломаются и трескаются.

Ферритовые магниты

Есть два типа ферритовых магнитов. Мягкие ферриты обычно представляют собой ферромагнитные керамические соединения и обычно являются твердыми и хрупкими с низкой магнитной коэрцитивной силой.Твердые ферриты обладают высокой коэрцитивной силой и очень устойчивы к потере своего магнетизма. Ферритовые магниты также известны своей высокой стоимостью.

Неодимовые магниты

Неодимовые магниты (NdFeb, NIB, Neo) — это постоянные магниты из редкоземельных элементов. Неодим, произносится как Neo-Dym-ium — самый сильный тип постоянного магнита. Эти магниты используются в устройствах возобновляемой энергии и становятся все более популярными среди производителей техники и любителей.

Определение магнита по Merriam-Webster

mag · net

| \ ˈMag-nət

\

б

: Тело, обладающее способностью притягивать железо и создавать внешнее магнитное поле.

конкретно

: масса железа, стали или сплава, которой это свойство придано искусственно.

2

: то, что привлекает

кассовый магнит

1

: магнитная сила

магнето метр

2

: магнетизм : магнитный

магнето электрический магнит вкл.

3

: магнитоэлектрический

магнето сопротивление

4

: магнитосфера

магнето пауза

Магнитное поле,

Магнитный
Поле,

термин магнетизм происходит из региона Магнезия, города в Западной Турции,
где греки нашли магниты, которые притягивали куски железа через
космос.Также замечено, что,
магниты притягивают и отталкивают. Мы
может объяснить эту двойственную природу магнитной силы, предположив, что каждый магнит
имеет два полюса, северный полюс (N) и южный полюс (S). Во время занятий вы заметите две вещи:

1)
Когда
два магнита приближаются друг к другу, как отталкивающиеся полюса; противоположные полюса
привлекать.

2)
Когда
магнит подносят к железке, железо тоже притягивается к
магнит, и он приобретает такую ​​же способность притягивать другие железки.

ср
хотелось бы представить это силовое воздействие магнита на железоподобные предметы с помощью
понятие называется магнитным полем. В
понятие поля можно лучше понять, если вспомнить гравитационную силу
Земли на объект рядом с ней. Мы говорим что
простое присутствие Земли создает гравитационное поле в окружающем
пространство, и что мы можем изобразить этот гравитационный силовой эффект линиями
начиная с Земли и уходя радиально в бесконечность.

Луна
попадает в поле Земли. Так же,
Космонавт в космическом путешествии ощущает притяжение Земли. Космический шаттл также находится в области Земли. В
причина, по которой они не падают, выходит за рамки этого курса, но я
объясните для полноты. Ни один из них
падают на Землю, потому что все они имеют достаточную горизонтальную скорость, чтобы
Земля. Если бы вы могли
горизонтально бросать бейсбольный мяч со скоростью 18 000 миль / ч, я бы также
Земля и вернуться к вам.Поэтому мы
представляют притягивающую силу притяжения Земли с силовыми линиями. Направление линий поля обозначает
направление силы, которое тело будет испытывать вокруг Земли, и плотность
силовые линии (насколько близко они разделены) представляет силу
сила. Например, вы ближе к
Земля сильнее силы.

Аналогично,
магнит создает магнитное поле в окружающем его пространстве, в котором он магнитно
влияет на любой другой магнитный материал.Сила представлена ​​плотностью магнитного поля.
линий. Линии магнитного поля замкнуты
кривые, уходящие с Северного полюса и входящие в Южный полюс, когда вы следуете им
снаружи магнит.

А
компас, который сам по себе является маленьким магнитом, расположен параллельно магнитному полюсу.
линии поля в точке его размещения.
Кончик стрелки — это северный магнитный полюс, а ее конец — это
Южный магнитный полюс.

Строительными блоками магнитов являются атомы, которые представляют собой маленькие крошечные магниты. Что касается магнетизма, мы можем
рассматривать атом как крошечный компас / магнит, указывающий на север
направление. Позже мы увидим, что
движение электронов (движущийся электрический заряд) — основная причина
магнетизм. Для практических целей мы
могут сосредоточиться на кластере атомов, называемом магнитными доменами , которые
выровнен в определенном направлении. Каждый
домен может состоять из миллиардов ориентированных атомов.В нормальных условиях магнитный материал, такой как железо, не
ведут себя как магнит, потому что домены не имеют предпочтительного направления
выравнивание. С другой стороны,
домены магнита (или намагниченного железа) все выровнены в определенных
направление. Домены отделены от
соседние домены — доменными стенками.
В общем, выравнивание внутри домена одинаково для всех атомов этого домена.
домен. Однако атомы одного
домена выровнены в другом направлении, чем атомы другого
домен.Эта ситуация обрисована в общих чертах
ниже для магнитного материала, намагниченного материала и для немагнитного
материал. Немагнитный материал
не имеет доменной структуры.

доменов
можно вызвать выравнивание.
Рассмотрим обычный железный гвоздь. Его
домены ориентированы случайным образом, как на первом рисунке выше. Если вы принесете магнит, поднесите поблизости,
области железного гвоздя выровняются таким образом, что северный полюс железа
домены будут обращены к южному полюсу магнита и наоборот.

Когда вы снимаете магнит, гвоздь становится постоянным
магнит на время. Тепловое движение
(помните, чем выше температура, тем быстрее движутся атомы) атомов
в конечном итоге может привести к тому, что большинство атомов вернутся к случайной ориентации. Кроме того, уронив магнит, не только будет
вы нарушите его, но вы также разрушите выравнивание домена.

Другой
способ сделать постоянный магнит — погладить железку (или железную стружку
что вы будете делать как занятие) с помощью магнита.Железное бритье ведет себя как крошечный
магниты.

Электромагнит:

А
катушки из проволоки, подобные показанной на рисунке ниже, также могут производить магнитные
поле, подобное магнитному. Если
внутри, если катушки заполнены железным сердечником, магнитное поле даже
становится сильнее за счет дополнительного магнетизма от утюга.

Магниты: Факты (Научный путь: Общественное телевидение Айдахо)

Вероятно, вы раньше играли с магнитами, и вполне вероятно, что у вас есть один или два магнита на холодильнике, в которых вы держите записку или картинку.Возможно, вы видели магниты в форме подковы, прямоугольных стержней или круглых дисков. Магниты — это весело играть, и они полезны для склеивания вещей. Но знаете ли вы, что магниты повсюду, выполняя важную работу, от которой мы получаем пользу каждый день? Знаете ли вы, что сила магнетизма даже позволяет жизни существовать на Земле? Как работают магниты? Давайте узнаем больше.

Что такое магниты?

Магнит — это объект, который может притягивать определенные типы металлов к себе (притягивать) или отталкивать эти металлы (отталкиваться).Магнетизм относится к невидимой силе магнитов и является свойством определенных веществ. Магнетизм — это основная сила природы, такая как гравитация или электричество. Несмотря на то, что на самом деле мы не видим магнитную силу, мы можем видеть, что она делает с вещами вокруг себя. Магнетизм может действовать на расстоянии, а это означает, что магнит не обязательно должен касаться объекта, чтобы притягивать или отталкивать его.

Не все металлы могут быть магнитами. Только некоторые металлы обладают магнитными свойствами, а именно железо, никель, кобальт и некоторые редкоземельные металлы, такие как неодим.Сегодня магниты обычно изготавливают из сплавов, содержащих эти металлы. Многие металлы, такие как алюминий и медь, не притягиваются к магнитам. Вот почему магнит может подцепить железный гвоздь или стальную скрепку, но не алюминиевую банку из-под газировки или медный пенни. Другие материалы, такие как пластик, дерево и бумага, не притягиваются к магнитам.

Люди знали о магнитах тысячи лет. Согласно легенде, однажды греческий пастух обнаружил, что гвозди в его обуви прилипли к камню, на котором он стоял.Эта порода была магнитом, содержащим минерал магнетит. Китайцы знали, как из магнитного камня делать компасы 2000 лет назад. Древним людям магнетизм казался волшебством. Только в прошлом веке наука поняла, почему работают магниты.

любезно предоставлено Expainthatstuff.com

Вся материя состоит из атомов. Атомы содержат электроны, которые представляют собой крошечные заряженные частицы, которые в большинстве веществ вращаются в разных случайных направлениях. Однако в магнитных материалах, таких как железо, электроны вращаются в одном направлении.Атомы объединяются в домены, и когда кусок железа приближается к магниту, домены выстраиваются так, чтобы указывать в одном направлении, и мы видим невидимую силу магнетизма. Хотя существуют природные магниты, такие как магнитный камень, большинство магнитов сегодня создано человеком в результате процессов, которые заставляют домены выравниваться и указывать в одном направлении. Узнайте больше об атомной науке, лежащей в основе магнитов.

Магнитные силы наиболее сильны на концах магнитов. Два конца называются полюсами.У каждого магнита есть северный полюс (N) и южный полюс (S). Если разрезать магнит пополам, вы получите два меньших магнита, каждый с северным и южным полюсами. Вы никогда не найдете магнит только с южным полюсом или только с северным полюсом.

Если вы поднесете северный полюс одного магнита к южному полюсу другого магнита, они притянутся и слипнутся. Однако, если вы сведете вместе два северных или два южных полюса, они отталкиваются, а магниты отталкивают друг друга. Другими словами: В отличие от полюсов притягивается, Подобно полюсам отталкивается .Вы можете соединить одинаковые полюса двух стержневых магнитов и почувствовать невидимую силу, раздвигающую их. Но когда вы поворачиваете один из этих магнитов в другую сторону, вы можете почувствовать притяжение, поскольку два магнита слипаются.

Некоторые ферромагнитные материалы могут быть постоянно намагничены посредством процессов, которые включают смешивание, нагрев и охлаждение. Эти постоянные магниты, такие как магниты на холодильник и стержневые магниты, которые мы используем в школе, не теряют своих магнитных свойств.

Временные магниты могут быть созданы при контакте с постоянными магнитами, но они не сохраняют свой магнетизм.Например, если вы потрете кусок железа вдоль существующего магнита, внутри атомов железа электроны выровняются в направлении север-юг, и железо становится временным магнитом. Он будет вести себя как магнит и притягивать другие ферромагнитные металлы. Если одна канцелярская скрепка подвешена к магниту, вторую скрепку можно подвесить к первой, а третью — к второй. Однако, когда магнит будет удален, скрепки больше не будут действовать как магниты.

Магнитные поля

Каждый магнит создает вокруг себя невидимое магнитное поле.Область вокруг магнита, создающая магнитную силу, называется магнитным полем. Предположим, вы положили стержневой магнит на стол, а рядом положили скрепку. Если медленно подтолкнуть магнит к скрепке, наступит момент, когда скрепка перескочит и прилипнет к магниту. Благодаря магнитному полю магнит может действовать на расстоянии, не касаясь другого объекта.

Магнитные объекты должны находиться внутри магнитного поля, чтобы либо отталкиваться, либо толкаться вместе, поэтому иногда вам нужно подвигать магнит ближе, чтобы увидеть, как происходит магнитное действие.Магнитные поля становятся слабее с расстоянием. Чтобы стать намагниченным, другое магнитное вещество должно войти в магнитное поле существующего магнита.

Некоторые магнитные поля слабые, а другие сильные. Мы измеряем магнитное поле в определенном месте по его силе и направлению, на которое оно указывает. Когда один магнит приближается к другому магниту, он реагирует на магнитное поле второго магнита. Сила и направление этого магнитного поля определяют, как будет вести себя первый магнит — будет ли он притягиваться или отталкиваться.Таким образом, магнитное поле может создавать силу, которая может стягивать два магнита вместе или раздвигать их.

Магнитное поле нельзя увидеть, но можно наблюдать его эффекты. Если вы рассыпаете железные опилки вокруг магнита, вы увидите, что они выстраиваются рядом с двумя полюсами, где магнитная сила наиболее сильна. Если вы насыпите железные опилки на лист бумаги и поместите магнит под лист бумаги, железные опилки выстроятся на бумаге в «силовые линии», показывая магнитное поле магнита.

Обычно мы изображаем силовые линии магнитного поля в виде изогнутых линий, направленных от северного полюса магнита к южному полюсу. Эти силовые линии представляют собой замкнутые дорожки, похожие на резиновые ленты, которые повторяются снова и снова. Силовые линии показаны ближе друг к другу там, где магнитная сила наиболее сильна (на полюсах). Узнайте больше о линиях магнитного поля.

Магнитные поля могут проникать сквозь любые материалы, не только через воздух. Когда магниты на вашем холодильнике задерживают записи, вы можете видеть, что магнитные поля проходят сквозь бумагу.Силы магнитных полей могут распространяться через воду, металл, ткань и даже вашу кожу!

Земля — ​​гигантский магнит

Самый большой магнит в мире — это тот, на котором вы сейчас стоите! В центре Земли ее внешнее ядро ​​состоит из движущегося жидкого железа, которое делает Землю гигантским магнитом. Движение создает магнитное поле вокруг планеты, которое простирается в космос. Если бы мы изобразили силовые линии Земли, они были бы ближе всего друг к другу на полюсах гигантского магнита: Северный полюс и Южный полюс.

Схема любезно предоставлена ​​NASA

. Северный магнитный полюс немного отличается от географического Северного полюса или оси вращения Земли. Фактически, магнитные полюса продолжают двигаться из-за активности далеко под поверхностью земли. В настоящее время северный магнитный полюс находится примерно в 600 милях от географического полюса. Ежегодное движение полюсов составляет около 25 миль в год.

Схема солнечного ветра и магнитосферы любезно предоставлена ​​НАСА Aurora Borealis или «Северное сияние»

Магнитосфера — это магнитная сила Земли, которая распространяется в космос.Он обвивает землю и ее атмосферу. Магнитосфера действует как щит, защищая Землю от вредного солнечного ветра, который может нанести вред атмосфере и жизни на Земле. Однако иногда эти энергичные частицы Солнца действительно взаимодействуют с магнитным полем Земли, создавая в небе удивительные полярные сияния, часто называемые северным или южным сиянием. Узнайте больше о земном магнетизме от НАСА.

Магнитное поле Земли — причина, по которой работает компас. Компас — это небольшое устройство, содержащее магнитную стрелку, которая совпадает с магнитными полюсами Земли.Северный полюс стрелки указывает на северный полюс Земли. Компас пригодится, если вы заблудитесь в лесу!

Некоторые животные, такие как голуби, пчелы, лосось и киты, используют магнитное поле Земли, чтобы помочь им ориентироваться во время миграции. Ученые не уверены, как они это делают, но одна из теорий заключается в том, что в телах этих существ есть магнитный материал, который действует как компас.

Электромагниты

Другой тип магнита создается, когда электричество проходит через провод.Эти магниты называются электромагнитами. Около 200 лет назад ученые обнаружили, что электричество и магнетизм — близкие родственники. Электрический ток создает магнитное поле, а движущийся магнит создает электрический ток.

Когда электричество проходит через медный провод, вокруг него создается магнитное поле. Обматывая катушку из медной проволоки вокруг железного сердечника, сила магнитного поля увеличивается и создается электромагнит. Вы можете создать электромагнит дома, намотав проволоку на железный гвоздь и используя батарею, чтобы замкнуть электрическую цепь.Проверьте это, и вы обнаружите, что проволочный гвоздь стал магнитом.

Электромагниты не являются постоянными магнитами. Их магнетизм исчезает при отключении тока. Это временные магниты, которые можно отключить, отключив электричество. Например, когда вы нажимаете кнопку электрического дверного звонка, вы создаете электромагнит, который притягивает к звуку небольшой молоток. Электрическая цепь разрывается, когда кнопка не нажата. В отличие от постоянного магнита, сила магнитного поля электромагнита может быть увеличена за счет увеличения количества используемого электрического тока.Полюса электромагнита также можно поменять местами, повернув батарею и изменив направление тока.

любезно предоставлено Национальной лабораторией сильного магнитного поля

Электромагниты используются в наушниках, системах сигнализации и громкоговорителях. В вашем доме почти каждый электроприбор с электродвигателем использует магниты, чтобы преобразовать электричество в движение. Двигатели используют силы, создаваемые магнитными полями, для вращения. Это вращательное движение приводит в движение все виды машин, от электрической зубной щетки до потолочного вентилятора.

Так же, как электричество может создавать магнетизм в электромагните, движение магнитов в генераторе может производить электричество. Все электростанции используют топливо для вращения магнитов внутри катушек проволоки, производящих электрический ток. Большие электромагниты используются для выработки электроэнергии на плотинах гидроэлектростанций или с другими источниками энергии, такими как ветер и пар.

Электромагниты могут быть намного сильнее, чем постоянные магниты, с которыми мы знакомы. Ученые измеряют магнитную силу в единицах, называемых тесла и гаусс.Одна тесла равна 10 000 гаусс. Магнит на холодильник — около 10 гаусс. Магнитное поле Земли составляет около половины гаусса. Самые мощные доступные постоянные магниты, часто используемые в медицинском оборудовании, создают поля около 1,5 тесла. Но электромагниты могут быть намного сильнее, до 30 тесла и более.

Использование магнитов

Магниты используются в науке, промышленности и повседневной жизни. Дома магниты удерживают дверцу холодильника закрытой и заставляют работать динамики компьютера.Они используются почти во всех машинах, в которых используются электродвигатели, например, в пылесосах и электрических вентиляторах. Мы многим обязаны магнитам! Узнайте больше о магнитах, используемых в доме.

Магниты могут быть микроскопическими или весить до нескольких тонн. Огромные магниты отделяют металл в центрах переработки. На складах металлолома некоторые электромагниты достаточно сильны, чтобы поднять автомобиль. В горнодобывающей промышленности для отделения железной руды от породы используются магниты. Фермеры используют магниты для коров в желудках коров, чтобы улавливать металл, который коровы могли проглотить.НАСА использует магниты в своих космических кораблях. Некоторые страны разработали поезда на магнитной подвеске или поезда на магнитной подвеске, где высокоскоростные поезда плавают по путям, используя силы отталкивания электромагнитов.