Магніты - гэта захапляльныя аб'екты, якія стагоддзямі захаплялі чалавечае ўяўленне. Ад старажытных грэкаў да сучасных навукоўцаў людзі былі заінтрыгаваны спосабам працы магнітаў і іх шматлікімі прымяненнямі. Пастаянныя магніты - гэта тып магніта, які захоўвае свае магнітныя ўласцівасці, нават калі ён не знаходзіцца ў прысутнасці знешняга магнітнага поля. Мы вывучым навуку, якая стаіць за пастаяннымі магнітамі і магнітнымі палямі, у тым ліку іх склад, уласцівасці і прымяненне.
Раздзел 1: Што такое магнетызм?
Магнетызм адносіцца да фізічнай уласцівасці пэўных матэрыялаў, якая дазваляе ім прыцягваць або адштурхоўваць іншыя матэрыялы з дапамогай магнітнага поля. Кажуць, што гэтыя матэрыялы з'яўляюцца магнітнымі або валодаюць магнітнымі ўласцівасцямі.
Магнітныя матэрыялы характарызуюцца наяўнасцю магнітных даменаў, якія ўяўляюць сабой мікраскапічныя вобласці, у якіх выраўноўваюцца магнітныя палі асобных атамаў. Калі гэтыя дамены правільна выраўнаваны, яны ствараюць макраскапічнае магнітнае поле, якое можна выявіць па-за матэрыялам.
Магнітныя матэрыялы можна падзяліць на дзве катэгорыі: ферамагнітныя і парамагнітныя. Ферамагнітныя матэрыялы з'яўляюцца моцнымі магнітнымі, і ўключаюць жалеза, нікель і кобальт. Яны здольныя захоўваць свае магнітныя ўласцівасці нават пры адсутнасці вонкавага магнітнага поля. З іншага боку, парамагнітныя матэрыялы слабамагнітныя і ўключаюць такія матэрыялы, як алюміній і плаціна. Яны праяўляюць магнітныя ўласцівасці толькі пры ўздзеянні вонкавага магнітнага поля.
Магнетызм мае мноства практычных прымяненняў у нашым паўсядзённым жыцці, у тым ліку ў электрарухавіках, генератарах і трансфарматарах. Магнітныя матэрыялы таксама выкарыстоўваюцца ў прыладах захоўвання дадзеных, такіх як жорсткія дыскі, і ў тэхналогіях медыцынскай візуалізацыі, такіх як магнітна-рэзанансная тамаграфія (МРТ).
Раздзел 2: Магнітныя палі
Магнітныя палі з'яўляюцца фундаментальным аспектам магнетызму і апісваюць вобласць вакол магніта або провада з токам, дзе магнітная сіла можа быць выяўлена. Гэтыя палі нябачныя, але іх дзеянне можна назіраць праз рух магнітных матэрыялаў або ўзаемадзеянне паміж магнітным і электрычным палямі.
Магнітныя палі ствараюцца рухам электрычных зарадаў, напрыклад, патокам электронаў у дроце або кручэннем электронаў у атаме. Напрамак і сіла магнітнага поля вызначаюцца арыентацыяй і рухам гэтых зарадаў. Напрыклад, у прутковым магніте магнітнае поле найбольш моцнае на полюсах і самае слабое ў цэнтры, а кірунак поля - ад паўночнага да паўднёвага полюса.
Напружанасць магнітнага поля звычайна вымяраецца ў тэсла (Т) або гаўсе (Г), а кірунак поля можа быць апісаны з дапамогай правіла правай рукі, якое абвяшчае, што калі вялікі палец правай рукі паказвае на напрамку току, то пальцы будуць скручвацца ў напрамку магнітнага поля.
Магнітныя палі маюць мноства практычных прымяненняў, у тым ліку ў рухавіках і генератарах, магнітна-рэзананснай тамаграфіі (МРТ) і ў прыладах захоўвання дадзеных, такіх як жорсткія дыскі. Яны таксама выкарыстоўваюцца ў розных навуковых і інжынерных сферах, напрыклад, у паскаральніках элементарных часціц і цягніках магнітнай падушкі.
Разуменне паводзін і ўласцівасцей магнітных палёў вельмі важна для многіх абласцей даследаванняў, уключаючы электрамагнетызм, квантавую механіку і матэрыялазнаўства.
Раздзел 3: Склад пастаянных магнітаў
Пастаянны магніт, таксама вядомы як «матэрыял пастаяннага магніта» або «матэрыял пастаяннага магніта», звычайна складаецца з камбінацыі ферамагнітных або ферымагнітных матэрыялаў. Гэтыя матэрыялы выбраны з-за іх здольнасці ўтрымліваць магнітнае поле, што дазваляе ім ствараць паслядоўны магнітны эфект з цягам часу.
Найбольш распаўсюджанымі ферамагнітнымі матэрыяламі, якія выкарыстоўваюцца ў пастаянных магнітах, з'яўляюцца жалеза, нікель і кобальт, якія могуць быць сплавлены з іншымі элементамі для паляпшэння іх магнітных уласцівасцей. Напрыклад, неадымавыя магніты - гэта тып рэдказямельных магнітаў, якія складаюцца з неадыму, жалеза і бору, у той час як самарыева-кобальтавыя магніты складаюцца з самарыя, кобальту, жалеза і медзі.
На склад пастаянных магнітаў таксама могуць уплываць такія фактары, як тэмпература, пры якой яны будуць выкарыстоўвацца, жаданая сіла і кірунак магнітнага поля і меркаванае прымяненне. Напрыклад, некаторыя магніты могуць быць распрацаваны, каб вытрымліваць высокія тэмпературы, у той час як іншыя могуць быць распрацаваны, каб ствараць моцнае магнітнае поле ў пэўным кірунку.
У дадатак да сваіх асноўных магнітных матэрыялаў, пастаянныя магніты могуць таксама ўключаць у сябе пакрыцця або ахоўныя пласты для прадухілення карозіі або пашкоджанняў, а таксама фарміраванне і механічную апрацоўку для стварэння пэўных формаў і памераў для выкарыстання ў розных сферах прымянення.
Раздзел 4: Віды пастаянных магнітаў
Пастаянныя магніты можна класіфікаваць на некалькі тыпаў у залежнасці ад іх складу, магнітных уласцівасцей і працэсу вытворчасці. Вось некаторыя з распаўсюджаных тыпаў пастаянных магнітаў:
1. Неадымавыя магніты: Гэтыя рэдказямельныя магніты складаюцца з неадыму, жалеза і бору і з'яўляюцца самым моцным тыпам пастаянных магнітаў. Яны валодаюць высокай магнітнай энергіяй і могуць выкарыстоўвацца ў розных сферах прымянення, уключаючы рухавікі, генератары і медыцынскае абсталяванне.
2. Самарыевыя кобальтавыя магніты: Гэтыя рэдказямельныя магніты складаюцца з самарыю, кобальту, жалеза і медзі і вядомыя сваёй стабільнасцю пры высокіх тэмпературах і ўстойлівасцю да карозіі. Яны выкарыстоўваюцца ў такіх галінах, як аэракасмічная і абаронная прамысловасць, а таксама ў высокапрадукцыйных рухавіках і генератарах.
3. Ферытавыя магніты: таксама вядомыя як керамічныя магніты, ферытавыя магніты складаюцца з керамічнага матэрыялу, змешанага з аксідам жалеза. Яны маюць меншую магнітную энергію, чым рэдказямельныя магніты, але больш даступныя і шырока выкарыстоўваюцца ў такіх прылажэннях, як дынамікі, рухавікі і магніты на халадзільнік.
4. Магніты Alnico: Гэтыя магніты складаюцца з алюмінія, нікеля і кобальту і вядомыя сваёй высокай магнітнай сілай і тэмпературнай стабільнасцю. Яны часта выкарыстоўваюцца ў прамысловых прымяненнях, такіх як датчыкі, лічыльнікі і электрарухавікі.
5. Звязаныя магніты: гэтыя магніты вырабляюцца шляхам змешвання магнітнага парашка са злучным рэчывам і могуць быць выраблены ў складаныя формы і памеры. Яны часта выкарыстоўваюцца ў такіх праграмах, як датчыкі, аўтамабільныя кампаненты і медыцынскае абсталяванне.
Выбар тыпу пастаяннага магніта залежыць ад канкрэтных патрабаванняў да прымянення, уключаючы патрабаваную магнітную сілу, тэмпературную стабільнасць, кошт і вытворчыя абмежаванні.
Раздзел 5: Як працуюць магніты?
Магніты працуюць, ствараючы магнітнае поле, якое ўзаемадзейнічае з іншымі магнітнымі матэрыяламі або з электрычнымі токамі. Магнітнае поле ствараецца выраўноўваннем магнітных момантаў у матэрыяле, якія ўяўляюць сабой мікраскапічныя паўночны і паўднёвы полюсы, якія ствараюць магнітную сілу.
У пастаянных магнітах, такіх як прутковы магніт, магнітныя моманты выраўнаваны ў пэўным кірунку, таму магнітнае поле найбольш моцнае на полюсах і самае слабое ў цэнтры. Калі знаходзіцца побач з магнітным матэрыялам, магнітнае поле аказвае сілу на матэрыял, прыцягваючы або адштурхваючы яго ў залежнасці ад арыентацыі магнітных момантаў.
У электрамагніце магнітнае поле ствараецца электрычным токам, які цячэ па скрутку дроту. Электрычны ток стварае магнітнае поле, якое перпендыкулярна кірунку патоку току, і сілай магнітнага поля можна кіраваць, рэгулюючы велічыню току, які праходзіць праз катушку. Электрамагніты шырока выкарыстоўваюцца ў такіх галінах, як рухавікі, калонкі і генератары.
Узаемадзеянне паміж магнітнымі палямі і электрычнымі токамі таксама з'яўляецца асновай для многіх тэхналагічных прыкладанняў, уключаючы генератары, трансфарматары і электрарухавікі. У генератары, напрыклад, кручэнне магніта каля скруткі дроту індукуе ў дроце электрычны ток, які можа быць выкарыстаны для атрымання электрычнай энергіі. У электрарухавіку ўзаемадзеянне паміж магнітным полем рухавіка і токам, які праходзіць праз скрутак дроту, стварае крутоўны момант, які прыводзіць у рух кручэнне рухавіка.
Згодна з гэтай характарыстыкай, мы можам распрацаваць спецыяльную ўстаноўку магнітных полюсаў для зрошчвання, каб павялічыць напружанасць магнітнага поля ў спецыяльнай зоне падчас працы, напрыклад, Halbeck
Час публікацыі: 24 сакавіка 2023 г