Mis on püsimagnetid. Magnetite tüübid ja nende kasutamine
Püsimagnetid olid koos hõõrdumise tõttu elektriseerunud merevaigutükkidega esimesed materiaalsed tõendid iidsete inimeste jaoks. elektromagnetilised nähtused(välk ajaloo koidikul omistati kindlasti mittemateriaalsete jõudude avaldumissfäärile). Ferromagnetismi olemuse selgitamine on teadlaste uudishimulikku meelt alati hõivanud, kuid isegi praegu ei ole mõnede looduslike ja kunstlikult loodud ainete püsimagnetiseerimise füüsikalist olemust veel täielikult avalikustatud, jättes märkimisväärse välja tegevust kaasaegsetele ja tulevastele teadlastele.
Traditsioonilised materjalid püsimagnetitele
Neid on tööstuses aktiivselt kasutatud alates 1940. aastast alates alnico sulami (AlNiCo) tulekuga. Enne seda kasutati erinevat tüüpi terasest püsimagneteid ainult kompassides ja magnetodes. Alnico võimaldas elektromagneteid nendega asendada ja kasutada sellistes seadmetes nagu mootorid, generaatorid ja kõlarid.
See tungimine meie igapäevaellu sai ferriitmagnetite loomisega uue tõuke ja sellest ajast on püsimagnetid muutunud igapäevaseks.
Revolutsioon magnetiliste materjalide vallas algas umbes 1970. aastal, kui loodi samariumi-koobalti perekond. magnetilised materjalid seninägematu magnetenergia tihedusega. Seejärel avastati uus põlvkond haruldaste muldmetallide magnetid, mis põhinevad neodüümil, raual ja booril, mille magnetenergia tihedus on palju suurem kui samarium-koobalt (SmCo) ja eeldatavasti madalate kuludega. Nendel kahel haruldaste muldmetallide magnetite perekonnal on nii suur energiatihedus, et need ei saa mitte ainult asendada elektromagneteid, vaid neid saab kasutada neile kättesaamatus kohas. Näiteks on väike püsimagnetiga samm-mootor käekell ja helimuundurid Walkmani tüüpi kõrvaklappides.
järkjärguline paranemine magnetilised omadused materjalid on näidatud alloleval diagrammil.
neodüümi püsimagnetid
Need esindavad viimaste aastakümnete viimast ja kõige olulisemat arengut selles valdkonnas. Sumitomo ja General Motorsi metallitöölised teatasid nende avastamisest esimest korda peaaegu samaaegselt 1983. aasta lõpus. Need põhinevad intermetallilisel NdFeB ühendil: neodüümi, raua ja boori sulamil. Neodüüm on haruldane muldmetalli element, mis on ekstraheeritud mineraalsest monasiidist.
Suur huvi, mida need püsimagnetid on tekitanud, tuleneb sellest, et esimest korda on saadud uus magnetmaterjal, mis pole mitte ainult tugevam kui eelmise põlvkonna, vaid ka säästlikum. See koosneb peamiselt rauast, mis on palju odavam kui koobalt, ja neodüümist, mis on üks levinumaid haruldaste muldmetallide materjale ja mida leidub Maal rohkem kui pliid. Peamised haruldaste muldmetallide mineraalid monasiit ja bastanesiit sisaldavad viis kuni kümme korda rohkem neodüümi kui samarium.
Püsimagnetiseerimise füüsikaline mehhanism
Püsimagneti toimimise selgitamiseks peame vaatama selle sisse kuni aatomiskaalani. Igal aatomil on elektronide spinnide komplekt, mis koos moodustavad selle magnetmomendi. Oma eesmärkidel võime iga aatomit pidada väikeseks varrasmagnetiks. Püsimagneti demagnetiseerimisel (kas seda kõrge temperatuurini kuumutades või välise magnetvälja toimel) on iga aatomimoment juhuslikult orienteeritud (vt joonist allpool) ja regulaarsust ei täheldata.
Kui see magnetiseeritakse tugevas magnetväljas, on kõik aatomimomendid orienteeritud välja suunas ja justkui haakuvad üksteisega (vt joonist allpool). See sidestus võimaldab säilitada püsimagneti välja, kui välisväli on eemaldatud, ja ka vastupanu demagnetiseerimisele, kui selle suund muutub. Aatomimomentide kohesioonijõu mõõt on magneti sunnijõu suurus. Sellest lähemalt hiljem.
Magnetiseerimismehhanismi sügavamal esitlusel ei tööta nad aatomimomentide mõistetega, vaid kasutavad magneti sees olevate miniatuursete (suurusjärgus 0,001 cm) piirkondade kontseptsiooni, millel on algselt pidev magnetiseeritus, kuid mis on juhuslikult orienteeritud. välise välja puudumisel, nii et range lugeja saab soovi korral omistada ülaltoodud füüsikalise mehhanismi mitte magnetile tervikuna. ja selle eraldi domeeni.
Induktsioon ja magnetiseerimine
Aatomimomendid liidetakse kokku ja moodustavad kogu püsimagneti magnetmomendi ning selle magnetiseerumine M näitab selle momendi suurust ruumalaühiku kohta. Magnetiline induktsioon B näitab, et püsimagnet on esmase magnetiseerimise ajal rakendatud välise magnetjõu (väljatugevuse) H tulemus, samuti aatomi (või domeeni) momentide orientatsioonist tingitud sisemise magnetiseerimise M tulemus. Selle väärtus sisse üldine juhtum antud valemiga:
B = u 0 (H + M),
kus µ 0 on konstant.
Rõngakujulises ja homogeenses püsimagnetis on selle sees olev väljatugevus H (välise välja puudumisel) võrdne nulliga, kuna koguvoolu seaduse kohaselt on selle integraal piki mis tahes ringjoont sellise rõngakujulise südamiku sees. on võrdne:
H∙2πR = iw=0, millest H=0.
Seetõttu on rõngamagnetis magnetiseerimine:
Avatud magnetis, näiteks samas rõngakujulises, kuid õhupiluga l zag l ser pikkuses südamikus, välisvälja puudumisel ja sama induktsiooni B südamiku sees ja pilus , vastavalt koguvoolu seadusele saame:
H ser l ser + (1/µ0)Bl zas = iw=0.
Kuna B \u003d µ 0 (H ser + M ser), siis asendades selle avaldise eelmisega, saame:
H ser (l ser + l zas) + M ser l zas \u003d 0,
H ser \u003d ─ M ser l zas (l ser + l zas).
Õhuvahes:
H zaz \u003d B / µ 0,
pealegi on B määratud antud M ser ja leitud H ser.
Magnetiseerimiskõver
Alustades magnetiseerimata olekust, kui H suureneb nullist, suurenevad kõigi aatomimomentide orientatsiooni tõttu välisvälja suunas M ja B kiiresti, muutudes mööda peamise magnetiseerimiskõvera lõiku "a" (vt. joonis allpool).
Kui kõik aatomimomendid on joondatud, jõuab M oma küllastusväärtuseni ja B edasine suurenemine on tingitud ainult rakendatud väljast (alloleval joonisel põhikõvera lõik b). Kui välisväli kahaneb nullini, väheneb induktsioon B mitte mööda algset rada, vaid piki “c” lõiku aatomimomentide sidumise tõttu, mis kipub neid samas suunas hoidma. Magnetiseerimiskõver hakkab kirjeldama nn hüstereesisilmust. Kui H (välisväli) läheneb nullile, läheneb induktsioon jääkväärtusele, mille määravad ainult aatomimomendid:
B r = μ 0 (0 + M r).
Pärast H suuna muutumist toimivad H ja M vastupidistes suundades ja B väheneb (joonisel kõvera "d" lõik). Välja väärtust, mille juures B kahaneb nullini, nimetatakse magneti B H C sundjõuks. Kui rakendatud välja suurus on piisavalt suur, et katkestada aatomimomentide sidusus, orienteeruvad nad välja uues suunas ja M suund muutub vastupidiseks. Välja väärtust, mille juures see juhtub, nimetatakse püsimagneti sisemiseks koertsitiivijõuks M H C . Seega on püsimagnetiga seotud kaks erinevat, kuid omavahel seotud sunnijõudu.
Alloleval joonisel on kujutatud püsimagnetite erinevate materjalide põhilised demagnetiseerimiskõverad.
Sellest on näha, et just NdFeB magnetitel on suurim jääkinduktsioon Br ja koertsitsiivne jõud (nii summaarne kui ka sisemine, s.t. määratud tugevust H arvestamata, ainult magnetiseeringu M järgi).
Pinna (ampri) voolud
Püsimagnetite magnetvälju võib pidada mõne nendega seotud voolu väljadeks, mis voolavad mööda nende pindu. Neid voolusid nimetatakse amprivooludeks. Selle sõna tavalises tähenduses püsimagnetite sees voolusid ei ole. Võrreldes aga püsimagnetite magnetvälju ja voolude välju mähistes, pakkus prantsuse füüsik Ampere, et aine magnetiseerumist saab seletada mikroskoopiliste voolude vooluga, mis moodustavad mikroskoopilisi. suletud ahelad. Ja tõepoolest, lõppude lõpuks on analoogia solenoidi välja ja pika silindrilise magneti vahel peaaegu täielik: seal on püsimagneti põhja- ja lõunapoolus ning samad poolused solenoidil ja pildid jõujooned nende põllud on samuti väga sarnased (vt allolevat pilti).
Kas magnetis on voolud?
Kujutagem ette, et mõne varda püsimagneti (suvalise ristlõike kujuga) kogu ruumala on täidetud mikroskoopiliste amprivooludega. Selliste vooludega magneti ristlõige on näidatud alloleval joonisel.
Igal neist on magnetmoment. Nende ühesuguse orientatsiooniga välisvälja suunas moodustavad nad sellest tuleneva magnetmomendi, mis erineb nullist. Ta määratleb olemasolu. magnetväli ilmselge laengute korrapärase liikumise puudumisel, voolu puudumisel läbi magneti mis tahes sektsiooni. Samuti on lihtne aru saada, et selle sees kompenseeritakse külgnevate (kontaktsete) ahelate voolud. Kompenseerimata osutuvad ainult keha pinnal olevad voolud, mis moodustavad püsimagneti pinnavoolu. Selle tihedus osutub võrdseks magnetisatsiooniga M.
Kuidas vabaneda liikuvatest kontaktidest
Kontaktivaba sünkroonmasina loomise probleem on teada. Selle traditsiooniline disain koos elektromagnetilise ergastusega rootori poolustelt koos mähistega hõlmab neile voolu andmist liikuvate kontaktide kaudu - harjadega kontaktrõngad. Sellise tehnilise lahenduse puudused on üldteada: need on hooldusraskused, madal töökindlus ja suured kaod liikuvates kontaktides, eriti kui tegemist on võimsate turbo- ja hüdrogeneraatoritega, mille ergutusahelates kulub märkimisväärne elektrienergia.
Kui teha selline püsimagnetgeneraator, siis kontaktiprobleem kaob kohe ära. Tõsi, probleem on magnetite usaldusväärse kinnitamisega pöörlevale rootorile. Siin võivad kasuks tulla traktoriehituses omandatud kogemused. Pikka aega on kasutatud rootori soontes paiknevate püsimagnetitega induktiivpooli generaatorit, mis on täidetud madala sulamistemperatuuriga sulamiga.
Püsimagnetiga mootor
Viimastel aastakümnetel on harjadeta alalisvoolumootorid laialt levinud. Selline seade on tegelikult elektrimootor ja selle armatuurimähise elektrooniline lüliti, mis toimib kollektorina. Elektrimootor on sünkroonmootor, mille rootoril asuvad püsimagnetid, nagu joonisel fig. ülal, staatoril fikseeritud armatuurimähisega. Elektrooniline lüliti on inverter pidev pinge(või voolu) toitevõrgust.
Sellise mootori peamine eelis on selle kontaktivabadus. Selle spetsiifiliseks elemendiks on foto-, induktsioon- või Halli rootori asendiandur, mis juhib inverteri tööd.
On kahte erinevat tüüpi magneteid. Mõned on niinimetatud püsimagnetid, mis on valmistatud "kõvadest magnetilistest" materjalidest. Nende magnetilised omadused ei ole kasutamisega seotud välistest allikatest või hoovused. Teine tüüp hõlmab niinimetatud elektromagneteid, mille südamik on "pehme magnetiline" raud. Nende tekitatud magnetväljad tulenevad peamiselt sellest, et südamikku ümbritsev mähisjuhe läbib elektrit.
Magnetpoolused ja magnetväli.
Varrasmagneti magnetilised omadused on kõige paremini märgatavad selle otste lähedal. Kui selline magnet riputatakse keskosa külge, et see saaks vabalt sisse pöörata horisontaaltasand, siis võtab see asendi, mis vastab ligikaudu suunale põhjast lõunasse. Varda põhja suunatud otsa nimetatakse põhjapooluseks ja vastasotsa lõunapooluseks. Kahe magneti vastaspoolused tõmbavad teineteist, samas kui poolused tõrjuvad üksteist.
Kui magnetiseerimata raua varras tuua magneti ühe pooluse lähedusse, magnetiseerub see ajutiselt. Sel juhul on magneti poolusele lähim magnetiseeritud varda poolus nime poolest vastupidine ja kaugemal asuv poolus on sama nimega. Magneti pooluse ja selle poolt varras tekitatud vastaspooluse vaheline tõmbejõud selgitab magneti toimet. Mõned materjalid (nt teras) muutuvad pärast püsimagneti või elektromagneti läheduses viibimist nõrgaks püsimagnetiks. Terasvarda saab magnetiseerida, viies lihtsalt püsimagneti otsa üle selle otsa.
Seega tõmbab magnet ligi teisi magneteid ja magnetmaterjalidest esemeid, ilma nendega kokku puutumata. Sellist tegevust eemalt seletatakse magnetvälja olemasoluga magnetit ümbritsevas ruumis. Mingi ettekujutuse selle magnetvälja intensiivsusest ja suunast saab, kui valada magnetile asetatud papi- või klaasilehele rauaviilud. Saepuru joondub põllu suunas kettidena ja saepurujoonte tihedus vastab selle välja intensiivsusele. (Need on kõige paksemad magneti otstes, kus magnetvälja intensiivsus on suurim.)
M. Faraday (1791–1867) tutvustas magnetite suletud induktsiooniliinide kontseptsiooni. Induktsioonijooned väljuvad magnetist ümbritsevasse ruumi põhjapoolus, sisenege magneti lõunapoolusel ja minge magneti materjali sees lõunapoolusest tagasi põhja poole, moodustades suletud ahela. Täisnumber Magnetist väljuvaid induktsioonijooni nimetatakse magnetvooks. Magnetvoo tihedus ehk magnetinduktsioon ( AT) on võrdne induktsioonijoonte arvuga, mis kulgevad piki normaalset läbi ühiku suurusega elementaarala.
Magnetinduktsioon määrab jõu, millega magnetväli mõjutab selles asuvat voolu juhtivat juhti. Kui voolu kandev juht ma, asub induktsioonijoontega risti, siis Ampère'i seaduse kohaselt on jõud F, mis toimib juhile, on risti nii välja kui ka juhiga ning on võrdeline magnetinduktsiooni, voolutugevuse ja juhi pikkusega. Seega magnetinduktsiooni jaoks B võid kirjutada väljendi
kus F on jõud njuutonites, ma- voolutugevus amprites, l- pikkus meetrites. Magnetinduktsiooni mõõtühik on tesla (T).
Galvanomeeter.
Galvanomeeter on tundlik seade nõrkade voolude mõõtmiseks. Galvanomeeter kasutab pöördemomenti, mis tekib hobuserauakujulise püsimagneti ja väikese voolu juhtiva mähise (nõrk elektromagneti) koosmõjul, mis on riputatud magneti pooluste vahelises pilus. Pöördemoment ja seega ka pooli läbipaine on võrdeline õhupilu voolu ja kogu magnetilise induktsiooniga, nii et instrumendi skaala on mähise väikeste kõrvalekalletega peaaegu lineaarne.
Magnetiseeriv jõud ja magnetvälja tugevus.
Järgmisena tuleks kasutusele võtta veel üks suurus, mis iseloomustab elektrivoolu magnetilist mõju. Oletame, et vool läbib pika mähise traati, mille sees asub magnetiseeritav materjal. Magnetiseeriv jõud on poolis oleva elektrivoolu ja selle pöörete arvu korrutis (seda jõudu mõõdetakse amprites, kuna keerdude arv on mõõtmeteta suurus). Magnetvälja tugevus H võrdne magnetiseerimisjõuga pooli pikkuseühiku kohta. Seega väärtus H mõõdetuna amprites meetri kohta; see määrab mähise sees oleva materjali poolt omandatud magnetiseerituse.
Vaakumi magnetinduktsioonis B võrdeline magnetvälja tugevusega H:
kus m 0 - nn. magnetkonstant, mille universaalne väärtus on 4 lk Ch 10 –7 H/m. Paljudes materjalides on väärtus B ligikaudu proportsionaalne H. Kuid ferromagnetilistes materjalides on suhe vahel B ja H mõnevõrra keerulisem (millest tuleb juttu allpool).
Joonisel fig. 1 kujutab lihtsat elektromagneti, mis on mõeldud koormuste püüdmiseks. Aku on energiaallikas alalisvool. Joonisel on näha ka elektromagneti välja jõujooned, mida saab tuvastada tavalise rauaviilme meetodiga.
Rauast südamikuga suured elektromagnetid ja väga suur hulk pidevas režiimis töötavad ampripöörded omavad suurt magnetiseerivat jõudu. Need tekitavad pooluste vahes magnetilise induktsiooni kuni 6 T; seda induktsiooni piiravad ainult mehaanilised pinged, poolide kuumenemine ja südamiku magnetiline küllastumine. P.L. Kapitza (1894–1984) kavandas Cambridge'is ja instituudis mitu vesijahutusega hiiglaslikku (ilma südamikuta) elektromagnetit, samuti paigaldised impulssmagnetväljade loomiseks. füüsilised probleemid NSV Liidu Teaduste Akadeemia ja F. Bitter (1902–1967) Massachusettsi Tehnoloogiainstituudis. Sellistel magnetitel oli võimalik saavutada induktsioon kuni 50 T. Losalamose riiklikus laboris töötati välja suhteliselt väike elektromagnet, mis tekitab kuni 6,2 T välju, tarbib 15 kW elektrienergiat ja mida jahutab vedel vesinik. Sarnased väljad saadakse krüogeensetel temperatuuridel.
Magnetiline läbilaskvus ja selle roll magnetismis.
Magnetiline läbilaskvus m on väärtus, mis iseloomustab materjali magnetilisi omadusi. Ferromagnetiliste metallide Fe, Ni, Co ja nende sulamite maksimaalne läbilaskvus on väga kõrge - 5000 (Fe puhul) kuni 800 000 (supermalloy). Sellistes materjalides suhteliselt madala väljatugevusega H tekivad suured induktsioonid B, kuid nende suuruste vaheline seos on üldiselt mittelineaarne küllastus- ja hüstereesinähtuste tõttu, mida käsitletakse allpool. Ferromagnetilisi materjale tõmbavad tugevalt magnetid. Need kaotavad oma magnetilised omadused temperatuuril üle Curie punkti (770°C Fe puhul, 358°C Ni, 1120°C Co puhul) ja käituvad nagu paramagnetid, mille puhul induktsioon B kuni väga kõrgete pingeväärtusteni H on sellega võrdeline – täpselt sama, mis toimub vaakumis. Paljud elemendid ja ühendid on paramagnetilised igal temperatuuril. Paramagnetilisi aineid iseloomustab see, et nad on magnetiseeritud välises magnetväljas; kui see väli välja lülitada, naasevad paramagnetid magnetiseerimata olekusse. Magnetiseeritus ferromagnetites säilib ka pärast välisvälja väljalülitamist.
Joonisel fig. 2 kujutab tüüpilist hüstereesisilmust magnetiliselt kõva (suure kadu) ferromagnetilise materjali jaoks. See iseloomustab magnetiliselt järjestatud materjali magnetiseerumise mitmetähenduslikku sõltuvust magnetiseeriva välja tugevusest. Magnetvälja tugevuse suurenemisega algpunktist (null) 1 ) magnetiseerimine läheb mööda katkendjoont 1 –2 ja väärtus m muutub oluliselt, kui proovi magnetiseerimine suureneb. Punktis 2 saavutatakse küllastus, s.t. intensiivsuse edasise suurenemisega magnetiseeritus enam ei suurene. Kui nüüd väärtust järk-järgult vähendada H nullini, siis kõver B(H) ei liigu enam sama rada, vaid läbib punkti 3 , paljastades justkui "mineviku ajaloo" materjali "mälu", sellest ka nimi "hüsterees". Ilmselgelt säilib sel juhul mõningane jääkmagnetiseerimine (segment 1 –3 ). Pärast magnetiseeriva välja suuna muutmist vastupidiseks, kõver AT (H) läbib punkti 4 ja segment ( 1 )–(4 ) vastab demagnetiseerimist takistavale sunnijõule. Väärtuste edasine kasv (- H) viib hüstereesikõvera kolmandasse kvadrandisse – sektsiooni 4 –5 . Järgnev väärtuse langus (- H) nullini ja seejärel positiivseid väärtusi suurendades H sulgeb hüstereesiahela läbi punktide 6 , 7 ja 2 .
Magnetiliselt kõvasid materjale iseloomustab lai hüstereesisilmus, mis katab diagrammil olulise ala ja vastab seetõttu jääkmagnetiseerimise (magnetinduktsiooni) ja sunnijõu suurtele väärtustele. Kitsas hüstereesisilmus (joonis 3) on iseloomulik pehmetele magnetmaterjalidele, nagu pehme teras ja kõrge magnetilise läbilaskvusega spetsiaalsed sulamid. Sellised sulamid loodi selleks, et vähendada hüstereesist tingitud energiakadusid. Enamikul neist erisulamitest, nagu ferriitidest, on kõrge elektritakistus, mille tõttu ei vähene mitte ainult magnetkaod, vaid ka pöörisvooludest tulenevad elektrikadud.
Kõrge läbilaskvusega magnetmaterjale toodetakse lõõmutamisel, mis viiakse läbi temperatuuril umbes 1000 ° C, millele järgneb karastamine (järkjärguline jahutamine) toatemperatuurini. Sellisel juhul on väga oluline eelnev mehaaniline ja termiline töötlemine, samuti lisandite puudumine proovis. Trafosüdamike jaoks 20. sajandi alguses. töötati välja räniterased, väärtus m mis suurenes ränisisalduse suurenedes. Aastatel 1915–1920 ilmusid permalsulamid (Ni ja Fe sulamid) neile iseloomuliku kitsa ja peaaegu ristkülikukujulise hüstereesisilmusega. Eriti kõrged väärtused magnetiline läbilaskvus m väikeste väärtuste jaoks H hüperniline (50% Ni, 50% Fe) ja mu-metalli (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) sulamid erinevad, samas kui perminvar (45% Ni, 30% Fe, 25% Co) väärtus m praktiliselt konstantne paljude väljatugevuse muutuste korral. Kaasaegsetest magnetmaterjalidest tuleks mainida supermalloyd, mis on kõrgeima magnetilise läbilaskvusega sulam (sisaldab 79% Ni, 15% Fe ja 5% Mo).
Magnetismi teooriad.
Esimest korda tekkis mõte, et magnetilised nähtused lõpuks muudetud elektriliseks, tekkis Ampère'ist 1825. aastal, kui ta väljendas ideed suletud sisemistest mikrovooludest, mis ringlevad magneti igas aatomis. Kuid ilma eksperimentaalse kinnituseta selliste voolude olemasolu kohta aines (elektroni avastas J. Thomson alles 1897. aastal ning aatomi ehituse kirjelduse andsid Rutherford ja Bohr 1913. aastal) see teooria “haihtus. ”. 1852. aastal soovitas W. Weber, et iga aatom magnetiline aine on pisike magnet ehk magnetdipool, nii et aine täielik magnetiseerimine saavutatakse siis, kui kõik üksikud aatomimagnetid on kindlas järjekorras (joonis 4, b). Weber uskus, et molekulaarne või aatomi "hõõrdumine" aitab neil elementaarmagnetitel säilitada oma järjestust hoolimata termiliste vibratsioonide häirivast mõjust. Tema teooria suutis selgitada kehade magnetiseerumist kokkupuutel magnetiga, samuti nende demagnetiseerumist kokkupõrkel või kuumutamisel; lõpuks selgitati ka magnetite “paljunemist”, kui magnetiseeritud nõel või magnetpulk tükkideks lõigati. Ja ometi ei selgitanud see teooria ei elementaarmagnetite päritolu ega küllastumise ja hüstereesi nähtusi. Weberi teooriat täiustas 1890. aastal J. Ewing, kes asendas oma aatomihõõrdumise hüpoteesi ideega aatomitevahelistest piiravatest jõududest, mis aitavad säilitada püsimagneti moodustavate elementaardipoolide järjestust.
Kunagi Ampere'i pakutud probleemile lähenemine sai teise elu 1905. aastal, kui P. Langevin selgitas paramagnetiliste materjalide käitumist, omistades igale aatomile sisemise kompenseerimata elektronivoolu. Langevini sõnul moodustavad need voolud väikesed magnetid, mis on välisvälja puudumisel juhuslikult orienteeritud, kuid omandavad pärast selle rakendamist korrapärase orientatsiooni. Sel juhul vastab täieliku järjestuse lähendamine magnetiseerimise küllastumisele. Lisaks tutvustas Langevin magnetmomendi kontseptsiooni, mis eraldi aatomimagneti jaoks on võrdne tootega. magnetlaeng» postid pooluste vahelise kauguse järgi. Seega on paramagnetiliste materjalide nõrk magnetism tingitud kompenseerimata elektronvoolude tekitatud summaarsest magnetmomendist.
1907. aastal võttis P. Weiss kasutusele mõiste "domeen", millest sai oluline panus kaasaegsesse magnetismiteooriasse. Weiss kujutas domeene ette väikeste aatomite "kolooniatena", mille sees kõigi aatomite magnetmomendid on mingil põhjusel sunnitud säilitama sama orientatsiooni, nii et iga domeen magnetiseeritakse küllastumiseni. Eraldi domeeni lineaarsed mõõtmed võivad olla suurusjärgus 0,01 mm ja vastavalt maht suurusjärgus 10–6 mm 3 . Domeenid on eraldatud nn Blochi seintega, mille paksus ei ületa 1000 aatommõõtu. "Sein" ja kaks vastassuunas orienteeritud domeeni on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 5. Sellised seinad on "üleminekukihid", milles domeeni magnetiseerimise suund muutub.
Üldjuhul saab algmagnetiseerimiskõveral eristada kolme lõiku (joonis 6). Algses osas liigub sein välise välja toimel läbi aine paksuse, kuni ilmneb defekt. kristallvõre mis teda peatab. Väljatugevust suurendades saab seina sundida edasi liikuma läbi katkendjoonte vahelise keskmise lõigu. Kui pärast seda vähendatakse väljatugevust uuesti nullini, siis seinad ei naase enam oma algsesse asendisse, mistõttu proov jääb osaliselt magnetiseeritud. See seletab magneti hüstereesi. Kõvera lõpus lõpeb protsess proovi magnetiseerimise küllastumisega, mis on tingitud magnetiseerimise järjestamisest viimastes korrastamata domeenides. See protsess on peaaegu täielikult pöörduv. Magnetilist kõvadust näitavad need materjalid, mille aatomvõres on palju defekte, mis takistavad domeenidevaheliste seinte liikumist. Seda on võimalik saavutada mehaanilise ja termilise töötlemisega, näiteks pulbrilise materjali kokkupressimise ja seejärel paagutamise teel. Alnico sulamites ja nende analoogides saavutatakse sama tulemus metallide sulatamisel keerukaks struktuuriks.
Lisaks paramagnetilistele ja ferromagnetilistele materjalidele on materjale, millel on nn antiferromagnetilised ja ferrimagnetilised omadused. Seda tüüpi magnetismi erinevusi on illustreeritud joonisel fig. 7. Domeenide kontseptsioonist lähtuvalt võib paramagnetismi käsitleda kui nähtust, mis on tingitud väikeste magnetdipoolide rühmade esinemisest materjalis, mille puhul üksikud dipoolid interakteeruvad üksteisega väga nõrgalt (või ei interakteeru üldse) ja seetõttu , välise välja puudumisel võtavad nad ainult juhuslikke orientatsioone (joonis 7, a). Ferromagnetilistes materjalides on igas domeenis üksikute dipoolide vahel tugev vastastikmõju, mis viib nende järjestatud paralleelse joondamiseni (joonis 7, b). Seevastu antiferromagnetilistes materjalides viib üksikute dipoolide vaheline interaktsioon nende paralleelselt järjestatud joonduseni, nii et iga domeeni kogumagnetmoment on null (joonis 7, sisse). Lõpuks on ferrimagnetilistes materjalides (näiteks ferriitides) nii paralleelne kui ka antiparalleelne järjestus (joonis 7, G), mille tulemuseks on nõrk magnetism.
On kaks veenvat eksperimentaalne kinnitus domeenide olemasolu. Esimene neist on nn Barkhauseni efekt, teine puuderfiguuri meetod. 1919. aastal tegi G. Barkhausen kindlaks, et kui ferromagnetilise materjali proovile rakendatakse välist välja, muutub selle magnetiseerumine väikestes diskreetsetes osades. Domeeniteooria seisukohalt pole see midagi muud kui domeenidevahelise seina hüppelaadne edasiminek, mis puutub kokku üksikute defektidega, mis seda oma teel tagasi hoiavad. See efekt tuvastatakse tavaliselt mähise abil, millesse asetatakse ferromagnetiline varras või traat. Kui vaheldumisi tuua proovi juurde ja sealt eemaldada tugev magnet, siis proov magnetiseeritakse ja uuesti magnetiseeritakse. Hüppelaadsed muutused proovi magnetiseerimises muudavad magnetvoogu läbi mähise ja see ergastab induktsioonivool. Pinge, mis sel juhul tekib mähises, võimendatakse ja suunatakse paari akustiliste kõrvaklappide sisendisse. Kõrvaklappide kaudu tajutavad klõpsud viitavad magnetiseerimise järsule muutumisele.
Magneti domeenistruktuuri paljastamiseks pulberfiguuride meetodil kantakse magnetiseeritud materjali hästi poleeritud pinnale tilk ferromagnetilise pulbri (tavaliselt Fe 3 O 4) kolloidset suspensiooni. Pulbriosakesed settivad peamiselt magnetvälja maksimaalse ebahomogeensuse kohtadesse - domeenide piiridele. Sellist struktuuri saab uurida mikroskoobi all. Samuti on välja pakutud meetod, mis põhineb polariseeritud valguse läbimisel läbipaistvast ferromagnetilisest materjalist.
Weissi esialgne magnetismiteooria on oma põhijoontes säilitanud oma tähtsuse tänapäevani, olles saanud ajakohastatud tõlgenduse, mis põhineb kompenseerimata elektroni spinnide kui aatomimagnetismi määrava teguri kontseptsioonil. Hüpoteesi elektroni sisemomendi olemasolust esitasid 1926. aastal S. Goudsmit ja J. Uhlenbeck ning praegu peetakse just elektrone kui spinnikandjaid “elementaarmagnetiteks”.
Selle mõiste selgitamiseks vaatleme (joonis 8) vaba rauaaatomit, tüüpilist ferromagnetilist materjali. Selle kaks kesta ( K ja L), mis on tuumale kõige lähemal, on täidetud elektronidega, millest esimesel on kaks ja teisel kaheksa. AT K-kest, ühe elektroni spinn on positiivne ja teise negatiivne. AT L-shell (täpsemalt selle kahes alamkestas) on kaheksast elektronist neli positiivsed ja ülejäänud neli negatiivsed. Mõlemal juhul tühistavad elektronide spinnid samas kestas täielikult, nii et kogu magnetmoment on null. AT M-shell, olukord on erinev, kuna kuuest elektronist kolmandas alamkihis on viiel elektronil spinnid suunatud ühes suunas ja ainult kuuendal - teises suunas. Selle tulemusena jääb alles neli kompenseerimata spinni, mis määrab raua aatomi magnetilised omadused. (Välis N-kestal on ainult kaks valentselektroni, mis ei aita kaasa raua aatomi magnetismile.) Sarnaselt seletatakse ka teiste ferromagnetite, nagu nikli ja koobalti, magnetismi. Kuna rauaproovi naaberaatomid interakteeruvad üksteisega tugevalt ja nende elektronid on osaliselt kollektiviseeritud, tuleks seda selgitust vaadelda vaid illustreeriva, kuid väga lihtsustatud skeemina tegelikust olukorrast.
Elektroni spinnil põhinevat aatomimagnetismi teooriat toetavad kaks huvitavat güromagnetilist katset, millest ühe viisid läbi A. Einstein ja W. de Haas ning teise S. Barnett. Nendest katsetest esimeses riputati ferromagnetilise materjali silinder, nagu on näidatud joonisel fig. 9. Kui mähisjuhtmest juhitakse voolu, siis silinder pöörleb ümber oma telje. Kui voolu suund (ja seega ka magnetväli) muutub, muutub see vooluks vastupidine suund. Mõlemal juhul on silindri pöörlemine tingitud elektronide spinnide järjestusest. Barnetti katses vastupidi, järsult pöörlemisasendisse viidud rippsilinder magnetiseeritakse magnetvälja puudumisel. See efekt on seletatav asjaoluga, et magneti pöörlemise ajal tekib güroskoopiline moment, mis kipub pöörlemismomente selles suunas pöörama. oma telg pöörlemine.
Täielikumaks selgituseks naabruses asuvaid aatomimagneteid järjestavate ja termilise liikumise häirivat mõju neutraliseerivate lühimaajõudude olemuse ja päritolu kohta tuleks viidata kvantmehaanika. Nende jõudude olemuse kvantmehaanilise seletuse pakkus välja 1928. aastal W. Heisenberg, kes postuleeris vahetusinteraktsioonide olemasolu naaberaatomite vahel. Hiljem näitasid G. Bethe ja J. Slater, et vahetusjõud suurenevad oluliselt aatomitevahelise kauguse vähenemisega, kuid pärast teatud minimaalse aatomitevahelise kauguse saavutamist langevad need nulli.
AINE MAGNETILISED OMADUSED
Ühe esimesi ulatuslikke ja süstemaatilisi aine magnetiliste omaduste uuringuid viis läbi P. Curie. Ta leidis, et nende magnetiliste omaduste järgi võib kõik ained jagada kolme klassi. Esimene hõlmab aineid, millel on rauaga sarnased tugevad magnetilised omadused. Selliseid aineid nimetatakse ferromagnetilisteks; nende magnetväli on märgatav suurte vahemaade tagant ( cm. kõrgemale). Ained, mida nimetatakse paramagnetilisteks, kuuluvad teise klassi; nende magnetilised omadused on üldiselt sarnased ferromagnetiliste materjalide omadega, kuid palju nõrgemad. Näiteks võib võimsa elektromagneti pooluste külgetõmbejõud tõmmata käest raudhaamri ja selleks, et tuvastada paramagnetilise aine külgetõmbejõudu samale magnetile, on reeglina vaja väga tundlikke analüütilisi kaalusid. . Viimasesse, kolmandasse klassi kuuluvad nn diamagnetilised ained. Neid tõrjub elektromagnet, st. diamagnetitele mõjuv jõud on suunatud vastupidiselt ferro- ja paramagnetitele mõjuvale jõule.
Magnetiliste omaduste mõõtmine.
Magnetiliste omaduste uurimisel on kõige olulisemad kahte tüüpi mõõtmised. Esimene neist on magneti lähedal proovile mõjuva jõu mõõtmine; nii määratakse proovi magnetiseeritus. Teine hõlmab aine magnetiseerumisega seotud "resonantssageduste" mõõtmist. Aatomid on pisikesed "güroskoopid" ja magnetväljas pretsesseerivad (nagu tavaline pöörlev raskusjõu poolt tekitatava pöördemomendi mõjul) sagedusel, mida saab mõõta. Lisaks mõjub jõud magnetinduktsiooni joontega täisnurga all liikuvatele vabade laetud osakestele, samuti juhis olevale elektronvoolule. See paneb osakese liikuma ringikujulisel orbiidil, mille raadius on antud
R = mv/eB,
kus m on osakese mass, v- tema kiirus e on selle laeng ja B on välja magnetiline induktsioon. Selliste sagedus ringristmik on võrdne
kus f mõõdetuna hertsides e- ripatsites, m- kilogrammides, B- Teslas. See sagedus iseloomustab laetud osakeste liikumist aines magnetväljas. Mõlemat tüüpi liikumist (kiirust ja liikumist ringikujulistel orbiitidel) saab ergutada vahelduvate väljadega, mille resonantssagedused on võrdsed "looduslike" sagedustega. seda materjali. Esimesel juhul nimetatakse resonantsi magnetiliseks ja teisel juhul tsüklotroniks (sarnasuse tõttu tsükliline liikumine subatomiline osake tsüklotronis).
Aatomite magnetilistest omadustest rääkides tuleb erilist tähelepanu pöörata nende nurkimpulsile. Magnetväli mõjub pöörlevale aatomidipoolile, püüdes seda pöörata ja seada väljaga paralleelselt. Selle asemel hakkab aatom pretsesseerima ümber välja suuna (joonis 10) sagedusega, mis sõltub dipoolmomendist ja rakendatava välja tugevusest.
Aatomite pretsessioon ei ole otseselt jälgitav, kuna kõik proovis olevad aatomid pretseseerivad sisse erinev faas. Kui aga rakendada väike vahelduvväli, mis on suunatud konstantse järjestusväljaga risti, siis tekib pretsesseerivate aatomite vahel teatud faasisuhe ja nende kogumagnetmoment hakkab pretsesseerima sagedusega, mis on võrdne indiviidi pretsessiooni sagedusega. magnetmomendid. Presssiooni nurkkiirusel on suur tähtsus. Reeglina on see väärtus suurusjärgus 10 10 Hz/T elektronidega seotud magnetiseerimisel ja suurusjärgus 10 7 Hz/T positiivsed laengud aatomite tuumades.
Tuumamagnetresonantsi (NMR) vaatlemise seadmestiku skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 11. Uuritav aine viiakse pooluste vahele ühtlasesse konstantsesse välja. Kui RF-väli ergastatakse seejärel väikese mähisega katseklaasi ümber, võib resonantsi saavutada teatud sagedus, mis on võrdne proovi kõigi tuuma "güroskoopide" pretsessioonisagedusega. Mõõtmised on sarnased raadiovastuvõtja häälestamisega konkreetse jaama sagedusele.
Magnetresonantsmeetodid võimaldavad uurida mitte ainult konkreetsete aatomite ja tuumade magnetilisi omadusi, vaid ka nende keskkonna omadusi. Asi on selles, et tahkete ainete ja molekulide magnetväljad on ebahomogeensed, kuna neid moonutavad aatomilaengud, ja eksperimentaalse resonantskõvera kulgemise üksikasjad määrab lokaalne väli piirkonnas, kus asub pretsesseeriv tuum. See võimaldab uurida konkreetse proovi struktuuri tunnuseid resonantsmeetodite abil.
Magnetiliste omaduste arvutamine.
Maa välja magnetiline induktsioon on 0,5×10 -4 T, tugeva elektromagneti pooluste vaheline väli aga suurusjärgus 2 T või rohkem.
Mis tahes voolude konfiguratsiooniga tekitatud magnetvälja saab arvutada Biot-Savart-Laplace'i valemi abil vooluelemendi tekitatud välja magnetilise induktsiooni jaoks. Kontuuridega loodud välja arvutamine erinevad kujud ja silindrilised poolid, on paljudel juhtudel väga keeruline. Allpool on valemid mitmete lihtsate juhtumite jaoks. Välja magnetiline induktsioon (teslas), mille tekitab vooluga pikk sirge juhe ma
Magnetiseeritud raudvarda väli sarnaneb pika solenoidi välisväljaga, mille ampripöörete arv pikkuseühiku kohta vastab magnetiseeritud varda pinnal olevate aatomite voolule, kuna varda sees olevad voolud tühistavad üksteist. välja (joonis 12). Ampere nime järgi nimetatakse sellist pinnavoolu Ampère'iks. Magnetvälja tugevus H a, mis tekib amprivooluga, on võrdne varda ruumalaühiku magnetmomendiga M.
Kui solenoidi sisestada raudvarras, siis lisaks sellele, et solenoidi vool tekitab magnetvälja H, aatomidipoolide järjestamine varda magnetiseeritud materjalis tekitab magnetiseerumise M. Sel juhul määratakse kogu magnetvoog reaal- ja amprivoolude summaga, nii et B = m 0(H + H a), või B = m 0(H+M). Suhtumine M/H helistas magnetiline vastuvõtlikkus ja seda tähistatakse kreeka tähega c; c on mõõtmeteta suurus, mis iseloomustab materjali võimet magnetiseerida magnetväljas.
Väärtus B/H, mis iseloomustab materjali magnetilisi omadusi, nimetatakse magnetiliseks läbilaskvuseks ja seda tähistatakse m a, ja m a = m 0m, kus m a on absoluutne ja m- suhteline läbilaskvus,
Ferromagnetilistes ainetes väärtus c võivad olla väga suured väärtused - kuni 10 4 ё 10 6 . Väärtus c paramagnetilisi materjale on vähe Üle nulli, ja diamagnetiliste jaoks - veidi vähem. Ainult vaakumis ja väga nõrkades väljades on kogused c ja m on konstantsed ega sõltu välisväljast. Sõltuvuse esilekutsumine B alates H on tavaliselt mittelineaarne ja selle graafikud, nn. magnetiseerimiskõverad, jaoks erinevad materjalid ja isegi millal erinevad temperatuurid võivad oluliselt erineda (selliste kõverate näited on toodud joonistel 2 ja 3).
Aine magnetilised omadused on väga keerulised ja nende põhjalik mõistmine nõuab põhjalikku analüüsi aatomite struktuuri, nende vastastikmõjude kohta molekulides, kokkupõrgete kohta gaasides ja nende vahel. vastastikune mõju tahketes ja vedelikes; vedelike magnetilisi omadusi on siiani kõige vähem uuritud.
Kodus, tööl, oma autos või sees ühistransport meid ümbritsevad erinevat tüüpi magnetid. Need toidavad mootoreid, andureid, mikrofone ja palju muid tavalisi asju. Samal ajal kasutatakse igas piirkonnas seadmeid, mis erinevad oma omaduste ja omaduste poolest. Üldiselt eristatakse seda tüüpi magneteid:
Mis on magnetid
Elektromagnetid. Selliste toodete disain koosneb raudsüdamikust, millele on keritud traadi rullid. Rakendades erineva suuruse ja suuna parameetritega elektrivoolu, on võimalik saada magnetvälju vajalik tugevus ja polaarsus.
Selle magnetirühma nimi on selle komponentide nimetuste lühend: alumiinium, nikkel ja koobalt. Alnico sulami peamine eelis on materjali ületamatu temperatuuristabiilsus. Muud tüüpi magnetid ei saa kiidelda sellega, et neid saab kasutada temperatuuril kuni +550 ⁰ C. Samas iseloomustab seda kerget materjali nõrk sunnijõud. See tähendab, et tugeva välise magnetväljaga kokkupuutel saab selle täielikult demagnetiseerida. Samas on alnico oma taskukohase hinna tõttu asendamatu lahendus paljudes teadus- ja tööstussektorites.
Kaasaegsed magnettooted
Niisiis, me mõtlesime välja sulamid. Liigume nüüd edasi selle juurde, mis on magnetid ja millist rakendust nad igapäevaelus leiavad. Tegelikult on selliste toodete jaoks palju erinevaid võimalusi:
3) kontorimagnetid. Ettekannete ja koosolekute jaoks kasutatakse magnettahvleid, mis võimaldavad visuaalselt ja üksikasjalikult esitada igasugust teavet. Need on väga kasulikud ka kooliklassides ja ülikoolide klassiruumides.
Neodüüm- ja ferriitmagnetid
Paljudel metallidel on magnetilised omadused, mis võimaldab neid kasutada paljudes tööstusvaldkondades ja igapäevaelus. Kuni viimase ajani olid ferriitmagnetid laialt levinud, kuid nüüd asenduvad need üha enam haruldaste muldmetallide neodüümi, raua ja boori sulamist valmistatud magnetitega. Viimased koguvad aina enam populaarsust. Milline magnet on parem - ferriit või neodüüm, proovime seda selles artiklis välja mõelda.
Neodüümi magnet
Paljud meist on kuulnud neodüümmagnetitest. Mis see on? Magneti ainulaadsed omadused tulenevad neodüümi olemasolust sulamis - keemiline element perioodilisuse tabeli lantaniidide rühmast. Lisaks põhikomponendile sisaldab neodüümmagneti koostis rauda ja boori või koobaltit ja ütriumi. Neodüümmagnet valmistatakse aktiivsete koostisosade pulbrilise massi kuumutamisel. Kõige eristav omadus neodüümmagnet - selle võimsus üsna väikese suurusega. Sellisel magnetil on kleepuvusjõud, mis on 10 või enam korda suurem kui ferriitmagnetitel.
Selleks, et neodüümmagnet kestaks võimalikult kaua, kantakse selle pinnale spetsiaalne nikli koostis. Kui magnet on plaanis kasutada agressiivses või kõrge temperatuuriga keskkonnas, siis on soovitatav valida tsinkkate.
Neodüümmagneteid kasutatakse laialdaselt:
Kruuna või klambrina - neodüümvõimsus tagab magnetite vahele asetatud materjali ühtlase kinnitumise.
Meelelahutuseks - selle magneti abil seatud nippe on ühtviisi huvitatud nii lapsed kui ka täiskasvanud.
Terasest ja rauast valmistatud esemete otsimiseks.
Metallesemete magnetiseerimiseks. Asjad, mida neodüümmagnet magnetiseerib, on kruvikeerajad, nõelad, noad ja muud tooted.
Usaldusväärseks kinnitamiseks erinevate objektide pinnale.
Neodüümmagnetite tüübid
Neodüümmagnetid on saadaval erineva konfiguratsiooni ja kaaluga. Isegi väike, 25 * 5 mm suurune magnet talub kuni üheksa kilogrammi raskust ja võib hooletul ümberkäimisel nahka kahjustada. Ja suurema massiga magnetite kasutamisel on seda enam vaja jälgida teatud ohutusmeetmeid, et välistada võimalikud vigastused.
Ferriitmagnet - mis see on
Tavalistest on levinumad ferriitmagnetid, mis on raudoksiidi sulam teiste metallide oksiididega. Lihtsaid magneteid valmistatakse kõige sagedamini hobuseraua kujul. Ferromagnetite peamised omadused on järgmised:
Hea temperatuuritaluvus.
Kõrge magnetiline läbilaskvus.
Odav.
Ferriitmagnetid on tavaliselt tähistatud punase ja sinise pooluste märgistusega.
Magnetite võrdlus
Mis vahe on neodüümmagnetil ja tavalisel magnetil ning kuidas neid erinevusi visuaalselt määrata? Neodüümmagnetid on muutunud väga populaarseks mitte nii kaua aega tagasi (nende tootmistehnoloogiad on alles umbes 30 aastat vanad), kuid neid kasutatakse juba peaaegu kõigis eluvaldkondades. Nagu juba mainitud, on kõige olulisem erinevus neodüümmagneti ja tavapärase magneti vahel selle nakketugevus ja peamine magnetilised omadused: magnetenergia, jääkmagnetinduktsioon ja sundjõud. Nende omaduste väärtused on mitu korda suuremad kui ferromagnetitel. Lihtsaim viis magneti tüübi kindlaksmääramiseks on proovida seda raudpinnalt eemaldada. Kui see on kergesti eraldatav, siis on tegemist ferromagnetiga, aga kui magneti on võimalik eemaldada alles peale teatud jõupingutusi, siis on meil neodüümmagnet. Lisaks sellele funktsioonile erinevad magnetid mitmel viisil.
Eluaeg
Kui ferromagnetid töötavad umbes 10 aastat kl õige kasutamine ja seejärel täielikult demagnetiseerituna, on neodüümmagneti kasutusiga praktiliselt piiramatu. Taga inimese vanus Neodüümmagnetite tugevus kaob vaid 1%.
Raskusjõud
Samade mõõtmetega neodüümmagneti tõmbejõud on umbes 10 korda suurem kui ferromagneti jõud. Seetõttu saab väikest, kuid väga võimsat magnetit kasutada nii arvutites ja akustilistes süsteemides kui ka erinevate suveniiride ja ehete valmistamisel.
Vorm
Ferromagneteid toodetakse peamiselt hobuseraua kujul, millel on punased ja sinised jalad, mis näitavad negatiivset ja positiivset poolust. Hobuseraua kuju võimaldab sulgeda magnetvälja jooni, et pikendada ferromagneti kasutusiga. Neodüümmagneteid toodetakse erineva kuju ja konfiguratsiooniga - rööptahukas, rõngas, ketas ja muud. Nende pinnale saate asetada mitu poolust, see tähendab muuta need "mitmepolaarseks".
Hind
Neodüümmagnet on kallim kui ferriit, mis on õigustatud selle omaduste ja kasutuseaga. Ostes neodüümmagneti, saate peaaegu "igavese" magneti, vähemalt selle omadused ei muutu teie elu jooksul.
Neodüümmagneti eelised ja rakendused
Seega neodüümmagnet, vaatamata enamale kõrge hind, omab vaieldamatuid eeliseid võrreldes tavapärase ferriidiga. Suurenenud võimsus, pikk kasutusiga, mitmesuguse kujuga tootmine pakkus neodüümi-raua-boori sulamist magneti järele tarbijate seas suurt nõudlust.
Miks on vaja neodüümmagnetit?
Mida tähendab neodüümmagnet tänapäeva inimese jaoks Igapäevane elu? Lisaks ülaltoodud kasutusaladele kasutatakse populaarset materjali:
Akvaariumide ja muude mahutite, samuti autoseadmetes kasutatavate mootori- ja käigukastiõlide puhastamine.
Metallpindade täpne joondamine.
Plaatide, filmide ja paljude muude toimingute degausseerimine.
Loomulikult on kõik artiklis loetletud neodüümmagnetite omadused olulised ainult kvaliteetsete materjalide ostmisel. Kõik, kes ostsid Magnetide maailmast eraldi neodüümi, teavad, et veebipood annab kõik vajalikud garantiid ja kvaliteedisertifikaadid ning annab igale ostjale ka asjatundlikku nõu.
Mõistame koos, mis on magnetväli. Paljud inimesed ju elavad sellel alal terve elu ega mõtlegi sellele. Aeg see parandada!
Magnetväli
Magnetväli on eriline asi. See avaldub liikumises liikuvatele elektrilaengutele ja kehadele, millel on oma magnetmoment (püsimagnetid).
Tähtis: magnetväli ei mõju statsionaarsetele laengutele! Magnetväli tekib ka liikumisel elektrilaengud, või ajas muutuva elektrivälja abil või magnetmomendid elektronid aatomites. See tähendab, et iga traat, mille kaudu vool läbib, muutub samuti magnetiks!
Keha, millel on oma magnetväli.
Magnetil on poolused, mida nimetatakse põhjaks ja lõunaks. Nimetused "põhjapoolne" ja "lõunapoolne" on antud ainult mugavuse huvides (elektri puhul "pluss" ja "miinus".
Magnetvälja tähistab jõu magnetjooned. Jõujooned on pidevad ja suletud ning nende suund langeb alati kokku väljajõudude suunaga. Kui metallilaastud on püsimagneti ümber laiali, näitavad metalliosakesed selget pilti põhjast väljuvatest ja lõunapoolusele sisenevatest magnetvälja joontest. Magnetvälja graafiline karakteristik – jõujooned.
Magnetvälja omadused
Magnetvälja peamised omadused on magnetiline induktsioon, magnetvoog ja magnetiline läbilaskvus. Aga räägime kõigest järjekorras.
Märgime kohe, et süsteemis on antud kõik mõõtühikud SI.
Magnetiline induktsioon B - vektor füüsiline kogus, mis on magnetvälja peamine võimsusomadus. Tähistatakse tähega B . Magnetinduktsiooni mõõtühik - Tesla (Tl).
Magnetinduktsioon näitab, kui tugev on väli, määrates jõu, millega see laengule mõjub. Seda jõudu nimetatakse Lorentzi jõud.
Siin q - laadimine, v - selle kiirus magnetväljas, B - induktsioon, F on Lorentzi jõud, millega väli laengule mõjub.
F- füüsiline kogus, võrdne tootega magnetiline induktsioon kontuuri pindalale ja koosinus induktsioonivektori ja selle kontuuri tasapinna normaaljoone vahel, mida vool läbib. magnetvoog- magnetvälja skalaarkarakteristik.
Võime öelda, et magnetvoog iseloomustab pindalaühikut läbivate magnetiliste induktsioonijoonte arvu. Magnetvoogu mõõdetakse ühikutes Weberach (WB).
Magnetiline läbilaskvus on koefitsient, mis määrab kandja magnetilised omadused. Üks parameetritest, millest välja magnetiline induktsioon sõltub, on magnetiline läbilaskvus.
Meie planeet on olnud tohutu magnet juba mitu miljardit aastat. Maa magnetvälja induktsioon varieerub sõltuvalt koordinaatidest. Ekvaatoril on see umbes 3,1 korda 10 Tesla miinus viienda astmega. Lisaks esineb magnetanomaaliaid, kus välja väärtus ja suund erinevad oluliselt naaberaladest. Üks suurimaid magnetilisi anomaaliaid planeedil - Kursk ja Brasiilia magnetiline anomaalia.
Maa magnetvälja päritolu on teadlastele siiani mõistatus. Eeldatakse, et välja allikaks on Maa vedel metallist tuum. Südamik liigub, mis tähendab, et sula raua-nikli sulam liigub ja laetud osakeste liikumine on elektrivool, mis tekitab magnetvälja. Probleem on selles, et see teooria geodünamo) ei selgita, kuidas põldu stabiilsena hoitakse.
Maa on tohutu magnetiline dipool. Magnetpoolused ei kattu geograafiliste poolustega, kuigi need on sees lähedal. Pealegi liiguvad Maa magnetpoolused. Nende nihkumist on registreeritud alates 1885. aastast. Näiteks viimase saja aasta jooksul on magnetpoolus sisse lõunapoolkera liikus ligi 900 kilomeetrit ja on praegu Lõunaookeanis. Arktika poolkera poolus liigub üle Põhja-Jäämere Ida-Siberi magnetanomaalia suunas, selle liikumiskiirus (2004. aasta andmetel) oli umbes 60 kilomeetrit aastas. Nüüd on pooluste liikumise kiirendus - keskmiselt kasvab kiirus 3 kilomeetrit aastas.
Milline on Maa magnetvälja tähtsus meie jaoks? Esiteks kaitseb Maa magnetväli planeeti kosmilised kiired ja päikesetuul. Süvakosmosest pärit laetud osakesed ei lange otse maapinnale, vaid hiiglasliku magneti toimel suunatakse need kõrvale ja liiguvad mööda selle jõujooni. Seega on kõik elusolendid kaitstud kahjuliku kiirguse eest.
Maa ajaloo jooksul on neid olnud mitmeid inversioonid(muutused) magnetpoolused. Pooluse inversioon on siis, kui nad kohta vahetavad. Viimati esines see nähtus umbes 800 tuhat aastat tagasi ja Maa ajaloos oli geomagnetilisi ümberpööramisi üle 400. Mõned teadlased usuvad, et arvestades täheldatud magnetpooluste liikumise kiirenemist, peaks järgmine pooluste ümberpööramine olema oodata järgmise paari tuhande aasta jooksul.
Õnneks pole pooluste ümberpööramist meie sajandil oodata. Niisiis, võite mõelda meeldivale ja nautida elu vanas heas Maa konstantses väljas, võttes arvesse magnetvälja põhiomadusi ja omadusi. Ja selleks, et saaksite seda teha, on meie autorid, kellele võib usaldada edusammud mõned haridusprobleemid! ja muud tüüpi töid saate tellida lingil.
Kaks pead ja kuus jalga; neli kõnnivad ja kaks lebavad paigal
Enesehinnang - mis see on: mõiste, struktuur, tüübid ja tasemed
Kassandra tee ehk seiklused pastaga Sõda maa peal ja maa all