แม่เหล็กถาวรคืออะไร ประเภทของแม่เหล็กและการใช้งาน

นอกจากชิ้นส่วนของอำพันที่ถูกไฟฟ้าด้วยแรงเสียดทานแล้ว แม่เหล็กถาวรยังเป็นหลักฐานทางวัตถุชิ้นแรกสำหรับคนโบราณ ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า(ฟ้าแลบในรุ่งอรุณของประวัติศาสตร์มีสาเหตุมาจากขอบเขตของการรวมตัวกันของกองกำลังที่ไม่ใช่วัตถุ) คำอธิบายเกี่ยวกับธรรมชาติของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกอยู่ในใจของนักวิทยาศาสตร์อยู่เสมอ อย่างไรก็ตาม แม้ในปัจจุบัน ลักษณะทางกายภาพของการดึงดูดแม่เหล็กถาวรของสารบางชนิด ทั้งจากธรรมชาติและที่สร้างขึ้นเอง ยังไม่ได้รับการเปิดเผยอย่างเต็มที่ ของกิจกรรมสำหรับนักวิจัยยุคใหม่และอนาคต

วัสดุแบบดั้งเดิมสำหรับแม่เหล็กถาวร

มีการใช้อย่างแข็งขันในอุตสาหกรรมตั้งแต่ปี 1940 ด้วยการกำเนิดของโลหะผสมอัลนิโค (AlNiCo) ก่อนหน้านี้ แม่เหล็กถาวรจากเหล็กเกรดต่างๆ ถูกนำมาใช้ในวงเวียนและแมกนีโตเท่านั้น Alnico ทำให้สามารถเปลี่ยนแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นแม่เหล็กได้ และใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ เช่น มอเตอร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และลำโพง

การบุกรุกเข้ามาในชีวิตประจำวันของเราได้รับแรงผลักดันใหม่ด้วยการสร้างแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ และตั้งแต่นั้นมาแม่เหล็กถาวรก็กลายเป็นเรื่องธรรมดา

การปฏิวัติวัสดุแม่เหล็กเริ่มขึ้นในราวปี พ.ศ. 2513 โดยมีการกำเนิดของโลหะแข็งตระกูลซาแมเรียม-โคบอลต์ วัสดุแม่เหล็กด้วยความหนาแน่นของพลังงานแม่เหล็กที่มองไม่เห็นมาจนบัดนี้ จากนั้นจึงค้นพบแม่เหล็กโลกหายากรุ่นใหม่ที่มีพื้นฐานจากนีโอไดเมียม เหล็ก และโบรอน ซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานแม่เหล็กสูงกว่าซาแมเรียม-โคบอลต์ (SmCo) มาก และมีต้นทุนต่ำตามที่คาดไว้ แม่เหล็กโลกหายากทั้งสองตระกูลนี้มีความหนาแน่นของพลังงานสูง ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถใช้แทนแม่เหล็กไฟฟ้าได้ แต่ยังสามารถใช้ในพื้นที่ที่ไม่สามารถเข้าถึงได้อีกด้วย ตัวอย่างคือสเต็ปเปอร์มอเตอร์แม่เหล็กถาวรขนาดเล็ก นาฬิกาข้อมือและตัวแปลงสัญญาณเสียงในหูฟังประเภท Walkman

การปรับปรุงอย่างค่อยเป็นค่อยไป คุณสมบัติแม่เหล็กวัสดุแสดงในแผนภาพด้านล่าง

แม่เหล็กถาวรนีโอไดเมียม

พวกเขาเป็นตัวแทนของการพัฒนาล่าสุดและสำคัญที่สุดในสาขานี้ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การค้นพบของพวกเขาได้รับการประกาศครั้งแรกเกือบจะพร้อมกันในปลายปี 1983 โดยช่างโลหะจาก Sumitomo และ General Motors มีพื้นฐานมาจากสารประกอบระหว่างโลหะ NdFeB ซึ่งเป็นโลหะผสมของนีโอไดเมียม เหล็ก และโบรอน ในจำนวนนี้ นีโอดิเมียมเป็นธาตุหายากที่สกัดจากแร่โมนาไซต์

ความสนใจอย่างมากที่แม่เหล็กถาวรเหล่านี้สร้างขึ้นมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าเป็นครั้งแรกที่มีวัสดุแม่เหล็กชนิดใหม่ซึ่งไม่เพียงแต่แข็งแรงกว่ารุ่นก่อนเท่านั้น แต่ยังประหยัดกว่าด้วย ประกอบด้วยธาตุเหล็กเป็นหลัก ซึ่งมีราคาถูกกว่าโคบอลต์มาก และนีโอไดเมียม ซึ่งเป็นหนึ่งในวัสดุหายากของโลกที่พบได้บ่อยที่สุด และมีอยู่บนโลกมากกว่าตะกั่ว แร่ธาตุหลักของธาตุหายากอย่างโมนาไซต์และบาสทาเนไซต์มีนีโอไดเมียมมากกว่าซาแมเรียมห้าถึงสิบเท่า

กลไกทางกายภาพของการทำให้เป็นแม่เหล็กถาวร

เพื่ออธิบายการทำงานของแม่เหล็กถาวร เราต้องดูภายในมันจนถึงระดับอะตอม แต่ละอะตอมมีชุดของการหมุนของอิเล็กตรอน ซึ่งรวมกันเป็นโมเมนต์แม่เหล็ก เพื่อจุดประสงค์ของเรา เราถือว่าแต่ละอะตอมเป็นแท่งแม่เหล็กขนาดเล็ก เมื่อแม่เหล็กถาวรถูกล้างอำนาจแม่เหล็ก (ไม่ว่าจะโดยให้ความร้อนแก่อุณหภูมิสูงหรือโดยสนามแม่เหล็กภายนอก) แต่ละโมเมนต์ของอะตอมจะถูกกำหนดทิศทางแบบสุ่ม (ดูรูปด้านล่าง) และไม่มีการสังเกตความสม่ำเสมอ

เมื่อถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กแรงสูง โมเมนต์อะตอมทั้งหมดจะมุ่งไปในทิศทางของสนามแม่เหล็ก และประสานกันระหว่างกัน (ดูรูปด้านล่าง) การต่อพ่วงนี้ทำให้สามารถรักษาสนามของแม่เหล็กถาวรไว้ได้เมื่อสนามแม่เหล็กภายนอกถูกเอาออก และยังต้านทานการล้างอำนาจแม่เหล็กเมื่อทิศทางเปลี่ยน การวัดแรงยึดเกาะของโมเมนต์อะตอมคือขนาดของแรงบีบบังคับของแม่เหล็ก เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในภายหลัง

ในคำอธิบายเชิงลึกของกลไกการทำให้เป็นแม่เหล็ก กลไกเหล่านี้ไม่ได้ดำเนินการกับแนวคิดของโมเมนต์อะตอม แต่ใช้แนวคิดของพื้นที่ขนาดเล็ก (จากลำดับ 0.001 ซม.) ภายในแม่เหล็ก ซึ่งเริ่มแรกมีการดึงดูดแม่เหล็กอย่างต่อเนื่อง แต่จะเน้นแบบสุ่ม ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอก เพื่อให้ผู้อ่านที่เคร่งครัด ถ้าต้องการ สามารถระบุลักษณะทางกายภาพข้างต้นได้ กลไกดังกล่าวไม่ใช่แม่เหล็กทั้งหมด และไปยังโดเมนที่แยกจากกัน

การเหนี่ยวนำและการทำให้เป็นแม่เหล็ก

โมเมนต์อะตอมรวมกันและสร้างโมเมนต์แม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรทั้งหมด และการทำให้เป็นแม่เหล็ก M บ่งชี้ขนาดของโมเมนต์นี้ต่อหน่วยปริมาตร การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B แสดงให้เห็นว่าแม่เหล็กถาวรเป็นผลมาจากแรงแม่เหล็กภายนอก (ความแรงของสนาม) H ที่ใช้ระหว่างการสะกดจิตหลัก เช่นเดียวกับการสะกดจิตภายใน M เนื่องจากการวางแนวของโมเมนต์อะตอม (หรือโดเมน) มูลค่าของมันใน กรณีทั่วไปกำหนดโดยสูตร:

B = µ 0 (H + M)

โดยที่ µ 0 เป็นค่าคงที่

ในแม่เหล็กรูปวงแหวนถาวรและเป็นเนื้อเดียวกัน ความแรงของสนาม H ภายในนั้น (ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอก) จะเท่ากับศูนย์ เนื่องจากตามกฎของกระแสรวม ส่วนประกอบของมันตามวงกลมใดๆ ภายในแกนรูปวงแหวนดังกล่าว เท่ากับ:

H∙2πR = iw=0 ดังนั้น H=0

ดังนั้นการสะกดจิตในแม่เหล็กวงแหวนคือ:

ตัวอย่างเช่น ในแม่เหล็กเปิด ในวงแหวนเดียวกัน แต่มีช่องว่างอากาศกว้าง l zaz ในแกนกลางยาว l ser ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอกและการเหนี่ยวนำ B เดียวกันภายในแกนกลางและในช่องว่าง ตามกฎของกระแสรวม เราได้รับ:

H ser l ser + (1/ µ 0)Bl zas = iw=0

ตั้งแต่ B \u003d µ 0 (H ser + M ser) จากนั้นแทนที่นิพจน์ลงในอันก่อนหน้า เราได้รับ:

H ser (ล. ser + l zas) + M ser l zas \u003d 0,

H ser \u003d ─ M ser l zas (ล เซอร์ + ล zas)

ในช่องว่างอากาศ:

H zaz \u003d B / µ 0,

ยิ่งกว่านั้น B ถูกกำหนดโดย M ser ที่กำหนดและ H ser ที่พบ

เส้นโค้งการสะกดจิต

เริ่มจากสถานะไม่เป็นแม่เหล็ก เมื่อ H เพิ่มขึ้นจากศูนย์ เนื่องจากการวางตัวของโมเมนต์อะตอมทั้งหมดในทิศทางของสนามภายนอก ทำให้ M และ B เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยเปลี่ยนไปตามส่วน "a" ของเส้นโค้งการสะกดจิตหลัก (ดู รูปด้านล่าง)

เมื่อโมเมนต์อะตอมทั้งหมดเรียงตัวกัน ค่า M จะกลายเป็นค่าความอิ่มตัว และค่า B ที่เพิ่มขึ้นอีกเกิดจากฟิลด์ที่ใช้เท่านั้น (ส่วน b ของเส้นโค้งหลักในรูปด้านล่าง) เมื่อสนามภายนอกลดลงเป็นศูนย์ การเหนี่ยวนำ B จะลดลงตามเส้นทางเดิม แต่ลดลงตามส่วน "c" เนื่องจากการควบรวมของโมเมนต์อะตอม ซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้โมเมนต์เหล่านั้นอยู่ในทิศทางเดียวกัน เส้นโค้งการสะกดจิตเริ่มอธิบายสิ่งที่เรียกว่าลูปฮิสเทรีซิส เมื่อ H (สนามภายนอก) เข้าใกล้ศูนย์ การเหนี่ยวนำจะเข้าใกล้ค่าที่เหลือซึ่งกำหนดโดยโมเมนต์อะตอมเท่านั้น:

B r = μ 0 (0 + M r)

หลังจากทิศทางของ H เปลี่ยนไป H และ M จะทำในทิศทางตรงกันข้าม และ B จะลดลง (ส่วนของเส้นโค้ง "d" ในรูป) ค่าของสนามที่ B ลดลงเป็นศูนย์เรียกว่าแรงบีบบังคับของแม่เหล็ก BHC . เมื่อขนาดของสนามที่ใช้มีขนาดใหญ่พอที่จะทำลายการเกาะตัวกันของโมเมนต์ปรมาณู มันจะปรับทิศทางตัวเองไปยังทิศทางใหม่ของสนาม และทิศทางของ M จะกลับกัน ค่าของสนามที่สิ่งนี้เกิดขึ้นเรียกว่าแรงบีบบังคับภายในของแม่เหล็กถาวร MHC ดังนั้นจึงมีแรงบีบบังคับที่แตกต่างกันสองแรงที่เกี่ยวข้องกับแม่เหล็กถาวร

รูปด้านล่างแสดงเส้นโค้งการล้างอำนาจแม่เหล็กพื้นฐานของวัสดุต่างๆ สำหรับแม่เหล็กถาวร

จะเห็นได้ว่าเป็นแม่เหล็ก NdFeB ที่มี Br การเหนี่ยวนำตกค้างสูงสุดและแรงบีบบังคับ (ทั้งทั้งหมดและภายใน เช่น พิจารณาโดยไม่คำนึงถึงความแรง H จากการสะกดจิต M เท่านั้น)

กระแสพื้นผิว (แอมแปร์)

สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรถือได้ว่าเป็นสนามของกระแสบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับพวกมันซึ่งไหลไปตามพื้นผิวของมัน กระแสเหล่านี้เรียกว่ากระแสแอมแปร์ ในความหมายปกติของคำนี้ ไม่มีกระแสภายในแม่เหล็กถาวร อย่างไรก็ตาม การเปรียบเทียบสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรกับสนามของกระแสในขดลวด นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส แอมแปร์เสนอว่าการทำให้เป็นแม่เหล็กของสารสามารถอธิบายได้โดยการไหลของกระแสระดับจุลภาคที่ก่อตัวเป็นจุลภาค ลูปปิด. และท้ายที่สุดแล้ว การเปรียบเทียบระหว่างสนามแม่เหล็กโซลินอยด์กับแม่เหล็กทรงกระบอกยาวเกือบจะเสร็จสมบูรณ์แล้ว มีขั้วเหนือและขั้วใต้ของแม่เหล็กถาวรและขั้วเดียวกันสำหรับโซลินอยด์ และรูปภาพ เส้นแรงฟิลด์ของพวกเขาก็คล้ายกันมาก (ดูภาพด้านล่าง)

มีกระแสภายในแม่เหล็กหรือไม่?

ลองนึกภาพว่าปริมาตรทั้งหมดของแม่เหล็กถาวรแบบแท่งบางส่วน (ที่มีรูปร่างหน้าตัดตามอำเภอใจ) เต็มไปด้วยกระแสแอมแปร์ระดับจุลภาค ภาพตัดขวางของแม่เหล็กที่มีกระแสดังกล่าวแสดงอยู่ในรูปด้านล่าง

แต่ละคนมีช่วงเวลาแม่เหล็ก ด้วยการวางแนวเดียวกันในทิศทางของสนามภายนอก พวกมันสร้างโมเมนต์แม่เหล็กที่เป็นผลลัพธ์ซึ่งแตกต่างจากศูนย์ เขากำหนดความมีอยู่ สนามแม่เหล็กในกรณีที่ไม่มีการเคลื่อนที่ของประจุที่สั่งไว้ ในกรณีที่ไม่มีกระแสผ่านส่วนใดส่วนหนึ่งของแม่เหล็ก นอกจากนี้ยังง่ายต่อการเข้าใจว่าภายในนั้นกระแสของวงจร (สัมผัส) ที่อยู่ติดกันจะได้รับการชดเชย เฉพาะกระแสบนพื้นผิวของร่างกายซึ่งก่อให้เกิดกระแสพื้นผิวของแม่เหล็กถาวรเท่านั้นที่จะไม่ได้รับการชดเชย ความหนาแน่นของมันจะเท่ากับการสะกดจิต M

วิธีกำจัดการย้ายผู้ติดต่อ

ทราบปัญหาของการสร้างเครื่องซิงโครนัสแบบไม่สัมผัส การออกแบบแบบดั้งเดิมพร้อมการกระตุ้นด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าจากขั้วของโรเตอร์พร้อมขดลวดเกี่ยวข้องกับการจ่ายกระแสให้กับพวกมันผ่านหน้าสัมผัสที่เคลื่อนที่ - วงแหวนหน้าสัมผัสพร้อมแปรง ข้อเสียของโซลูชันทางเทคนิคดังกล่าวเป็นที่ทราบกันดี ได้แก่ ปัญหาในการบำรุงรักษา ความน่าเชื่อถือต่ำ และการสูญเสียจำนวนมากในหน้าสัมผัสที่เคลื่อนที่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงเครื่องกำเนิดเทอร์โบและพลังน้ำที่ทรงพลัง ในวงจรกระตุ้นซึ่งใช้พลังงานไฟฟ้าจำนวนมาก

หากคุณสร้างเครื่องกำเนิดแม่เหล็กถาวรปัญหาการติดต่อจะหายไปทันที จริงอยู่มีปัญหาในการยึดแม่เหล็กที่เชื่อถือได้บนโรเตอร์หมุน นี่คือจุดที่ประสบการณ์ในการสร้างรถแทรกเตอร์มีประโยชน์ มีการใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำซึ่งมีแม่เหล็กถาวรอยู่ในร่องของโรเตอร์มานานแล้ว ซึ่งเต็มไปด้วยโลหะผสมที่หลอมละลายต่ำ

มอเตอร์แม่เหล็กถาวร

ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่านได้แพร่หลาย หน่วยดังกล่าวเป็นมอเตอร์ไฟฟ้าและสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ของขดลวดกระดองซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวสะสม มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นมอเตอร์แบบซิงโครนัสที่มีแม่เหล็กถาวรอยู่บนโรเตอร์ ดังรูปที่ ด้านบนด้วยกระดองคงที่ที่คดเคี้ยวบนสเตเตอร์ วงจรสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์เป็นอินเวอร์เตอร์ แรงดันคงที่(หรือปัจจุบัน) ของเครือข่ายอุปทาน

ข้อได้เปรียบหลักของเครื่องยนต์ดังกล่าวคือการไร้สัมผัส องค์ประกอบเฉพาะของมันคือเซ็นเซอร์ตำแหน่ง photo-, induction หรือ Hall rotor ที่ควบคุมการทำงานของอินเวอร์เตอร์

มีแม่เหล็กสองประเภทที่แตกต่างกัน บางชนิดเรียกว่าแม่เหล็กถาวร ทำจากวัสดุ "แม่เหล็กแข็ง" คุณสมบัติทางแม่เหล็กไม่เกี่ยวข้องกับการใช้งาน แหล่งข้อมูลภายนอกหรือกระแสน้ำ. อีกประเภทหนึ่งรวมถึงแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีแกนกลางเป็นเหล็ก "แม่เหล็กอ่อน" สนามแม่เหล็กที่พวกเขาสร้างขึ้นส่วนใหญ่เกิดจากการที่ลวดพันรอบแกนผ่าน ไฟฟ้า.

ขั้วแม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก.

คุณสมบัติทางแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็กจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนที่สุดบริเวณปลายสุด หากแม่เหล็กดังกล่าวถูกระงับจากส่วนตรงกลางเพื่อให้สามารถหมุนได้อย่างอิสระ ระนาบแนวนอนแล้วจะวางตำแหน่งโดยประมาณตรงกับทิศทางจากเหนือไปใต้ ปลายไม้ที่ชี้ไปทางทิศเหนือเรียกว่า ขั้วเหนือ และปลายอีกด้านเรียกว่า ขั้วใต้ ขั้วตรงข้ามของแม่เหล็ก 2 ขั้วจะดึงดูดกัน ในขณะที่ขั้วที่เหมือนกันจะผลักกัน

หากนำแท่งเหล็กที่ไม่เป็นแม่เหล็กมาใกล้ขั้วแม่เหล็กขั้วใดขั้วหนึ่ง ขั้วแม่เหล็กจะกลายเป็นแม่เหล็กชั่วคราว ในกรณีนี้ ขั้วของแท่งแม่เหล็กที่อยู่ใกล้กับขั้วของแม่เหล็กมากที่สุดจะอยู่ตรงข้ามกันตามชื่อ และขั้วที่อยู่ห่างไกลจะเป็นชื่อเดียวกัน แรงดึงดูดระหว่างขั้วของแม่เหล็กและขั้วตรงข้ามที่เกิดจากแม่เหล็กในแท่งจะอธิบายถึงการกระทำของแม่เหล็ก วัสดุบางอย่าง (เช่น เหล็ก) จะกลายเป็นแม่เหล็กถาวรอย่างอ่อนหลังจากอยู่ใกล้แม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้า แท่งเหล็กสามารถทำให้เป็นแม่เหล็กได้โดยการสอดปลายของแม่เหล็กถาวรไปที่ปลายของมัน

ดังนั้น แม่เหล็กจะดึงดูดแม่เหล็กและวัตถุอื่น ๆ ที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กโดยไม่ต้องสัมผัสกับมัน การกระทำดังกล่าวในระยะไกลอธิบายได้จากการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กในช่องว่างรอบแม่เหล็ก แนวคิดบางประการเกี่ยวกับความเข้มและทิศทางของสนามแม่เหล็กนี้สามารถหาได้จากการเทตะไบเหล็กลงบนแผ่นกระดาษแข็งหรือแก้วที่วางบนแม่เหล็ก ขี้เลื่อยจะเรียงกันเป็นสายโซ่ไปตามทิศทางของสนาม และความหนาแน่นของเส้นขี้เลื่อยจะสอดคล้องกับความเข้มของสนามนี้ (จะหนาที่สุดที่ปลายแม่เหล็ก ซึ่งความเข้มของสนามแม่เหล็กจะมากที่สุด)

M. Faraday (1791–1867) ได้แนะนำแนวคิดของเส้นเหนี่ยวนำแบบปิดสำหรับแม่เหล็ก เส้นเหนี่ยวนำออกไปสู่พื้นที่โดยรอบจากแม่เหล็กที่ตัวมัน ขั้วโลกเหนือเข้าไปในแม่เหล็กที่ขั้วใต้และผ่านเข้าไปในวัสดุของแม่เหล็กจากขั้วใต้กลับไปทางเหนือ เกิดเป็นวงปิด เต็มจำนวนเส้นเหนี่ยวนำที่ออกมาจากแม่เหล็กเรียกว่าฟลักซ์แม่เหล็ก ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก หรือการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ( ที่) เท่ากับจำนวนเส้นเหนี่ยวนำที่ผ่านไปตามปกติผ่านพื้นที่เบื้องต้นของขนาดหน่วย

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กกำหนดแรงที่สนามแม่เหล็กกระทำกับตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ในนั้น ถ้าตัวนำนำกระแส ฉัน, ตั้งอยู่ในแนวตั้งฉากกับเส้นของการเหนี่ยวนำ จากนั้นตามกฎของแอมแปร์ แรง ฉซึ่งกระทำกับตัวนำ ตั้งฉากกับทั้งสนามและตัวนำ และเป็นสัดส่วนกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ความแรงของกระแสไฟฟ้า และความยาวของตัวนำ ดังนั้นสำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ขคุณสามารถเขียนนิพจน์

ที่ไหน ฉคือแรงที่มีหน่วยเป็นนิวตัน ฉัน- กระแสเป็นแอมแปร์ ล- ความยาวเป็นเมตร หน่วยการวัดสำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือเทสลา (T)

กัลวาโนมิเตอร์.

กัลวาโนมิเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ไวต่อการวัดกระแสไฟอ่อน กัลวาโนมิเตอร์ใช้แรงบิดที่เกิดจากการทำงานร่วมกันของแม่เหล็กถาวรรูปเกือกม้ากับขดลวดขนาดเล็กที่มีกระแสไฟฟ้า (แม่เหล็กไฟฟ้าอ่อน) ที่แขวนอยู่ในช่องว่างระหว่างขั้วของแม่เหล็ก แรงบิดและการเบี่ยงเบนของขดลวดเป็นสัดส่วนกับกระแสและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กทั้งหมดในช่องว่างอากาศ ดังนั้นมาตราส่วนของอุปกรณ์จึงเกือบจะเป็นเส้นตรงโดยมีการเบี่ยงเบนเล็กน้อยของขดลวด

แรงแม่เหล็กและความแรงของสนามแม่เหล็ก

ถัดไป ควรแนะนำปริมาณเพิ่มเติมอีกหนึ่งค่าที่แสดงลักษณะพิเศษของสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า สมมติว่ากระแสไหลผ่านขดลวดยาวซึ่งภายในมีวัสดุแม่เหล็กอยู่ แรงแม่เหล็กเป็นผลคูณของกระแสไฟฟ้าในขดลวดและจำนวนรอบ (แรงนี้วัดเป็นแอมแปร์ เนื่องจากจำนวนรอบเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ) ความแรงของสนามแม่เหล็ก ชมเท่ากับแรงแม่เหล็กต่อหน่วยความยาวของขดลวด ดังนั้นค่า ชมวัดเป็นแอมแปร์ต่อเมตร มันกำหนดแม่เหล็กที่ได้มาจากวัสดุภายในขดลวด

ในการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในสุญญากาศ ขเป็นสัดส่วนกับความแรงของสนามแม่เหล็ก ชม:

ที่ไหน ม 0 - เรียกว่า ค่าคงที่แม่เหล็กมีค่าสากลเท่ากับ 4 หน้า Ch 10 –7 ชม./ม. ในหลายๆวัสดุเลยค่า ขประมาณสัดส่วน ชม. อย่างไรก็ตาม ในวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้า อัตราส่วนระหว่าง ขและ ชมค่อนข้างซับซ้อนกว่า (ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง)

บนมะเดื่อ 1 แสดงแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างง่ายที่ออกแบบมาเพื่อจับโหลด แบตเตอรี่เป็นแหล่งพลังงาน กระแสตรง. รูปนี้ยังแสดงเส้นแรงของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสามารถตรวจจับได้ด้วยวิธีการตะไบเหล็กตามปกติ

แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่มีแกนเหล็กและมาก จำนวนมากแอมแปร์เทิร์นซึ่งทำงานในโหมดต่อเนื่องมีแรงดึงดูดแม่เหล็กสูง พวกเขาสร้างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กสูงถึง 6 T ในช่องว่างระหว่างขั้ว การเหนี่ยวนำนี้ถูกจำกัดโดยความเค้นเชิงกล ความร้อนของขดลวด และความอิ่มตัวของแม่เหล็กที่แกนกลางเท่านั้น แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดยักษ์จำนวนหนึ่ง (ไม่มีแกน) พร้อมระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ รวมถึงการติดตั้งสำหรับสร้างสนามแม่เหล็กพัลซิ่ง ได้รับการออกแบบโดย P.L. Kapitza (พ.ศ. 2437-2527) ที่เคมบริดจ์และที่สถาบัน ปัญหาทางร่างกาย Academy of Sciences of the USSR และ F. Bitter (2445-2510) ที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ บนแม่เหล็กดังกล่าวสามารถเหนี่ยวนำได้ถึง 50 T แม่เหล็กไฟฟ้าที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก ผลิตสนามได้ถึง 6.2 T ใช้พลังงานไฟฟ้า 15 กิโลวัตต์และระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนเหลว ได้รับการพัฒนาขึ้นที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโลซาลามอส ได้ฟิลด์ที่คล้ายกันที่อุณหภูมิการแช่แข็ง

การซึมผ่านของแม่เหล็กและบทบาทของแม่เหล็ก

การซึมผ่านของแม่เหล็ก มเป็นค่าที่แสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ โลหะแม่เหล็กไฟฟ้า Fe, Ni, Co และโลหะผสมของพวกมันมีความสามารถในการซึมผ่านสูงสุดที่สูงมาก - จาก 5,000 (สำหรับ Fe) ถึง 800,000 (สำหรับ supermalloy) ในวัสดุดังกล่าวที่ความแรงของสนามค่อนข้างต่ำ ชมเกิดการเหนี่ยวนำขนาดใหญ่ ขแต่โดยทั่วไปแล้วความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเหล่านี้ไม่เป็นเชิงเส้นเนื่องจากความอิ่มตัวและปรากฏการณ์ฮิสเทรีซิส ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง วัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าถูกแม่เหล็กดึงดูดอย่างมาก พวกมันสูญเสียคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูงกว่าจุด Curie (770°C สำหรับ Fe, 358°C สำหรับ Ni, 1120°C สำหรับ Co) และทำตัวเหมือนพาราแมกเนต์ ซึ่งทำให้เกิดการเหนี่ยวนำ ขถึงค่าความตึงเครียดที่สูงมาก ชมเป็นสัดส่วนกับมัน - เหมือนกับที่เกิดขึ้นในสุญญากาศ ธาตุและสารประกอบหลายชนิดเป็นพาราแมกเนติกในทุกอุณหภูมิ สาร Paramagnetic นั้นถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กภายนอก ถ้าฟิลด์นี้ถูกปิด พาราแมกเน็ทจะกลับสู่สถานะที่ไม่ใช่แม่เหล็ก การสะกดจิตในแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกจะคงอยู่แม้หลังจากปิดฟิลด์ภายนอกแล้ว

บนมะเดื่อ 2 แสดงลูปฮิสเทรีซิสทั่วไปสำหรับวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกที่แข็งเป็นแม่เหล็ก (สูญเสียสูง) มันแสดงลักษณะการพึ่งพาที่ไม่ชัดเจนของการทำให้เป็นแม่เหล็กของวัสดุที่สั่งแม่เหล็กกับความแรงของสนามแม่เหล็ก ด้วยความแรงของสนามแม่เหล็กที่เพิ่มขึ้นจากจุดเริ่มต้น (ศูนย์) ( 1 ) การสะกดจิตไปตามเส้นประ 1 –2 และค่า มเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อการดึงดูดของตัวอย่างเพิ่มขึ้น ที่จุด 2 ถึงจุดอิ่มตัวเช่น เมื่อเพิ่มความเข้มมากขึ้น การสะกดจิตจะไม่เพิ่มขึ้นอีกต่อไป ถ้าตอนนี้เราค่อยๆลดค่าลง ชมถึงศูนย์แล้วเส้นโค้ง ข(ชม) ไม่ไปตามเส้นทางเดิมอีกต่อไป แต่ผ่านจุดนั้น 3 เผยให้เห็น "ความทรงจำ" ของเนื้อหาเกี่ยวกับ "ประวัติศาสตร์ที่ผ่านมา" ด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่า "ฮิสเทรีซิส" เห็นได้ชัดว่า ในกรณีนี้ การสะกดจิตบางส่วนยังคงอยู่ (ส่วน 1 –3 ). หลังจากเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็กไปทางตรงกันข้าม เส้นโค้ง ที่ (ชม) ผ่านจุด 4 และส่วน ( 1 )–(4 ) สอดคล้องกับแรงบีบบังคับที่ป้องกันการล้างอำนาจแม่เหล็ก การเติบโตของค่านิยมต่อไป (- ชม) นำเส้นโค้งฮิสเทรีซิสไปยังควอแดรนท์ที่สาม - ส่วน 4 –5 . ค่าที่ลดลงตามมา (- ชม) เป็นศูนย์แล้วเพิ่มค่าบวก ชมจะปิดลูปฮิสเทรีซิสผ่านจุดต่างๆ 6 , 7 และ 2 .

วัสดุที่แข็งทางแม่เหล็กนั้นมีลักษณะเป็นวงฮิสเทรีซิสกว้างซึ่งครอบคลุมพื้นที่สำคัญบนแผนภาพดังนั้นจึงสอดคล้องกับค่าแม่เหล็กที่เหลือ (การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก) และแรงบีบบังคับ วงฮิสเทรีซิสแบบแคบ (รูปที่ 3) เป็นลักษณะของวัสดุแม่เหล็กอ่อน เช่น เหล็กอ่อนและโลหะผสมพิเศษที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง โลหะผสมดังกล่าวถูกสร้างขึ้นเพื่อลดการสูญเสียพลังงานเนื่องจากฮิสเทอรีซิส โลหะผสมพิเศษส่วนใหญ่เช่นเฟอร์ไรต์มีค่าสูง ความต้านทานไฟฟ้าเนื่องจากไม่เพียงลดการสูญเสียแม่เหล็ก แต่ยังสูญเสียไฟฟ้าเนื่องจากกระแสไหลวน

วัสดุแม่เหล็กที่มีความสามารถในการซึมผ่านสูงผลิตโดยการหลอมที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 ° C ตามด้วยการแบ่งเบาบรรเทา (การทำให้เย็นลงทีละน้อย) จนถึงอุณหภูมิห้อง ในกรณีนี้ การบำบัดเชิงกลและความร้อนเบื้องต้น ตลอดจนการไม่มีสิ่งเจือปนในตัวอย่างมีความสำคัญมาก สำหรับแกนหม้อแปลงเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 เหล็กซิลิกอนได้รับการพัฒนามูลค่า มซึ่งเพิ่มขึ้นตามปริมาณซิลิกอนที่เพิ่มขึ้น ระหว่างปี พ.ศ. 2458 ถึง พ.ศ. 2463 เพอร์มัลลอย (โลหะผสมของ Ni กับ Fe) ปรากฏขึ้นพร้อมกับลักษณะวงฮิสเทรีซิสที่แคบและเกือบเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า โดยเฉพาะ ค่าสูงการซึมผ่านของแม่เหล็ก มสำหรับค่าเล็กน้อย ชมโลหะผสมไฮเปอร์นิก (50% Ni, 50% Fe) และโลหะผสม (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) แตกต่างกัน ในขณะที่เปอร์มินวาร์ (45% Ni, 30% Fe, 25% Co ) ค่า มแทบจะคงที่ตลอดการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามที่หลากหลาย ในบรรดาวัสดุแม่เหล็กสมัยใหม่ เราควรพูดถึงซูเปอร์มัลลอย ซึ่งเป็นโลหะผสมที่มีความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงสุด (ประกอบด้วย Ni 79% Fe 15% และ Mo 5%)

ทฤษฎีแม่เหล็ก.

เป็นครั้งแรกที่มีแนวคิดว่า ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กในที่สุดการลดทอนเป็นไฟฟ้าเกิดขึ้นจากAmpèreในปี พ.ศ. 2368 เมื่อเขาแสดงแนวคิดของกระแสไมโครภายในแบบปิดที่ไหลเวียนในแต่ละอะตอมของแม่เหล็ก อย่างไรก็ตามไม่มีการยืนยันการทดลองใด ๆ เกี่ยวกับการปรากฏตัวของกระแสดังกล่าวในสสาร (อิเล็กตรอนถูกค้นพบโดย J. Thomson ในปี 1897 และ Rutherford และ Bohr อธิบายโครงสร้างของอะตอมในปี 1913) ทฤษฎีนี้ "จางหายไป ". ในปี 1852 W. Weber ได้เสนอว่าแต่ละอะตอม สารแม่เหล็กเป็นแม่เหล็กขนาดเล็กหรือไดโพลแม่เหล็ก เพื่อให้การดึงดูดของสสารสมบูรณ์ได้เมื่อแม่เหล็กปรมาณูแต่ละตัวเรียงกันตามลำดับที่แน่นอน (รูปที่ 4, ข). เวเบอร์เชื่อว่า "แรงเสียดทาน" ในระดับโมเลกุลหรือระดับอะตอมช่วยให้แม่เหล็กมูลฐานเหล่านี้สามารถรักษาลำดับของพวกมันได้ แม้ว่าอิทธิพลของการสั่นสะเทือนจากความร้อนจะก่อกวนก็ตาม ทฤษฎีของเขาสามารถอธิบายการดึงดูดวัตถุเมื่อสัมผัสกับแม่เหล็ก เช่นเดียวกับการล้างอำนาจแม่เหล็กเมื่อกระทบหรือให้ความร้อน ในที่สุด "การคูณ" ของแม่เหล็กก็ถูกอธิบายเช่นกันเมื่อเข็มแม่เหล็กหรือแท่งแม่เหล็กถูกตัดออกเป็นชิ้นๆ และถึงกระนั้นทฤษฎีนี้ก็ไม่ได้อธิบายถึงที่มาของแม่เหล็กมูลฐานเอง หรือปรากฏการณ์ของความอิ่มตัวและฮิสเทรีซิส ทฤษฎีของ Weber ได้รับการปรับปรุงในปี 1890 โดย J. Eving ซึ่งแทนที่สมมติฐานของเขาเกี่ยวกับแรงเสียดทานของอะตอมด้วยแนวคิดของแรงกักกันระหว่างอะตอมที่ช่วยรักษาลำดับของไดโพลพื้นฐานที่ประกอบเป็นแม่เหล็กถาวร

แนวทางการแก้ปัญหาซึ่งครั้งหนึ่งเสนอโดยAmpère ได้รับชีวิตที่สองในปี 1905 เมื่อ P. Langevin อธิบายพฤติกรรมของวัสดุพาราแมกเนติกโดยกำหนดกระแสอิเล็กตรอนภายในที่ไม่มีการชดเชยให้กับแต่ละอะตอม จากข้อมูลของ Langevin กระแสเหล่านี้ก่อตัวเป็นแม่เหล็กขนาดเล็ก ซึ่งจะถูกกำหนดทิศทางแบบสุ่มเมื่อไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอก แต่จะได้รับทิศทางตามคำสั่งหลังการใช้งาน ในกรณีนี้ การประมาณเพื่อให้การสั่งซื้อเสร็จสมบูรณ์จะสอดคล้องกับความอิ่มตัวของการสะกดจิต นอกจากนี้ Langevin ยังแนะนำแนวคิดของช่วงเวลาแม่เหล็กซึ่งสำหรับแม่เหล็กอะตอมที่แยกจากกันจะเท่ากับผลิตภัณฑ์ " ประจุแม่เหล็ก» เสาตามระยะห่างระหว่างเสา ดังนั้น ความเป็นแม่เหล็กที่อ่อนแอของวัสดุพาราแมกเนติกส์จึงเกิดจากโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยกระแสอิเล็กตรอนที่ไม่มีการชดเชย

ในปี พ.ศ. 2450 พี. ไวส์ได้แนะนำแนวคิดของ "โดเมน" ซึ่งกลายเป็นส่วนสนับสนุนที่สำคัญของทฤษฎีอำนาจแม่เหล็กสมัยใหม่ ไวส์จินตนาการว่าโดเมนเป็น "โคโลนี" เล็กๆ ของอะตอม ซึ่งภายในช่วงเวลาแม่เหล็กของอะตอมทั้งหมด ด้วยเหตุผลบางอย่าง ถูกบังคับให้รักษาแนวเดียวกัน เพื่อให้แต่ละโดเมนถูกดึงดูดให้อิ่มตัว โดเมนที่แยกกันสามารถมีขนาดเชิงเส้นของลำดับที่ 0.01 มม. และตามด้วยปริมาตรของลำดับที่ 10–6 มม. 3 . โดเมนถูกคั่นด้วยผนังที่เรียกว่า Bloch ซึ่งมีความหนาไม่เกิน 1,000 ขนาดอะตอม “กำแพง” และสองโดเมนที่มุ่งตรงข้ามกันแสดงเป็นแผนผังในรูปที่ 5. ผนังดังกล่าวคือ "เลเยอร์การเปลี่ยนแปลง" ซึ่งทิศทางของการสะกดจิตของโดเมนเปลี่ยนไป

ในกรณีทั่วไป สามารถแยกความแตกต่างได้สามส่วนบนเส้นโค้งการสะกดจิตเริ่มต้น (รูปที่ 6) ในส่วนเริ่มต้น ผนังภายใต้การกระทำของสนามภายนอกจะเคลื่อนที่ผ่านความหนาของสารจนกระทั่งพบข้อบกพร่อง ตาข่ายคริสตัลที่หยุดเธอ ด้วยการเพิ่มความแรงของสนาม กำแพงสามารถถูกบังคับให้เคลื่อนที่ต่อไปผ่านส่วนตรงกลางระหว่างเส้นประ หากหลังจากนั้นความแรงของสนามลดลงเหลือศูนย์อีกครั้ง ผนังจะไม่กลับสู่ตำแหน่งเดิมอีกต่อไป เพื่อให้ตัวอย่างยังคงเป็นแม่เหล็กบางส่วน สิ่งนี้อธิบายถึงฮิสเทอรีซิสของแม่เหล็ก ในตอนท้ายของเส้นโค้ง กระบวนการจะจบลงด้วยความอิ่มตัวของการทำให้เป็นแม่เหล็กของตัวอย่างเนื่องจากการเรียงลำดับของการทำให้เป็นแม่เหล็กภายในโดเมนที่ไม่เป็นระเบียบล่าสุด กระบวนการนี้แทบจะย้อนกลับได้ทั้งหมด ความแข็งของแม่เหล็กแสดงโดยวัสดุเหล่านั้นซึ่งโครงตาข่ายของอะตอมมีข้อบกพร่องมากมายที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของผนังระหว่างโดเมน ซึ่งสามารถทำได้โดยกระบวนการเชิงกลและความร้อน ตัวอย่างเช่น โดยการบีบอัดแล้วเผาวัสดุที่เป็นผง ในโลหะผสมอัลนิโคและอะนาลอกของพวกมัน ผลลัพธ์เดียวกันนี้เกิดขึ้นได้จากการหลอมรวมโลหะเข้ากับโครงสร้างที่ซับซ้อน

นอกจากวัสดุพาราแมกเนติกและเฟอร์โรแมกเนติกแล้ว ยังมีวัสดุที่มีคุณสมบัติต้านแม่เหล็กและเฟอร์ไรแมกเนติกที่เรียกว่า ความแตกต่างระหว่างแม่เหล็กประเภทนี้แสดงไว้ในรูปที่ 7. ตามแนวคิดของโดเมน พาราแมกเนติกสามารถถูกพิจารณาว่าเป็นปรากฏการณ์เนื่องจากการมีอยู่ของไดโพลแม่เหล็กกลุ่มเล็ก ๆ ในวัสดุ ซึ่งไดโพลแต่ละอันมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันอย่างอ่อนมาก (หรือไม่มีปฏิสัมพันธ์เลย) ดังนั้น หากไม่มีฟิลด์ภายนอก จะใช้การวางแนวแบบสุ่มเท่านั้น ( รูปที่ 7 ก). ในวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าภายในแต่ละโดเมน มีอันตรกิริยาระหว่างไดโพลแต่ละตัวอย่างมาก ซึ่งนำไปสู่การจัดตำแหน่งแบบขนานตามคำสั่งของพวกมัน (รูปที่ 7, ข). ในทางกลับกัน ในวัสดุที่ต้านสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลแต่ละตัวจะนำไปสู่การเรียงตัวที่ขนานกัน ดังนั้นโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดของแต่ละโดเมนจึงเป็นศูนย์ (รูปที่ 7, ใน). ประการสุดท้าย ในวัสดุเฟอร์ริแมกเนติก (เช่น เฟอร์ไรต์) มีทั้งการจัดลำดับแบบขนานและต้านขนานกัน (รูปที่ 7, ช) ส่งผลให้แม่เหล็กอ่อน

มีสองสิ่งที่น่าสนใจ การยืนยันการทดลองการมีอยู่ของโดเมน อย่างแรกคือเอฟเฟกต์ Barkhausen อันที่สองคือวิธีผงร่าง ในปี พ.ศ. 2462 G. Barkhausen ได้พิสูจน์ว่าเมื่อนำสนามภายนอกไปใช้กับตัวอย่างที่เป็นวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้า การสะกดจิตของสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไปในส่วนเล็กๆ ที่ไม่ต่อเนื่องกัน จากมุมมองของทฤษฎีโดเมน นี่ไม่ใช่อะไรมากไปกว่าความก้าวหน้าแบบก้าวกระโดดของกำแพงระหว่างโดเมน ซึ่งพบข้อบกพร่องส่วนบุคคลที่ขัดขวางไม่ให้มันกลับมา เอฟเฟกต์นี้มักจะตรวจจับได้โดยใช้ขดลวดซึ่งวางแท่งแม่เหล็กไฟฟ้าหรือลวดไว้ ถ้านำแม่เหล็กแรงสูงมาที่ตัวอย่างและนำออกจากตัวอย่างสลับกัน ตัวอย่างจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและถูกทำให้เป็นแม่เหล็กใหม่ การเปลี่ยนแปลงแบบกระโดดในการทำให้เป็นแม่เหล็กของตัวอย่างเปลี่ยนฟลักซ์แม่เหล็กผ่านขดลวด และมันก็ตื่นเต้น กระแสเหนี่ยวนำ. แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในกรณีนี้ในขดลวดจะถูกขยายและป้อนไปยังอินพุตของหูฟังอะคูสติกคู่หนึ่ง การคลิกที่รับรู้ผ่านหูฟังบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในการสะกดจิต

ในการเปิดเผยโครงสร้างโดเมนของแม่เหล็กด้วยวิธีของตัวเลขผง หยดสารแขวนลอยคอลลอยด์ของผงเฟอร์โรแมกเนติก (โดยปกติคือ Fe 3 O 4) จะถูกนำไปใช้กับพื้นผิวที่ขัดเงาอย่างดีของวัสดุแม่เหล็ก อนุภาคของผงแป้งส่วนใหญ่อยู่ในตำแหน่งที่มีความไม่สม่ำเสมอสูงสุดของสนามแม่เหล็ก - ที่ขอบเขตของโดเมน โครงสร้างดังกล่าวสามารถศึกษาได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ มีการเสนอวิธีการโดยอาศัยการผ่านของแสงโพลาไรซ์ผ่านวัสดุโปร่งใสที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้า

ทฤษฎีแม่เหล็กดั้งเดิมของไวส์ในคุณสมบัติหลักยังคงมีความสำคัญมาจนถึงปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม หลังจากได้รับการตีความที่ปรับปรุงใหม่ตามแนวคิดของการหมุนของอิเล็กตรอนที่ไม่มีการชดเชยเป็นปัจจัยที่กำหนดอำนาจแม่เหล็กของอะตอม สมมติฐานของการมีอยู่ของโมเมนต์ที่แท้จริงของอิเล็กตรอนถูกหยิบยกขึ้นมาในปี 1926 โดย S. Goudsmit และ J. Uhlenbeck และในปัจจุบันอิเลคตรอนเป็นพาหะของสปินที่ถือว่าเป็น "แม่เหล็กมูลฐาน"

เพื่อให้แนวคิดนี้ชัดเจนขึ้น ให้พิจารณา (รูปที่ 8) อะตอมของธาตุเหล็กฟรี ซึ่งเป็นวัสดุที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยทั่วไป เปลือกทั้งสองของมัน ( เคและ แอล) ใกล้กับนิวเคลียสมากที่สุด เต็มไปด้วยอิเล็กตรอน โดยสองตัวอยู่ที่ตัวแรก และแปดตัวที่ตัวที่สอง ที่ เค- เชลล์ สปินของอิเล็กตรอนตัวใดตัวหนึ่งเป็นบวก และอีกตัวเป็นลบ ที่ แอล- เปลือก (อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นในสองเปลือกย่อย) อิเล็กตรอนสี่ในแปดตัวมีสปินเป็นบวก และอีกสี่ตัวมีสปินเป็นลบ ในทั้งสองกรณี สปินของอิเล็กตรอนภายในเปลือกเดียวกันจะตัดกันโดยสิ้นเชิง ดังนั้นโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดจึงเป็นศูนย์ ที่ ม- เปลือก สถานการณ์แตกต่างออกไป เนื่องจากอิเล็กตรอนหกตัวในเปลือกย่อยที่สาม อิเล็กตรอนห้าตัวหมุนไปในทิศทางเดียว และมีเพียงตัวที่หกเท่านั้น - ในอีกด้านหนึ่ง เป็นผลให้มีการหมุนที่ไม่มีการชดเชยสี่ครั้งซึ่งกำหนดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอมเหล็ก (ในชั้นนอก เอ็น-เปลือกมีเวเลนต์อิเล็กตรอนเพียงสองตัว ซึ่งไม่ได้มีส่วนทำให้เกิดอำนาจแม่เหล็กของอะตอมเหล็ก) การอธิบายความเป็นแม่เหล็กของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนตอื่นๆ เช่น นิกเกิลและโคบอลต์ อธิบายในลักษณะเดียวกัน เนื่องจากอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงในตัวอย่างเหล็กมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันอย่างมาก และอิเล็กตรอนของพวกมันถูกรวมเป็นบางส่วน คำอธิบายนี้ควรได้รับการพิจารณาว่าเป็นแผนภาพสถานการณ์จริงที่อธิบายได้ แต่เรียบง่ายมากเท่านั้น

ทฤษฎีแม่เหล็กของอะตอมซึ่งมีพื้นฐานจากการหมุนของอิเล็กตรอน ได้รับการสนับสนุนโดยการทดลองเกี่ยวกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่น่าสนใจ 2 การทดลอง การทดลองหนึ่งดำเนินการโดย A. Einstein และ W. de Haas และอีกการทดลองหนึ่งโดย S. Barnett ในครั้งแรกของการทดลองเหล่านี้ ทรงกระบอกของวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าถูกแขวนไว้ดังแสดงในรูปที่ 9. หากกระแสไหลผ่านขดลวดกระบอกจะหมุนรอบแกนของมัน เมื่อทิศทางของกระแส (และด้วยเหตุนี้สนามแม่เหล็ก) เปลี่ยนไป มันจะกลายเป็น ทิศทางย้อนกลับ. ในทั้งสองกรณี การหมุนของทรงกระบอกเกิดจากการสั่งการหมุนของอิเล็กตรอน ในทางตรงกันข้าม การทดลองของ Barnett นั้น กระบอกแขวนซึ่งถูกทำให้หมุนอย่างรวดเร็วจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก ผลกระทบนี้อธิบายได้จากความจริงที่ว่าในระหว่างการหมุนของแม่เหล็กจะมีการสร้างโมเมนต์ไจโรสโคปิกซึ่งมีแนวโน้มที่จะหมุนโมเมนต์หมุนไปในทิศทาง แกนของตัวเองการหมุน

สำหรับคำอธิบายที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเกี่ยวกับธรรมชาติและที่มาของแรงช่วงสั้นที่สั่งแม่เหล็กปรมาณูที่อยู่ใกล้เคียงและต่อต้านผลกระทบที่ผิดปกติของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน ควรอ้างถึง กลศาสตร์ควอนตัม. คำอธิบายทางกลเชิงควอนตัมเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงเหล่านี้ถูกเสนอในปี 1928 โดย W. Heisenberg ซึ่งตั้งสมมุติฐานถึงการมีอยู่ของปฏิสัมพันธ์การแลกเปลี่ยนระหว่างอะตอมที่อยู่ใกล้เคียง ต่อมา G. Bethe และ J. Slater ได้แสดงให้เห็นว่าแรงแลกเปลี่ยนเพิ่มขึ้นอย่างมากโดยระยะห่างระหว่างอะตอมลดลง แต่หลังจากถึงระยะห่างระหว่างอะตอมขั้นต่ำที่กำหนด แรงเหล่านั้นจะลดลงเหลือศูนย์

คุณสมบัติทางแม่เหล็กของสาร

P. Curie มีการศึกษาคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสารอย่างกว้างขวางและเป็นระบบเป็นครั้งแรก เขาพบว่าตามคุณสมบัติทางแม่เหล็ก สารทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท ประการแรกรวมถึงสารที่มีคุณสมบัติแม่เหล็กเด่นชัดคล้ายกับเหล็ก สารดังกล่าวเรียกว่าเฟอร์โรแมกเนติก สนามแม่เหล็กของพวกมันสามารถสังเกตเห็นได้ในระยะทางไกล ( ซม. ข้างบน). สารที่เรียกว่าพาราแมกเนติกตกอยู่ในชั้นที่สอง โดยทั่วไปคุณสมบัติทางแม่เหล็กของพวกมันจะคล้ายกับของวัสดุแม่เหล็กไฟฟ้าแต่อ่อนกว่ามาก ตัวอย่างเช่น แรงดึงดูดที่ขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้าอันทรงพลังสามารถดึงค้อนเหล็กออกจากมือของคุณได้ และเพื่อตรวจจับแรงดึงดูดของสารพาราแมกเนติกไปยังแม่เหล็กเดียวกัน ตามกฎแล้ว จำเป็นต้องมีเครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ที่มีความไวสูง . ชั้นที่สามสุดท้ายรวมถึงสารไดอะแมกเนติกที่เรียกว่า พวกเขาถูกขับไล่โดยแม่เหล็กไฟฟ้าเช่น แรงที่กระทำต่อไดอะแมกเนตจะตรงข้ามกับแรงที่กระทำต่อเฟอโร-และพาราแมกเนต

การวัดคุณสมบัติของแม่เหล็ก

ในการศึกษาคุณสมบัติของแม่เหล็ก การวัดสองประเภทมีความสำคัญที่สุด อย่างแรกคือการวัดแรงที่กระทำต่อตัวอย่างใกล้กับแม่เหล็ก นี่คือวิธีการกำหนดแม่เหล็กของตัวอย่าง ประการที่สองรวมถึงการวัดความถี่ "เรโซแนนซ์" ที่เกี่ยวข้องกับการดึงดูดของสสาร อะตอมเป็น "ไจโรสโคป" ขนาดเล็กและอยู่ในสนามแม่เหล็ก precess (เช่นลูกข่างหมุนตามปกติภายใต้อิทธิพลของแรงบิดที่สร้างขึ้นโดยแรงโน้มถ่วง) ที่ความถี่ที่สามารถวัดได้ นอกจากนี้ แรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุอิสระซึ่งเคลื่อนที่เป็นมุมฉากกับเส้นการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เช่นเดียวกับกระแสอิเล็กตรอนในตัวนำ มันทำให้อนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงโคจรเป็นวงกลมรัศมีที่กำหนดโดย

ร = เอ็มวี/อีบี,

ที่ไหน มคือมวลของอนุภาค โวลต์- ความเร็วของเธอ อีเป็นค่าใช้จ่ายและ ขคือการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนาม ความถี่ดังกล่าว วงเวียนเท่ากับ

ที่ไหน ฉวัดเป็นเฮิรตซ์ อี- ในจี้ ม- กิโลกรัม ข- ในเทสลา ความถี่นี้กำหนดลักษณะของการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในสารในสนามแม่เหล็ก การเคลื่อนไหวทั้งสองประเภท (การเคลื่อนตัวล่วงหน้าและการเคลื่อนที่ในวงโคจรแบบวงกลม) สามารถตื่นเต้นได้โดยสนามสลับที่มีความถี่เรโซแนนซ์เท่ากับลักษณะความถี่ "ธรรมชาติ" ของ วัสดุนี้. ในกรณีแรกเสียงสะท้อนเรียกว่าแม่เหล็กและในวินาที - ไซโคลตรอน (เนื่องจากความคล้ายคลึงกันกับ การเคลื่อนไหวเป็นวงกลมอนุภาคของอะตอมในไซโคลตรอน)

เมื่อพูดถึงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอม จำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับโมเมนตัมเชิงมุมของอะตอม สนามแม่เหล็กทำหน้าที่หมุนไดโพลของอะตอม พยายามหมุนและตั้งให้ขนานกับสนาม อะตอมจะเริ่มประมวลผลรอบทิศทางของสนาม (รูปที่ 10) โดยมีความถี่ขึ้นอยู่กับโมเมนต์ไดโพลและความแรงของสนามที่ใช้

พรีเซสชันของอะตอมไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง เนื่องจากอะตอมทั้งหมดในตัวอย่างพรีเซสชัน เฟสที่แตกต่างกัน. อย่างไรก็ตาม หากมีการใช้สนามสลับขนาดเล็กที่ตั้งฉากกับสนามลำดับค่าคงที่ ความสัมพันธ์ของเฟสระหว่างอะตอมที่อยู่ข้างหน้าจะถูกสร้างขึ้น และโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดของพวกมันจะเริ่ม precess ด้วยความถี่เท่ากับความถี่ของการเกิด precession ของแต่ละบุคคล ช่วงเวลาแม่เหล็ก ความเร็วเชิงมุมของ precession มีความสำคัญอย่างยิ่ง ตามกฎแล้ว นี่คือค่าลำดับที่ 10 10 Hz/T สำหรับการดึงดูดแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอน และลำดับที่ 10 7 Hz/T สำหรับการสะกดจิตที่เกี่ยวข้องกับ ประจุบวกในนิวเคลียสของอะตอม

แผนผังของการติดตั้งสำหรับการสังเกตด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) แสดงไว้ในรูปที่ 11. สารภายใต้การศึกษาถูกนำเข้าสู่สนามค่าคงที่สม่ำเสมอระหว่างขั้ว ถ้าสนาม RF ถูกกระตุ้นด้วยขดลวดเล็กๆ รอบหลอดทดลอง เรโซแนนซ์สามารถทำได้ที่ ความถี่ที่แน่นอนเท่ากับความถี่ precession ของ "ไจโรสโคป" นิวเคลียร์ทั้งหมดของตัวอย่าง การวัดจะคล้ายกับการปรับเครื่องรับวิทยุเป็นความถี่ของสถานีใดสถานีหนึ่ง

วิธีการเรโซแนนซ์แม่เหล็กทำให้สามารถศึกษาได้ไม่เพียง แต่คุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอมและนิวเคลียสเฉพาะเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติของสภาพแวดล้อมด้วย ประเด็นคือสนามแม่เหล็กในของแข็งและโมเลกุลนั้นไม่เป็นเนื้อเดียวกัน เนื่องจากพวกมันถูกบิดเบี้ยวด้วยประจุของอะตอม และรายละเอียดของเส้นทางของเส้นโค้งเรโซแนนซ์การทดลองนั้นถูกกำหนดโดยสนามในพื้นที่ซึ่งเป็นที่ตั้งของนิวเคลียสที่อยู่ก่อนหน้า สิ่งนี้ทำให้สามารถศึกษาคุณสมบัติของโครงสร้างของตัวอย่างเฉพาะด้วยวิธีเรโซแนนซ์

การคำนวณคุณสมบัติของแม่เหล็ก

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามโลกคือ 0.5×10 -4 T ในขณะที่สนามระหว่างขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้าแรงสูงมีค่าตั้งแต่ 2 T ขึ้นไป

สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยการกำหนดค่าของกระแสใด ๆ สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร Biot-Savart-Laplace สำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามที่สร้างขึ้นโดยองค์ประกอบปัจจุบัน การคำนวณฟิลด์ที่สร้างขึ้นโดยรูปทรง รูปร่างที่แตกต่างกันและขดลวดทรงกระบอก ในหลายกรณีมีความซับซ้อนมาก ด้านล่างนี้เป็นสูตรสำหรับกรณีง่ายๆ จำนวนหนึ่ง การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (ในเทสลา) ของสนามที่สร้างขึ้นโดยลวดตรงยาวที่มีกระแส ฉัน

สนามของแท่งเหล็กที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กนั้นคล้ายกับสนามภายนอกของโซลินอยด์แบบยาวที่มีจำนวนรอบแอมแปร์ต่อหน่วยความยาวที่สอดคล้องกับกระแสในอะตอมบนพื้นผิวของแท่งแม่เหล็ก เนื่องจากกระแสภายในแท่งแม่เหล็กจะหักล้างกัน อื่นๆ ออก (รูปที่ 12) ตามชื่อแอมแปร์ กระแสพื้นผิวดังกล่าวเรียกว่าแอมแปร์ ความแรงของสนามแม่เหล็ก ฮ, สร้างขึ้นโดยกระแสแอมแปร์, เท่ากับโมเมนต์แม่เหล็กของหน่วยปริมาตรของแท่ง ม.

หากใส่แท่งเหล็กเข้าไปในโซลินอยด์นอกเหนือจากข้อเท็จจริงที่ว่ากระแสโซลินอยด์สร้างสนามแม่เหล็ก ชมการจัดลำดับไดโพลของอะตอมในวัสดุที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กของแท่งจะสร้างการสะกดจิต ม. ในกรณีนี้ ฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดจะถูกกำหนดโดยผลรวมของกระแสจริงและกระแสแอมแปร์ ดังนั้น ข = ม 0(ชม + ฮ), หรือ ข = ม 0(H+M). ทัศนคติ ม/ชมเรียกว่า ความไวต่อแม่เหล็กและเขียนแทนด้วยอักษรกรีก ค; คเป็นปริมาณไร้มิติที่แสดงความสามารถของวัสดุที่จะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในสนามแม่เหล็ก

ค่า ข/ชมซึ่งแสดงคุณสมบัติแม่เหล็กของวัสดุเรียกว่าการซึมผ่านของแม่เหล็กและแสดงโดย ม, และ ม = ม 0ม, ที่ไหน มเป็นเด็ดขาดและ ม- การซึมผ่านสัมพัทธ์

ในสารเฟอร์โรแมกเนติกมีค่า คสามารถมีค่าสูงมาก - มากถึง 10 4 ё 10 6 . ค่า ควัสดุพาราแมกเนติกมีน้อย เหนือศูนย์และสำหรับไดอะแมกเนติก - น้อยกว่าเล็กน้อย เฉพาะในสุญญากาศและในทุ่งที่อ่อนแอมากเท่านั้นคือปริมาณ คและ มมีค่าคงที่และไม่ขึ้นอยู่กับฟิลด์ภายนอก การเหนี่ยวนำการพึ่งพา ขจาก ชมมักจะไม่เป็นเชิงเส้นและกราฟที่เรียกว่า เส้นโค้งการสะกดจิตสำหรับ วัสดุที่แตกต่างกันและแม้กระทั่งเมื่อ อุณหภูมิที่แตกต่างกันอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (ตัวอย่างเส้นโค้งดังกล่าวแสดงในรูปที่ 2 และ 3)

คุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสารนั้นซับซ้อนมาก และการทำความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับสิ่งเหล่านี้จำเป็นต้องมีการวิเคราะห์อย่างถี่ถ้วนเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอม อันตรกิริยาของสสารในโมเลกุล การชนกันของสสารในก๊าซ และสสาร อิทธิพลซึ่งกันและกันในของแข็งและของเหลว คุณสมบัติทางแม่เหล็กของของเหลวยังคงมีการศึกษาน้อยที่สุด

ที่บ้าน ที่ทำงาน ในรถของคุณเองหรือใน การขนส่งสาธารณะเราถูกล้อมรอบด้วยแม่เหล็กประเภทต่างๆ พวกมันขับเคลื่อนมอเตอร์ เซ็นเซอร์ ไมโครโฟน และสิ่งทั่วไปอื่นๆ อีกมากมาย ในขณะเดียวกันในแต่ละพื้นที่ก็มีการใช้อุปกรณ์ที่มีลักษณะและคุณสมบัติแตกต่างกันไป โดยทั่วไปแล้ว แม่เหล็กประเภทนี้มีความโดดเด่น:

แม่เหล็กคืออะไร

แม่เหล็กไฟฟ้า.การออกแบบผลิตภัณฑ์ดังกล่าวประกอบด้วยแกนเหล็กซึ่งพันขดลวดไว้ ด้วยการใช้กระแสไฟฟ้าที่มีขนาดและทิศทางต่างกันทำให้สามารถรับสนามแม่เหล็กได้ ความแข็งแรงที่จำเป็นและขั้ว

ชื่อของแม่เหล็กกลุ่มนี้เป็นตัวย่อของชื่อส่วนประกอบ: อะลูมิเนียม นิกเกิล และโคบอลต์ ข้อได้เปรียบหลักของโลหะผสมอัลนิโคคือความคงตัวต่ออุณหภูมิที่ไม่มีใครเทียบได้ของวัสดุ แม่เหล็กประเภทอื่นไม่สามารถอวดอ้างได้ว่าสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง +550 ⁰ C ในขณะเดียวกันวัสดุที่มีน้ำหนักเบานี้มีลักษณะเฉพาะด้วยแรงบีบบังคับที่อ่อนแอ ซึ่งหมายความว่าสามารถล้างอำนาจแม่เหล็กได้อย่างสมบูรณ์เมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กภายนอกที่รุนแรง ในขณะเดียวกัน ด้วยราคาที่สามารถจับต้องได้ อัลนิโคจึงเป็นโซลูชันที่ขาดไม่ได้ในภาคส่วนวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมจำนวนมาก

ผลิตภัณฑ์แม่เหล็กที่ทันสมัย

ดังนั้นเราจึงหาโลหะผสม ทีนี้มาดูกันว่าแม่เหล็กคืออะไรและแอปพลิเคชั่นใดที่สามารถพบได้ในชีวิตประจำวัน ในความเป็นจริงมีตัวเลือกมากมายสำหรับผลิตภัณฑ์ดังกล่าว:

1) ของเล่นปาเป้าที่ไม่มีลูกดอกแหลม เกมกระดาน การพัฒนาโครงสร้าง - พลังแม่เหล็กทำให้ความบันเทิงตามปกติน่าสนใจและน่าตื่นเต้นยิ่งขึ้น

2) ที่ยึดและที่ยึดตะขอและแผงจะช่วยจัดระเบียบพื้นที่ได้สะดวกโดยไม่ต้องติดตั้งและเจาะผนังด้วยฝุ่น แรงแม่เหล็กถาวรของตัวยึดเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในเวิร์กช็อปที่บ้าน ในร้านบูติกและร้านค้า นอกจากนี้พวกเขาจะพบกับแอปพลิเคชั่นที่คุ้มค่าในทุกห้อง

3) แม่เหล็กสำนักงานสำหรับงานนำเสนอและการประชุมจะใช้กระดานแม่เหล็กซึ่งช่วยให้คุณนำเสนอข้อมูลใด ๆ ที่มองเห็นได้และในรายละเอียด นอกจากนี้ยังมีประโยชน์อย่างมากในห้องเรียนของโรงเรียนและห้องเรียนในมหาวิทยาลัย

แม่เหล็กนีโอไดเมียมและเฟอร์ไรต์
โลหะหลายชนิดมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก ซึ่งช่วยให้สามารถนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ และในชีวิตประจำวัน จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย แต่ตอนนี้พวกมันถูกแทนที่ด้วยแม่เหล็กที่ทำจากโลหะผสมของโลหะนีโอดิเมียม เหล็ก และโบรอนมากขึ้นเรื่อยๆ หลังกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ แม่เหล็กชนิดใดดีกว่า - เฟอร์ไรต์หรือนีโอไดเมียม ลองคิดดูในบทความนี้

แม่เหล็กนีโอไดเมียม
พวกเราหลายคนเคยได้ยินเกี่ยวกับแม่เหล็กนีโอไดเมียม มันคืออะไร? คุณสมบัติที่เป็นเอกลักษณ์ของแม่เหล็กเกิดจากการมีนีโอไดเมียมในโลหะผสม - องค์ประกอบทางเคมีจากหมู่แลนทาไนด์ของตารางธาตุ นอกจากส่วนประกอบหลักแล้ว ส่วนประกอบของแม่เหล็กนีโอไดเมียมยังรวมถึงเหล็กและโบรอน หรือโคบอลต์และอิตเทรียม แม่เหล็กนีโอไดเมียมผลิตขึ้นโดยการให้ความร้อนแก่ผงแป้งของสารออกฤทธิ์ มากที่สุด ลักษณะเด่นแม่เหล็กนีโอดิเมียม - พลังของมันในขนาดที่ค่อนข้างเล็ก แม่เหล็กดังกล่าวมีแรงยึดติดที่มากกว่าแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ 10 เท่าหรือมากกว่า

เพื่อให้แม่เหล็กนีโอไดเมียมมีอายุการใช้งานยาวนานที่สุด พื้นผิวของแม่เหล็กจึงมีส่วนประกอบพิเศษของนิกเกิล หากวางแผนที่จะใช้แม่เหล็กในสภาพแวดล้อมที่ก้าวร้าวหรือมีอุณหภูมิสูง ขอแนะนำให้เลือกการเคลือบสังกะสี

แม่เหล็กนีโอไดเมียมใช้กันอย่างแพร่หลาย:
ในฐานะที่เป็นคีมจับหรือแคลมป์ - พลังนีโอไดเมียมช่วยให้มั่นใจได้ว่าวัสดุที่วางอยู่ระหว่างแม่เหล็กจะจับยึดอย่างสม่ำเสมอ
เพื่อความบันเทิง - ทั้งเด็กและผู้ใหญ่ต่างก็สนใจที่จะดูกลเม็ดที่ตั้งไว้ด้วยความช่วยเหลือของแม่เหล็กนี้เท่าๆ กัน
เพื่อค้นหาวัตถุที่ทำจากเหล็กและเหล็ก
สำหรับการทำให้วัตถุที่เป็นโลหะเป็นแม่เหล็ก สิ่งที่แม่เหล็กนีโอไดเมียมเป็นแม่เหล็ก ได้แก่ ไขควง เข็ม มีด และผลิตภัณฑ์อื่นๆ
เพื่อการยึดที่เชื่อถือได้บนพื้นผิวของวัตถุต่างๆ

ประเภทของแม่เหล็กนีโอไดเมียม
แม่เหล็กนีโอไดเมียมมีจำหน่ายในรูปแบบและน้ำหนักต่างๆ แม้แต่แม่เหล็กขนาดเล็กขนาด 25 * 5 มม. ก็สามารถรับน้ำหนักได้ถึงเก้ากิโลกรัม และหากใช้งานอย่างไม่ระมัดระวังก็อาจทำลายผิวหนังได้ และเมื่อใช้แม่เหล็กที่มีมวลมาก ยิ่งจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องปฏิบัติตามมาตรการความปลอดภัยบางประการเพื่อไม่ให้เกิดการบาดเจ็บ

แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ - มันคืออะไร
ที่พบมากที่สุดในบรรดาแม่เหล็กทั่วไปคือแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ซึ่งเป็นโลหะผสมของเหล็กออกไซด์กับออกไซด์ของโลหะอื่น แม่เหล็กธรรมดามักทำในรูปเกือกม้า ลักษณะสำคัญของ ferromagnets ได้แก่ :
ทนต่ออุณหภูมิได้ดี
การซึมผ่านของแม่เหล็กสูง
ราคาถูก.
แม่เหล็กเฟอร์ไรต์มักจะมีเครื่องหมายขั้วเป็นสีแดงและสีน้ำเงิน

การเปรียบเทียบแม่เหล็ก
แล้วอะไรคือความแตกต่างระหว่างแม่เหล็กนีโอไดเมียมและแม่เหล็กธรรมดา และจะระบุความแตกต่างเหล่านี้ด้วยสายตาได้อย่างไร แม่เหล็กนีโอไดเมียมได้รับความนิยมอย่างมากเมื่อไม่นานมานี้ (เทคโนโลยีการผลิตของพวกเขามีอายุประมาณ 30 ปีเท่านั้น) แต่พวกมันถูกใช้ไปแล้วในเกือบทุกด้านของชีวิต ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ข้อแตกต่างที่สำคัญที่สุดระหว่างแม่เหล็กนีโอไดเมียมกับแม่เหล็กทั่วไปคือแรงยึดเกาะและหลัก ลักษณะแม่เหล็ก: พลังงานแม่เหล็ก การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เหลืออยู่ และแรงบีบบังคับ ค่าของลักษณะเหล่านี้สูงกว่าของเฟอร์โรแมกเนติกหลายเท่า วิธีที่ง่ายที่สุดในการระบุประเภทของแม่เหล็กคือลองถอดแม่เหล็กออกจากพื้นผิวเหล็ก หากแยกออกได้ง่ายแสดงว่าเป็นแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนต แต่ถ้าสามารถถอดแม่เหล็กออกได้หลังจากใช้ความพยายามบางอย่างเท่านั้น เราก็มีแม่เหล็กนีโอไดเมียม นอกจากคุณลักษณะนี้แล้ว แม่เหล็กยังแตกต่างกันในหลายวิธี

เวลาชีวิต
ถ้า ferromagnets ใช้งานได้ประมาณ 10 ปี การใช้งานที่ถูกต้องจากนั้นจึงทำการล้างอำนาจแม่เหล็กออกจนหมด อายุการใช้งานของแม่เหล็กนีโอไดเมียมจึงแทบไม่มีขีดจำกัด ต่อ อายุของมนุษย์ความแข็งแรงของแม่เหล็กนีโอไดเมียมหายไปเพียง 1%

แรงโน้มถ่วง
แรงดึงดูดของแม่เหล็กนีโอไดเมียมที่มีขนาดเท่ากันนั้นสูงกว่าแรงของแม่เหล็กเฟอร์โรแม่เหล็กประมาณ 10 เท่า ดังนั้นแม่เหล็กขนาดเล็กแต่ทรงพลังจึงสามารถนำมาใช้ในคอมพิวเตอร์และระบบเสียงได้ เช่นเดียวกับการทำของที่ระลึกและเครื่องประดับต่างๆ

แบบฟอร์ม
แม่เหล็กเฟอร์โรส่วนใหญ่ผลิตในรูปของเกือกม้าที่มีขาสีแดงและสีน้ำเงินแสดงขั้วลบและขั้วบวก รูปเกือกม้าช่วยให้คุณปิดเส้นสนามแม่เหล็กเพื่อเพิ่มอายุการใช้งานของแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติก แม่เหล็กนีโอไดเมียมผลิตขึ้นในรูปทรงและการกำหนดค่าที่หลากหลาย - แบบขนาน วงแหวน ดิสก์ และอื่นๆ คุณสามารถวางเสาหลายอันบนพื้นผิวได้นั่นคือทำให้เป็น "หลายขั้ว"

ราคา
แม่เหล็กนีโอไดเมียมมีราคาแพงกว่าแม่เหล็กเฟอร์ไรต์ ซึ่งพิสูจน์ได้จากคุณลักษณะและอายุการใช้งาน เมื่อซื้อแม่เหล็กนีโอไดเมียมแล้ว คุณจะได้แม่เหล็กที่เกือบจะเป็น "นิรันดร์" อย่างน้อยที่สุดคุณสมบัติของแม่เหล็กก็แทบจะไม่เปลี่ยนแปลงเลยตลอดชีวิตของคุณ

ข้อดีและการประยุกต์ใช้แม่เหล็กนีโอไดเมียม
ดังนั้น แม่เหล็กนีโอไดเมียมแม้จะมีมากกว่า ราคาสูงมีข้อได้เปรียบเหนือเฟอร์ไรต์ทั่วไปอย่างไม่อาจปฏิเสธได้ เพิ่มพลัง, อายุการใช้งานยาวนาน, รูปร่างต่างๆการผลิตทำให้แม่เหล็กโลหะผสมนีโอไดเมียม-เหล็ก-โบรอนเป็นที่ต้องการสูงในหมู่ผู้บริโภค

ทำไมคุณต้องใช้แม่เหล็กนีโอไดเมียม
แม่เหล็กนีโอไดเมียมหมายถึงอะไรสำหรับคนยุคใหม่ใน ชีวิตประจำวัน? นอกจากการใช้งานข้างต้นแล้ว วัสดุที่นิยมใช้สำหรับ:
ทำความสะอาดตู้ปลาและภาชนะอื่นๆ ตลอดจนน้ำมันเครื่องและน้ำมันเกียร์ที่ใช้ในอุปกรณ์ยานยนต์
การจัดตำแหน่งพื้นผิวโลหะที่แม่นยำ
การลบล้างแผ่นดิสก์ ภาพยนตร์ และการกระทำอื่นๆ อีกมากมาย
แน่นอน คุณลักษณะทั้งหมดของแม่เหล็กนีโอไดเมียมที่ระบุไว้ในบทความมีความสำคัญเฉพาะเมื่อซื้อวัสดุคุณภาพสูงเท่านั้น ทุกคนที่ซื้อนีโอไดเมียมแยกต่างหากใน World of Magnets รู้ดีว่าร้านค้าออนไลน์ให้การรับประกันและใบรับรองคุณภาพที่จำเป็นทั้งหมด และยังให้คำแนะนำที่เชี่ยวชาญแก่ผู้ซื้อแต่ละรายอีกด้วย

มาทำความเข้าใจร่วมกันว่าสนามแม่เหล็กคืออะไร ท้ายที่สุดหลายคนอาศัยอยู่ในสาขานี้ตลอดชีวิตและไม่ได้คิดถึงเรื่องนี้ ถึงเวลาแก้ไข!

สนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กเป็นเรื่องพิเศษ มันแสดงออกมาในการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าและวัตถุที่มีโมเมนต์แม่เหล็กของมันเอง (แม่เหล็กถาวร)

ข้อสำคัญ: สนามแม่เหล็กไม่มีประจุอยู่กับที่! สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นด้วยการเคลื่อนที่ ค่าไฟฟ้าหรือโดยสนามไฟฟ้าที่แปรผันตามเวลา หรือ ช่วงเวลาแม่เหล็กอิเล็กตรอนในอะตอม นั่นคือลวดใด ๆ ที่กระแสไหลผ่านจะกลายเป็นแม่เหล็ก!

ร่างกายที่มีสนามแม่เหล็กในตัวเอง

แม่เหล็กมีขั้วเรียกว่าเหนือและใต้ การกำหนด "เหนือ" และ "ใต้" ให้ไว้เพื่อความสะดวกเท่านั้น (เป็น "บวก" และ "ลบ" ในกระแสไฟฟ้า)

สนามแม่เหล็กแสดงโดย บังคับเส้นแม่เหล็ก. เส้นแรงนั้นต่อเนื่องและปิด และทิศทางของพวกมันจะสอดคล้องกับทิศทางของแรงภาคสนามเสมอ หากเศษโลหะกระจัดกระจายรอบแม่เหล็กถาวร อนุภาคโลหะจะแสดงภาพที่ชัดเจนของเส้นสนามแม่เหล็กที่โผล่ออกมาจากทิศเหนือและเข้าสู่ขั้วโลกใต้ ลักษณะกราฟิกของสนามแม่เหล็ก - เส้นแรง

ลักษณะสนามแม่เหล็ก

ลักษณะสำคัญของสนามแม่เหล็กคือ การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก, สนามแม่เหล็กและ การซึมผ่านของแม่เหล็ก. แต่มาพูดถึงทุกอย่างตามลำดับ

เราทราบทันทีว่าหน่วยการวัดทั้งหมดจะได้รับในระบบ ศรี.

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ข – เวกเตอร์ ปริมาณทางกายภาพซึ่งเป็นคุณสมบัติหลักของสนามแม่เหล็ก แสดงด้วยตัวอักษร ข . หน่วยวัดการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก - เทสลา (ทล).

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กบ่งชี้ว่าสนามมีความแรงเพียงใดโดยพิจารณาจากแรงที่กระทำต่อประจุ กองกำลังนี้เรียกว่า กองกำลังลอเรนซ์.

ที่นี่ ถาม - ค่าใช้จ่าย, โวลต์ - ความเร็วในสนามแม่เหล็ก ข - การเหนี่ยวนำ ฉ คือแรง Lorentz ที่สนามทำหน้าที่ในการชาร์จ

ฉ- ปริมาณทางกายภาพ เท่ากับสินค้าการเหนี่ยวนำแม่เหล็กในพื้นที่ของรูปร่างและโคไซน์ระหว่างเวกเตอร์การเหนี่ยวนำและปกติกับระนาบของรูปร่างที่ไหลผ่าน สนามแม่เหล็ก- ลักษณะสเกลาร์ของสนามแม่เหล็ก

เราสามารถพูดได้ว่าฟลักซ์แม่เหล็กกำหนดจำนวนของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ทะลุผ่านพื้นที่หนึ่งหน่วย ฟลักซ์แม่เหล็กวัดเป็น เวเบอร์รัช (WB).

การซึมผ่านของแม่เหล็กเป็นค่าสัมประสิทธิ์ที่กำหนดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของตัวกลาง หนึ่งในพารามิเตอร์ที่ขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามคือการซึมผ่านของแม่เหล็ก

โลกของเราเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่มาหลายพันล้านปี การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กโลกจะแตกต่างกันไปตามพิกัด ที่เส้นศูนย์สูตร มีค่าประมาณ 3.1 คูณ 10 ยกกำลังลบ 5 ของเทสลา นอกจากนี้ยังมีความผิดปกติทางแม่เหล็กซึ่งค่าและทิศทางของสนามจะแตกต่างอย่างมากจากบริเวณข้างเคียง หนึ่งในความผิดปกติของสนามแม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลก - เคิร์สต์และ ความผิดปกติของแม่เหล็กบราซิล.

ต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กโลกยังคงเป็นปริศนาสำหรับนักวิทยาศาสตร์ สันนิษฐานว่าแหล่งที่มาของสนามคือแกนโลหะเหลวของโลก แกนกลางกำลังเคลื่อนที่ ซึ่งหมายความว่าโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิลที่หลอมเหลวกำลังเคลื่อนที่ และการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าคือกระแสไฟฟ้าที่สร้างสนามแม่เหล็ก ปัญหาอยู่ที่ทฤษฎีนี้ จีโอไดนาโม) ไม่ได้อธิบายว่าฟิลด์จะคงสภาพไว้ได้อย่างไร

โลกเป็นไดโพลแม่เหล็กขนาดใหญ่ขั้วแม่เหล็กไม่ตรงกับพื้นที่ทางภูมิศาสตร์แม้ว่าจะอยู่ในนั้นก็ตาม ความใกล้ชิด. นอกจากนี้ ขั้วแม่เหล็กโลกยังมีการเคลื่อนที่ การกระจัดของพวกมันถูกบันทึกไว้ตั้งแต่ปี 1885 ตัวอย่างเช่น ในช่วงร้อยปีที่ผ่านมา ขั้วแม่เหล็กโลก ซีกโลกใต้เคลื่อนที่ไปเกือบ 900 กิโลเมตร และขณะนี้อยู่ในมหาสมุทรใต้ ขั้วโลกของซีกโลกอาร์กติกกำลังเคลื่อนที่ข้ามมหาสมุทรอาร์กติกไปยังความผิดปกติของสนามแม่เหล็กไซบีเรียตะวันออก ความเร็วในการเคลื่อนที่ (ตามข้อมูลปี 2547) อยู่ที่ประมาณ 60 กิโลเมตรต่อปี ขณะนี้มีการเร่งความเร็วของการเคลื่อนที่ของเสา - โดยเฉลี่ยแล้วความเร็วจะเพิ่มขึ้น 3 กิโลเมตรต่อปี

สนามแม่เหล็กโลกมีความสำคัญต่อเราอย่างไร?ประการแรก สนามแม่เหล็กโลกปกป้องโลกจาก รังสีคอสมิกและลมสุริยะ อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าจากห้วงอวกาศไม่ตกลงสู่พื้นโดยตรง แต่ถูกเบี่ยงเบนโดยแม่เหล็กขนาดยักษ์และเคลื่อนที่ไปตามแนวแรงของมัน ดังนั้น สิ่งมีชีวิตทั้งหมดจึงได้รับการปกป้องจากรังสีที่เป็นอันตราย

ในช่วงประวัติศาสตร์ของโลกมีหลาย ผกผัน(เปลี่ยนแปลง) ขั้วแม่เหล็ก. การกลับขั้วคือเมื่อพวกเขาเปลี่ยนสถานที่ ครั้งสุดท้ายที่ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 800,000 ปีที่แล้ว และมีการกลับขั้วแม่เหล็กโลกมากกว่า 400 ครั้งในประวัติศาสตร์ของโลก นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าการกลับขั้วครั้งต่อไปควรได้รับการเร่งความเร็วจากการสังเกตการเคลื่อนที่ของขั้วแม่เหล็ก คาดว่าในอีกสองพันปีข้างหน้า

โชคดีที่ไม่มีการพลิกกลับขั้วในศตวรรษของเรา ดังนั้นคุณสามารถนึกถึงชีวิตที่น่ารื่นรมย์และสนุกสนานในสนามคงที่เก่าแก่ของโลกโดยพิจารณาคุณสมบัติหลักและลักษณะเฉพาะของสนามแม่เหล็ก และเพื่อให้คุณสามารถทำเช่นนี้มีผู้เขียนของเราที่สามารถไว้วางใจในปัญหาด้านการศึกษาบางอย่างด้วยความมั่นใจในความสำเร็จ! และงานประเภทอื่นๆสั่งได้ที่ลิงค์ครับ