Что значит магнит. Что такое магнит? Виды и свойства магнитов. Видео Что такое магнит

Существует два основных типа магнитов: постоянные и электромагниты. Определить, что же такое постоянный магнит, можно на основании главного его свойства. Постоянный магнит получил свое название за то, что его магнетизм всегда «включен». Он генерирует собственное магнитное поле, в отличие от электромагнита, сделанного из проволоки, обернутой вокруг железного сердечника, и требующего протекания тока для создания магнитного поля.

История изучения магнитных свойств

Столетия назад люди открыли, что некоторые типы горных пород обладают оригинальными особенностями: притягиваются к железным предметам. Упоминание о магнетите встречается в древних исторических летописях: больше двух тысячелетий назад в европейских и намного ранее в восточноазиатских. Сначала он оценивался как любопытный предмет.

Позже магнетит стали использовать для навигации, обнаружив, что он стремится занять определенное положение, когда ему предоставлена свобода вращения. Научное исследование, проведенное П. Перегрином в 13-м веке, показало, что сталь может приобрести эти особенности после потирания магнетитом.

У намагниченных предметов было два полюса: «северный» и «южный», относительно магнитного поля Земли. Как обнаружил Перегрин, изоляция одного из полюсов не представлялась возможной, если разрезать осколок магнетита надвое, – каждый отдельный фрагмент имел в результате собственную пару полюсов.

В соответствии с сегодняшними представлениями магнитное поле постоянных магнитов – это результирующая ориентация электронов в едином направлении. Только некоторые разновидности материалов взаимодействуют с магнитными полями, значительно меньшее их количество способно сохранять постоянное МП.

Свойства постоянных магнитов

Основными свойствами постоянных магнитов и создаваемого ими поля являются:

• существование двух полюсов;
• противоположные полюса притягиваются, а одноименные отталкиваются (как положительные и отрицательные заряды);
• магнитная сила незаметно распространяется в пространстве и проходит через объекты (бумага, дерево);
• наблюдается усиление интенсивности МП вблизи полюсов.

Постоянные магниты поддерживают МП без внешней помощи. Материалы в зависимости от магнитных свойств делятся на основные виды:

• ферромагнетики – легко намагничивающиеся;
• парамагнетики – намагничиваются с большим трудом;
• диамагнетики – склонны отражать внешнее МП путем намагничивания в противоположном направлении.

Важно! Магнито-мягкие материалы, такие как сталь, проводят магнетизм при прикреплении к магниту, но это прекращается при его удалении. Постоянные магниты изготавливаются из магнито-твердых материалов.

Как работает постоянный магнит

Его работа связана с атомной структурой. Все ферромагнетики создают естественное, хотя и слабое, МП, благодаря электронам, окружающим ядра атомов. Эти группы атомов способны ориентироваться в едином направлении и называются магнитными доменами. Каждый домен обладает двумя полюсами: северным и южным. Когда ферромагнитный материал не намагничен, его области ориентированы в случайных направлениях, а их МП компенсируют друг друга.

Чтобы создать постоянные магниты, ферромагнетики нагреваются при очень высоких температурах и подвергаются воздействию сильного внешнего МП. Это приводит к тому, что отдельные магнитные домены внутри материала начинают ориентироваться по направлению внешнего МП до тех пор, пока все домены не выровняются, достигнув точки магнитного насыщения. Затем материал охлаждают, и выровненные домены блокируются в нужном положении. После удаления внешнего МП магнито-твердые материалы будут удерживать большую часть своих доменов, создавая постоянный магнит.

Характеристики постоянного магнита

1. Магнитную силу характеризует остаточная магнитная индукция. Обозначается Br. Это та сила, которая остается после исчезновения внешнего МП. Измеряется в тестах (Тл) или гауссах (Гс);
2. Коэрцитивность или сопротивление размагничиванию – Нс. Измеряется в А/м. Показывает, какова должна быть напряженность внешнего МП для того, чтобы размагнитить материал;
3. Максимальная энергия – BHmax. Рассчитывается путем умножения остаточной магнитной силы Br и коэрцитивности Нс. Измеряется в МГсЭ (мегагауссэрстед);
4. Коэффициент температуры остаточной магнитной силы – Тс of Br. Характеризует зависимость Br от температурного значения;
5. Tmax – наивысшее значение температуры, при достижении которого постоянные магниты утрачивают свойства с возможностью обратного восстановления;
6. Tcur – наивысшее значение температуры, когда магнитный материал безвозвратно утрачивает свойства. Этот показатель называется температурой Кюри.

Индивидуальные характеристики магнита изменяются в зависимости от температуры. При разных значениях температуры разные типы магнитных материалов работают по-разному.

Важно! Все постоянные магниты теряют процент магнетизма при подъеме температуры, но с разной скоростью, зависящей от их типа.

Типы постоянных магнитов

Всего существует пять типов постоянных магнитов, каждый из которых изготовляется по-разному на основе материалов с отличающимися свойствами:

• альнико;
• ферриты;
• редкоземельные SmCo на основе кобальта и самария;
• неодимовые;
• полимерные.

Альнико

Это постоянные магниты, состоящие в основном из комбинации алюминия, никеля и кобальта, но могут также включать медь, железо и титан. Благодаря свойствам магнитов альнико, они могут работать при самых высоких температурах, сохраняя свой магнетизм, однако они легче размагничиваются, чем ферритовые или редкоземельные SmCo. Они были первыми серийными постоянными магнитами, заменяющими намагниченные металлы и дорогие электромагниты.

Применение:

• электродвигатели;
• термическая обработка;
• подшипники;
• аэрокосмические аппараты;
• военная техника;
• высокотемпературное погрузо-разгрузочное оборудование;
• микрофоны.

Ферриты

Для изготовления ферритовых магнитов, известных еще как керамические, применяются карбонат стронция и оксид железа, в соотношении 10/90. Оба материала в изобилии и экономически доступны.

Из-за низких издержек производства, устойчивости к нагреву (до 250°C) и коррозии ферритовые магниты – одни из самых популярных для повседневного применения. Они имеют большую внутреннюю коэрцитивность, чем альнико, но меньшую магнитную силу, чем неодимовые аналоги.

Применение:

• звуковые колонки;
• охранные системы;
• большие пластинчатые магниты для удаления загрязнения железом технологических линий;
• электродвигатели и генераторы;
• медицинские инструменты;
• подъемные магниты;
• морские поисковые магниты;
• устройства, основанные на работе вихревых токов;
• выключатели и реле;
• тормоза.

Редкоземельные магниты SmCo

Магниты из кобальта и самария работают в широком температурном диапазоне, имеют высокие температурные коэффициенты и высокую коррозионную стойкость. Этот вид сохраняет магнитные свойства даже при температурах ниже абсолютного нуля, что делает их популярными для использования в криогенных установках.

Применение:

• турботехника;
• насосные муфты;
• влажные среды;
• высокотемпературные устройства;
• миниатюрные гоночные автомобили с электроприводом;
• радиоэлектронные устройства для работы в критических условиях.

Неодимовые магниты

Сильнейшие существующие магниты, состоящие из сплава неодима, железа и бора. Благодаря их огромной силе, даже миниатюрные магниты эффективны. Это обеспечивает универсальность использования. Каждый человек постоянно находится рядом с одним из неодимовых магнитов. Они есть, например, в смартфоне. Изготовление электродвигателей, медтехника, радиоэлектроника опираются на сверхпрочные неодимовые магниты. Из-за их сверхпрочности, огромной магнитной силы и стойкости к размагничиванию возможно изготовление образцов до 1 мм.

Применение:

• жесткие диски;
• звуковоспроизводящие устройства – микрофоны, акустические датчики, наушники, громкоговорители;
• протезы;
• насосы с магнитной связью;
• дверные доводчики;
• двигатели и генераторы;
• замки на ювелирных изделиях;
• сканеры МРТ;
• магнитотерапия;
• датчики ABS в автомобилях;
• подъемное оборудование;
• магнитные сепараторы;
• герконовые переключатели и т. д.

Гибкие магниты содержат магнитные частицы, находящиеся внутри полимерного связующего. Используются для уникальных устройств, где невозможна установка твердых аналогов.

Применение:

• дисплейная реклама – быстрая фиксация и быстрое удаление на выставках и мероприятиях;
• знаки транспортных средств, учебные школьные панели, логотипы компаний;
• игрушки, головоломки и игры;
• маскирование поверхностей для окраски;
• календари и магнитные закладки;
• оконные и дверные уплотнения.

Большинство постоянных магнитов являются хрупкими и не должны использоваться в качестве структурных элементов. Они изготавливаются в стандартных формах: кольца, стержни, диски, и индивидуальных: трапеции, дуги и др. Неодимовые магниты из-за высокого содержания железа подвержены коррозии, поэтому покрываются сверху никелем, нержавеющей сталью, тефлоном, титаном, каучуком и другими материалами.

Видео

Трудно найти человека, который бы не знал, что такое магнит. Точнее о том, что некий металлообразный кусок может притягивать к себе различные железные предметы, а также взаимно притягиваться или взаимно отталкиваться от другого такого же магнита. Но вот саму природу подобных явлений знает далеко не каждый. Хотя суть магнита не таит в себе особых тайн и сложностей. Всё в нём достаточно просто. Давайте же в этой статье рассмотрим причину и природу, что стоит в основе работы магнита.

Итак, прежде всего начнём со следующего. Думаю Вам приходилось слышать, что основой работы любых электрических приборов является движение электрического тока по внутренним цепям устройства. Электрический ток представляет собой маленькие электрические частицы, имеющие определённый электрический заряд и упорядоченно передвигаемые внутри проводников (всего того, что проводит через себя ток) при появлении такой возможности (когда возникает замкнутая цепь). Частицы с отрицательным зарядом принято называть электронами. Именно они в твёрдых веществах совершают свою работу (передвижение). В жидких и газообразных веществах передвигаются ионы, имеющие плюсовой заряд.

Какая же связь между электрически заряженными частицами и магнитами, выражающую его суть? А связь прямая! Учёными давно было установлено, что магнитное поле возникает именно вокруг движущегося электрического заряда. Также Вы могли слышать о том, что магнитные поля существуют вокруг обычных проводов, по которым дижится ток. Как только ток прекращает своё движение, то и электромагнитное поле также пропадает. Это суть и условие возникновения магнитного поля.

Из школьной физики известно, что любые окружающие нас вещи и предметы состоят из атомов и молекул (достаточно мелких элементарных частиц). Эти самые элементарные частицы, в свою очередь, имеют следующее строение. Внутри находится ядро (состоящее из протонов и нейтронов) (ядро имеет плюсовой заряд), а вокруг этого ядра с огромной скоростью вращаются более мелкие частички, это электроны (имеющие отрицательный заряд).

Так вот, суть магнита заключается в следующем. Поскольку мы выяснили, что магнитное поле возникает вокруг движущихся электрических зарядов, а электроны есть во всех атомах и молекулах, и они постоянно движутся, следовательно атомы и молекулы имеют вокруг себя магнитные поля (они очень малы и по силе и по размерам). В добавок стоит учесть, что различные вещества и предметы имеют различные магнитные свойства. У одних магнитные свойства выраженные очень сильно, а у других на столько слабо, что свидетельствует о полном отсутствии полей.

Вот основа природы и сути магнита. Но ведь даже те вещества, которые имеют большую интенсивность проявления магнитных полей (это ферромагнетики, самым известным из которых является простое железо) не всегда магнитят. Почему же так? Потому что существует эффект однонаправленности и хаотичности. Поясню что это такое. Суть магнита (проявление магнетизма) зависит не только от вещества, но и от того положения атомов и молекул, которое имеется внутри вещества. Если два магнита соединить таким образом, что их полюса будут совпадать по направлению, то магнитная сила полей усилит друг друга и итоговое общее поле станет сильнее. Но если эти магниты расположить относительно друг друга противоположными полюсами, естественно, они будут угнетать друг друга, а их общее поле осклабится. Так и внутри веществ, чтобы получить наибольшее магнитное поле, необходимо что бы все атомы и молекулы магнитного вещества были однонаправленные своими полюсами. Это достигается различными способами.

И так, с самой сутью магнита и его природой действия разобрались. Теперь немного о том как делаются магниты. Если нужно изготовить постоянный магнит (обычный кусок магнита, который постоянно магнитит) берут материал из ферромагнетика, помещают его в магнитное поле достаточно большой интенсивности на определённое время. После чего этот ферромагнетик сам начинает обладать магнитными свойствами. В результате помещения его в магнитное поле большой интенсивности элементарные частицы вещества повернулись в одну сторону, что послужило возникновению эффекта однонаправленности атомов и молекул.

Для получения электромагнитов использую простые медные катушки, внутрь которых помещён сердечник из ферромагнетика, усиливающий общий магнитный эффект. То есть, когда через эту катушку пропускают постоянный ток она начинает притягивать к себе железные предметы. По катушки ведь течёт ток (заряженные частицы). Следовательно вокруг неё будет возникать и электромагнитное поле. А чем больше витков на катушке и чем больше тока будет проходить через неё, тем большая магнитная сила будет порождаться вокруг неё.

P.S. Вот в принципе мы и разобрались с природой и сутью магнита. Зная общий принцип устройства и работы магнита (электромагнита) Вам теперь стало всё ясно, почему именно магниты притягивают к себе железные предметы.

В советские годы все магниты имели почти одинаковый состав. Их изготавливали из ферромагнитных сплавов, где менялось процентное соотношение материалов. Но уже тогда велись научные изыскания по изобретению новых магнитов. Сегодня магнитное производство предлагает самые разные материалы, способные сохранять магнитное поле.

Из чего состоят разные виды магнитов

Сила и свойства магнитов зависят от их состава. Распространение получили следующие виды сплавов.

1. Ферриты
Это соединения оксида железа Fe2O3 с оксидами других металлов, обладающие ферромагнитными свойствами. Нашли применение в электронике, радиотехнике и прочих отраслях, где сила магнитного поля особой роли не играет. Это дешевые магниты, поэтому они используются в создании разнообразных устройств. Ферриты отличаются коррозийной стойкостью и средней температурной устойчивостью.

Ферритовые магниты устойчивы к ржавчине и высокой температуре

2. Сплавы Альнико
Представляют собой соединение железа со сплавом алюминия, никеля, меди и кобальта (AlNiCo). Магниты Альнико на основе этого сплава отличаются высокой магнитной силой и температурной устойчивостью, поэтому используются в условиях нагрева до 550 градусов по Цельсию. Однако не применяются повсеместно, поскольку отличаются высокой стоимостью. Такие сплавы незаменимы при создании других постоянных магнитов.

В школьных экспериментах обычно используют магнитные бруски и подковы из сплава Альнико

3. Неодимы
Это сплав редкоземельных металлов — неодима, бора и железа (NdFeB). Не имеют конкурентов по мощности и долговечности, так как могут удерживать предметы, тысячекратно превосходящие их по массе. Неодимовые магниты появляются в результате сложного производственного процесса, при котором используется вакуумное плавление, прессование, спекание и другие манипуляции. Единственный недостаток - плохая устойчивость к тепловому воздействию - при нагреве быстро теряют свои свойства. Если исключить тепловой удар, то служат такие магнитные элементы почти вечно - теряют не более 1% мощности за 100 лет.

Велосипед "выужен" поисковым магнитом. Поисковые магниты делают из неодима, у него максимальная грузоподъемность при минимальных размерах

4. Самарий-кобальт
Сплав двух редкоземельных металлов - кобальта и самария SmCo5 или Sm2Co17. Легируются и другими металлами - медью, цирконием, гадолинием и т.п. По мощности такие сплавы уступают неодимовым, но превосходят все остальные аналоги. Отличаются стойкостью к коррозии и температурному воздействию. Незаменимы при работе в сложных условиях, когда требуется надежность и безотказность работы. Находятся в той же ценовой категории, что и неодимовые сплавы.

Магниты SmCo5 слабее неодимовых, но мощнее остальных

5. Полимерные постоянные магниты
Производятся из композиционных материалов с включением магнитного (обычно феррит-бариевого) порошка. За основу берутся разнообразные полимерные компоненты. Магнитопласты имеют низкую магнитную силу, зато отличаются непревзойденной коррозионной стойкостью в той степени, в которой ею обладает и другие полимеры. Конечные свойства каждого полимерного магнита зависят от процентного содержания магнитной смеси. Если используется порошок редкоземельных магнитов (неодим-железо-бор, самарий-кобальт), то магнитопласт получается мощнее. Главное преимущество - невероятная пластичность, позволяющая выпускать магниты любой формы и размеров.

Магнитные параметры магнитопластов ниже, чем у спеченных магнитов

6. Магнитный винил
Являет собой смесь резины и магнитного порошка (ферритового). Процентного содержание последнего составляет 70-75% от массы. Чем больше этого порошка, тем выше магнитная сила изделия. Из преимуществ материала отличают износоустойчивость и огромный диапазон рабочих температур (от −300°C до +800°C). Магнитный винил устойчив к воздействию влаги и пластичен. За счет гибкости подходит для изготовления изделий любых конфигураций.

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

✪ Парящий магнит

✪ Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов | Физика 8 класс #24 | Инфоурок

✪ Постоянные магниты

Субтитры

История развития магнитных материалов

Постоянные магниты, изготовленные из магнетита , применялись в медицине с древнейших времен. Царица Египта Клеопатра носила магнитный амулет. В древнем Китае в «Императорской книге по внутренней медицине» затрагивался вопрос применения магнитных камней для коррекции в теле энергии Ци - «живой силы». В более поздние времена о благотворном влиянии магнитов высказывались великие врачи и философы: Аристотель , Авиценна , Гиппократ . В средние века придворный врач Гилберт , опубликовавший сочинение «О магните», лечил от артрита королеву Елизавету I при помощи постоянного магнита. Русский врач Боткин прибегал к методам магнитотерапии .

Первым искусственным магнитным материалом стала углеродистая сталь, закалённая на структуру мартенсита и содержащая около 1,2-1,5 % углерода. Магнитные свойства такой стали чувствительны к механическим и температурным воздействиям. В ходе эксплуатации постоянных магнитов на её основе наблюдалось явление «старения» магнитных свойств стали.

• Бариевые и стронциевые магнитотвердые ферриты

Имеют состав Ba/SrO·6 Fe 2 O 3 и характеризуются высокой устойчивостью к размагничиванию в сочетании с хорошей коррозионной стойкостью. Несмотря на низкие по сравнению с другими классами магнитные параметры и высокую хрупкость, благодаря низкой стоимости магнитотвердые ферриты наиболее широко применяются в промышленности.

• Магниты NdFeB (неодим-железо-бор)

Редкоземельные магниты, изготавливаемые прессованием или литьем из интерметаллида Nd 2 Fe 14 B. Преимуществами этого класса магнитов являются высокие магнитные свойства (B r , H c и (BH) max), а также невысокая стоимость. В связи со слабой коррозионной устойчивостью обычно покрываются медью, никелем или цинком.

• Редкоземельные магниты SmCo (Самарий-Кобальт)

Изготавливаются методом порошковой металлургии из композиционного сплава SmCo 5 /Sm 2 Co 17 и характеризуются высокими магнитными свойствами, отличной коррозионной устойчивостью и хорошей стабильностью параметров при температурах до 350 °C, что обеспечивает им преимущества на высоких температурах перед магнитами NdFeB

• Магниты Альнико (российское название ЮНДК)

Изготавливаются на основе сплава Al-Ni-Co-Fe. К их преимуществам можно отнести высокую температурную стабильность в интервале температур до 550 °C, высокую временну́ю стабильность параметров в сочетании с большой величиной коэрцитивной силы, хорошую коррозионную устойчивость . Важным фактором в пользу их выбора может являться значительно меньшая стоимость по сравнению с магнитами из Sm-Co.

• Полимерные постоянные магниты (магнитопласты)

Изготавливаются из смеси магнитного порошка и связующей полимерной компоненты (например резины). Достоинством магнитопластов является возможность получения сложных форм изделий с высокой точностью размеров, а также высокая коррозионная устойчивость в сочетании с большой величиной удельного сопротивления и малым весом.

Для применений при обычных температурах самые сильные постоянные магниты делаются из сплавов, содержащих неодим . Они используются в таких областях, как магнитно-резонансная томография , сервоприводы жёстких дисков и создание высококачественных

История.

Древние греки и китайцы открыли, что некоторые редкие камни обладали природной намагниченностью. Эти камни волшебным образом могли притягивать небольшие кусочки железа и указывать на определенное направление в пространстве, плавая на пробке в сосуде с водой.

Ферромагнетизм.

Когда ферромагнитный материал помещается около магнита, он начинает притягиваться по направлению к области с наибольшим магнитным полем. Это то, с чем мы хорошо знакомы, наблюдая, как магнит собирает кнопки или скрепки. Железо, кобальт, никель, взвеси и сплавы из этих элементов представляют явление ферромагнетизма вследствие взаимодействия электронов с соседними электронами. Электроны выстраиваются, создавая магнитные домены, формирующие постоянный магнит. Если кусок железа поместить внутри сильного магнитного поля, магнитные домены вытянутся в направлении силовых линий поля и сожмутся в направлении, перпендикулярном магнитному полю.

Диамагнетизм.

Когда диамагнитный материал помещается около магнита, он отталкивается от области наибольшего магнитного поля, в отличие от ферромагнитного материала. Так проявляют себя большинство материалов, но это сложно заметить. Люди и лягушки диамагнитны. Известен интересный эксперимент, в котором лягушка левитирует на конце очень сильного электромагнита. Некоторые металлы, например, висмут, медь, золото, серебро, свинец, также как неметаллы, например, графит, вода и большинство органических соединений, являются диамагнетиками.

Парамагнетизм.

Когда парамагнитный материал помещается около магнита, он начинает притягиваться по направлению к области с наибольшим магнитным полем, подобно ферромагнитному материалу. Отличие только в том, что притяжение это слабое. Парамагнетизм представлен материалами, содержащими переходные элементы, редкоземельные или актинидные элементы. Жидкий кислород и алюминий являются примерами парамагнитных материалов.

Для чего используются магниты?

Существуют сотни способов использования магнитов. Да, кто-то считает, что магниты нужны для удержания любимой фотографии на дверце холодильника, но это только одно применение магнитов.
В общем случае, магниты используются для удержания, разделения, контроля, транспортировки и поднятия различных объектов, а также для преобразования электрической энергии в механическую и обратно.

Вот примерный, далеко не полный, список использования магнитов:

Внутри жилища:

Наушники

Стереоколонки

Телефонная трубка

Электрозвонок

Держатель по периметру дверцы холодильника

Записывающие и воспроизводящие головки аудио- и видеоаппаратуры

Записывающие и воспроизводящие головки дисковода и жесткого диска компьютера

Магнитная полоска на банковской карте

Управляющие и размагничивающие магнитные системы в телевизоре

Вентиляторы

Трансформаторы

Магнитные замки

Внутри двигателей:

Двигатели для вращения CD/DVD дисков и для позиционирования головок

Лентопротягивающие двигатели для аудио- и видеоаппаратуры

Насос и таймер в посудомоечной и стиральной машинах

Компрессор в холодильнике

Электрическая зубная щетка

Двигатель для вибратора в сотовом телефоне

В автомобиле:

Двигатель стартера

Внутренний вентилятор двигателя

Блокираторы двери

Стеклоподъемники

Регулятор бокового зеркала

Насос для очищающей жидкости

Датчики скорости

Генератор переменного тока

Реле стартера