Już w starożytności ludzie odkryli wyjątkowe właściwości niektórych kamieni - przyciąganie metalu. W naszych czasach często spotykamy przedmioty, które mają te cechy. Czym jest magnes? Jaka jest jego siła? Porozmawiamy o tym w tym artykule.
Przykładem magnesu tymczasowego są spinacze do papieru, guziki, gwoździe, nóż i inne artykuły gospodarstwa domowego wykonane z żelaza. Ich siła polega na tym, że przyciąga je magnes trwały, a gdy pole magnetyczne zanika, tracą swoją właściwość.
Pole elektromagnesu może być sterowane prądem elektrycznym. Jak to się stało? Drut nawinięty naprzemiennie na żelaznym rdzeniu, gdy prąd jest doprowadzany i zmieniany, zmienia siłę pola magnetycznego i jego polaryzację.
Rodzaje magnesów trwałych
Magnesy ferrytowe są najbardziej znane i aktywnie wykorzystywane w życiu codziennym. Ten czarny materiał może służyć jako zapięcia do różnych przedmiotów, takich jak plakaty, tablice ścienne używane w biurze czy szkole. Nie tracą swoich właściwości przyciągania w temperaturze nie niższej niż 250 °C.
Alnico to magnes wykonany ze stopu aluminium, niklu i kobaltu. To dało mu takie imię. Jest bardzo odporny na wysokie temperatury i może być stosowany w temperaturze 550°C. Materiał jest lekki, ale całkowicie traci swoje właściwości pod wpływem silniejszego pola magnetycznego. Stosowany głównie w przemyśle naukowym.
Magnetyczne stopy samaru są materiałem o wysokich parametrach użytkowych. Niezawodność jego właściwości pozwala na wykorzystanie materiału w opracowaniach wojskowych. Jest odporny na agresywne środowisko, wysoką temperaturę, utlenianie i korozję.
Co to jest magnes neodymowy? Jest to najpopularniejszy stop żelaza, boru i neodymu. Nazywany jest również supermagnesem, ponieważ ma silne pole magnetyczne o dużej sile koercji. Zachowując określone warunki podczas pracy, magnes neodymowy jest w stanie zachować swoje właściwości przez 100 lat.
Zastosowanie magnesów neodymowych
Warto zastanowić się szczegółowo, czym jest magnes neodymowy? To materiał, który jest w stanie rejestrować zużycie wody, prądu i gazu w licznikach i nie tylko. Ten rodzaj magnesu należy do materiałów trwałych i ziem rzadkich. Jest odporny na pola innych stopów i nie podlega demagnetyzacji.
Produkty neodymowe znajdują zastosowanie w sektorze medycznym i przemysłowym. Również w warunkach domowych służą do zapinania zasłon, elementów dekoracyjnych, pamiątek. Wykorzystywane są w przyrządach do wyszukiwania oraz w elektronice.
Aby przedłużyć żywotność, magnesy tego typu są powlekane cynkiem lub niklem. W pierwszym przypadku osadzanie jest bardziej niezawodne, ponieważ jest odporne na czynniki agresywne i wytrzymuje temperatury powyżej 100°C. Siła magnesu zależy od jego kształtu, wielkości i ilości neodymu, który jest częścią stopu.
Zastosowanie magnesów ferrytowych
Ferryty są uważane za najpopularniejsze magnesy trwałe. Dzięki zawartemu w składzie strontowi materiał nie koroduje. Czym więc jest magnes ferrytowy? Gdzie jest stosowany? Ten stop jest dość kruchy. Dlatego nazywany jest również ceramiką. Magnes ferrytowy znajduje zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym i przemyśle. Znajduje zastosowanie w różnych urządzeniach i urządzeniach elektrycznych, a także instalacjach domowych, generatorach, systemach akustycznych. W produkcji samochodów magnesy są wykorzystywane w układach chłodzenia, elektrycznych szybach i wentylatorach.
Zadaniem ferrytu jest ochrona sprzętu przed zakłóceniami zewnętrznymi i zapobieganie uszkodzeniu sygnału odbieranego przez kabel. Dzięki temu znajdują zastosowanie w produkcji nawigatorów, monitorów, drukarek i innych urządzeń, gdzie ważny jest czysty sygnał lub obraz.
Magnetoterapia
Często stosuje się zabieg zwany magnetoterapią, który przeprowadza się w celach leczniczych. Efektem tej metody jest oddziaływanie na ciało pacjenta za pomocą pól magnetycznych pod prądem przemiennym lub stałym o niskiej częstotliwości. Ta metoda leczenia pomaga pozbyć się wielu chorób, złagodzić ból, wzmocnić układ odpornościowy, poprawić przepływ krwi.
Uważa się, że choroby są generowane przez naruszenie ludzkiego pola magnetycznego. Dzięki fizjoterapii organizm wraca do normy i poprawia się stan ogólny.
Z tego artykułu dowiedziałeś się, czym jest magnes, a także przestudiowałeś jego właściwości i zastosowania.
Jednym z najbardziej niesamowitych zjawisk naturalnych jest manifestacja magnetyzmu w niektórych materiałach. Magnesy trwałe są znane od czasów starożytnych. Przed wielkimi odkryciami w dziedzinie elektryczności magnesy trwałe były aktywnie wykorzystywane przez lekarzy różnych narodów w medycynie. Dostali się do ludzi z wnętrzności ziemi w postaci kawałków magnetycznej rudy żelaza. Z biegiem czasu ludzie nauczyli się tworzyć sztuczne magnesy, umieszczając produkty ze stopu żelaza obok naturalnych źródeł pola magnetycznego.
Natura magnetyzmu
Wykazanie właściwości magnesu w przyciąganiu do siebie metalowych przedmiotów u ludzi rodzi pytanie: czym są magnesy trwałe? Jaka jest natura takiego zjawiska, jak pojawienie się naporu metalowych przedmiotów w kierunku magnetytu?
Pierwsze wyjaśnienie natury magnetyzmu podał w swojej hipotezie wielki naukowiec - Ampère. W każdym razie płyną prądy elektryczne o różnym stopniu natężenia. W przeciwnym razie nazywane są prądami amperowymi. Elektrony, obracając się wokół własnej osi, krążą również wokół jądra atomu. Z tego powodu powstają elementarne pola magnetyczne, które oddziałując ze sobą tworzą ogólne pole materii.
W magnetytach potencjalnych, przy braku wpływu zewnętrznego, pola elementów sieci atomowej są zorientowane losowo. Zewnętrzne pole magnetyczne „buduje” mikropola struktury materiału w ściśle określonym kierunku. Potencjały przeciwległych końców magnetytu odpychają się nawzajem. Jeśli zbliżymy się do tych samych biegunów dwóch pasowych PMów, wtedy ludzkie ręce poczują opór ruchu. Różne bieguny będą się ze sobą łączyć.
Gdy stal lub stop żelaza znajduje się w zewnętrznym polu magnetycznym, wewnętrzne pola metalu są ściśle zorientowane w jednym kierunku. W rezultacie materiał nabiera właściwości magnesu trwałego (PM).
Jak zobaczyć pole magnetyczne?
Aby wizualnie wyczuć strukturę pola magnetycznego, wystarczy przeprowadzić prosty eksperyment. Aby to zrobić, weź dwa magnesy i małe metalowe wióry.
Ważny! W życiu codziennym magnesy trwałe występują w dwóch postaciach: w postaci prostego paska i podkowy.
Po przykryciu paska PM kartką papieru wylewa się na niego opiłki żelaza. Cząsteczki natychmiast układają się wzdłuż linii pola magnetycznego, co daje wizualną reprezentację tego zjawiska.
Rodzaje magnesów
Magnesy trwałe dzielą się na 2 typy:
- naturalny;
- sztuczny.
naturalny
W naturze naturalnym magnesem trwałym jest skamielina w postaci fragmentu rudy żelaza. Skała magnetyczna (magnetyt) w każdym narodzie ma swoją własną nazwę. Ale w każdej nazwie jest coś takiego jak „kochający”, „atrakcyjny metal”. Nazwa Magnitogorsk oznacza położenie miasta obok górskich złóż naturalnego magnetytu. Przez wiele dziesięcioleci prowadzono tu aktywne wydobycie rudy magnetycznej. Dziś nic nie pozostało z Magnetic Mountain. Był to rozwój i ekstrakcja naturalnego magnetytu.
Dopóki ludzkość nie osiągnęła odpowiedniego poziomu postępu naukowego i technologicznego, naturalne magnesy trwałe służyły do różnych zabaw i sztuczek.
sztuczny
Sztuczne PM otrzymuje się poprzez indukcję zewnętrznego pola magnetycznego na różnych metalach i ich stopach. Zauważono, że niektóre materiały długo zachowują pozyskane pole - nazywa się je magnesami stałymi. Materiały, które szybko tracą właściwości magnesów trwałych, nazywane są magnesami miękkimi.
W warunkach produkcji fabrycznej stosuje się złożone stopy metali. Struktura stopu „magnico” obejmuje żelazo, nikiel i kobalt. Alnico zawiera aluminium zamiast żelaza.
Produkty z tych stopów oddziałują z silnymi polami elektromagnetycznymi. W rezultacie uzyskuje się dość potężne PM.
Zastosowania magnesów trwałych
PM ma niemałe znaczenie w różnych dziedzinach ludzkiej działalności. W zależności od zakresu zastosowania PM mają różne właściwości. Ostatnio aktywnie używany główny stop magnetycznyNdFeBskłada się z następujących pierwiastków chemicznych:
- „Nd” - jod,
- „Fe” - żelazo,
- „B” - bor.
Obszary, w których stosowane są magnesy trwałe:
- Ekologia;
- galwanotechnika;
- Medycyna;
- Transport;
- Technologie komputerowe;
- Sprzęt AGD;
- Inżynieria elektryczna.
Ekologia
Opracowano i działają różne systemy oczyszczania ścieków przemysłowych. Systemy magnetyczne oczyszczają ciecze podczas produkcji amoniaku, metanolu i innych substancji. Pułapki magnetyczne „wybierają” z przepływu wszystkie cząstki zawierające żelazo.
PM w kształcie pierścienia są instalowane w kanałach gazowych, które usuwają z gazów wydechowych wtrącenia ferromagnetyczne.
Separatorowe pułapki magnetyczne aktywnie selekcjonują odpady zawierające metal na liniach przenośnikowych do przetwarzania odpadów wytworzonych przez człowieka.
galwanotechnika
Produkcja galwaniczna opiera się na ruchu naładowanych jonów metali do przeciwległych biegunów elektrod prądu stałego. PM pełnią rolę posiadaczy produktów w basenie galwanicznym. W instalacjach przemysłowych z procesami galwanicznymi instalowane są tylko magnesy NdFeB.
Medycyna
W ostatnim czasie producenci sprzętu medycznego mają szeroko reklamowane urządzenia i urządzenia oparte na magnesach trwałych. Stałe intensywne pole zapewnia charakterystyka stopu NdFeB.
Właściwość magnesów trwałych służy do normalizacji układu krążenia, gaszenia procesów zapalnych, przywracania tkanki chrzęstnej i tak dalej.
Transport
Systemy transportowe w produkcji wyposażone są w instalacje z PM. Podczas ruchu przenośnika surowców magnesy usuwają niepotrzebne wtrącenia metalu z tablicy. Za pomocą magnesów w różnych płaszczyznach kierowane są różne produkty.
Notatka! Magnesy trwałe służą do oddzielania takich materiałów, w których obecność ludzi może być szkodliwa dla ich zdrowia.
Transport samochodowy wyposażony jest w masę instrumentów, komponentów i urządzeń, w których PM odgrywa główną rolę. Są to elektroniczny zapłon, automatyczne elektryczne szyby, kontrola biegu jałowego, benzyna, pompy diesla, przyrządy na przednim panelu i wiele innych.
Technologie komputerowe
Wszystkie urządzenia mobilne i urządzenia w technologii komputerowej wyposażone są w elementy magnetyczne. Lista obejmuje drukarki, silniki sterowników, silniki napędowe i inne urządzenia.
sprzęt AGD
Zasadniczo są to posiadacze drobnych artykułów gospodarstwa domowego. Półki z uchwytami magnetycznymi, uchwyty na zasłony i zasłony, uchwyty na zestaw noży kuchennych oraz szereg innych sprzętów AGD.
Inżynieria elektryczna
Elektrotechnika, zbudowana na PM, dotyczy takich dziedzin jak urządzenia radiotechniczne, generatory i silniki elektryczne.
Inżynieria radiowa
PM służy do zwiększenia kompaktowości urządzeń radiotechnicznych, aby zapewnić autonomię urządzeń.
Generatory
Generatory na PM rozwiązują problem ruchomych styków - pierścieni ze szczotkami. W tradycyjnych urządzeniach do zastosowań przemysłowych pojawiają się poważne problemy związane z kompleksową konserwacją sprzętu, szybkim zużyciem części i znacznymi stratami energii w obwodach wzbudzenia.
Jedyną przeszkodą w tworzeniu takich generatorów jest problem montażu PM na wirującym wirniku. Ostatnio w podłużne rowki wirnika umieszczane są magnesy, które wypełniają je materiałem topliwym.
Silniki elektryczne
W urządzeniach gospodarstwa domowego i niektórych urządzeniach przemysłowych rozpowszechniły się synchroniczne silniki elektryczne z magnesami trwałymi - są to bezszczotkowe silniki prądu stałego.
Podobnie jak w generatorach opisanych powyżej, PM jest osadzony na wirnikach obracających się wewnątrz stojanów z uzwojeniem stałym. Główną zaletą silnika elektrycznego jest brak krótkotrwałych styków przewodzących prąd na kolektorze wirnika.
Silniki tego typu są urządzeniami małej mocy. Nie zmniejsza to jednak bynajmniej ich użyteczności w dziedzinie elektrotechniki.
Dodatkowe informacje. Charakterystyczną cechą urządzenia jest obecność czujnika Halla, który reguluje prędkość wirnika.
Autor ma nadzieję, że po przeczytaniu tego artykułu czytelnik będzie miał jasne pojęcie o tym, czym jest magnes trwały. Aktywne wprowadzanie magnesów trwałych w sferę działalności człowieka stymuluje wynalezienie i tworzenie nowych stopów ferromagnetycznych o podwyższonych właściwościach magnetycznych.
Wideo
Właściwości odpychające magnesów i ich zastosowanie w technologii
Magnesy i właściwości magnetyczne materii.
Najprostsze przejawy magnetyzmu są znane od bardzo dawna i są znane większości z nas. Istnieją dwa różne rodzaje magnesów. Niektóre z nich to tak zwane magnesy trwałe, wykonane z materiałów „twardych magnetycznych”. Inny typ to tak zwane elektromagnesy z rdzeniem z żelaza „miękko magnetycznego”.
Najprawdopodobniej słowo magnes„pochodzi od nazwy starożytnego miasta Magnesia w Azji Mniejszej, gdzie znajdowały się duże złoża tego minerału
Bieguny magnetyczne i pole magnetyczne.
Jeśli sztabka nienamagnesowanego żelaza zostanie zbliżona do jednego z biegunów magnesu, ten drugi zostanie tymczasowo namagnesowany. W tym przypadku biegun namagnesowanego pręta najbliżej bieguna magnesu będzie miał przeciwną nazwę, a najdalszy będzie miał taką samą nazwę.
Wykorzystując równowagę torsyjną, naukowiec Coulomb zbadał oddziaływanie dwóch długich i cienkich magnesów. Coulomb wykazał, że można scharakteryzować każdy biegun pewną „ilością magnetyzmu” lub „ładunkiem magnetycznym”, a prawo oddziaływania biegunów magnetycznych jest takie samo, jak prawo oddziaływania ładunków elektrycznych: dwa podobne bieguny odpychają się drugi i dwa przeciwległe bieguny przyciągają się z siłą wprost proporcjonalną do "ładunków magnetycznych" skupionych w tych biegunach i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi.
Zastosowanie magnesów
Istnieją niezliczone przykłady zastosowania materiałów magnetycznych. Magnesy trwałe są bardzo ważną częścią wielu urządzeń używanych w naszym codziennym życiu. Można je znaleźć w głowicy, w głośniku, gitarze elektrycznej, elektrycznym generatorze samochodowym, w małych silniczkach magnetofonów, w mikrofonie radiowym, miernikach elektrycznych i innych urządzeniach. Tworzą nawet „szczęki magnetyczne”, tj. silnie namagnesowane stalowe szczęki, które odpychają się nawzajem i dlatego nie wymagają elementów złącznych.
Magnesy są szeroko stosowane we współczesnej nauce. Materiały magnetyczne są potrzebne do pracy w zakresach mikrofal, do zapisu i odtwarzania magnetycznego oraz do tworzenia magnetycznych urządzeń magazynujących. Przetworniki magnetostrykcyjne umożliwiają określenie głębokości morza. Trudno obejść się bez magnetometrów z bardzo czułymi elementami magnetycznymi, jeśli konieczne jest zmierzenie pomijalnie słabych pól magnetycznych, arbitralnie subtelnie rozłożonych w przestrzeni.
I zdarzały się przypadki, kiedy walczyli z magnesami, kiedy okazywały się szkodliwe. Oto historia z czasów Wielkiej Wojny Ojczyźnianej, która ilustruje odpowiedzialną pracę specjalistów od magnetyzmu w tamtych trudnych latach... Weźmy na przykład namagnesowanie kadłuba statku. Takie „spontaniczne” namagnesowanie wcale nie jest nieszkodliwe: nie tylko kompasy okrętowe zaczynają „leżeć”, biorąc pole samego statku za pole Ziemi i niewłaściwie wskazując kierunek, pływające statki z magnesami mogą przyciągać żelazne przedmioty. Jeśli takie obiekty kojarzą się z kopalniami, efekt przyciągania jest oczywisty. Dlatego naukowcy musieli interweniować w sztuczki Natury i specjalnie rozmagnesowywać statki, aby zapomniały, jak działać na miny magnetyczne.
Główne zastosowanie magnesu to elektrotechnika, radiotechnika, oprzyrządowanie, automatyka i telemechanika.
Generatory maszyn elektrycznych i silniki elektryczne - maszyny rotacyjne, które przetwarzają energię mechaniczną na energię elektryczną (generatory) lub energię elektryczną na energię mechaniczną (silniki). Działanie generatorów opiera się na zasadzie indukcji elektromagnetycznej: w drucie poruszającym się w polu magnetycznym indukowana jest siła elektromotoryczna (EMF). Działanie silników elektrycznych polega na tym, że na przewód przewodzący prąd umieszczony w poprzecznym polu magnetycznym działa siła.
Dynamometr elektromagnetyczny może być wykonany w postaci miniaturowego urządzenia nadającego się do pomiaru charakterystyk małych silników.
Magnetyczne właściwości materii są szeroko stosowane w nauce i technice jako środek badania budowy różnych ciał. Tak powstał Nauki:
magnetochemia(magnetochemia) – dział chemii fizycznej zajmujący się badaniem relacji między właściwościami magnetycznymi i chemicznymi substancji; ponadto magnetochemia bada wpływ pól magnetycznych na procesy chemiczne. magnetochemia opiera się na współczesnej fizyce zjawisk magnetycznych. Badanie zależności między właściwościami magnetycznymi i chemicznymi pozwala na wyjaśnienie cech budowy chemicznej substancji.
Technologia mikrofalowa
Połączenie. Fale radiowe mikrofalowe są szeroko stosowane w technologii komunikacyjnej. Oprócz różnych wojskowych systemów radiowych we wszystkich krajach świata istnieje wiele komercyjnych łączy mikrofalowych. Ponieważ takie fale radiowe nie podążają za krzywizną powierzchni Ziemi, ale rozchodzą się w linii prostej, te łącza komunikacyjne składają się zwykle ze stacji przekaźnikowych zainstalowanych na szczytach wzgórz lub na wieżach radiowych w odstępach około 50 km.
Obróbka cieplna produktów spożywczych. Promieniowanie mikrofalowe jest wykorzystywane do obróbki cieplnej produktów spożywczych w domu oraz w przemyśle spożywczym. Energię generowaną przez mocne lampy próżniowe można skoncentrować w niewielkiej objętości w celu wysokowydajnego gotowania produktów w tzw. kuchenki mikrofalowe lub mikrofalowe, charakteryzujące się czystością, ciszą i zwartością. Takie urządzenia znajdują zastosowanie w kuchniach lotniczych, kolejowych wagonach restauracyjnych i automatach sprzedających, gdzie wymagane jest przygotowywanie i gotowanie fast foodów. Przemysł produkuje również domowe kuchenki mikrofalowe.
Za pomocą magnesu próbowali leczyć (a nie bezskutecznie) choroby nerwowe, ból zęba, bezsenność, bóle wątroby i żołądka - setki chorób.
W drugiej połowie XX wieku rozpowszechniły się bransoletki magnetyczne, które mają korzystny wpływ na pacjentów z zaburzeniami ciśnienia tętniczego (nadciśnienie i niedociśnienie).
Jeden " badacz”- Shoemaker Spence ze szkockiego miasta Linlithgow, który żył na przełomie XVIII i XIX wieku, twierdził, że odkrył jakiś rodzaj czarnej substancji, która neutralizowała przyciągającą i odpychającą siłę magnesu. Według niego, za pomocą tej tajemniczej substancji i dwóch magnesów trwałych, mógł z łatwością utrzymać ciągły ruch dwóch perpetuum mobile własnej produkcji. Przytaczamy tę informację dzisiaj jako typowy przykład naiwnych pomysłów i naiwnych przekonań, z których nauka prawie się nie wyzbyła nawet w późniejszych czasach. Można przypuszczać, że współcześni Spence'owi nie mieliby cienia wątpliwości co do bezsensu fantazji ambitnego szewca. Niemniej jednak szkocki fizyk uznał za konieczne wspomnieć o tym przypadku w swoim liście, opublikowanym w czasopiśmie ” Roczniki Chemii w 1818, gdzie pisze:
"...Pan Playfair i Kapitan Cater zbadali obie te maszyny i wyrazili zadowolenie, że problem perpetuum mobile został ostatecznie rozwiązany."
Okazuje się więc, że właściwości magnesów są szeroko stosowane w wielu rzeczach i są bardzo przydatne dla całej ludzkości.
Każdy z nich trzymał w dłoniach magnes i bawił się nim jako dziecko. Magnesy mogą mieć bardzo różny kształt, rozmiar, ale wszystkie magnesy mają wspólną właściwość - przyciągają żelazo. Wygląda na to, że sami są zrobione z żelaza, w każdym razie z jakiegoś metalu. Są jednak „czarne magnesy” czy „kamienie”, które też silnie przyciągają kawałki żelaza, a zwłaszcza siebie nawzajem.
Ale nie wyglądają jak metal, łatwo pękają jak szkło. W gospodarstwie domowym magnesów jest wiele przydatnych rzeczy, na przykład wygodnie jest „przypinać” kartki papieru do powierzchni prasowanych za ich pomocą. Wygodne jest zebranie zagubionych igieł za pomocą magnesu, więc jak widzimy jest to całkowicie przydatna rzecz.
Science 2.0 — Wielki skok naprzód — magnesy
Magnes w przeszłości
Nawet starożytni Chińczycy wiedzieli o magnesach już ponad 2000 lat temu, przynajmniej że to zjawisko można wykorzystać do wyboru kierunku podróży. Oznacza to, że wynaleźli kompas. Filozofowie w starożytnej Grecji, ciekawscy ludzie, zbierający różne zadziwiające fakty, napotkali magnesy w okolicach miasta Magness w Azji Mniejszej. Znaleźli tam dziwne kamienie, które mogły przyciągać żelazo. Jak na tamte czasy było to nie mniej niesamowite niż obcy mogli stać się w naszych czasach.
Jeszcze bardziej zaskakujące wydawało się to, że magnesy przyciągają daleko od wszystkich metali, ale tylko żelazo, a samo żelazo może stać się magnesem, choć nie tak silnym. Można powiedzieć, że magnes przyciągnął nie tylko żelazo, ale także ciekawość naukowców i mocno posunął do przodu taką naukę jak fizyka. Tales z Miletu pisał o „duszy magnesu”, a rzymski Tytus Lukrecjusz Karus w swoim eseju O naturze rzeczy pisał o „szalejącym ruchu żelaznych opiłków i pierścieni”. Już mógł zauważyć obecność dwóch biegunów przy magnesie, który później, gdy marynarze zaczęli używać kompasu, otrzymał imiona na cześć punktów kardynalnych.
Czym jest magnes. W prostych słowach. Pole magnetyczne
Potraktuj magnes poważnie
Przez długi czas nie można było wyjaśnić natury magnesów. Za pomocą magnesów odkryto nowe kontynenty (żeglarze nadal traktują kompas z wielkim szacunkiem), ale nikt nie wiedział nic o samej naturze magnetyzmu. Prowadzono tylko prace nad ulepszeniem kompasu, co również wykonał geograf i nawigator Krzysztof Kolumb.
W 1820 roku duński naukowiec Hans Christian Oersted dokonał ważnego odkrycia. Ustalił działanie drutu z prądem elektrycznym na igłę magnetyczną i jako naukowiec odkrył eksperymentalnie, jak to się dzieje w różnych warunkach. W tym samym roku francuski fizyk Henri Ampere sformułował hipotezę o elementarnych prądach kołowych płynących w cząsteczkach substancji magnetycznej. W 1831 r. Anglik Michael Faraday, używając cewki z izolowanego drutu i magnesu, przeprowadza eksperymenty pokazujące, że pracę mechaniczną można przekształcić w prąd elektryczny. Ustanawia również prawo indukcji elektromagnetycznej i wprowadza pojęcie „pola magnetycznego”.
Prawo Faradaya ustanawia zasadę: dla obwodu zamkniętego siła elektromotoryczna jest równa szybkości zmian strumienia magnetycznego przechodzącego przez ten obwód. Na tej zasadzie działają wszystkie maszyny elektryczne – generatory, silniki elektryczne, transformatory.
W 1873 roku szkocki naukowiec James C. Maxwell połączył zjawiska magnetyczne i elektryczne w jedną teorię, klasyczną elektrodynamikę.
Substancje, które można namagnesować, nazywane są ferromagnetykami. Ta nazwa łączy magnesy z żelazem, ale poza tym zdolność do namagnesowania znajduje się również w niklu, kobalcie i niektórych innych metalach. Ponieważ pole magnetyczne przeszło już do dziedziny praktycznego zastosowania, materiały magnetyczne również stały się przedmiotem dużej uwagi.
Eksperymenty rozpoczęto od stopów metali magnetycznych i różnych dodatków w nich. Uzyskane materiały były bardzo drogie i gdyby Werner Siemens nie wpadł na pomysł zastąpienia magnesu stalą namagnesowaną stosunkowo małym prądem, świat nigdy nie widziałby tramwaju elektrycznego i Siemensa. Siemens był również zaangażowany w maszyny telegraficzne, ale tutaj miał wielu konkurentów, a tramwaj elektryczny dał firmie dużo pieniędzy, a ostatecznie ciągnął za sobą wszystko inne.
Indukcja elektromagnetyczna
Podstawowe wielkości związane z magnesami w inżynierii
Będziemy interesować się głównie magnesami, czyli ferromagnesami, a resztę pozostawimy trochę na boku, bardzo rozległe pole zjawisk magnetycznych (lepiej powiedzieć, elektromagnetycznych, w pamięci Maxwella). Naszymi jednostkami miary będą te przyjęte w SI (kilogram, metr, sekunda, amper) i ich pochodne:
ja Siła pola, H, A/m (ampery na metr).
Wartość ta charakteryzuje natężenie pola między równoległymi przewodami, między którymi odległość wynosi 1 m, a przepływający przez nie prąd wynosi 1 A. Natężenie pola jest wielkością wektorową.
ja Indukcja magnetyczna, B, Tesla, indukcja magnetyczna (Weber/m²)
Jest to stosunek prądu płynącego przez przewodnik do obwodu, na promieniu, przy którym interesuje nas wielkość indukcji. Okrąg leży w płaszczyźnie, przez którą drut przechodzi prostopadle. Obejmuje to inny czynnik zwany przepuszczalnością magnetyczną. To jest wielkość wektorowa. Jeśli spojrzymy w myślach na koniec drutu i założymy, że prąd płynie w kierunku od nas, to koła siły magnetycznej „obracają się” zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a wektor indukcyjny jest przykładany do stycznej i pokrywa się z nimi w kierunku.
ja Przepuszczalność magnetyczna, μ (wartość względna)
Jeśli przyjmiemy przenikalność magnetyczną próżni jako 1, to dla pozostałych materiałów otrzymamy odpowiednie wartości. Na przykład dla powietrza otrzymujemy wartość praktycznie taką samą jak dla próżni. W przypadku żelaza uzyskamy znacznie większe wartości, dzięki czemu możemy w przenośni (i bardzo dokładnie) powiedzieć, że żelazo „wciąga” w siebie linie magnetyczne. Jeśli natężenie pola w cewce bez rdzenia wynosi H, to z rdzeniem otrzymujemy μH.
ja Siła przymusu, Jestem.
Siła przymusu wskazuje, jak bardzo materiał magnetyczny jest odporny na rozmagnesowanie i ponowne namagnesowanie. Jeśli prąd w cewce zostanie całkowicie usunięty, w rdzeniu wystąpi indukcja szczątkowa. Aby było równe zero, trzeba stworzyć pole o pewnej sile, ale odwrotnie, czyli niech prąd płynie w przeciwnym kierunku. To napięcie nazywa się siłą przymusu.
Ponieważ magnesy są zawsze używane w praktyce w jakimś związku z elektrycznością, nie powinno dziwić, że do opisu ich właściwości używa się takiej wielkości elektrycznej, jak amper.
Z tego, co zostało powiedziane, wynika, że na przykład gwóźdź, na który zadziałał magnes, sam staje się magnesem, chociaż słabszym. W praktyce okazuje się, że wiedzą o tym nawet dzieci bawiące się magnesami.
W inżynierii istnieją różne wymagania dotyczące magnesów, w zależności od tego, dokąd trafiają te materiały. Materiały ferromagnetyczne dzielą się na „miękkie” i „twarde”. Pierwszy idzie do produkcji rdzeni do urządzeń, w których strumień magnetyczny jest stały lub zmienny. Nie można zrobić dobrego niezależnego magnesu z miękkich materiałów. Rozmagnesowują się zbyt łatwo, a tutaj jest to właśnie ich cenna właściwość, ponieważ przekaźnik musi „zwolnić” przy wyłączonym prądzie, a silnik elektryczny nie może się nagrzewać – nadmiar energii jest zużywany na przemagnesowanie, który jest uwalniany w postaci ciepła.
JAK NAPRAWDĘ WYGLĄDA POLE MAGNETYCZNE? Igor Bielecki
Magnesy trwałe, czyli tak zwane magnesy, wymagają do ich produkcji twardych materiałów. Sztywność oznacza magnetyczną, to znaczy dużą szczątkową indukcję i dużą siłę koercji, ponieważ, jak widzieliśmy, wielkości te są ściśle powiązane. Do takich magnesów stosuje się stale węglowe, wolframowe, chromowe i kobaltowe. Ich siła przymusu osiąga wartości około 6500 A/m.
Istnieją specjalne stopy zwane alni, alnisi, alnico i wiele innych, jak można się domyślić, należą do nich aluminium, nikiel, krzem, kobalt w różnych kombinacjach, które mają większą siłę koercji - do 20 000...60 000 A/m. Taki magnes nie jest tak łatwy do oderwania od żelaza.
Istnieją magnesy specjalnie zaprojektowane do działania przy wyższych częstotliwościach. To dobrze znany „okrągły magnes”. Jest „wydobywany” z bezwartościowego głośnika z głośnika w centrum muzycznym, radia samochodowego, a nawet telewizora z przeszłości. Magnes ten jest wytwarzany przez spiekanie tlenków żelaza i specjalnych dodatków. Taki materiał nazywa się ferrytem, ale nie każdy ferryt jest w ten sposób specjalnie namagnesowany. A w głośnikach jest używany w celu zmniejszenia niepotrzebnych strat.
Magnesy. odkrycie. Jak to działa?
Co dzieje się wewnątrz magnesu?
Ze względu na to, że atomy materii są rodzajem „zlepków” elektryczności, mogą tworzyć własne pole magnetyczne, ale tylko w niektórych metalach o podobnej budowie atomowej zdolność ta jest bardzo wyraźna. A żelazo, kobalt i nikiel stoją obok siebie w układzie okresowym Mendelejewa i mają podobną budowę powłok elektronowych, które zamieniają atomy tych pierwiastków w mikroskopijne magnesy.
Ponieważ metale można nazwać zamrożoną mieszaniną różnych kryształów o bardzo małych rozmiarach, jasne jest, że takie stopy mogą mieć wiele właściwości magnetycznych. Wiele grup atomów może „rozwijać” własne magnesy pod wpływem sąsiadów i pól zewnętrznych. Takie „wspólnoty” nazywane są domenami magnetycznymi i tworzą bardzo dziwaczne struktury, które wciąż są z zainteresowaniem badane przez fizyków. Ma to ogromne znaczenie praktyczne.
Jak już wspomniano, magnesy mogą mieć rozmiar prawie atomowy, więc najmniejszy rozmiar domeny magnetycznej jest ograniczony rozmiarem kryształu, w którym osadzone są atomy metalu magnetycznego. Wyjaśnia to na przykład niemal fantastyczną gęstość zapisu na nowoczesnych dyskach twardych komputerów, która najwyraźniej będzie rosła, dopóki dyski nie będą miały poważniejszych konkurentów.
Grawitacja, magnetyzm i elektryczność
Gdzie są używane magnesy?
W których rdzeniach są magnesy lub magnesy, choć zwykle określa się je po prostu jako rdzenie, magnesy mają o wiele więcej zastosowań. Są magnesy biurowe, magnesy do drzwi meblowych, magnesy do szachów dla podróżników. To dobrze znane magnesy.
Rzadsze typy to magnesy do akceleratorów cząstek, są to bardzo imponujące konstrukcje, które mogą ważyć dziesiątki ton lub więcej. Chociaż teraz fizyka eksperymentalna jest zarośnięta trawą, z wyjątkiem tej części, która od razu przynosi super zyski na rynku, a sama w sobie prawie nic nie kosztuje.
Kolejny ciekawy magnes jest zainstalowany w wymyślnym urządzeniu medycznym zwanym skanerem rezonansu magnetycznego. (Właściwie metoda nazywa się NMR, czyli jądrowy rezonans magnetyczny, ale aby nie straszyć ludzi, którzy na ogół nie są mocni w fizyce, zmieniono jej nazwę.) Urządzenie wymaga umieszczenia obserwowanego obiektu (pacjenta) w silnym polu magnetycznym , a odpowiadający mu magnes ma niesamowity rozmiar i kształt diabelskiej trumny.
W tym magnesie umieszcza się osobę na kanapie i przetacza przez tunel, podczas gdy czujniki skanują interesujące dla lekarzy miejsce. Ogólnie jest w porządku, ale dla niektórych klaustrofobia dochodzi do paniki. Tacy ludzie chętnie dadzą się ciąć żywcem, ale nie zgodzą się na badanie MRI. Kto jednak wie, jak czuje się człowiek w niezwykle silnym polu magnetycznym o indukcji do 3 Tesli, po zapłaceniu za to dobrych pieniędzy.
Aby uzyskać tak silne pole, często wykorzystuje się nadprzewodnictwo, chłodząc cewkę magnesu ciekłym wodorem. Daje to możliwość „pompowania” pola bez obawy, że nagrzanie przewodów silnym prądem ograniczy możliwości magnesu. To nie jest tania konfiguracja. Ale magnesy wykonane ze specjalnych stopów, które nie wymagają polaryzacji prądu, są znacznie droższe.
Nasza Ziemia jest także dużym, choć niezbyt silnym magnesem. Pomaga nie tylko właścicielom kompasu magnetycznego, ale także ratuje nas przed śmiercią. Bez niej zginęlibyśmy pod wpływem promieniowania słonecznego. Bardzo imponująco wygląda obraz pola magnetycznego Ziemi, modelowany przez komputery z obserwacji z kosmosu.
Oto mała odpowiedź na pytanie, czym jest magnes w fizyce i technologii.
KOMPAS Kompas - urządzenie ułatwiające orientację w terenie. Przypuszczalnie kompas został wynaleziony w Chinach. W Europie wynalazek kompasu sięga XII-XIII wieku, ale jego urządzenie pozostało bardzo proste - igła magnetyczna zamontowana na korku i opuszczona do naczynia z wodą. Zasada działania kompasu magnetycznego opiera się na przyciąganiu-odpychaniu dwóch magnesów. Przeciwne bieguny magnesów przyciągają się, jak bieguny odpychają.
