Магнит как делают – Как сделать сильный магнит 🚩 Постоянный магнит своими руками 🚩 Хобби и развлечения 🚩 Другое

основные виды, способы производства, применение

В мире существует множество интересных веществ, которые удивляют людей своими уникальными свойствами и необычностью. И с давних времен лучшие умы планеты не могли понять, как отдельные камни и металлы могут притягиваться или отталкиваться друг от друга. Сейчас же наука шагнула далеко вперед, а свободный доступ к любой информации позволяет понять, как делают магниты за пару минут.

Немного истории

Обыденные для современного человека вещи могут отличаться очень сложной историей. И магнит — не исключение. Особое поле, которое создается разными материалами, вызывало у мудрецов прошлых эпох не только восторг, но и удивление. При этом с таким явлением люди столкнулись очень давно. Но активное развитие науки о магнитном поле началось относительно недавно, а в хозяйственных целях его применили буквально пару десятков лет назад.

Существует масса исторических фактов, подчеркивающих многовековую историю специфического поля с уникальными притягивающими или отталкивающими свойствами. Первое достоверное упоминание уходит своими корнями в Древнюю Грецию, где когда-то существовала область Магнисия. Именно на территории этого географического региона удалось найти залежи вещества, формирующего такое поле. Вскоре породу наименовали «камнем из Магнисии».

Кроме реальной физической возможности притягивать железные предметы, такие камни наделяли и мистическим значением. Их считали подарком богов, способным отпугивать злых духов, исцелять от смертельных заболеваний и приносить в дом удачу. Тем не менее, вскоре люди сумели изобрести первый прототип компаса, придав предмету форму иглы, которая всегда указывает на север.

Большое количество упоминаний о чудо-поле присутствует в китайских летописях. Там камням приписывали чудодейственные свойства, а также посвящали легенды. К примеру, есть легенда о мистических воротах, через которые не могли пройти люди с мечами. Ведущие ученые современности придерживаются мнения, что эти ворота были созданы из породы, притягивающей металлические предметы.

Естественное и искусственное происхождение

В средневековые времена и до конца XVIII века исследователи активно изучали характеристики горной породы с магнитным полем. По сути, тогда люди не знали о существовании других веществ, генерирующих это поле. Но в начале 18 века знаменитый ученый Араго, а вскоре Ампер и Сетрджен сумели изобрести предмет с магнитным полем искусственного происхождения. Оно образовалось в результате подачи электрического тока, что стало настоящим технологическим прорывом. Вскоре технологию стали всячески усовершенствовать, превращая металлические изделия в мощнейшие переменные магниты.

На сегодняшний день магниты классифицируются такими типами:

1. Естественные или природные.
2. Искусственные.

Представители первой группы являются залежами особой горной породы. Самый крупный из когда-либо найденных естественных магнитов весит 13 килограммов и гарантирует силу сцепления до 40 кг.

Что касается искусственных магнитов, то они представляют собой железные изделия, создающие поле при подаче на обметку с сердечником электрического тока. Тем не менее, сегодня существует и особая разновидность магнитов, которая создается человеком с применением передовых технологий.

Основные виды

Кроме этого, перечисленные типы магнитов могут отличаться и принципом своей работы. Итак, сегодня выделяют следующие виды:

1. Постоянный.
2. Временный.
3. Электромагнит.

Первые две разновидности характеризуются разной степенью намагниченности и временем удержания поля внутри себя. Его интенсивность и устойчивость к внешним воздействиям определяется составом материала. Последний тип не относится к группе настоящих магнитов, т. к. он работает благодаря эффекту электричества, создаваемого магнитным полем вокруг сердечника.

Постоянные и временные магниты создаются из разного исходного сырья. В его качестве используются такие металлы:

1. Неодим.
2. Бор.
3. Кобальт.
4. Альнико.
5. Железо.
6. Ферриты.

Материалы тщательно измельчаются, а затем поддаются плавлению и выдерживанию в печи под высоким температурным воздействием, пока они не обретут нужные свойства. В зависимости от вида и нужных характеристик на этапе производства задается подходящий состав и пропорции компонентов.

Посредством такой технологии можно получить следующие виды магнитов:

1. Прессованные.
2. Литые.
3. Спеченные.

Процесс производства

Для создания электромагнита, нужно расположить вокруг металлического сердечника проволочную обмотку. Изменяя размеры сердечника и длину проволоки, можно изменить интенсивность поля, количество расходуемой энергии, а также габариты изделия.

Постоянные и временные магниты могут обладать разной силой полей и демонстрировать разную устойчивость к окружающим воздействиям. Перед тем как начать процесс изготовления, заказчику нужно определить состав и форму будущего изделия, учитывая сферы применения и стоимость услуг. С максимальной точностью происходит подбор нужных составляющих, после чего начинается первый производственный этап — выплавка.

Во время выплавки специалист погружает в электрическую вакуумную печь все составляющие будущего предмета. Проверив приборы на работоспособность, а состав материала на соответствие пропорциям, резервуар можно герметично закрыть. Затем с помощью мощного насосного оборудования откачивается воздух из камеры, что необходимо для предотвращения окислительных процессов и возможной потери мощности полей. Затем расплавленную смесь выливают в форму, а оператор ждет, пока она окончательно остынет. Таким образом создается специальный брикет, имеющий определенные магнитные свойства.

На следующем этапе происходит измельчение полученной однородной массы с помощью специальных дробилок. Вторичное дробление приводит к образованию порошкообразной консистенции с размерами в несколько микронов. Такое требование необходимо для правильной установки магнитных полей.

Дальше порошкообразная масса помещается в специальный прибор, где на нее воздействует механическое давление и магнитное поле. Таким образом ее прессуют в брикеты с нужными размерами и формой. При подаче магнитного поля намагниченные частицы получают одностороннее направление, что позволяет выровнять полярность будущего магнита. Готовое изделие пакуется в герметичный пакет, после чего из него выкачивают воздух. Такие меры необходимы для предотвращения окислительных процессов и лишения магнитных свойств.

Дальше брикет оказывается в специальной печи, которая тоже предварительно очищается от воздуха, и начинают спекать в единый магнит с помощью высокотемпературного воздействия. В конечном итоге изделие становится очень прочным, а интенсивность магнитного поля возрастает.

Разновидности магнитов на холодильник

Существуют разные сферы применения магнитов, но наиболее популярной является изготовление магнитиков на холодильник. Такой аксессуар пользуется особым спросом, т. к. он позволяет повысить узнаваемость компании или служит в качестве сувенира с другого города, страны, интересного места.

Доступные на рынке магниты могут отличаться большим разнообразием форм и материалов производства. Их создают на основе винила с магнитными свойствами, керамических материалов, стекла, полимерных заготовок, пластика, гипса и т. д.

Если выделить наиболее известные разновидности, которые пользуются спросом среди широкой аудитории покупателей, то к ним следует отнести.

1. Плоские модели. Создаются на основе магнитного винила, поверх которого находится картинка с ламинированным покрытием или без него. Они славятся особой мягкостью, гибкостью и устойчивостью к любым воздействиям. Такой тип идеально подходит для создания рекламной продукции.
2. Закатные. Отличаются красивым дизайном и похожи на значок. Они могут обладать либо прямоугольной, либо закругленной формой.
3. Смоляные. Создаются на основе эфирных смол и отличаются особой привлекательностью. На рынке продаются мягкие и твердые магниты, которые становятся отличным дополнением к успешному бизнесу.

Тонкости изготовления своими руками

Разобравшись с принципом действия магнитного поля и основными технологическими процессами по производству магнитов, у многих энтузиастов может возникнуть желание создать такое изделие в домашних условиях. Естественно, создать сверхпрочный магнит из подручных средств не получится, но изготовить интересную самоделку, сохраняющую свойства притягивания и отталкивая отдельных предметов, вполне реально. И в качестве такой самоделки является магнит на холодильник.

Наиболее простым и примитивным способом изготовления таких аксессуаров считается использование магнитного винила. Его можно купить в соответствующем магазине, обратив внимание на модель с толщиной 0,4 мм, а также глянцевым или матовым покрытием для струйного принтера. Дальше нужно нанести на исходный материал подходящую картинку, распечатав ее на принтере. Несмотря на свою простоту, метод отличается многими недостатками:

1. Покупка магнитного винила — удовольствие не из дешевых. При этом небольшая толщина изделия заметно снижает показатели силы притяжения. Поэтому такие магнитики подходят только для частного использования, ведь вряд ли кто-то захочет купить их.
2. Качество конечной продукции находится на низком уровне, а само изделие не может похвастаться большим сроком службы. И причиной таких недостатков может стать не сам виниловый магнит, а наличие цветного отпечатка от принтера.

Второй вариант производства подразумевает печать фотографий или графических изображений на качественной фотобумаге с последующим приклеиванием винилового магнита на клеевой основе. Картинка дополнительно ламинируется, а затем фиксируется к магнитной поверхности.

Оба способа достаточно просты для реализации в домашних условиях и не требуют специфических навыков. Все, что может понадобиться для предстоящей работы, это:

1. Персональный компьютер или ноутбук с предустановленным графическим редактором. Желательно использовать фотошоп.
2. Принтер струйного формата, поддерживающий функции цветной печати. Желательно отдавать предпочтение дорогим моделям, т. к. работают они гораздо быстрее и качественнее.
3. Прибор для резки. Являясь мягким резиноподобным материалом, винил легко режется с помощью обычных ножниц, но чтобы обеспечить ровные края и правильную обрезку, лучше приобрести профессиональные резаки.

Интересные факты

Несмотря на свои физические свойства, предметы, создающие магнитное поле, всегда считались чем-то таинственным, как будто из другой планеты. Неудивительно, почему вокруг них родилось так много легенд и интересных фактов. К наиболее популярным следует отнести такие исторические упоминания:

1. История утверждает, что царица Клеопатра, которая считается самой красивой женщиной всех времен, владела магнитными украшениями, считая, что они позволяют отсрочить старение.
2. Большинство магнитов выполнены на основе железа и стали, но самые мощные модели создаются из никелевых сплавов, меди, алюминия и кобальта.
3. Во время нагревания предмет теряет свои магнитные свойства.
4. Бытовые мониторы и телевизоры с электронно-лучевой трубкой оснащены электромагнитом для управления электронами и подачи картинки на экран.
5. Сложно представить себе современную медицину без применения разных типов магнита. С их помощью врачи эффективно борются с самыми сложными заболеваниями.
6. Планета Земля является самым крупным магнитом, который заставляет стрелки компасов двигаться в нужном направлении.

В общем, особенности магнитного поля и предметов, которые создают его — действительно увлекательная тема. И несмотря на развитие науки и техники, многие свойства и факты о таких веществах по-прежнему мало изучены.

Из чего состоят магниты — блог Мира Магнитов

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.

Сувенирные и рекламные магнитики на холодильник делают из магнитного винила

Из чего изготавливают постоянные магниты — блог Мира Магнитов

Любые постоянные магниты изготавливают из ферромагнитных веществ. К группе этих материалов относятся железо, кобальт, гадолиний, а также множество химических соединений и сплавов. Все эти вещества даже после выключения намагничивающего поля сохраняют намагниченность. В зависимости от типа материала, используемого для изготовления магнитов, выделяют такие группы изделий:

Ферритовые магниты

Феррит – это материал, магнитная проницаемость которого значительно превосходит соответствующие показатели черных металлов. Разработанные на его основе в 50-х гг. XX века магниты стали более доступной и практичной альтернативой дорогостоящим магнитам из металлических сплавов. В качестве основы материала используется оксид железа Fe

2O₃ в соединении с ферритом бария или ферритом стронция. Специфика такого состава обуславливает хрупкость и твердость готовых изделий, которые могут разрушиться при ударе или сгибе. Учитывая, из чего изготавливают постоянные магниты на основе ферритов, для материала характерны невысокие показатели остаточной индукции, определяющие сравнительно недолгий срок службы магнита. Тем не менее ферритовые магниты обладают рядом бесспорных достоинств:           ·     Невысокая цена.           ·         Устойчивость к размагничиванию.            ·    Стойкость к коррозийным поражениям.

Литые магниты

Изобретенные в 30-х гг. XX века литые магниты (монокристаллические) широко используются в ряде научных и промышленных отраслей благодаря целому ряду уникальных достоинств. Изделия получили название Альнико по названию элементов, входящих в состав его сплава: алюминий, никель и кобальт. Материал с высокой остаточной намагниченностью характеризуется низкой коэрцитивной силой. Из-за этого его можно легко размагнитить и намагнитить обратно. Магниты Альнико остаются востребованными и незаменимыми в целом ряде промышленных отраслей благодаря следующим преимуществам:           ·     Устойчивость к нагреву. Максимальный показатель рабочей температуры для магнитов Alnico составляет                    +450..+550⁰C.           ·    Стойкость к коррозии. Материал сохраняет свои эксплуатационные качества в условиях высокой влажности                и при непосредственном контакте с водой.

Редкоземельные магниты

В настоящий момент вопрос, из чего делают постоянные магниты с лучшими эксплуатационными свойствами, имеет только один ответ – из элементов лантаноидной группы. Благодаря непревзойденным показателям магнитной силы редкоземельные супермагниты открывают широкие возможности для создания более компактных и простых магнитных конструкций практически в любых сферах деятельности. Магниты на основе лантаноидов сочетают большую коэрцитивную силу и высокую сопротивляемость внешним магнитным полям. Наиболее распространены две группы редкоземельных сплавов:

•           ·    Неодим, железо и бор (неодимовые магниты). Если вам нужен действительно сильный магнит, то лучшего решения просто не найти. Этот материал используется для производства поисковых магнитов, которые при собственной массе в 2-3 кг способны удерживать объекты весом 300 кг и больше. Учитывая, как делают постоянные магниты на основе неодимового сплава, следует обеспечить качественную защиту порошкового материала. При нарушении целостности оцинкованного покрытия он поражается ржавчиной даже при обычной влажности воздуха.
  
•           ·    Самарий и кобальт (самариевые магниты). При своей сравнительно высокой цене этот материал обладает такими существенными преимуществами, как устойчивость к коррозии и отсутствие ограничений в механической обработке. Также самариевые магниты характеризуются стойкостью к высоким температурам они сохраняют свои магнитные свойства даже при +350⁰C.

Выгодно заказывайте любые магниты и изделия на их основе

Интернет-магазин «Мир магнитов» предлагает вам богатый ассортимент магнитов и изделий на их основе по самым привлекательным оптовым и розничным ценам.  У нас можно купить неодимовый магнит 50х30 дешево. Выбирайте подходящие изделия с учетом эксплуатационных условий и заказывайте их с выгодными условиями доставки. Чтобы уточнить у специалиста любые технические вопросы относительно выбора подходящего магнита, свяжитесь с нами по телефону 8 (495) 662 49 15 или по email [email protected].

Из чего делают магниты — блог Мира Магнитов

Магниты делятся на несколько видов: постоянные, электро- и временные. Они отличаются между собой характеристиками, долговечностью и особенностью эксплуатации.

Постоянные магниты

Наибольшую популярность получили постоянные магниты — именно их мы подразумеваем, говоря о магнитах вообще. Главная их особенность в том, что они сохраняют свой магнитный заряд на протяжении долгого времени. Как долго и с какой силой прослужит этот элемент, зависит от того, из чего сделан магнит.

Самые мощные магниты — неодимовые

Их изготавливают из разных сплавов металлов:

• Неодима, бора и железа. Такие элементы называют супермагнитами, поскольку они долго сохраняют эксплуатационные характеристики и размагничиваются со скоростью 1-2% за 100 лет. Размагнитить неодим почти невозможно.
• Самария и кобальта — за счет устойчивости к агрессивной среде и воздействию высоких температур, активно используется в военной промышленности. По своим эксплуатационным особенностям похож на неодимовые аналоги.
• Альнико — сплав алюминия, кобальта и никеля. Легкий и термоустойчивый материал, но быстро размагничивающийся под действием другого магнитного поля.
• Магнитопласты — состоят из полимеров, магнитного порошка и всевозможных добавок. В отличие от всех остальных видов, эти магниты легко поддаются обработке, пластичны и эластичны. Благодаря этому из них создают изделия сложной формы и экспериментируют с расположением полюсов. Мощность таких элементов зависит от количества магнитного порошка в составе магнитной смеси, которая может достигать 94% от массы готового изделия.
• Ферриты — сплав железа с другими металлами. Наиболее распространенный вид, так как недорог в производстве и имеет широкую сферу эксплуатации, однако при воздействии высоких температур довольно быстро теряет свои свойства.

Особую популярность в последнее время приобретают неодимовые магниты, поскольку они в разы превосходят стандартные ферритовые по своим возможностям. Многие интересуются, из чего делают неодимовые магниты, чтобы воспроизвести их в домашних условиях. Но без специального оборудования и знаний это невозможно.

Временные магниты

Еще один интересный вопрос — из чего делают временный магнит. Для этого используют любой металлический предмет. Например, скрепку, ножницы, отвертку и др. Если ненадолго поднести его к источнику мощного магнитного поля или другому сильному магниту, то эта металлическая деталь временно переймет его магнитные свойства. Но выходя из-под действия этого поля, свойства мгновенно теряются. Такие элементы активно используются в электромеханике и автомобилестроении.

Электромагниты

В отличие от постоянных, имеют магнитное поле только при прохождении через них электричества. Такие магниты изготавливают из металлической заготовки. Подойдет любой образец железа или его сплавы, которые хорошо магнитятся — он выступает в роли сердечника. Проверить железный кусок на возможность выступить в роли источника электромагнитного поля просто — используйте стандартный магнитик с холодильника. Если он притягивается к железяке, то она подходит на роль сердечника. Этот брусок обматывают медной проволокой, изолировав предварительно один металл от другого, а потом подключается источник тока. Электромагниты легко сделать самостоятельно, следуя простой инструкции.

Самый простой электромагнит делается за 5 минут из гвоздя, проволоки и батарейки

В отличие от всех остальных видов, электромагниты меняют характеристики под воздействием электрического тока — регулируется мощность устройства, направление полюсов. Его используют в электроустройствах, в моторах и генераторах, в промышленности при транспортировке металлических грузов. А народные умельцы создают множество вариантов самодельных конструкций.

Как делают неодимовые магниты

Под неодимом подразумевают мощный постоянный магнитный материал. Он доступен для всех людей, поэтому его можно использовать для разных целей. Это редкоземельный магнит, который включает в свой состав атом из лантанидов или актинидов. В отличие от керамического магнита эта конструкция достаточно прочная и намагниченная.

Область использования неодимового магнита

Неодимовые магниты – это недорогостоящие конструкции, которые часто применяются для промышленных и бытовых целей. Исследователи и любители тоже могут использовать эти материалы для создания собственных проектов и научных исследований. Во всех жёстких дисках, которыми оборудованы современные компьютеры, есть небольшой по размерам неодимовый магнит. Он направляет иглу для правильного считывания необходимой информации.

Неодимовый магнит можно отыскать в дорогостоящей акустической системе, мебельных крепежах, разнообразной фурнитуре и многих других вещах. Представленные магниты могут быть использованы для создания сувенирной продукции. Существует единственный недостаток этого материала – при высоком температурном режиме неодимовый магнит может потерять свои первоначальные свойства и энергию. Именно по этой причине специалисты не рекомендуют применять эти конструкции в электронных и электрических приборах, где генерируется большое количество тепловой энергии.

Достоинства неодимового магнита

Главное преимущество – это невероятная сила. Большие по размерам магниты могут выдержать вес в 10 килограмм. Если соединить между собой два магнита и при этом не учитывать правильный угол, то можно получить травму кожи, настолько сильное притяжение между ними. Поэтому магнитные крепежи часто используются в мебельном производстве, для создания надёжного крепёжного элемента.

Нередко представленные конструкции можно встретить в развлекательном или образовательном проекте. Большое количество людей уже смогли оценить длительность эксплуатации таких магнитов. На протяжении ста лет теряется только 1% собственной магнитной энергии. Ферритовые магниты чаще всего создавались в виде подковы, чтобы замкнуть линию магнитного поля. Таким образом, производители пытались увеличить срок службы такой конструкции. Сейчас лучше всего покупать и использовать неодимовые магниты, которые могут иметь любую форму, и не будут терять свою магнитную энергию.

Из чего делают неодимовые магниты?

Во время производства этой конструкции производители используют уникальный сплав неодима, железа и бора. Он отличается высокой силой намагничивания, поэтому редко теряет свои свойства. Этот постоянный редкоземельный магнит можно встреть в генераторах, масляных фильтрах, а также медицинской технике. Неодимовый магнит 50х30 чаще всего используют в современных аппаратах, которые предназначены для магнитно-резонансной томографии.

Бор – это максимально твёрдый элемент. Он уступает по своим физическим свойствам алмазам, нитриду бор и сплава кремния и углерода.

Железо – это металл, который в свободном состоянии имеет сероватый или белый оттенок. Его используют в разнообразных примесях, чтобы повысить показатели хрупкости и твёрдости. Имеет ярко выраженные магнитные свойства. Неодим имеет серебристо-белый цвет, с небольшим золотистым оттенком. Он достаточно легко может окисляться в воздухе. Чаще всего этот металл применяется в качестве компонента сплава.

Почему магнит притягивает – все о магнитных полях

Почему магнит притягивает?

Магниты, такие, как игрушки, прилепленные к вашему домашнему холодильнику, или подковы, которые вам показывали в школе, имеют несколько необычных черт. Прежде всего, магниты, притягиваются к железным и стальным предметам, например к двери холодильника. Кроме того, у них есть полюса.

Приблизьте друг к другу два магнита. Южный полюс одного магнита притянется к северному полюсу другого. Северный полюс одного магнита отталкивает северный полюс другого.

Магнитное и электрический ток

Магнитное поле генерируется электрическим током, то есть движущимися электронами. Электроны, движущиеся вокруг атомного ядра, несут отрицательный заряд. Направленное перемещение зарядов с одного места на другое называется электрическим током. Электрический ток формирует около себя магнитное поле.

Силовые линии магнитного поля

Это поле своими силовыми линиями, как петлей, охватывает путь электрического тока, подобно арке, которая стоит над дорогой. Например, когда включают настольную лампу и по медным проводам течет ток, то есть электроны в проводе перескакивают от атома к атому и вокруг провода создается слабое магнитное поле. В линиях высоковольтных передач ток намного сильнее, чем в настольной лампе, поэтому вокруг проводов таких линий формируется очень сильное магнитное поле. Таким образом, электричество и магнетизм — это две стороны одной и той же медали — электромагнетизма.

Движение электронов и магнитное поле

Движение электронов внутри каждого атома создает вокруг него крошечное магнитное поле. Движущийся по орбите электрон образует вихреобразное магнитное поле. Но большая часть магнитного поля создается не движением электрона по орбите вокруг ядра, а движением электрона вокруг своей оси, так называемым спином электрона. Спин характеризует вращение электрона вокруг оси, как движение планеты вокруг своей оси.

Почему материалы магнитятся и не магнитятся

В большинстве материалов, таких, как пластмассы, магнитные поля отдельных атомов ориентированы беспорядочно и взаимно гасят друг друга. Но в таких материалах, как железо, атомы можно сориентировать так, что их магнитные поля сложатся, поэтому кусок стали намагничивается. Атомы в материалах соединены в группы, которые называются магнитными доменами. Магнитные поля одного отдельного домена сориентированы в одну сторону. То есть каждый домен — это маленький магнитик.

Различные домены ориентированы в самых разнообразных направлениях, то есть неупорядоченно, и гасят магнитные поля друг друга. Поэтому стальная полоса — не магнит. Но если нам удастся сориентировать домены в одну сторону, чтобы силы магнитных полей сложились, вот тогда берегитесь! Стальная полоса станет мощным магнитом и притянет любой железный предмет от гвоздя до холодильника.

Интересный факт: минерал магнитный железняк — естественный магнит. Но все же большинство магнитов изготовляют искусственно.

Как делают магниты

Какая сила может заставить атомы построиться в стройную линию, чтобы получился один большой домен? Поместите стальную полосу в сильное магнитное поле. Постепенно один за другим все домены повернутся в направление приложенного магнитного поля. По мере поворота домены будут втягивать в это движение другие атомы, увеличиваясь в размерах, буквально разбухая. Потом одинаково ориентированные домены соединятся, и вот, пожалуйста, стальная полоса превратилась в магнит.

Вы можете продемонстрировать это своим товарищам с помощью обыкновенного стального гвоздя. Положите гвоздь в магнитное поле большого подковообразного магнита. Подержите его там несколько минут, пока домены гвоздя не выстроятся в нужном направлении. Как только это произойдет, гвоздь ненадолго станет магнитом. С его помощью можно будет даже подбирать с пола упавшие булавки.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Магнит — это… Что такое Магнит?

Подковообразный магнит из альнико — сплава алюминия, никеля и кобальта. Магниты изготовляются в виде подковы для того, чтобы приблизить полюса друг к другу с целью создать сильное магнитное поле, с помощью которого можно поднимать большие куски железа. Рисунок линий силового поля магнита, полученный с помощью железной стружки

Магни́т — тело, обладающее собственным магнитным полем. Возможно, слово происходит от др.-греч. Μαγνῆτις λίθος (Magnētis líthos), «камень из Магнесии» — от названия региона Магнисия и древнего города Магнесия в Малой Азии, где в древности были открыты залежи магнетита.

Простейшим и самым маленьким магнитом можно считать электрон. Магнитные свойства всех остальных магнитов обусловлены магнитными моментами электронов внутри них^[1]. С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном — фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля).

Постоянный магнит — изделие, изготовленное из ферромагнетика, способного сохранять остаточную намагниченность после выключения внешнего магнитного поля. В качестве материалов для постоянных магнитов обычно служат железо, никель, кобальт, некоторые сплавы редкоземельных металлов, а также некоторые естественные минералы, такие как магнетиты. Постоянные магниты применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля. Свойства магнита определяются характеристиками размагничивающего участка петли магнитного гистерезиса материала магнита: чем выше остаточная индукция B_r и коэрцитивная сила H_c, тем выше намагниченность и стабильность магнита. Характерные поля постоянных магнитов — до 1 Тл (10 кг·с).

Электромагнит — устройство, магнитное поле которого создаётся только при протекании электрического тока. Как правило, это катушка-соленоид, со вставленным внутрь ферромагнитным (обычно железным) сердечником с большой магнитной проницаемостью . Характерные поля электромагнитов 1,5—2 Тл определяются так называемым насыщением железа, то есть резким спадом дифференциальной магнитной проницаемости при больших значениях магнитного поля.

История открытия

Старинная легенда рассказывает о пастухе по имени Магнус (у Льва Толстого в рассказе для детей «Магнит» этого пастуха зовут Магнис). Он обнаружил однажды, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к чёрному камню. Этот камень стали называть «камнем Магнуса» или просто «магнитом», по названию местности, где добывали железную руду (холмы Магнезии в Малой Азии). Таким образом, за много веков до нашей эры было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа. Об этом упоминал в 6 веке до нашей эры греческий физик и философ Фалес. Первое научное изучение свойств магнита было предпринято в 13 веке ученым Петром Перегрином. В 1269 году вышло его сочинение «Книга о магните», где он писал о многих фактах магнетизма: у магнита есть два полюса, которые ученый назвал северным и южным; невозможно отделить полюса друг от друга разламыванием. Перегрин писал и о двух видах взаимодействия полюсов — притяжении и отталкивании. К 12—13 векам нашей эры магнитные компасы уже использовались в навигации в Европе, в Китае и других странах мира^[2].

В 1600 году вышло сочинение английского врача Уильяма Гильберта «О магните». К известным уже фактам Гильберт прибавил важные наблюдения: усиление действия магнитных полюсов железной арматурой, потерю магнетизма при нагревании и другие. В 1820 г. датский физик Ганс Христиан Эрстед на лекции попытался продемонстрировать своим студентам отсутствие связи между электричеством и магнетизмом, включив электрический ток вблизи магнитной стрелки. По словам одного из его слушателей, он был буквально «ошарашен», увидев, что магнитная стрелка после включения тока начала совершать колебания. Большой заслугой Эрстеда является то, что он оценил значения своего наблюдения и повторил опыт. Соединив длинным проводом полюса гальванической батареи, Эрстед протянул провод горизонтально и параллельно свободно подвешенной магнитной стрелке. Как только был включён ток, стрелка немедленно отклонилась, стремясь встать перпендикулярно к направлению провода. При изменении направления тока стрелка отклонилась в другую сторону. Вскоре Эрстед доказал, что магнит действует с некоторой силой на провод, по которому идёт ток.

Открытие взаимодействия между электрическим током и магнитом имело огромное значение. Оно стало началом новой эпохи в учении об электричестве и магнетизме. Это взаимодействие сыграло важную роль в развитии техники физического эксперимента.

Узнав об открытии Эрстеда, французский физик Доминик Франсуа Араго начал серию опытов. Он обмотал медной проволокой стеклянную трубку, в которую вставил железный стержень. Как только замкнули электрическую цепь, стержень сильно намагнитился и к его концу крепко прилипли железные ключи; когда выключили ток, ключи отпали. Араго рассматривал проводник, по которому идёт ток, как магнит. Правильное объяснение этого явления было дано после исследования французского физика Андре Ампера, который установил внутреннюю связь между электричеством и магнетизмом. В сентябре 1820 года он сообщил Французской Академии наук о полученных им результатах.

Затем Ампер в своем «станке» заменил раму свободно подвешенным спиральным проводником. Этот провод при пропускании по нему тока приобретал свойство магнита. Ампер назвал его соленоидом. Исходя из магнитных свойств соленоида, Ампер предложил рассматривать магнетизм как явление, обязанное круговым токам. Он считал, что магнит состоит из молекул, в которых имеются круговые токи. Каждая молекула представляет собой маленький магнитик, располагаясь одноимёнными полюсами в одну и ту же сторону, эти маленькие магнитики и образуют магнит. Проводя вдоль стальной полосы магнитом (несколько раз в одну и ту же сторону), мы заставляем молекулы с круговыми токами ориентироваться в пространстве одинаково. Таким образом, стальная пластинка превратится в магнит. Теперь стал понятен и опыт Араго со стеклянной трубкой, обмотанной медным проводом. Вдвинутый в неё железный стержень стал магнитом потому, что вокруг него шёл ток. Это был электромагнит.

В 1825 году английский инженер Уильям Стёрджен изготовил первый электромагнит, представляющий собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования от обмотки стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока он мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов позволила широко применять их в технике.

Магнитные материалы

Термин магнит, как правило, используется для объектов, которые имеют свое собственное магнитное поле, даже в отсутствие приложенного магнитного поля. Такое возможно лишь в некоторых классах материалов. В большинстве материалов магнитное поле появляется в связи с приложенным внешним магнитным полем; это явление известно как магнетизм. Есть несколько типов магнетизма, и все материалы имеют по крайней мере один из них.

В целом поведение магнитного материала, может значительно варьироваться, в зависимости от структуры материала и, в частности, от его электронной конфигурации. Существует несколько типов взаимодействия материалов с магнитным полем, в том числе:

• Ферромагнетики и ферримагнетики: материалы которые, обычно, и считаются «магнитными»; они притягиваются к магниту достаточно сильно, так что притяжение ощущается. Только эти материалы могут сохранять намагниченность и стать постоянными магнитами. Ферримагнитные материалы, сходны, но слабее, чем ферромагнетики. Различие между ферро- и ферримагнитными материалами, связаны с их микроскопической структурой.
• Парамагнетики: вещества, такие, как платина, алюминий, и кислород которые слабо притягиваются к магниту. Этот эффект в сотни тысяч раз слабее, чем притяжение ферромагнитных материалов, поэтому оно может быть обнаружено только с помощью чувствительных инструментов, либо с помощью очень сильных магнитов.
• Диамагнетики: вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. По сравнению с парамагнитными и ферромагнитными веществами, диамагнитные вещества, такие как углерод, медь, вода и пластики ещё слабее отталкиваются от магнита. Проницаемость диамагнитных материалов меньше проницаемости вакуума. Все вещества, не обладающие одним из других типов магнетизма, являются диамагнитными; к ним относится большинство веществ. Силы, действующие на диамагнитные объекты от обычного магнита, слишком слабы. Однако в сильных магнитных полях сверхпроводящих магнитов диамагнитные материалы, например, кусочки свинца, могут парить. Ну, а поскольку углерод и вода являются веществами диамагнитными, то в мощном магнитном поле могут парить даже и органические объекты. Например, живые лягушки и мыши^[3].

Существуют другие виды магнетизма, например, спиновые стёкла, суперпарамагнетизм, супердиамагнетизм и метамагнетизм.

Единицы измерения

В системе СИ единицей магнитного потока является вебер (Вб), магнитной проницаемости — генри на метр (Гн/м), напряжённости магнитного поля — ампер на метр (А/м), индукции магнитного поля — тесла.

Вебер — магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре сопротивлением 1 ом проходит количество электричества 1 кулон.

Генри — международная единица индуктивности и взаимной индукции. Если проводник обладает индуктивностью в 1 Гн и ток в нём равномерно изменяется на 1 А в секунду, то на его концах индуктируется ЭДС в 1 вольт. 1 генри = 1,00052 · 10⁹ абсолютных электромагнитных единиц индуктивности.

Тесла — единица измерения индукции магнитного поля в СИ, численно равная индукции такого однородного магнитного поля, в котором на 1 метр длины прямого проводника, перпендикулярного вектору магнитной индукции, с током силой 1 ампер действует сила 1 ньютон.

Использование магнитов

• Магнитные носители информации: VHS кассеты содержат катушки из магнитной ленты. Видео и звуковая информация кодируется на магнитном покрытии на ленте. Также в компьютерных дискетах и жёстких дисках запись данных происходит на тонком магнитном покрытии. Однако носители информации не являются магнитами в строгом смысле, так как они не притягивают предметы. Магниты в жёстких дисках используются в ходовом и позиционирующем электродвигателях.
• Кредитные, дебетовые, и ATM карты — все эти карточки имеют магнитную полосу на одной стороне. Эта полоса кодирует информацию, необходимую для соединения с финансовым учреждением и связи с их счетами.
• Обычные телевизоры и компьютерные мониторы: телевизоры и компьютерные мониторы, содержащие электронно-лучевую трубку используют электромагнит для управления пучком электронов и формирования изображения на экране. Плазменные панели и ЖК-дисплеи используют другие технологии.
• Громкоговорители и микрофоны: большинство громкоговорителей используют постоянный магнит и токовую катушку для преобразования электрической энергии (сигнала) в механическую энергию (движение, которое создает звук). Обмотка намотана на катушку, прикрепляется к диффузору и по ней протекает переменный ток, который взаимодействует с полем постоянного магнита.
• Другой пример использования магнитов в звукотехнике — в головке звукоснимателя электрофона и в кассетных диктофонах в качестве экономичной стирающей головки.

Магнитный сепаратор тяжёлых минералов

• Электродвигатели и генераторы: некоторые электрические двигатели (так же, как громкоговорители) основываются на комбинации электромагнита и постоянного магнита. Они преобразовывают электрическую энергию в механическую энергию. Генератор, наоборот, преобразует механическую энергию в электрическую энергию путем перемещения проводника через магнитное поле.
• Трансформаторы: устройства передачи электрической энергии между двумя обмотками провода, которые электрически изолированы, но связаны магнитно.
• Магниты используются в поляризованных реле. Такие устройства запоминают своё состояние на время выключения питания.
• Компасы: компас (или морской компас) является намагниченным указателем, который может свободно вращаться и ориентируется на направление магнитного поля, чаще всего магнитного поля Земли.
• Искусство: виниловые магнитные листы могут быть присоединены к живописи, фотографии и другим декоративным изделиям, что позволяет присоединять их к холодильникам и другим металлическим поверхностям.

Магниты часто используются в игрушках. M-TIC использует магнитные стержни, связанные с металлическими сферами Магниты редкоземельных элементов яйцеобразной формы, которые притягиваются друг к другу

• Игрушки: Учитывая их способность противостоять силе тяжести на близком расстоянии, магниты часто используются в детских игрушках с забавными эффектами.
• Магниты могут использоваться для производства ювелирных изделий. Ожерелья и браслеты могут иметь магнитную застёжку, или могут быть изготовлены полностью из серии связанных магнитов и чёрных бусин.
• Магниты могут поднимать магнитные предметы (железные гвозди, скобы, кнопки, скрепки), которые либо являются слишком мелкими, либо их трудно достать или они слишком тонкие чтобы держать их пальцами. Некоторые отвертки специально намагничиваются для этой цели.
• Магниты могут использоваться при обработке металлолома для отделения магнитных металлов (железа, стали и никеля) от немагнитных (алюминия, цветных сплавов и т. д.). Та же идея может быть использована в рамках так называемого «Магнитного испытания», в которой кузов автомобиля обследуется с магнитом для выявления областей, отремонтированных с использованием стекловолокна или пластиковой шпатлевки.
• Маглев: поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является лишь сила аэродинамического сопротивления.
• Магниты используются в фиксаторах мебельных дверей.
• Если магниты поместить в губки, то эти губки можно использовать для мытья тонких листовых немагнитных материалов сразу с обеих сторон, причём одна сторона может быть труднодоступной. Это могут быть, например, стёкла аквариума или балкона.
• Магниты используются для передачи вращающего момента «сквозь» стенку, которой может являться, например, герметичный контейнер электродвигателя. Так была устроена игрушка ГДР «Подводная лодка». Таким же образом в бытовых счётчиках расхода воды передаётся вращение от лопаток датчика на счётный узел.
• Магниты совместно с герконом применяются в специальных датчиках положения. Например, в датчиках дверей холодильников и охранных сигнализаций.
• Магниты совместно с датчиком Холла используют для определения углового положения или угловой скорости вала.
• Магниты используются в искровых разрядниках для ускорения гашения дуги.
• Магниты используются при неразрушающем контроле магнитопорошковым методом (МПК)
• Магниты используются для отклонения пучков радиоактивных и ионизирующих излучений, например при наблюдении в камерах.
• Магниты используются в показывающих приборах с отклоняющейся стрелкой, например, амперметр. Такие приборы весьма чувствительны и линейны.
• Магниты применяются в СВЧ вентилях и циркуляторах.
• Магниты применяются в составе отклоняющей системы электронно-лучевых трубок для подстройки траектории электронного пучка.
• До открытия закона сохранения энергии, было много попыток использовать магниты для построения «вечного двигателя». Людей привлекала, казалось бы, неисчерпаемая энергия магнитного поля постоянного магнита, которые были известны очень давно. Но рабочий макет так и не был построен.
• Магниты применяются в конструкциях бесконтактных тормозов состоящих из двух пластин, одна — магнит, а другая из алюминия. Одна из них жёстко закреплена на раме, другая вращается с валом. Торможение регулируется зазором между ними.

Игрушки из магнитов

Медицина и вопросы безопасности

Из-за того, что человеческие ткани имеют очень низкий уровень восприимчивости к статическому магнитному полю, не существует научных доказательств его эффективности для использования в лечении любых заболеваний^[4]. По той же причине отсутствуют научные свидетельства опасности для здоровья человека, связанной с воздействием этого поля. Однако если ферромагнитное инородное тело находится в человеческих тканях, магнитное поле будет взаимодействовать с ним, что может представлять собой серьёзную опасность^[5].

В частности, если кардиостимулятор был встроен в грудную клетку пациента, следует держать его подальше от магнитных полей. Именно по этой причине больные с установленным кардиостимулятором не могут быть протестированы с использованием МРТ, которое представляет собой магнитное устройство визуализации внутренних органов и тканей.

Дети иногда могут глотать небольшие магниты из игрушек. Это может быть опасно, если ребёнок проглотил два или более магнита, так как магниты могут повредить внутренние ткани; был зафиксирован один смертельный случай^[6].

Намагничивание

Размагничивание

Иногда намагниченность материалов становится нежелательной и возникает необходимость в их размагничивании. Размагничивание материалов достигается различными способами:

• нагревание магнита выше температуры Кюри всегда ведёт к размагничиванию;
• поместить магнит в переменное магнитное поле, превышающее коэрцитивную силу материала, а затем постепенно уменьшать воздействие магнитного поля или вывести магнит из него.

Последний способ применяется в промышленности для размагничивания инструментов, жёстких дисков, стирания информации на магнитных карточках и так далее.

Частичное размагничивание материалов происходит в результате ударов, так как резкое механическое воздействие ведёт к разупорядочению доменов.

Примечания

Литература

См. также