Что называется постоянным магнитом в физике

Постоянный магнит

Постоянный магнит — изделие различной формы из магнитотвёрдого материала с высокой остаточной магнитной индукцией, сохраняющее состояние намагниченности в течение длительного времени. Постоянные магниты применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля.

Семейство петель магнитного гистерезиса электротехнической стали. B_r — остаточная индукция, H_c — коэрцитивная сила, внешняя петля соответствует состоянию насыщения.

Свойства магнита

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.

Индукция постоянного магнита B_d не может превышать B_r: равенство B_d = B_r возможно лишь в том случае, если магнит представляет собой замкнутый магнитопровод, то есть не имеет воздушного промежутка, однако постоянные магниты, как правило, используются для создания магнитного поля в воздушном (или заполненном другой средой) зазоре, в этом случае B_d < B_r, величина разности зависит от формы магнита и свойств среды.

Для производства постоянных магнитов обычно используются следующие материалы: [1]

• Бариевые и стронциевые магнитотвердые ферриты

Имеют состав Ba/SrO·6 Fe₂O₃ 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 Nd₂Fe₁₄B. 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 SmCo₅/Sm₂Co₁₇ 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 ALNICO (российское название ЮНДК)

Изготавливаются 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.

Наиболее широко распространены ферритовые магниты [источник не указан 421 день] .

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 динамиков, а также ведущей части двигателей авиамоделей.

Постоянные магниты на уроках физики обычно демонстрируются в виде подковы, полюса которой окрашены в синий и красный цвет.

Отдельные шарики и цилиндры с сильными магнитными свойствами используются в качестве хай-тек украшений/игрушек — они без дополнительных креплений собираются в цепочки, которые можно носить как браслет. Также в продаже есть конструкторы, состоящие из набора цилиндрических магнитных палочек и стальных шариков. Из них можно собирать множество конструкций, в основном фермового типа.

Кроме того, существуют гибкие плоские магниты на полимерной основе с магнитными добавками, которые используются например, для изготовления декоративных магнитов на холодильники, оформительских и прочих работ. Выпускаются в виде лент и листов, обычно с нанесённым клеевым слоем и плёнкой, его защищающей. Магнитное поле у такого плоского магнита полосатое — с шагом около двух миллиметров по всей поверхности чередуются положительные и отрицательные полюса.

Примечания

Литература

• Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс. Фейнмановские лекции по физике. Вып. 7 «Физика сплошных сред». М., Мир, 1966
• «ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ СПРАВОЧНИК» под ред. Ю. М. Пятина, М., Энергия, 1980
• Куневич А. В., Подольский А. В. Сидоров И. Н. «Ферриты: Энциклопедический справочник. Магниты и магнитные системы. Том 1» издательство Лик, 2004 г.

Что называется постоянным магнитом в физике

В данной статье приведены результаты исследований векторных и скалярных магнитных полей постоянных магнитов и определение их распространения.

постоянный магнит
электромагнит
векторное магнитное поле
скалярное магнитное поле.
1. Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1998. – Т. 3. – 336 с.

2. Борисенко А.И., Тарапов И.Е. Векторный анализ и начала тензорного исчисления. – М.: Высшая школа, 1966.

3. Кумпяк Д.Е. Векторный и тензорный анализ: учебное пособие. – Тверь: Тверской государственный университет, 2007. – 158 с.

4. Мак-Коннел А.Дж. Введение в тензорный анализ с приложениями к геометрии, механике и физике. – М.: Физматлит, 1963. – 411 с.

5. Борисенко А.И., Тарапов И.Е. Векторный анализ и начала тензорного исчисления. – 3-е изд. – М.: Высшая школа, 1966.

6. http://www.youtube.com/watch?v=bZbDhx6earA

Постоянные магниты. Постоянное магнитное поле.

Магнит – это тела, обладающие способностью притягивать железные и стальные предметы и отталкивать некоторые другие благодаря действию своего магнитного поля. Силовые линии магнитного поля проходят с южного полюса магнита, а выходят с северного полюса (рис. 1).

Рис. 1. Магнит и силовые линии магнитного поля

Постоянный магнит – изделие из магнитотвёрдого материала с высокой остаточной магнитной индукцией, сохраняющее состояние намагниченности в течение длительного времени. Постоянные магниты изготавливаются различной формы и применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля (рис. 2).

Электромагнит – устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока. Обычно электромагнит состоит из обмотки иферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока.

Рис. 2. Постоянный магнит

В электромагнитах, предназначенных, прежде всего, для создания механического усилия также присутствует якорь (подвижная часть магнитопровода), передающий усилие.

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 первые теорию магнетизма разработал французский физик Андре Мари Ампер. Согласно его теории намагниченность железа объясняется существованием электрических токов, которые циркулируют внутри вещества. Свои первые сообщения о результатах опытов Ампер сделал на заседание Парижской академии Наук осенью 1820 года. Понятие “магнитное поле” в физику ввел английский физик Майкл Фарадей. Магниты взаимодействуют посредством магнитного поля, он же ввел понятие магнитных силовых линий.

Векторное магнитное поле

Векторное поле – это отображение, которое каждой точке рассматриваемого пространства ставит в соответствие вектор с началом в этой точке. Например, вектор скорости ветра в данный момент времени изменяется от точки к точке и может быть описан векторным полем (рис. 3).

Скалярное магнитное поле

Если каждой точке М заданной области пространства (чаще всего размерности 2 или 3) поставлено в соответствие некоторое (обычно – действительное) число u, то говорят, что в этой области задано скалярное поле. Другими словами, скалярное поле – это функция, отображающая Rn в R (скалярная функция точки пространства).

Геннадий Васильевич Николаев по простому рассказывает, показывает и на простых опытах доказывает существование второго типа магнитного поля, которое наука по странной причине не нашла. Со времен Ампера еще было предположение, что оно существует. Открытое Николаевым поле он назвал скалярным, но его еще частенько называют его именем. Николаев привел электромагнитные волны к полной аналогии с обычными механическими волнами. Сейчас физика рассматривает электромагнитные волны, как исключительно поперечные, но Николаев уверен и доказывает, что они так же и продольные или скалярные и это логично, как может вперед распространяться волна, не имея прямого давления, это просто абсурдно. По мнению ученого, наукой продольное поле было скрыто специально, возможно в процессе редактирование теорий и учебников. Сделано это с простым умыслом и согласовано с другими урезаниями.

Рис. 3. Векторное магнитное поле

Первое урезание, которое сделали это отсутствие эфира. Почему?! Потому, что эфир это энергия, или среда, которая находится под давлением. И это давление, если правильно организовать процесс можно использовать как бесплатный источник энергии. Второе урезание это убрали продольную волну, это как следствие, что если эфир это источник давления, то есть энергии, то если в нем складывать только поперечные волны, то никакой свободной или бесплатной энергии получить нельзя, нужна обязательно продольная волна.

Тогда встречное наложение волн дает возможность откачивание давления эфира. Часто эту технологию называют нулевой точкой, что в общем правильно. Именно на границе соединения плюса и минуса (повышенного и пониженного давления), при встречном движении волн можно получить так называемую зону Блоха или по простому провал среды (эфира), куда будет привлечена дополнительная энергия среды.

Работа представляет собой попытку практического повторения некоторых опытов описанных в книге Г.В.Николаева “Современная электродинамика и причины ее парадоксальности” и воспроизведение генератора и мотора Стефана Маринова, насколько это возможно в домашних условиях.

Опыт Г.В. Николаева с магнитами: Использовались два круглых магнита от динамиков

Два плоских расположенных на плоскости разноименными полюсами магнита. Притягиваются друг к другу (рис. 4), между тем, как при перпендикулярном расположении их (вне зависимости от ориентации полюсов) сила притяжения отсутствует (присутствует только крутящий момент) (рис. 5).

Теперь разрежем магниты посередине и соединим попарно разными полюсами, образовав магниты первоначального размера (рис. 6).

При расположении этих магнитов в одной плоскости (рис. 7) они вновь будут, например, притягиваться друг к другу, между тем как при перпендикулярном расположении они будут уже отталкиваться (рис. 8). В последнем случае продольные силы, действующие по линии разреза одного магнита, являются реакцией на поперечные силы, действующие на боковые поверхности другого магнита,и наоборот. Существование продольной силы противоречит законам электродинамики. Эта сила является результатом действия скалярного магнитного поля, присутствующего в месте разреза магнитов. Такой составной магнит и называется siberian colia.

Магнитная яма это явление, когда векторное магнитное поле отталкивает, а скалярное магнитное поле притягивает и между ними рождается расстояние.

Постоянный магнит

Постоя́нный магни́т, тело, создающее постоянно действующее заданное распределение магнитного поля в окружающей среде. Постоянные магниты относятся к одному из десятков классов существующих магнитных материалов ( Buschow. 2004 ). В настоящее время постоянные магниты изготавливают из магнитотвёрдых материалов (МТМ) с высокой магнитной анизотропией (Kuz’min. 2008 ), что обеспечивает способность постоянных магнитов в значительной степени сохранять свои свойства в течение длительного времени (до 50 лет и более) под действием сильных внешних размагничивающих полей , высокой температуры , вибрации и ударных нагрузок.

Рис. 1. Картина магнитного поля постоянных магнитов. Рис. 1. Картина магнитного поля постоянных магнитов. При намагничивании внешним постоянным или импульсным магнитным полем постоянный магнит приобретает намагниченность , величина которой зависит от марки МТМ. Одновременно у торцов постоянного магнита возникает пара разноимённых магнитных полюсов , на которых замыкаются линии магнитной индукции , образующие внешний магнитный поток постоянного магнита (рис. 1, а). Магнитное поле полюсов в теле постоянного магнита частично размагничивает его ( размагничивающий фактор зависит от марки МТМ, формы и соотношения размеров магнита). Для уменьшения размагничивания к торцам постоянного магнита присоединяют магнитопровод из магнитомягкого материала . В результате этого магнитный поток концентрируется в ограниченном воздушном зазоре (рис. 1, б). Современные постоянные магниты (например, на основе сплава неодим – железо – бор, NdFeB \text NdFeB ,) обладают высокой устойчивостью к размагничиванию и могут использоваться практически без магнитопровода. Это значительно уменьшает габаритные размеры и массу многих устройств. Широко применяются кольцевые магниты с несколькими парами разноимённых полюсов, для создания которых используют специальные приёмы намагничивания.

Технологии производства постоянных магнитов

Слабые постоянные магниты часто встречаются в природе в железной руде ( магнетит , оксид железа Fe 3 O 4 \text_\text_ Fe 3 ​ O 4 ​ , который на поверхности может быть намагничен, например электрическими токами при ударах молнии). Образец магнитного железняка показан на рис. 2.

Рис. 2. Магнитный железняк производства фирмы Max&Kohl Chemnitz. Конец 19 – начало 20 вв. Рис. 2. Магнитный железняк производства фирмы Max&Kohl Chemnitz. Конец 19 – начало 20 вв. Открытие плавления железа привело к созданию 1-го искусственного постоянного магнита – стальной иглы. В настоящее время размеры, форма, цена, тип покрытия, количество пар полюсов, важнейшие энергетические характеристики [максимальное энергетическое произведение ( B H ) max (BH)_> ( B H ) max ​ ( B B B и H H H – индукция и напряжённость магнитного поля соответственно; чем больше эта величина, тем более мощным является магнит)], устойчивость к размагничиванию ( коэрцитивная сила ) и направление намагниченности могут существенно отличаться и в значительной степени зависят от марки МТМ и решаемой технической задачи. Бурное развитие технологии производства МТМ только за последнее столетие привело к увеличению ( B H ) max (BH)_> ( B H ) max ​ в 100 раз – до 54 МГс∙Э (рис. 3). Это позволило пропорционально уменьшить размер и массу самих постоянных магнитов и устройств на их основе.

Рис. 3. Развитие технологии производства магнитотвёрдых материалов. Рис. 3. Развитие технологии производства магнитотвёрдых материалов. Современные технологии производства МТМ направлены не только на улучшение энергетических характеристик МТМ (например, за счёт уменьшения размера зерна ), но и на снижение весового содержания дорогостоящих элементов (как за счёт изменения технологии производства, например применения поверхностной диффузии диспрозия в постоянных магнитах марки NdFeB \text NdFeB , так и за счёт замещения неодима более дешёвым церием ). Теоретические расчёты показывают, что в будущем нанокомпозитные постоянные магниты могут как целиком состоять из МТМ, так и иметь включения из магнитомягких материалов, позволяя достичь величины ( B H ) max = 120 (BH)_> = 120 ( B H ) max ​ = 120 МГс∙Э ( Skomski. 1993 ).

Традиционные технологии производства основных МТМ ( самарий – кобальт , альнико, ферриты и др.) хорошо отработаны (см., например, Strnat. 1988 ). Однако следует различать технологии производства МТМ и самих постоянных магнитов. Так, современное производство МТМ марки NdFeB \text NdFeB включает, помимо традиционных переделов (стадий получения), такие новые переделы, как стрип-каст и водородное охрупчивание , в то время как массовое производство постоянных магнитов невозможно без высокопроизводительных автоматизированных линий по шлифованию (до 10 магнитов в минуту), нанесению многослойного покрытия (до 5 различных слоёв) для защиты от коррозии и намагничивания.

Применение постоянных магнитов

Постоянные магниты используются в составе источников магнитного поля и магнитных систем, которыми могут создаваться не только постоянные, но и переменные магнитные поля (например, генераторы магнитного поля, работающие на принципе вращающихся магнитных сборок Хальбаха с амплитудой до 2 Тл и частотой до 7 Гц) ( Патент №–2466491 ). Поскольку промышленность производит не только двухполюсные, но и многополюсные (включая спечённые постоянные магниты и магнитопласты ), то характер создаваемых ими распределений магнитных полей и их градиентов, например в магнитопроводах или воздушных зазорах, может иметь чрезвычайно сложный вид.

В настоящее время без постоянных магнитов невозможно производство таких устройств, как электрогенераторы и электроприводы с предельными удельными и массогабаритными характеристиками (например, ветрогенератор, выпускаемый компанией «Red Wind» на заводе в г. Волгодонск, содержит более 3 т постоянных магнитов марки NdFeB \text NdFeB ), мобильные телефоны , роботы, устройства автоматики, низкополевые магнитные томографы и др. Спектр областей применения и объёмы выпуска постоянных магнитов увеличиваются до 10 % ежегодно.

Опубликовано 26 мая 2023 г. в 13:36 (GMT+3). Последнее обновление 26 мая 2023 г. в 13:36 (GMT+3). Связаться с редакцией

Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов

На этом уроке мы рассмотрим магнитное поле постоянных магнитов и определимся с тем, какие магниты можно считать постоянными.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.

2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.

3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ

Конспект урока «Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов»

Нам встречались полосовые и дуговые магниты. Каждый магнит обладает магнитным полем, линии которого замкнуты.

Именно с помощью магнитных полей, магниты взаимодействуют друг с другом и действуют на некоторые тела. Также мы узнали, что магнитное поле сильнее всего на полюсах магнита. Кроме этого, в природе встречаются естественные магниты (так называемый, магнитный железняк).

Он способен притягивать к себе железо, сталь и некоторые другие металлы. Эти металлы имеют свойство намагничиваться, и потом некоторое время действовать как магнит. Так вот, все эти магниты называются постоянными. Они так называются, потому что сохраняют свои свойства длительное время. То есть один и тот же постоянный магнит будет одинаково себя вести в одинаковых ситуациях.

Напомним ещё раз, что поле, проходящее сквозь полосовой магнит, практически однородное. Магнитные линии там расположены с одинаковой густотой и параллельны друг другу, так как направлены от южного полюса к северному.

Это свойство полосовой магнит имеет в течение длительного времени, поэтому он и называется постоянным.

В результате исследований, люди выясняли, что только три вещества могут быть постоянными магнитами. Это железо, никель и кобальт. Конечно, их сплавы тоже будут постоянными магнитами, но это уже не в счет, потому что сплав не является новым веществом.

Мы уже узнали, что магнит может притягивать к себе некоторые металлы. Причём, у разных магнитов, разной силы магнитное поле. Но мы так и не разобрались, как всё-таки возникает явление магнетизма? Как могут намагничиваться тела?

Давайте вспомним опыт Эрстеда. Он выяснил, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле.

А электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. Значит, вокруг движущегося заряда возникает магнитное поле. Позднее Андрэ Ампер высказал очень интересную догадку о том, что внутри некоторых тел существует некие круговые токи.

Ампер был близок к истине, насколько это было возможно. Во времена Ампера ещё не знали о строении атома, но его догадка в общем и целом оказалась верна.

А теперь, вспомним строение атома: вокруг ядра вращаются электроны. Но, ведь, электрон — это заряженная частица. Значит, вокруг любого электрона существует магнитное поле. Как мы знаем, в любом теле количество электронов просто огромно, поэтому при упорядоченном движении электронов, может возникнуть достаточно сильное магнитное поле.

Именно этим объясняется намагниченность тех или иных предметов.