Permanenteng magnet - mga uri at katangian, anyo, pakikipag-ugnayan ng mga magnet

Ano ang permanenteng magnet

Ang isang produktong ferromagnetic na may kakayahang mapanatili ang makabuluhang natitirang magnetization pagkatapos alisin ang panlabas na magnetic field ay tinatawag na permanenteng magnet.

Ang mga permanenteng magnet ay ginawa mula sa iba't ibang metal tulad ng cobalt, iron, nickel, rare earth alloys (para sa neodymium magnets) pati na rin ang mga natural na mineral tulad ng magnetites.

Ang saklaw ng paggamit ng mga permanenteng magnet ngayon ay napakalawak, ngunit ang kanilang layunin sa panimula ay pareho sa lahat ng dako - bilang isang permanenteng pinagmumulan ng magnetic field na walang power supply… Kaya ang magnet ay isang katawan na may sarili magnetic field.

Ang mismong salitang "magnet" ay nagmula sa Griyegong parirala na isinasalin bilang "Stone of Magnesia", na pinangalanan sa lungsod ng Asya kung saan natuklasan ang mga deposito ng magnetite - isang magnetic iron ore - noong sinaunang panahon.… Mula sa pisikal na pananaw, ang elementary magnet ay isang electron, at ang magnetic properties ng mga magnet ay karaniwang tinutukoy ng magnetic moments ng mga electron na bumubuo sa magnetized material.

Ang permanenteng magnet ay isang bahagi magnetic system ng mga produktong elektrikal… Ang mga permanenteng magnet device ay karaniwang nakabatay sa conversion ng enerhiya:

• mekanikal sa mekanikal (separator, magnetic connectors, atbp.);

• mekanikal hanggang electromagnetic (electrical generators, speakers, atbp.);

• electromagnetic sa mekanikal (electric motors, loudspeaker, magnetoelectric system, atbp.);

• mekanikal sa panloob (mga aparato ng preno, atbp.).

Ang mga sumusunod na kinakailangan ay nalalapat sa mga permanenteng magnet:

• mataas na tiyak na magnetic energy;

• pinakamababang sukat para sa isang ibinigay na lakas ng field;

• pagpapanatili ng pagganap sa isang malawak na hanay ng mga operating temperatura;

• paglaban sa mga panlabas na magnetic field; - teknolohiya;

• mababang halaga ng hilaw na materyales;

• katatagan ng mga magnetic parameter sa paglipas ng panahon.

Ang iba't ibang mga gawain na nalutas sa tulong ng mga permanenteng magnet ay nangangailangan ng paglikha ng maraming paraan ng kanilang pagpapatupad.Ang mga permanenteng magnet ay kadalasang hugis tulad ng isang horseshoe (ang tinatawag na "horseshoe" magnets).

Ang figure ay nagpapakita ng mga halimbawa ng mga anyo ng mga permanenteng magnet na ginawa sa industriya batay sa mga rare earth elements na may protective coating.

Komersyal na ginawa ng mga permanenteng magnet na may iba't ibang hugis: a — disk; b - singsing; c - parallelepiped; g - silindro; d - bola; e - sektor ng isang guwang na silindro

Ang mga magnet ay ginawa din mula sa matigas na magnetic metal alloys at ferrites sa anyo ng mga bilog at hugis-parihaba na rod, pati na rin ang tubular, C-shaped, horseshoe-shaped, sa anyo ng mga rectangular plate, atbp.

Matapos mahubog ang materyal, dapat itong maging magnetized, iyon ay, ilagay sa isang panlabas na magnetic field, dahil ang mga magnetic parameter ng permanenteng magnet ay natutukoy hindi lamang sa kanilang hugis o materyal na kung saan sila ginawa, kundi pati na rin sa direksyon ng magnetisasyon.

Ang mga workpiece ay na-magnet gamit ang mga permanenteng magnet, DC electromagnet o magnetizing coils kung saan dumadaan ang mga kasalukuyang pulso. Ang pagpili ng paraan ng magnetization ay depende sa materyal at hugis ng permanenteng magnet.

Bilang resulta ng malakas na pag-init, mga epekto, ang mga permanenteng magnet ay maaaring bahagyang o ganap na mawala ang kanilang mga magnetic properties (demagnetization).

Mga katangian ng seksyong degaussing magnetic hysteresis loops ang materyal na kung saan ginawa ang isang permanenteng magnet ay tumutukoy sa mga katangian ng isang partikular na permanenteng magnet: mas mataas ang puwersang puwersang Hc at mas mataas ang natitirang halaga magnetic induction Br — ang mas malakas at mas matatag na magnet.

Mapilit na kapangyarihan (literal na isinalin mula sa Latin — "holding force") — isang puwersa na pumipigil sa pagbabago sa magnetic polarization ferromagnets.

Hangga't ang ferromagnet ay hindi polarized, iyon ay, ang elementarya na alon ay hindi nakatuon, ang puwersang pumipilit ay pumipigil sa oryentasyon ng elementarya na alon. Ngunit kapag ang ferromagnet ay polarized na, ito ay nagpapanatili ng elementarya na mga alon sa isang oriented na posisyon kahit na matapos ang panlabas na magnetizing field ay tinanggal.

Ipinapaliwanag nito ang natitirang magnetism na nakikita sa maraming ferromagnets. Kung mas malaki ang puwersang pumipilit, mas malakas ang natitirang magnetism phenomenon.

Kaya ang mapilit na kapangyarihan ay lakas ng magnetic fieldkinakailangan para sa kumpletong demagnetization ng isang ferro- o ferrimagnetic substance. Kaya, kung mas mapilit ang isang partikular na magnet, mas lumalaban ito sa mga demagnetizing factor.

Isang yunit ng pagsukat ng puwersang mapilit sa NE - Ampere / metro. A magnetic induction, tulad ng alam mo, ay isang dami ng vector, na isang puwersa na katangian ng magnetic field. Ang katangian na halaga ng natitirang magnetic induction ng mga permanenteng magnet ay nasa pagkakasunud-sunod ng 1 Tesla.

Magnetic hysteresis — ang pagkakaroon ng mga epekto ng polariseysyon ng mga magnet ay humahantong sa katotohanan na ang magnetization at demagnetization ng magnetic material ay nagpapatuloy nang hindi pantay, dahil ang magnetization ng materyal sa lahat ng oras ay nahuhuli nang bahagya sa likod ng magnetizing field.

Sa kasong ito, ang bahagi ng enerhiya na ginugol sa pag-magnetize ng katawan ay hindi ibinalik sa panahon ng demagnetization, ngunit nagiging init. Samakatuwid, ang paulit-ulit na pagbaligtad sa magnetization ng materyal ay nauugnay sa kapansin-pansing pagkawala ng enerhiya at kung minsan ay maaaring maging sanhi ng malakas na pag-init ng magnetized na katawan.

Ang mas binibigkas ang hysteresis sa materyal, mas malaki ang pagkawala nito kapag ang magnetization ay nababaligtad. Samakatuwid, ang mga materyales na walang hysteresis ay ginagamit para sa mga magnetic circuit na may alternating magnetic flux (tingnan ang — Magnetic core ng mga de-koryenteng aparato).

Ang mga magnetic na katangian ng permanenteng magnet ay maaaring magbago sa ilalim ng impluwensya ng oras at panlabas na mga kadahilanan, na kinabibilangan ng:

• temperatura;

• magnetic field;

• mekanikal na pagkarga;

• radiation atbp.

Ang pagbabago sa mga magnetic na katangian ay nailalarawan sa pamamagitan ng kawalang-tatag ng permanenteng magnet, na maaaring estruktural o magnetic.

Ang kawalang-tatag ng istruktura ay nauugnay sa mga pagbabago sa istraktura ng kristal, mga pagbabago sa phase, pagbabawas ng mga panloob na stress, atbp. Sa kasong ito, ang orihinal na mga katangian ng magnetic ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagpapanumbalik ng istraktura (halimbawa, sa pamamagitan ng paggamot sa init ng materyal).

Ang magnetic instability ay sanhi ng pagbabago sa magnetic structure ng magnetic substance, na may posibilidad na thermodynamic equilibrium sa paglipas ng panahon at sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na impluwensya. Ang magnetic instability ay maaaring:

• nababaligtad (bumalik sa mga paunang kondisyon ay nagpapanumbalik ng orihinal na mga katangian ng magnetic);

• hindi maibabalik (ang pagbabalik ng mga orihinal na katangian ay maaaring makamit lamang sa pamamagitan ng paulit-ulit na magnetization).

Permanenteng magnet o electromagnet — alin ang mas mahusay?

Ang paggamit ng mga permanenteng magnet upang lumikha ng isang permanenteng magnetic field sa halip na ang kanilang mga katumbas na electromagnet ay nagbibigay-daan sa:

• upang mabawasan ang mga katangian ng timbang at laki ng mga produkto;

• hindi kasama ang paggamit ng karagdagang mga mapagkukunan ng enerhiya (na pinapasimple ang disenyo ng mga produkto, binabawasan ang gastos ng kanilang produksyon at operasyon);

• magbigay ng halos walang limitasyong oras upang mapanatili ang magnetic field sa mga kondisyon ng pagtatrabaho (depende sa materyal na ginamit).

Ang mga kawalan ng permanenteng magnet ay:

• kahinaan ng mga materyales na ginamit sa kanilang paglikha (nagpapalubha ito sa mekanikal na pagproseso ng mga produkto);

• ang pangangailangan para sa proteksyon laban sa impluwensya ng kahalumigmigan at amag (para sa ferrites GOST 24063), pati na rin laban sa impluwensya ng mataas na kahalumigmigan at temperatura.

Mga uri at katangian ng permanenteng magnet

Ferrite

Ang mga ferrite magnet, bagama't marupok, ay may mahusay na paglaban sa kaagnasan, na ginagawa itong pinakakaraniwan sa mababang halaga. Ang mga magnet na ito ay gawa sa isang haluang metal ng iron oxide na may barium o strontium ferrite. Ang komposisyon na ito ay nagpapahintulot sa materyal na mapanatili ang mga magnetic na katangian nito sa isang malawak na hanay ng temperatura - mula -30 ° C hanggang + 270 ° C.

Ang mga magnetic na produkto sa anyo ng ferrite rings, rods at horseshoes ay malawakang ginagamit kapwa sa industriya at sa pang-araw-araw na buhay, sa teknolohiya at electronics. Ginagamit ang mga ito sa mga sistema ng speaker, sa mga generator, sa DC motors… Sa industriya ng automotive, ang mga ferrite magnet ay naka-install sa mga starter, bintana, cooling system at fan.

Ang mga ferrite magnet ay nailalarawan sa pamamagitan ng mapilit na puwersa na humigit-kumulang 200 kA/m at isang natitirang magnetic induction na halos 0.4 Tesla. Sa karaniwan, ang isang ferrite magnet ay maaaring tumagal ng 10 hanggang 30 taon.

Alnico (aluminum-nickel-cobalt)

Ang mga permanenteng magnet na batay sa isang haluang metal ng aluminyo, nikel at kobalt ay nailalarawan sa pamamagitan ng hindi maunahan na katatagan at katatagan ng temperatura: nagagawa nilang mapanatili ang kanilang mga magnetic na katangian sa mga temperatura hanggang sa + 550 ° C, kahit na ang kanilang puwersang pumipilit ay medyo maliit. Sa ilalim ng impluwensya ng isang medyo maliit na magnetic field, ang naturang mga magnet ay mawawala ang kanilang orihinal na magnetic properties.

Hukom para sa iyong sarili: ang isang tipikal na puwersa ng pamimilit ay halos 50 kA / m na may natitirang magnetization na humigit-kumulang 0.7 Tesla. Sa kabila ng tampok na ito, ang mga alnico magnet ay kailangang-kailangan para sa ilang siyentipikong pananaliksik.

Ang karaniwang nilalaman ng mga sangkap sa mga haluang metal na alnico na may mataas na magnetic properties ay nag-iiba sa loob ng mga sumusunod na limitasyon: aluminyo - mula 7 hanggang 10%, nikel - mula 12 hanggang 15%, kobalt - mula 18 hanggang 40%, at mula 3 hanggang 4% tanso.

Ang mas maraming kobalt, mas mataas ang saturation induction at magnetic energy ng haluang metal. Ang mga additives sa anyo ng 2 hanggang 8% na titanium at 1% lamang ng niobium ay nag-aambag sa pagkuha ng isang mas mataas na puwersang pumipilit - hanggang sa 145 kA / m. Ang pagdaragdag ng 0.5 hanggang 1% na silikon ay nagsisiguro ng isotropic magnetic properties.

Samaria

Kung kailangan mo ng pambihirang paglaban sa kaagnasan, oksihenasyon at temperatura hanggang sa + 350 ° C, kung gayon ang isang magnetic na haluang metal ng samarium na may kobalt ang kailangan mo.

Sa isang tiyak na presyo, ang samarium-cobalt magnets ay mas mahal kaysa sa neodymium magnets dahil sa mas scarcer at mas mahal na metal, cobalt. Gayunpaman, inirerekumenda na gamitin ang mga ito kung kinakailangan na magkaroon ng pinakamababang sukat at bigat ng mga huling produkto.

Ito ay pinakaangkop sa spacecraft, aviation at computer technology, miniature electric motors at magnetic couplings, sa mga wearable at device (mga relo, headphone, mobile phone, atbp.)

Dahil sa espesyal na paglaban nito sa kaagnasan, ito ay samarium magnets na ginagamit sa estratehikong pag-unlad at mga aplikasyon ng militar. Mga de-koryenteng motor, generator, lifting system, sasakyang de-motor - isang malakas na magnet na gawa sa samarium-cobalt alloy ay perpekto para sa mga agresibong kapaligiran at mahirap na kondisyon sa pagtatrabaho. Ang puwersang pumipilit ay nasa order na 700 kA/m na may natitirang magnetic induction ng pagkakasunud-sunod ng 1 Tesla.

Neodymium

Ang mga neodymium magnet ay may malaking pangangailangan ngayon at tila ito ang pinaka-maaasahan. Ang neodymium-iron-boron alloy ay nagbibigay-daan sa iyo na lumikha ng mga super magnet para sa iba't ibang mga aplikasyon, mula sa mga kandado at laruan hanggang sa mga de-koryenteng generator at malalakas na lifting machine.

Ang isang mataas na puwersang pumipilit na humigit-kumulang 1000 kA / m at isang natitirang magnetization na humigit-kumulang 1.1 Tesla ay nagpapahintulot sa magnet na mapanatili sa loob ng maraming taon, sa loob ng 10 taon ang isang neodymium magnet ay nawawala lamang ng 1% ng magnetization nito kung ang temperatura nito sa ilalim ng mga kondisyon ng operating ay hindi lalampas. + 80 ° C (para sa ilang mga tatak hanggang + 200 ° C). Kaya, mayroon lamang dalawang disadvantages ng neodymium magnets - hina at mababang operating temperatura.

Mga magnetoplast

Ang magnetic powder kasama ang binder ay bumubuo ng malambot, nababaluktot at magaan na magnet. Ang mga bahagi ng pagbubuklod tulad ng vinyl, goma, plastik o acrylic ay nagpapahintulot sa mga magnet na magawa sa iba't ibang hugis at sukat.

Ang magnetic force, siyempre, ay mas mababa kaysa sa purong magnetic na materyal, ngunit kung minsan ang mga naturang solusyon ay kinakailangan upang makamit ang ilang mga hindi pangkaraniwang layunin para sa mga magnet: sa paggawa ng mga produkto ng advertising, sa paggawa ng mga naaalis na sticker ng kotse, gayundin sa paggawa ng iba't ibang stationery at souvenir.

Pakikipag-ugnayan ng mga magnet

Tulad ng mga pole ng magnet na nagtataboy at hindi katulad ng mga pole na umaakit. Ang pakikipag-ugnayan ng mga magnet ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang bawat magnet ay may magnetic field at ang mga magnetic field na ito ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Halimbawa, ano ang dahilan ng magnetization ng bakal?

Ayon sa hypothesis ng Pranses na siyentipiko na si Ampere, sa loob ng sangkap ay may mga elementarya na electric currents (Mga agos ng ampere), na nabuo dahil sa paggalaw ng mga electron sa paligid ng nuclei ng mga atomo at sa paligid ng kanilang sariling axis.

Ang mga elementarya na magnetic field ay nagmumula sa paggalaw ng mga electron.At kung ang isang piraso ng bakal ay ipinakilala sa isang panlabas na magnetic field, kung gayon ang lahat ng elementarya na magnetic field sa bakal na ito ay nakatuon sa parehong paraan sa isang panlabas na magnetic field, na bumubuo ng sarili nitong magnetic field mula sa isang piraso ng bakal. Kaya kung ang inilapat na panlabas na magnetic field ay sapat na malakas, kapag pinatay mo ito, ang piraso ng bakal ay magiging permanenteng magnet.

Ang pag-alam sa hugis at magnetization ng isang permanenteng magnet ay nagpapahintulot sa mga kalkulasyon na mapalitan ng isang katumbas na sistema ng mga electric magnetizing currents. Ang ganitong kapalit ay posible kapwa kapag kinakalkula ang mga katangian ng magnetic field at kapag kinakalkula ang mga puwersa na kumikilos sa magnet mula sa panlabas na larangan.

Halimbawa, kalkulahin natin ang puwersa ng pakikipag-ugnayan ng dalawang permanenteng magnet. Hayaang ang mga magnet ay may anyo ng mga manipis na silindro, ang kanilang radii ay ipapakita ng r1 at r2, ang mga kapal ay h1, h2, ang mga axes ng mga magnet ay nag-tutugma, ang distansya sa pagitan ng mga magnet ay ipapakita ng z, ipagpalagay namin na ito ay mas malaki kaysa sa laki ng mga magnet.

Ang hitsura ng puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga magnet ay ipinaliwanag sa tradisyonal na paraan: ang isang magnet ay lumilikha ng isang magnetic field na kumikilos sa pangalawang magnet.

Upang kalkulahin ang puwersa ng pakikipag-ugnayan, pinapalitan namin ang pantay na magnetized magnet na J1 at J2 na may mga pabilog na alon na dumadaloy sa gilid na ibabaw ng mga cylinder. Ang mga lakas ng mga alon na ito ay ipapahayag sa mga tuntunin ng magnetization ng mga magnet, at ang kanilang radii ay ituturing na katumbas ng radii ng mga magnet.

I-decompose natin ang induction vector B ng magnetic field na nilikha ng unang magnet bilang kapalit ng pangalawa sa dalawang bahagi: axial, nakadirekta sa kahabaan ng axis ng magnet, at radial, patayo dito.

Upang kalkulahin ang kabuuang puwersa na kumikilos sa singsing, kinakailangang hatiin ito sa kaisipan sa maliliit na elemento Idl at sum Ampereskumikilos sa bawat naturang elemento.

Gamit ang panuntunan sa kaliwa, madaling ipakita na ang axial component ng magnetic field ay nagbibigay ng mga puwersa ng Ampere na may posibilidad na mag-stretch (o i-compress) ang singsing—ang vector sum ng mga pwersang ito ay zero.

Ang pagkakaroon ng bahagi ng radial ng patlang ay humahantong sa hitsura ng mga puwersa ng Ampere na nakadirekta sa axis ng mga magnet, iyon ay, sa kanilang pagkahumaling o pagtanggi. Ito ay nananatiling kalkulahin ang mga puwersa ng Ampere - ito ang magiging mga puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang magnet.

Tingnan din:Ang paggamit ng mga permanenteng magnet sa electrical engineering at enerhiya