Magnetai yra žavūs objektai, kurie šimtmečius žavėjo žmogaus vaizduotę. Nuo senovės graikų iki šiuolaikinių mokslininkų žmones domino magnetų veikimo būdas ir daugybė jų pritaikymo būdų. Nuolatiniai magnetai yra toks magnetas, kuris išlaiko savo magnetines savybes net tada, kai nėra išorinio magnetinio lauko. Išnagrinėsime nuolatinių magnetų ir magnetinių laukų mokslą, įskaitant jų sudėtį, savybes ir pritaikymą.
1 skyrius: Kas yra magnetizmas?
Magnetizmas reiškia fizinę tam tikrų medžiagų savybę, leidžiančią joms pritraukti arba atstumti kitas medžiagas magnetiniu lauku. Teigiama, kad šios medžiagos yra magnetinės arba turi magnetinių savybių.
Magnetinėms medžiagoms būdingi magnetiniai domenai, kurie yra mikroskopinės sritys, kuriose yra suderinti atskirų atomų magnetiniai laukai. Kai šie domenai yra tinkamai suderinti, jie sukuria makroskopinį magnetinį lauką, kurį galima aptikti už medžiagos ribų.
Magnetines medžiagas galima suskirstyti į dvi kategorijas: feromagnetines ir paramagnetines. Feromagnetinės medžiagos yra stipriai magnetinės, įskaitant geležį, nikelį ir kobaltą. Jie gali išlaikyti savo magnetines savybes net ir nesant išorinio magnetinio lauko. Kita vertus, paramagnetinės medžiagos yra silpnai magnetinės ir apima tokias medžiagas kaip aliuminis ir platina. Jie turi magnetines savybes tik tada, kai yra veikiami išorinio magnetinio lauko.
Magnetizmas turi daug praktinių pritaikymų mūsų kasdieniame gyvenime, įskaitant elektros variklius, generatorius ir transformatorius. Magnetinės medžiagos taip pat naudojamos duomenų saugojimo įrenginiuose, pvz., standžiuosiuose diskuose, ir medicininėse vaizdo gavimo technologijose, tokiose kaip magnetinio rezonanso tomografija (MRT).
2 skyrius: Magnetiniai laukai
Magnetiniai laukai yra pagrindinis magnetizmo aspektas ir apibūdina magnetą supančią sritį arba srovę nešantį laidą, kuriame galima aptikti magnetinę jėgą. Šie laukai yra nematomi, tačiau jų poveikį galima pastebėti judant magnetinėms medžiagoms arba sąveikaujant magnetiniams ir elektriniams laukams.
Magnetiniai laukai susidaro dėl elektros krūvių judėjimo, pavyzdžiui, elektronų srauto laidoje arba elektronų sukimosi atome. Magnetinio lauko kryptį ir stiprumą lemia šių krūvių orientacija ir judėjimas. Pavyzdžiui, strypiniame magnete magnetinis laukas stipriausias ties ašigaliais ir silpniausias centre, o lauko kryptis yra nuo šiaurinio ašigalio iki pietų ašigalio.
Magnetinio lauko stiprumas paprastai matuojamas teslos (T) arba gauso (G) vienetais, o lauko kryptį galima apibūdinti naudojant dešinės rankos taisyklę, kuri teigia, kad jei dešinės rankos nykštis rodo srovės kryptį, tada pirštai susisuks magnetinio lauko kryptimi.
Magnetiniai laukai turi daug praktinių pritaikymų, įskaitant variklius ir generatorius, magnetinio rezonanso tomografijos (MRT) įrenginius ir duomenų saugojimo įrenginius, tokius kaip standieji diskai. Jie taip pat naudojami įvairiose mokslo ir inžinerijos srityse, pavyzdžiui, dalelių greitintuvuose ir magnetinės levitacijos traukiniuose.
Magnetinių laukų elgsenos ir savybių supratimas yra būtinas daugeliui studijų sričių, įskaitant elektromagnetizmą, kvantinę mechaniką ir medžiagų mokslą.
3 skyrius: Nuolatinių magnetų sudėtis
Nuolatinis magnetas, taip pat žinomas kaip „nuolatinė magnetinė medžiaga“ arba „nuolatinio magneto medžiaga“, paprastai yra sudarytas iš feromagnetinių arba ferimagnetinių medžiagų derinio. Šios medžiagos parenkamos atsižvelgiant į jų gebėjimą išlaikyti magnetinį lauką, leidžiantį joms laikui bėgant sukurti nuoseklų magnetinį poveikį.
Dažniausiai nuolatiniuose magnetuose naudojamos feromagnetinės medžiagos yra geležis, nikelis ir kobaltas, kuriuos galima legiruoti su kitais elementais, siekiant pagerinti jų magnetines savybes. Pavyzdžiui, neodimio magnetai yra retųjų žemių magnetai, sudaryti iš neodimio, geležies ir boro, o samariumo kobalto magnetai yra sudaryti iš samariumo, kobalto, geležies ir vario.
Nuolatinių magnetų sudėtį taip pat gali paveikti tokie veiksniai kaip temperatūra, kurioje jie bus naudojami, norimas magnetinio lauko stiprumas ir kryptis bei numatomas pritaikymas. Pavyzdžiui, kai kurie magnetai gali būti suprojektuoti taip, kad atlaikytų aukštą temperatūrą, o kiti – sukurti stiprų magnetinį lauką tam tikra kryptimi.
Be pirminių magnetinių medžiagų, nuolatiniai magnetai taip pat gali turėti dangų arba apsauginių sluoksnių, kad būtų išvengta korozijos ar pažeidimų, taip pat formavimas ir apdirbimas, siekiant sukurti specifines formas ir dydžius, skirtus naudoti įvairiose srityse.
4 skyrius: Nuolatinių magnetų tipai
Nuolatiniai magnetai gali būti suskirstyti į keletą tipų pagal jų sudėtį, magnetines savybes ir gamybos procesą. Štai keletas įprastų nuolatinių magnetų tipų:
1. Neodimio magnetai: šie retųjų žemių magnetai sudaryti iš neodimio, geležies ir boro ir yra stipriausias nuolatinių magnetų tipas. Jie turi didelę magnetinę energiją ir gali būti naudojami įvairiose srityse, įskaitant variklius, generatorius ir medicinos įrangą.
2. Samariumo kobalto magnetai: šie retųjų žemių magnetai yra sudaryti iš samariumo, kobalto, geležies ir vario ir yra žinomi dėl savo stabilumo aukštoje temperatūroje ir atsparumo korozijai. Jie naudojami tokiose srityse kaip aviacija ir gynyba, taip pat didelio našumo varikliuose ir generatoriuose.
3. Ferito magnetai: ferito magnetai taip pat žinomi kaip keraminiai magnetai, sudaryti iš keraminės medžiagos, sumaišytos su geležies oksidu. Jie turi mažesnę magnetinę energiją nei retųjų žemių magnetai, tačiau yra pigesni ir plačiai naudojami tokiose srityse kaip garsiakalbiai, varikliai ir šaldytuvo magnetai.
4. Alnico magnetai: šie magnetai yra sudaryti iš aliuminio, nikelio ir kobalto ir yra žinomi dėl didelio magnetinio stiprumo ir temperatūros stabilumo. Jie dažnai naudojami pramonėje, pavyzdžiui, jutikliuose, skaitikliuose ir elektros varikliuose.
5. Surišti magnetai: šie magnetai gaminami sumaišius magnetinius miltelius su rišikliu ir gali būti pagaminti sudėtingų formų ir dydžių. Jie dažnai naudojami tokiose srityse kaip jutikliai, automobilių komponentai ir medicinos įranga.
Nuolatinio magneto tipo pasirinkimas priklauso nuo konkrečių taikymo reikalavimų, įskaitant reikalingą magnetinį stiprumą, temperatūros stabilumą, kainą ir gamybos apribojimus.
5 skyrius: Kaip veikia magnetai?
Magnetai veikia sukurdami magnetinį lauką, kuris sąveikauja su kitomis magnetinėmis medžiagomis arba su elektros srovėmis. Magnetinis laukas sukuriamas suderinus medžiagos magnetinius momentus, kurie yra mikroskopiniai šiaurės ir pietų poliai, generuojantys magnetinę jėgą.
Nuolatiniame magnete, pavyzdžiui, strypiniame magnete, magnetiniai momentai yra sulygiuoti tam tikra kryptimi, todėl magnetinis laukas yra stipriausias poliuose, o silpniausias – centre. Padėtas šalia magnetinės medžiagos, magnetinis laukas veikia medžiagą, pritraukdamas arba atstumdamas, priklausomai nuo magnetinių momentų orientacijos.
Elektromagnete magnetinį lauką sukuria elektros srovė, tekanti per vielos ritę. Elektros srovė sukuria magnetinį lauką, kuris yra statmenas srovės tekėjimo krypčiai, o magnetinio lauko stiprumą galima reguliuoti reguliuojant rite tekančios srovės kiekį. Elektromagnetai plačiai naudojami tokiose srityse kaip varikliai, garsiakalbiai ir generatoriai.
Magnetinių laukų ir elektros srovių sąveika taip pat yra daugelio technologinių programų, įskaitant generatorius, transformatorius ir elektros variklius, pagrindas. Pavyzdžiui, generatoriuje magneto sukimasis šalia vielos ritės sukelia elektros srovę laidoje, kuri gali būti naudojama elektros energijai generuoti. Elektros variklyje sąveika tarp variklio magnetinio lauko ir srovės, tekančios per vielos ritę, sukuria sukimo momentą, kuris skatina variklio sukimąsi.
Pagal šią charakteristiką galime sukurti specialų magnetinių polių išdėstymą, skirtą sujungimui, kad padidintume magnetinio lauko stiprumą specialioje srityje darbo metu, pvz., Halbeck.
Paskelbimo laikas: 2023-03-24