Суть магнита. Почему магниты магнитят. Природа и принцип действия магнитов и электромагнитов.

 

 

 

Тема: что из себя представляет магнит, его суть, устройство и принцип действия.

 

Трудно найти человека, который бы не знал, что такое магнит. Точнее о том, что некий металлообразный кусок может притягивать к себе различные железные предметы, а также взаимно притягиваться или взаимно отталкиваться от другого такого же магнита. Но вот саму природу подобных явлений знает далеко не каждый. Хотя суть магнита не таит в себе особых тайн и сложностей. Всё в нём достаточно просто. Давайте же в этой статье рассмотрим причину и природу, что стоит в основе работы магнита.

 

Итак, прежде всего начнём со следующего. Думаю Вам приходилось слышать, что основой работы любых электрических приборов является движение электрического тока по внутренним цепям устройства. Электрический ток представляет собой маленькие электрические частицы, имеющие определённый электрический заряд и упорядоченно передвигаемые внутри проводников (всего того, что проводит через себя ток) при появлении такой возможности (когда возникает замкнутая цепь).  Частицы с отрицательным зарядом принято называть электронами. Именно они в твёрдых веществах совершают свою работу (передвижение). В жидких и газообразных веществах передвигаются ионы, имеющие плюсовой заряд.

 

Какая же связь между электрически заряженными частицами и магнитами, выражающую его суть? А связь прямая! Учёными давно было установлено, что магнитное поле возникает именно вокруг движущегося электрического заряда. Также Вы могли слышать о том, что магнитные поля существуют вокруг обычных проводов, по которым дижится ток. Как только ток прекращает своё движение, то и электромагнитное поле также пропадает. Это суть и условие возникновения магнитного поля.

 

 

 

 

Из школьной физики известно, что любые окружающие нас вещи и предметы состоят из атомов и молекул (достаточно мелких элементарных частиц). Эти самые элементарные частицы, в свою очередь, имеют следующее строение. Внутри находится ядро (состоящее из протонов и нейтронов) (ядро имеет плюсовой заряд), а вокруг этого ядра с огромной скоростью вращаются более мелкие частички, это электроны (имеющие отрицательный заряд).

 

Так вот, суть магнита заключается в следующем. Поскольку мы выяснили, что магнитное поле возникает вокруг движущихся электрических зарядов, а электроны есть во всех атомах и молекулах, и они постоянно движутся, следовательно атомы и молекулы имеют вокруг себя магнитные поля (они очень малы и по силе и по размерам). В добавок стоит учесть, что различные вещества и предметы имеют различные магнитные свойства. У одних магнитные свойства выраженные очень сильно, а у других на столько слабо, что свидетельствует о полном отсутствии полей.

 

Вот основа природы и сути магнита. Но ведь даже те вещества, которые имеют большую интенсивность проявления магнитных полей (это ферромагнетики, самым известным из которых является простое железо) не всегда магнитят. Почему же так? Потому что существует эффект однонаправленности и хаотичности. Поясню что это такое. Суть магнита (проявление магнетизма) зависит не только от вещества, но и от того положения атомов и молекул, которое имеется внутри вещества. Если два магнита соединить таким образом, что их полюса будут совпадать по направлению, то магнитная сила полей усилит друг друга и итоговое общее поле станет сильнее. Но если эти магниты расположить относительно друг друга противоположными полюсами, естественно, они будут угнетать друг друга, а их общее поле осклабится. Так и внутри веществ, чтобы получить наибольшее магнитное поле, необходимо что бы все атомы и молекулы магнитного вещества были однонаправленные своими полюсами. Это достигается различными способами.

 

 

И так, с самой сутью магнита и его природой действия разобрались. Теперь немного о том как делаются магниты. Если нужно изготовить постоянный магнит (обычный кусок магнита, который постоянно магнитит) берут материал из ферромагнетика, помещают его в магнитное поле достаточно большой интенсивности на определённое время. После чего этот ферромагнетик сам начинает обладать магнитными свойствами. В результате помещения его в магнитное поле большой интенсивности элементарные частицы вещества повернулись в одну сторону, что послужило возникновению эффекта однонаправленности атомов и молекул.

 

Для получения электромагнитов использую простые медные катушки, внутрь которых помещён сердечник из ферромагнетика, усиливающий общий магнитный эффект. То есть, когда через эту катушку пропускают постоянный ток она начинает притягивать к себе железные предметы. По катушки ведь течёт ток (заряженные частицы). Следовательно вокруг неё будет возникать и электромагнитное поле. А чем больше витков на катушке и чем больше тока будет проходить через неё, тем большая магнитная сила будет порождаться вокруг неё.

 

P.S. Вот в принципе мы и разобрались с природой и сутью магнита. Зная общий принцип устройства и работы магнита (электромагнита) Вам теперь стало всё ясно, почему именно магниты притягивают к себе железные предметы.

Как устроен постоянный магнит — блог Мира Магнитов

Постоянные магниты широко используются во многих отраслях промышленной и хозяйственной деятельности, а также в быту, но при этом немногие знают, как устроен магнит и чем объясняются его свойства. В частности, чем вызвана способность тех или иных материалов притягивать к себе металлические объекты, например металлические шайбы для магнитов. Для объяснения этого эффекта необходимо сделать небольшой экскурс в электрофизику, а также в природу силовых полей – особого вида материи.

Устройство магнита

Магнитное поле формируется вокруг движущихся элементарных частиц – электронов и ионов. Таким образом, самым простым и маленьким магнитом является электрон, представляющий собой неотъемлемый элемент атомов любых веществ. Именно от его магнитных моментов и зависят свойства того или иного материала. У большинства веществ внутренние векторы магнитного поля атомов, формируемые хаотичными орбитами электронов, нейтрализуют друг друга. Но если в кристаллической структуре твердого вещества направленность магнитных полей совпадает, то такой объект обладает однонаправленным магнитным полем. Ярким примером природного магнита является осколок железной руды, которые может притягивать небольшие железные предметы с близкого расстояния. Гигантским естественным магнитом является наша планета, которая имеет собственное магнитное поле.  

Устройство постоянного магнита

Магнитный эффект известен человечеству с древнейших времен, но до изобретения электричества его природа оставалась для человечества загадкой. Зато после обнаружения связи между электричеством и магнетизмом появился электромагнит, а следом за ним и постоянный магнит. Ученые поняли, что для придания материалу магнитных свойств, необходимо перестроить его внутренние поля в одном направлении и сохранить их в этом положении. Впоследствии выяснилось, что для этого подходят далеко не все вещества, а только ферромагнетики – железо, кобальт, никель и многие редкоземельные элементы.  Чтобы понять, как устроен постоянный магнит, представьте себе тело в виде стержня, полосы или шайбы, которого прошло особую термическую обработку и было намагничено внешним магнитным полем до насыщения. Такая технология позволяет создать однонаправленное магнитное поле путем обеспечения необходимого положения молекул. Характеристики итогового изделия в первую очередь зависят от особенностей используемых сплавов. В настоящий момент самыми сильными показателями сцепления обладают редкоземельные супермагниты на основе соединения неодима, железа и бора. Различные части постоянных магнитов по-разному притягивают металлические объекты. Максимальная сила сцепления характерна для полюсов. В средней части магнита напряжение практически отсутствует, из-за чего ее называют нейтральной зоной. Магниты в виде подковы или полосовые магниты всегда имеют два полюса и нейтральную зону между ними. При необходимости стальной объект можно намагнитить так, чтобы получить 4, 6, 8 и более полюсов (допустимо только четное количество) с нейтральными зонами между ними.

  Постоянные магниты могут терять свои свойства. В первую очередь опасность для них представляет нагрев, ведь под воздействием высокой температуры сформированная кристаллическая структура материала может быть нарушена. Кроме того, магниты неизбежно лишаются своих свойств со временем в результате структурного и магнитного старения. Самым длительным сроком службы могут похвастаться неодимовые магниты, которые за сто лет теряют всего несколько процентов своей магнитной силы. В каталоге интернет-магазина «Мир Магнитов» вы найдете постоянные магниты для решения любых практических задач. Зная, как устроены магниты, вы сможете использовать их еще эффективней. Выбирайте подходящие товары и оформляйте заказ с выгодными условиями доставки.

Постоянные магниты, их описание и принцип действия :: SYL.ru

Наряду с электризующимися трением кусочками янтаря постоянные магниты были для древних людей первым материальным свидетельством электромагнитных явлений (молнии на заре истории определенно относили к сфере проявления нематериальных сил). Объяснение природы ферромагнетизма всегда занимало пытливые умы ученых, однако и в настоящее время физическая природа постоянной намагниченности некоторых веществ, как природных, так и искусственно созданных, еще не до конца раскрыта, оставляя немалое поле деятельности для современных и будущих исследователей.

Традиционные материалы для постоянных магнитов

Они стали активно использоваться в промышленности, начиная с 1940 года с появления сплава алнико (AlNiCo). До этого постоянные магниты из различных сортов стали применялись лишь в компасах и магнето. Алнико сделал возможным замену на них электромагнитов и применение их в таких устройствах, как двигатели, генераторы и громкоговорители.

Это их проникновение в нашу повседневную жизнь получило новый импульс с созданием ферритовых магнитов, и с тех пор постоянные магниты стали обычным явлением.

Революция в магнитных материалах началась около 1970 года, с созданием самарий-кобальтового семейства жестких магнитных материалов с доселе невиданной плотностью магнитной энергии. Затем было открыто новое поколение редкоземельных магнитов на основе неодима, железа и бора с гораздо более высокой плотностью магнитной энергии, чем у самарий-кобальтовых (SmCo) и с ожидаемо низкой стоимостью. Эти две семьи редкоземельных магнитов имеют такие высокие плотности энергии, что они не только могут заменить электромагниты, но использоваться в областях, недоступных для них. Примерами могут служить крошечный шаговый двигатель на постоянных магнитах в наручных часах и звуковые преобразователи в наушниках типа Walkman.

Постепенное улучшение магнитных свойств материалов представлено на диаграмме ниже.

Неодимовые постоянные магниты

Они представляют новейшее и наиболее значительное достижение в этой области на протяжении последних десятилетий. Впервые об их открытии было объявлено почти одновременно в конце 1983 года специалистами по металлам компаний Sumitomo и General Motors. Они основаны на интерметаллическом соединении NdFeB: сплаве неодима, железа и бора. Из них неодим является редкоземельным элементом, добываемым из минерала моназита.

Огромный интерес, которые вызвали эти постоянные магниты, возникает потому, что в первый раз был получен новый магнитный материал, который не только сильнее, чем у предыдущего поколения, но является более экономичным. Он состоит в основном из железа, которое намного дешевле, чем кобальт, и из неодима, являющегося одним из наиболее распространенных редкоземельных материалов, запасы которого на Земле больше, чем свинца. В главных редкоземельных минералах моназите и бастанезите содержится в пять-десять раз больше неодима, чем самария.

Физический механизм постоянной намагниченности

Чтобы объяснить функционирование постоянного магнита, мы должны заглянуть внутрь его до атомных масштабов. Каждый атом имеет набор спинов своих электронов, которые вместе формируют его магнитный момент. Для наших целей мы можем рассматривать каждый атом как небольшой полосовой магнит. Когда постоянный магнит размагничен (либо путем нагрева его до высокой температуры, либо внешним магнитным полем), каждый атомный момент ориентирован случайным образом (см. рис. ниже) и никакой регулярности не наблюдается.

Когда же он намагничен в сильном магнитном поле, все атомные моменты ориентируются в направлении поля и как бы сцепляются «в замок» друг с другом (см. рис. ниже). Это сцепление позволяет сохранить поле постоянного магнита при удалении внешнего поля, а также сопротивляться размагничиванию при изменении его направления. Мерой силы сцепления атомных моментов является величина коэрцитивной силы магнита. Подробнее об этом позже.

При более глубоком изложении механизма намагничивания оперируют не понятиями атомных моментов, а используют представления о миниатюрных (порядка 0,001 см) областях внутри магнита, изначально обладающих постоянной намагниченностью, но ориентированных при отсутствии внешнего поля случайным образом, так что строгий читатель при желании может отнести вышеизложенный физический механизм не к магниту в целом. а к отдельному его домену.

Индукция и намагниченность

Атомные моменты суммируются и образуют магнитный момент всего постоянного магнита, а его намагниченность M показывает величину этого момента на единицу объема. Магнитная индукция B показывает, что постоянный магнит является результатом внешнего магнитного усилия (напряженности поля) H, прикладываемого при первичном намагничивании, а также внутренней намагниченности M, обусловленной ориентацией атомных (или доменных) моментов. Ее величина в общем случае задаётся формулой:

B = µ₀ (H + M),

где µ₀ является константой.

В постоянном кольцевом и однородном магните напряженность поля H внутри него (при отсутствии внешнего поля) равна нулю, так как по закону полного тока интеграл от нее вдоль любой окружности внутри такого кольцевого сердечника равен:

H∙2πR = iw=0 , откуда H=0.

Следовательно, намагниченность в кольцевом магните:

M= B/µ₀.

В незамкнутом магните, например, в том же кольцевом, но с воздушным зазором шириной l_заз в сердечнике длиной l_сер, при отсутствии внешнего поля и одинаковой индукции B внутри сердечника и в зазоре по закону полного тока получим:

H_сер l _сер + (1/ µ₀)Bl_заз = iw=0.

Поскольку B = µ₀(H_сер + М_сер), то, подставляя ее выражение в предыдущее, получим:

H_сер(l _сер + l_заз) + М_сер l_заз=0,

или

H_сер = ─ М_сер l_заз(l _сер + l_заз).

В воздушном зазоре:

H_заз = B/µ₀,

причем B определяется по заданной М_сер и найденной H_сер.

Кривая намагничивания

Начиная с ненамагниченного состояния, когда Н увеличивается от нуля, вследствие ориентации всех атомных моментов по направлению внешнего поля быстро увеличиваются М и B, изменяясь вдоль участка «а» основной кривой намагничивания (см. рисунок ниже).

Когда выровнены все атомные моменты, М приходит к своему значению насыщения, и дальнейшее увеличение В происходит исключительно из-за приложенного поля (участок b основной кривой на рис. ниже). При уменьшении внешнего поля до нуля индукция В уменьшается не по первоначальному пути, а по участку «c» из-за сцепления атомных моментов, стремящегося сохранить их в том же направлении. Кривая намагничивания начинает описывать так называемую петлю гистерезиса. Когда Н (внешнее поле) приближается к нулю, то индукция приближается к остаточной величине, определяемой только атомными моментами:

В_r = μ₀ (0 + М_г).

После того как направление H изменяется, Н и М действуют в противоположных направлениях, и B уменьшается (участок кривой «d» на рис.). Значение поля, при котором В уменьшается до нуля, называется коэрцитивной силой магнита _BH_C. Когда величина приложенного поля является достаточно большой, чтобы сломать сцепление атомных моментов, они ориентируются в новом направлением поля, а направление M меняется на противоположное. Значение поля, при котором это происходит, называется внутренней коэрцитивной силой постоянного магнита _МН_C. Итак, есть две разных, но связанных коэрцитивных силы, связанных с постоянным магнитом.

На рисунке ниже показаны основные кривые размагничивания различных материалов для постоянных магнитов.

Из него видно, что наибольшей остаточной индукцией B_r и коэрцитивной силой (как полной, так и внутренней, т. е. определяемой без учета напряженности H, только по намагниченности M) обладают именно NdFeB-магниты.

Поверхностные (амперовские) токи

Магнитные поля постоянных магнитов можно рассматривать как поля некоторых связанных с ними токов, протекающих по их поверхностям. Эти токи называют амперовскими. В обычном смысле слова токи внутри постоянных магнитов отсутствуют. Однако, сравнивая магнитные поля постоянных магнитов и поля токов в катушках, французский физик Ампер предположил, что намагниченность вещества можно объяснить протеканием микроскопических токов, образующих микроскопические же замкнутые контуры. И действительно, ведь аналогия между полем соленоида и длинного цилиндрического магнита почти полная: имеется северный и южный полюс постоянного магнита и такие же полюсы у соленоида, а картины силовых линий их полей также очень похожи (см. рисунок ниже).

Есть ли токи внутри магнита?

Представим себе, что весь объем некоторого стержневого постоянного магнита (с произвольной формой поперечного сечения) заполнен микроскопическими амперовскими токами. Поперечный разрез магнита с такими токами показан на рисунке ниже.

Каждый из них обладает магнитным моментом. При одинаковой ориентации их по направлению внешнего поля они образуют результирующий магнитный момент, отличный от нуля. Он и определяет существование магнитного поля при кажущемся отсутствии упорядоченного движения зарядов, при отсутствии тока через любое сечение магнита. Легко также понять, что внутри него токи смежных (соприкасающихся) контуров компенсируются. Нескомпенсированными оказываются только токи на поверхности тела, образующие поверхностный ток постоянного магнита. Плотность его оказывается равной намагниченности M.

Как избавиться от подвижных контактов

Известна проблема создания бесконтактной синхронной машины. Традиционная ее конструкция с электромагнитным возбуждением от полюсов ротора с катушками предполагает подвод тока к ним через подвижные контакты – контактные кольца со щетками. Недостатки такого технического решения общеизвестны: это и трудности в обслуживании, и низкая надежность, и большие потери в подвижных контактах, особенно если речь идет о мощных турбо- и гидрогенераторах, в цепях возбуждения которых расходуется немалая электрическая мощность.

Если сделать такой генератор на постоянных магнитах, то проблема контакта сразу же уходит. Правда, появляется проблема надежного крепления магнитов на вращающемся роторе. Здесь может пригодиться опыт, накопленный в тракторостроении. Там уже давно применяется индукторный генератор на постоянных магнитах, расположенных в пазах ротора, залитых легкоплавким сплавом.

Двигатель на постоянных магнитах

В последние десятилетия широкое распространение получили вентильные двигатели постоянного тока. Такой агрегат представляет собой собственно электродвигатель и электронный коммутатор его обмотки якоря, выполняющий функции коллектора. Электродвигатель представляет собой синхронный двигатель на постоянных магнитах, расположенных на роторе, как и на рис. выше, с неподвижной обмоткой якоря на статоре. Электронный коммутатор схемотехнически представляет собой инвертор постоянного напряжения (или тока) питающей сети.

Основным преимуществом такого двигателя является его бесконтактность. Специфическим его элементом является фото-, индукционный или холловский датчик положения ротора, управляющий работой инвертора.

«Как действует магнит?» – Яндекс.Кью

Как и многие другие физические явления, магнетизм вызван движением электронов. Все предметы состоят из атомов, а атомы, в свою очередь, — из ядра и электронов, которые вращаются вокруг ядра. Электроны заряжены отрицательно, поэтому при вращении каждый электрон создаёт магнитное поле. Когда электрон вращается по часовой стрелке, его магнитное поле направлено вверх, когда против часовой, — вниз.
Если электроны не «общаются» между собой, то каждый электрон самостоятельно решает, в какую сторону ему вращаться. В итоге половина электронов вращается в одну сторону, а вторая половина, — в другую. Тогда количество магнитных полей, направленных верх, равно количеству полей, направленных вниз. В результате магнитного поля нет.
Но если электронам по какой-то причине выгодно «договоритсья», они начинают вращаться в одну сторону, и возникает сильное магнитное поле. Камень, электроны которого смогли «договориться» между собой, называется магнитом. Это название произошло от названия города Магнезия, рядом с которым в древности добывали магниты.
Та сторона камня, из которой магнитное поле «смотрит» наружу, называется северным полюсом магнита. Противоположная — южным. Поэтому сделать магнит с одним полюсом не получится, как не получится сделать какую бы то ни было вещь, у которой есть верх, но нет низа.
Когда рядом находятся два магнита, они стремятся направить свои магнитные поля в одну и ту же сторону и усилить друг друга. Поэтому южный полюс одного магнита поворачивается к северному полюсу другого и притягивается к нему. Если же рядом оказываются два северных или два южных полюса разных магнитов, это значит, что магнитные поля направлены в противоположные стороны. Магнитам это «не нравится», и они отталкиваются друг от друга.
В некоторых веществах (например, в железе) электроны могли бы «договориться», но не могут определиться, вращаться им всем вместе в ту или в другую сторону. Но когда железка оказывается рядом с магнитом, электроны воспринимают его магнитное поле как «знак свыше» и «договариваются» вращаться так, чтобы создать такое же магнитное поле. Таким образом, любая железка рядом с магнитом сама становится магнитом и усиливает магнитное поле. Правда, стоит убрать магнит, как намагнитившаяся было железка почти полностью размагнитится.
Пока рядом с железкой находится магнит, они ведут себя как два магнита. Поскольку железка была намагничена этим магнитом, их магнитные поля параллельны, а значит, железо и магнит будут притягиваться. Кстати, многие вещества не притягиваются к магнитам, а отталкиваются от них и даже могут левитировать над магнитами.

Магниты, их служба человеку.

Магниты, их служба человеку.

Предметная область: физика, электротехника

Работу выполнила:

Колбунова Марина Викторовна, преподаватель

Спб ГБПОУ «Академия управления городской средой, градостроительства и печати»

Санкт-Петербург2018 год

Содержание

Стр.

Введение………………………………………………………..3

Основная часть. Магниты, их служба человечеству

История открытия…………………………………………..4

Виды магнитов………………………………………………6

Использование магнитов в науке и технике……………….7

Использование магнитов в быту………………………….10

Применение магнитов в медицине………………………..12

Заключение…………………………………………………….17

Введение

Магнит – одно из древнейших открытий, сделанных людьми. Магниты всегда привлекали внимание: изучали природу их действия и воздействие на окружающие предметы. И хотя многое уже понятно, некоторая таинственность воздействия магнитных сил побуждает ученых к дальнейшим исследованиям и открывает все новые перспективы применения магнитов. Мы поставили перед собой задачу изучения видов магнитов, природы возникновения магнитного поля, воздействие его на человека и окружающую природу, использование магнитов в промышленности и быту.

II. Основная часть.Магниты на службе человечеству.

История открытия магнитов.

Магнит испокон веков вызывал у людей интерес и удивление. Его способность притягивать и отталкивать заставляла древнейшие цивилизации рассматривать его как особое творение природы. 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 (магнитного железняка)

Существуют другие легенды происхождения названия «магнит». Так рассказывают 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». Таким образом, за много веков до нашей эры было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа. Об этом упоминал в VI веке до нашей эры греческий ученый и философ Фалес. Первое научное изучение свойств магнита было предпринято в XIII 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 XII—XIII векам нашей эры магнитные компасы уже использовались в навигации в Европе, в Китае и других странах мира.

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 году датский физик Ганс Христиан Эрстед на лекции демонстрировал опыт, включив электрический ток вблизи магнитной стрелки. Он был буквально озадачен, увидев, что магнитная стрелка после включения тока начала совершать колебания. Эрстед 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 исследований 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.

Ампер скрутил проводник в виде спирали. 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. Простейшим и самым маленьким магнитом можно считать электрон. Его движение создает магнитное поле. Сегодня существует квантовая теории электромагнитного поля.

Виды магнитов

Постоянный магнит — изделие, изготовленное из ферромагнетика, способного сохранять остаточную намагниченность после выключения внешнего магнитного поля. В качестве материалов для постоянных магнитов обычно используют железо, никель, кобальт, некоторые сплавы редкоземельных металлов (как, например, в неодимовых магнитах), а также некоторые естественные минералы, такие как магнетиты. Постоянные магниты применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля. Свойства магнита определяются характеристиками петли магнитного гистерезиса материала магнита: остаточной индукцией Br и коэрцитивной силой Hc. Чем выше Br и Hc, тем выше намагниченность и стабильность магнита. Характерные поля постоянных магнитов — до 1 Тл.В настоящее время широко используют магниты из редкоземельного металла — неодима. Везде, где мы имеем дело с температурами не выше 80°C, конечно, эффективней применять именно такие неодимовые магниты. Они имеют высокую мощность, но благодаря их компактному размеру не занимают много места и не создают трудностей при транспортировке.

Их используют практически повсеместно: в промышленности (приборостроение, электроника, машиностроение, магнитные системы различных назначений, обогащение полезных ископаемых и т. д.), в торговле, медицине и, конечно, в быту.

Электромагнит — устройство, магнитное поле которого создаётся при протекании электрического тока. Как правило, это катушка-соленоид со вставленным внутрь ферромагнитным (обычно стальным) сердечником с большой магнитной проницаемостью . Характерные поля электромагнитов 1,5—2 Тл. Первый электромагнит изготовил в 1825 году английский инженер Уильям Стёрджен. Этот электромагнит представлял 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.

Использование магнитов в науке и технике

Трудно назвать такую область науки и техники, где не использовались бы магниты.

Электромагниты обязательно входят в состав электродвигателей и генераторов. Двигатели преобразовывают электрическую энергию в механическую энергию. Генераторы, наоборот, преобразуют механическую энергию в электрическую энергию путём перемещения проводника через магнитное поле.

Электрический транспорт (метро, электричка, трамвай, троллейбус) работает на электродвигателях, использующих магнитное поле.

Трансформаторы: устройства для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Имеют две катушки, которые электрически изолированы, но связаны магнитно. Используют во всех видах электронной техники, поскольку электроника работает на низком напряжении, а включается в сеть с напряжением в 220В.

Маглев (magnetic levitation — «магнитная левитация»): 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.

Ускорители частиц — установки, где получают заряженные частицы высоких энергий. В основе работы ускорителя заложено взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Существует Большой адронный коллайдер в Швейцарии. Он представляет собой кольцо длиной почти 27 километров.

Подъемный электромагнит способен перемещать громоздкие и тяжелые стальные детали. Магниты могут поднимать и небольшие, легкие предметы из ферромагнетиков (железные гвозди, скобы, кнопки, скрепки), которые являются слишком мелкими, либо их трудно достать, либо они слишком тонкие, чтобы держать их пальцами. Некоторые отвёртки специально намагничиваются для этой цели.

в компьютерных жёстких дисках запись данных происходит на тонком магнитном покрытии. Эти носители информации не являются магнитами в строгом смысле, так как они не притягивают предметы.

СВЧ – техника работает на магнетронах.

Магниты применяются в составе отклоняющей системы электронно-лучевых трубок для управления электронным пучком.

Магниты используются при неразрушающем контроле магнитопорошковым методом (МПК).

Мощные постоянные магниты (NdFeB) часто используются в медицинских приборах. Их также используют для намагничивания предметов.

Магниты нужны для изготовления сепараторов железных частиц.

Магниты – главная часть приборов магнитной ионизации.

В области автоматики и безопасности магниты применяются для изготовления реле и сенсоров.

Неодимовые магниты применяют при изготовлении турбинных генераторов. Как правило, качество генератора напрямую зависит от мощности магнита.

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.

Громкоговорители и микрофоны 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.

Магниты применяются в СВЧ вентилях и циркуляторах для направленной передачи энергии электромагнитных колебаний.

Магниты и электромагниты являются составной частью электроизмерительных приборов. При изменении тока меняется сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, меняется угол поворота проводника и угол отклонения стрелки прибора.

Магниты совместно с полупроводниковым датчиком Холла используют для определения углового положения или угловой скорости вала.

Магниты используются в искровых разрядниках для ускорения гашения дуги.

Существует магнитная дефектоскопия, метод поиска дефектов, основанный на исследовании искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из магнитных материалов.

Представители различных наук учитывают магнитные поля в своих исследованиях. Физики измеряют магнитные поля атомов и элементарных частиц, астрономы изучают роль космических магнитных полей в процессе формирования новых звёзд, геологи по аномалиям магнитного поля Земли отыскивают залежи магнитных руд.

Использование магнитов в быту

Трудно перечислить все области использования магнитов в бытовой технике и окружающей нас жилой среде.

Магниты используются в компьютерных жестких дисках, в телефонии, в теле- и видеоаппаратуре.

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 со счетами.

Магниты используются для передачи вращающего момента «сквозь» стенку, которой может являться, например, герметичный контейнер электродвигателя. Таким образом, в бытовых счётчиках расхода воды передаётся вращение от лопаток датчика на счётный узел.

В устройстве домофона используется магнит.

Магнитный пускатель, подающий питание на обмотку любого двигателя, в том числе и двигателя лифта.

Электромагнитный тормоз, препятствующий движению кабины лифта при обесточивании двигателя

Компасы: компас (или морской компас) является намагниченным указателем, который может свободно вращаться и ориентируется на направление магнитного поля Земли.

Магниты используются в фиксаторах мебельных дверей.

Неодимовые магниты небольших размеров способны стать чудесной игрушкой как для детей, так и для взрослых. Им можно найти много разных применений.

Неодимовыми магнитами можно закреплять различные предметы. Например, можно сделать из магнитов пояс для инструментов.

Декоративное искусство: виниловые магнитные листы могут быть присоединены к живописи, фотографии и другим декоративным изделиям, что позволяет им удерживаться на холодильниках и других металлических поверхностях.

Магниты могут использоваться для производства ювелирных изделий. Ожерелья и браслеты имеют магнитную застёжку, или могут быть изготовлены полностью из нескольких, связанных между собой магнитов.

Магниты встречаются в сумках в виде вставленной внутрь закрывающей сумку кнопки намагниченной железной пластины; магниты вшивают внутрь верхней одежды для закрывания клапана одежды элегантной, невидимой глазу застёжкой.

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 совместно с герконом применяют в специальных датчиках положения. Например, в датчиках дверей холодильников и охранных сигнализаций.

Применение магнитов в медицине

Древние цивилизации знали о лечебных свойствах магнита. Известно, что магнитотерапия упоминается в китайской «Книге Желтого Императора о сокровенной медицине», которая, как считается, была написана около 2000 лет до н.э.

Нужно учитывать то, что мы живем в магнитном поле, поскольку сама Земля представляет собой гигантский магнит. Различные авторитетные специалисты считают, что магнитное поле Земли оказывает благотворное воздействие на здоровье всех животных, растений и людей.

Однако со времен древнейших цивилизаций магнитное поле Земли изменилось. Линии электропередач, промышленное электрооборудование, бытовые электроприборы (телевизоры, радиоприемники, микроволновые печи и т. д.) ощутимо влияют на магнитное поле Земли, снижая его интенсивность.

В настоящее время использование магнитов для диагностики и лечения – магнитотерапия-повсеместно привлекает к себе внимание общественности. В Японии использование магнитов для контроля и лечения различных заболеваний стало предметом глубоких научных исследований. Сейчас эта страна занимает ведущее положение в мире в этой области. Более десяти миллионов японцев используют магнитные кровати, чтобы снять стресс и напитать организм энергией. Согласно японским специалистам, магниты особенно незаменимы при переутомлении, ишиасе, астме, мигрени и т. д.

Из Японии этот вид лечения пришел на Запад, где нашел много горячих приверженцев, в том числе среди психологов, врачей, физиотерапевтов, спортсменов и т. п. Магнитотерапия получила поддержку ведущих авторитетов в области медицины: например, д-ра Уильяма Филпота, ведущего невролога из Оклахомы, США. Он, после нескольких лет исследований, заявил, что воздействие на наше тело магнитным полем стимулирует гормон сна, мелатонин, и обеспечивает более спокойный сон. Управление продовольствия и лекарств США дало свою санкцию на использование и продажу в США различных магнитных приборов.

Эксперименты, проведенные Университетом Ломалинды (США) и несколькими другими университетами, установили, что возникновение многих хронических заболеваний связано с недостаточным кровообращением и нарушением работы нервной системы. Если клетки не получают необходимых питательных веществ, это в конце концов приводит к какому-нибудь хроническому заболеванию. Магниты помогают восстановить работу нервной системы и улучшить кровоснабжение. Сейчас в различных частях света продолжаются исследования магнитов, и с 1960 г. опубликовано более 4 тыс. медицинских и научных работ об использовании магнита в лечебных целях.

Обычно магнит используют для снятия боли и воспалений. Как представляется, в присутствии магнитного поля ткани работают более энергично. Если приложить магнит, то кровообращение соответствующей части тела и вокруг нее увеличивается. Воздействие магнитного поля позволяет тканям впитывать больше кислорода. Таким образом, благодаря магнитным полям ткани активизируются, в результате чего отходы удаляются быстрее, а ткани впитывают питательные вещества более эффективно. Поэтому работа клеток улучшается.

Каждая молекула воды в теле человека поляризована. Это означает, что одна ее часть электрически более положительна, а другая – более отрицательна. Поляризация тесно связана и взаимодействует с магнитными полями. Кажется очевидным, что магнит, очень напоминая этим воду, помогает при любых заболеваниях. В настоящее время магниты широко используются по всему миру для лечения расстройств сна, облегчения боли, снятия воспалений.

Д-р Филпот, получивший докторскую степень по медицине в Университете Ламалинды, возглавляет Биоэлектромагнитный институт в городе Оклахома (США). Он утверждает, что человеческое тело само по себе является электромагнитной машиной.

Каждая клетка тела имеет положительное и отрицательное поле. Магнитное поле Земли играет важнейшую роль во всех видах деятельности на нашей планете, оно поддерживает жизнь живых существ и дает им силы.

Ночью воздействие магнитной энергии Земли выражается в укрепляющем сне, биологическом лечении и перезарядке энергией. Когда встает солнце, на нас воздействует магнитная энергия (энергия Северного полюса), помогая нам поддерживать дневную активность. Итак, в течение дня мы подвергаемся влиянию Северного полюса, а в течение ночи испытываем воздействие Южного магнитного полюса. На протяжении 24 часов тело человека подвергается действию магнитных сил. Шишковидная железа в организме человека отвечает за работу гормонов и ферментов. Ее можно назвать магнитным органом, так как она содержит кристаллы магнетита. Она повышенно чувствительна к магнитной энергии. Ночью именно эта железа вырабатывает гормон сна — мелатонин. Когда мы стареем, у нас вырабатывается меньше этих гормонов, но для крепкого сна и здоровья организму необходимо такое же количество мелатонина, что и в молодости. Поэтому, чтобы увеличить образование этого гормона, необходимо использовать магниты. Поскольку гормоны вырабатываются самим организмом, они абсолютно безвредны. Когда организм производит их в меньшем количестве, начинается процесс старения. Одно из преимуществ магнитотерапии заключается в том, что она дешева и не имеет никаких побочных эффектов. Магнитотерапия, помимо того, что является легкой, действенной и недорогой, дает еще и полную гарантию безопасности. Приведем отзывы о магнитотерапии некоторых врачей.

Ричард Левитон, «Исцеление энергией природы», East – West Journal, июнь 1986 г.:

«Сейчас мы стоим на пороге новой эры в науке о магнитах и их применении. Магнит – это инструмент, данный нам самой матерью-природой».

Д-р Ральф У. Сьерра, «Исцеляющая сила магнита»:

«Благодаря поразительным результатам, достигнутым с помощью магнитотерапии, она достойна занять важное место в терапевтической сфере».

Д-р медицинских наук Невиль С. Бенгали, автор книги «Магнитотерапия: теория и практика»:

«Это революция в лечении повреждений мышц, боли в суставах и проблем с осанкой. Мы лечили с помощью магнитов 4 тыс. пациентов, и в 80 % случаев получили положительный результат».

Очень распространенным в последнее время становится использование неодимовых магнитов в магнитотерапии как способе лечения симптомов и устранения боли при таких болезнях, как артрит. За их целебные свойства их иногда называют «лечебными магнитами». Существуют электромагнитные измерители скорости движения крови, миниатюрные капсулы, которые с помощью внешних магнитных полей можно перемещать по кровеносным сосудам, чтобы расширять их, брать пробы на определённых участках пути или, наоборот, локально выводить из капсул различные медикаменты.Исследование работы сердца осуществляют с помощью электрических датчиков, путем снятия электрокардиограммы. Электрические импульсы, вырабатываемые сердцем, создают при этом магнитное поле сердца. Она позволяет получить сведения об электрически “немых”, неработающих областях сердца. Неодимовые магниты используют в приборах МРТ (магнитно-резонансной томографии).

В NASA магниты используются для поддержания мышечного тонуса у космонавтов во время космических полетов.

Магнетизм Земли воздействует не только на человека и весь животный мир, но и на мир растительный. Так он активизирует необходимые ферментные системы во фруктах и овощах, что делает возможным их нормальное созревание.

Заключение

Таким образом, мы изучили историю появления магнитов, их разновидности. Выяснили мнение ученых о природе магнетизма. Сделали обзор тех отраслей науки и техники, где используются магниты и электромагниты. Осветили обширную область использования магнитов в быту. Рассмотрели вопросы воздействия магнитного поля на организм человека и возможность использования поля для диагностики и лечения различных заболеваний.

назначение, свойства, принципы взаимодействия магнитов

Одно из самых удивительных явлений природы – это проявление магнетизма у некоторых материалов. Постоянные магниты известны с древних времён. До свершения великих открытий в сфере электричества постоянные магниты активно использовались лекарями разных народов в медицине. Доставались они людям из недр земли в виде кусков магнитного железняка. Со временем люди научились создавать искусственные магниты, помещая изделия из сплавов железа рядом с природными источниками магнитного поля.

Постоянные магниты

Природа магнетизма

Демонстрация свойств магнита в притягивании к себе металлических предметов у людей вызывает вопрос: что такое представляют собой постоянные магниты? Какова же природа такого явления, как возникновение тяги металлических предметов в сторону магнетита?

Первое объяснение природы магнетизма дал в своей гипотезе великий учёный – Ампер. В любой материи протекают электрические токи той или иной степени силы. Иначе их называют токами Ампера. Электроны, вращаясь вокруг собственной оси, вдобавок обращаются вокруг ядра атома. Благодаря этому, возникают элементарные магнитные поля, которые взаимодействуя между собой, формируют общее поле вещества.

В потенциальных магнетитах при отсутствии внешнего воздействия поля элементов атомной решётки ориентированы хаотически. Внешнее магнетическое поле «выстраивает» микрополя структуры материала в строго определённом направлении. Потенциалы противоположных концов магнетита взаимно отталкиваются. Если приближать одинаковые полюсы двух полосовых ПМ, то руки человека ощутят сопротивление движению. Разные полюсы будут стремиться друг к другу.

При помещении стали или железного сплава во внешнее магнитное поле происходит строгое ориентирование внутренних полей металла в одном направлении. В результате этого материал приобретает свойства постоянного магнита (ПМ).

Как увидеть магнитное поле

Чтобы визуально ощутить структуру магнитного поля, достаточно провести несложный эксперимент. Для этого берут два магнита и мелкую металлическую стружку.

Важно! В обиходе постоянные магниты встречаются двух форм: в виде прямой полосы и подковы.

Накрыв полосовой ПМ листом бумаги, на него насыпают железные опилки. Частички мгновенно выстраиваются вдоль силовых линий магнитного поля, что даёт наглядное представление о данном явлении.

Демонстрация структуры магнитного поля

Виды магнитов

Постоянные магниты разделяют на 2 вида:

• естественные;
• искусственные.

Естественные

В природе естественный постоянный магнит – это ископаемое в виде обломка железняка. Магнитная порода (магнетит) в каждом народе имеет своё название. Но в каждом наименовании присутствует такое понятие, как «любящий», «притягивающий металл». Название Магнитогорск означает расположение города рядом с горными залежами естественного магнетита. В течение многих десятков лет здесь велась активная добыча магнитной руды. На сегодня от Магнитной горы ничего не осталось. Это была разработка и добыча естественного магнетита.

Пока человечеством не был достигнут должный уровень научно-технического прогресса, естественные постоянные магниты служили для разных забав и фокусов.

Искусственные

Искусственные ПМ получают путём наведения внешнего магнитного поля на различные металлы и их сплавы. Было замечено, что одни материалы сохраняют приобретённое поле в течение длительного времени – их называют твёрдыми магнитами. Быстро теряющие свойства постоянных магнитов материалы носят называние мягких магнитов.

В условиях заводского производства применяют сложные металлические сплавы. В структуру сплава «магнико» входят железо, никель и кобальт. В состав сплава «альнико» вместо железа включают алюминий.

Изделия из этих сплавов взаимодействуют с мощными электромагнитными полями. В результате получают достаточно мощные ПМ.

Виды и формы ПМ

Применение постоянных магнитов

Немаловажное значение имеют ПМ в различных областях деятельности человека. В зависимости от сферы применения, ПМ обладают различными характеристиками. В последнее время активно применяемый основной магнитный сплав NdFeB состоит из следующих химических элементов:

• «Nd» – ниодия,
• «Fe» – железа,
• «B» – бора.

Сферы, где применяют постоянные магниты:

1. Экология;
2. Гальваника;
3. Медицина;
4. Транспорт;
5. Компьютерные технологии;
6. Бытовые приспособления;
7. Электротехника.

Экология

Разработаны и действуют различные системы очистки отходов промышленного производства. Магнитные системы очищают жидкости во время производства аммиака, метанола и других веществ. Магнитные улавливатели «выбирают» из потока все железосодержащие частицы.

Кольцевидные ПМ устанавливают внутри газоходов, которые избавляют газообразные выхлопы от ферромагнитных включений.

Сепараторные магнитные ловушки активно отбирают металлосодержащий мусор на конвейерных линиях переработки техногенных отходов.

Гальваника

Гальваническое производство основано на движении заряженных ионов металла к противоположным полюсам электродов постоянного тока. ПМ играют роль держателей изделий в гальваническом бассейне. В промышленных установках с гальваническими процессами устанавливают магниты только из сплава NdFeB.

Медицина

В последнее время производителями медицинского оборудования широко рекламируются приборы и устройства на основе постоянных магнитов. Постоянное интенсивное поле обеспечивается характеристикой сплава NdFeB.

Свойство постоянных магнитов используют для нормализации кровеносной системы, погашения воспалительных процессов, восстановления хрящевых тканей и прочее.

Транспорт

Транспортные системы на производстве оснащены установками с ПМ. При конвейерном перемещении сырья магниты удаляют из массива ненужные металлические включения. С помощью магнитов направляют различные изделия в разные плоскости.

Обратите внимание! Постоянные магниты используют для сепарации таких материалов, где присутствие людей может пагубно сказаться на их здоровье.

Автомобильный транспорт оснащают массой приборов, узлов и устройств, где основную роль играют ПМ. Это электронное зажигание, автоматические стеклоподъёмники, управление холостым ходом, бензиновые, дизельные насосы, приборы передней панели и многое другое.

Компьютерные технологии

Все подвижные приборы и устройства в компьютерной технике оснащены магнитными элементами. Перечень включает в себя принтеры, движки драйверов, моторчики дисководов и другие устройства.

Бытовые приспособления

В основном это держатели небольших предметов быта. Полки с магнитными держателями, крепления штор и занавесок, держатели набора кухонных ножей и ещё масса приборов домашнего обихода.

Электротехника

Электротехника, построенная на ПМ, касается таких сфер, как радиотехнические устройства, генераторы и электродвигатели.

Радиотехника

ПМ используют с целью повышения компактности радиотехнических приборов, обеспечения автономности устройств.

Генераторы

Генераторы на ПМ решают проблему подвижных контактов – колец со щётками. В традиционных устройствах промышленного назначения остро стоят вопросы, связанные со сложным обслуживанием оборудования, быстрым износом деталей, значительной потерей энергии в цепях возбуждения.

Единственным препятствием на пути создания таких генераторов является проблема крепления ПМ на вращающемся роторе. В последнее время магниты располагают в продольных пазах ротора, заливая их легкоплавким материалом.

Ротор и статор генератора

Электродвигатели

В бытовой технике и в некотором промышленном оборудовании получили распространение синхронные электрические двигатели на постоянных магнитах – это вентильные моторы постоянного тока.

Как и в вышеописанных генераторах, ПМ устанавливают на роторах, вращающихся внутри статоров с неподвижной обмоткой. Главное преимущество электродвигателя заключается в отсутствии недолговечных токопроводящих контактов на коллекторе ротора.

Электродвигатель с постоянными магнитами

Двигатели такого типа – это маломощные устройства. Однако это нисколько не преуменьшает их полезность применения в области электротехники.

Дополнительная информация. Отличительная особенность устройства – это наличие датчика Холла, регулирующего обороты ротора.

Автор надеется, что по прочтении данной статьи у читателя сложится понятное представление о том, что такое постоянный магнит. Активное внедрение постоянных магнитов в сферу деятельности человека стимулирует изобретения и создание новых ферромагнитных сплавов, имеющих повышенные магнетические характеристики.

Видео

Как устроен магнит? — блог Мира Магнитов

Сложно найти такую сферу, в которой бы не нашлось применения магнитам. Развивающие игрушки, полезные аксессуары и сложное промышленное оборудование – это лишь малая доля от поистине огромного количества вариантов их использования. При этом мало кто знает, как устроены магниты и в чем секрет их силы притяжения. Чтобы ответить на эти вопросы, нужно погрузиться в основы физики, но не переживайте – погружение будет недолгим и неглубоким. Зато после знакомства с теорией вы узнаете, из чего состоит магнит, и природа его магнитной силы станет для вас намного понятнее.

Электрон – самый маленький и самый простой магнит

Любое вещество состоит из атомов, а атомы в свою очередь состоят из ядра, вокруг которого вращаются положительно и отрицательно заряженные частицы – протоны и электроны. Предмет нашего интереса представляют собой именно электроны. Их движение и создает электрический ток в проводниках. Кроме того, каждый электрон является миниатюрным источником магнитного поля и, по сути, простейшим магнитом. Вот только в составе большинства материалов направление движения этих частиц является хаотичным. Как результат – их заряды уравновешивают друг друга. А когда направление вращения большого количества электронов на своих орбитах совпадает, то возникает постоянная магнитная сила.

Устройство магнита

Итак, с электронами разобрались. И теперь мы вплотную приближаемся к ответу на вопрос, как устроены магниты. Чтобы материал мог притягивать железный кусок породы, направление электронов в его структуре должно совпадать. В этом случае атомы формируют собой упорядоченные области, которые называются домены. У каждого домена есть пара полюсов: северный и южный. Через них проходит постоянная линия движения магнитных сил. Они входят в южный полюс и выходят из северного. Такое устройство означает, что северный полюс всегда будет притягивать южный полюс другого магнита, тогда как одноименные полюса будут отталкиваться.

Как магнит притягивает металлы

Магнитная сила действует не на все вещества. Только некоторые материалы можно притягивать: железо, никель, кобальт и редкоземельные металлы. Железный кусок породы не является природным магнитом, но при воздействии магнитного поля его структура перестраивается в домены с северными и южными полюсами. Таким образом, сталь может намагничиваться и сохранять свою измененную структуру на протяжении длительного времени.  

Как делают магниты 

Мы уже разобрались, из чего состоит магнит. Он представляет собой материал, в котором направленность доменов совпадает. Для придания породе таких свойств может использоваться сильное магнитное поле или электрический ток. В настоящий момент люди научились изготавливать очень мощные магниты, сила притяжения которых в десятки раз превышает собственный вес и сохраняется на протяжении сотен лет. Речь идет о редкоземельных супермагнитах на основе неодимового сплава. Такие изделия весом в 2-3 кг могут удерживать объекты весом в 300 кг и более. Из чего состоит неодимовый магнит и чем же обусловлены такие удивительные свойства? Простая сталь не подойдет для того, чтобы успешно изготавливать изделия с мощнейшей силой притяжения. Для этого нужен особый состав, который позволит максимально эффективно упорядочить домены и сохранить стойкость новой структуры. Чтобы понять, из чего состоит неодимовый магнит, представьте себе металлический порошок неодима, железа и бора, который с помощью промышленных установок будет намагничиваться сильным полем и спекаться в жесткую структуру. Чтобы защитить этот материал, его покрывают прочной оцинкованной оболочкой. Такая технология производства позволяет получить изделия различных размеров и форм. В ассортименте интернет-магазина «Мир магнитов» вы найдете огромное разнообразие магнитных товаров для работы, развлечений и быта.