Постоянные магниты, характеристики и параметры

История открытия[править | править код]

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

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 попытался продемонстрировать своим студентам отсутствие связи между электричеством и магнетизмом, включив электрический ток вблизи магнитной стрелки. По словам одного из его слушателей, он был буквально «ошарашен», увидев, что магнитная стрелка после включения тока начала совершать колебания. Большой заслугой Эрстеда является то, что он оценил значения своего наблюдения и повторил опыт. Соединив длинным проводом полюса гальванической батареи, Эрстед протянул провод горизонтально и параллельно свободно подвешенной магнитной стрелке. Как только был включён ток, стрелка немедленно отклонилась, стремясь встать перпендикулярно к направлению провода. При изменении направления тока стрелка отклонилась в другую сторону. Вскоре Эрстед доказал, что магнит действует с некоторой силой на провод, по которому идёт ток.

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

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

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

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

Свойства постоянных магнитов

Основными свойствами постоянных магнитов и создаваемого ими поля являются:

  • существование двух полюсов;
  • противоположные полюса притягиваются, а одноименные отталкиваются (как положительные и отрицательные заряды);
  • магнитная сила незаметно распространяется в пространстве и проходит через объекты (бумага, дерево);
  • наблюдается усиление интенсивности МП вблизи полюсов.

Взаимодействие магнитных полюсов

Постоянные магниты поддерживают МП без внешней помощи. Материалы в зависимости от магнитных свойств делятся на основные виды:

  • ферромагнетики – легко намагничивающиеся;
  • парамагнетики – намагничиваются с большим трудом;
  • диамагнетики – склонны отражать внешнее МП путем намагничивания в противоположном направлении.

Важно! Магнито-мягкие материалы, такие как сталь, проводят магнетизм при прикреплении к магниту, но это прекращается при его удалении. Постоянные магниты изготавливаются из магнито-твердых материалов

Какие металлы не магнитятся: список

Ферромагнетиков, то есть металлов, которые хорошо магнитятся, в природе существует всего 9. Это железо, кобальт, никель, их сплавы и соединения, а также шесть металлов- лантаноидов: гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий и тулий.

Металлы, притягивающиеся только к очень сильным магнитам (парамагнетики): алюминий, медь, платина, уран.

Поскольку в быту не встречаются настолько большие магниты, которые бы притянули парамагнетик, а также не встречаются металлы-лантаноиды, можно смело утверждать, что все металлы, кроме железа, кобальта, никеля и их сплавов не будут притягиваться к магнитам.

Итак, какие металлы не магнитятся к магниту:

  • парамагнетики: алюминий, платина, хром, магний, вольфрам;
  • диамагнетики: медь, золото, серебро, цинк, ртуть, кадмий, цирконий.

В целом можно сказать, что черные металлы притягиваются к магниту, цветные – не притягиваются.

Если говорить о сплавах, то сплавы железа магнитятся. К ним относят в первую очередь сталь и чугун. К магниту могут притянуться и драгоценные монеты, поскольку они изготовлены не из чистого цветного металла, а из сплава, который может содержать небольшое количество ферромагнетика. А вот украшения из чистого цветного металла к магниту не притянутся.

Какие металлы не ржавеют и не магнитятся? Это обычная пищевая нержавейка, золотые и серебряные изделия.

Мир науки

Тела, которые постоянно притягивают к себе железо, никель, кобальт и т.д., называются постоянными магнитами. Железная руда, которая называется магнитным железняком, обладает свойствами притягивать к себе

железные предметы. Кусок такой руды является естественным постоянным магнитом. Железо, никель, кобальт, сталь, хром и некоторые сплавы в присутствии этой руды приобретут магнитные свойства. Постоянный магнит можно получить путем введения стального стержня внутрь катушки, по которой протекает ток. Но все перечислении тела, за исключением стали и специальных сплавов, теряют магнитные свойства при удалении тела, их намагнитило. А в стали за счет перемагничивания доменов в направлении внешнего магнитного поля оси вращения электронов становятся параллельны друг другу. Взаимодействие между доменами может храниться долго и после удаления стального сердечника из катушки. Такое сердечника будет постоянным магнитом и образует вокруг себя сильное магнитное поле. Поэтому сталь, особая вольфрамовая, хромовая и кобальтовая, является материалом для изготовления искусственных магнитов. Магнитные свойства магнита могут быть определены по весу всех железных предметов, которые он удерживает после притяжения. Магнит обладает наибольшей силой притяжения на концах, которые называются полюсами магнита. По мере приближения к середине средней части магнита эта сила уменьшается и среди равна нулю, так называемая нейтральная линия.

Если подвесить магнит на нитке, то он устанавливается так, что один конец его будет обращен на север (этот конец называют северным магнитным полюсом), а другой — на юг (этот конец называют южным магнитным полюсом). Для удобства используют стрелку свободно вращается вокруг вертикальной оси (например, в компасе). Опытно установлено, что одноименные полюса магнитов взаимно отталкиваются, а разноименные — взаимно притягиваются. Стрелка компаса повсеместно принимает определенное направление (примерно вдоль географического меридиана), поэтому, Земля является сверхбольшим магнитом. Ее южный магнитный полюс находится вблизи северного географического полюса, а северный магнитный полюс — у южного географического полюса. Поэтому, стрелка компаса все время устанавливается своим северным полюсом на географический север и наоборот.

Постоянные магниты используются для создания магнитного поля в устройствах автоматики, телемеханики, связи, измерительной техники и т.д.. Изготавливают их из магнито — твердых ферромагнитных материалов, обладающих высокой остаточной индукцией и большой коэрцитивной силой. Его свойства характеризуются участком петли гистерезиса при та, которую называют кривой размагничивания гистерезиса цикла. Качество материала для изготовления магнитов определяется произведением остаточной индукции (ВЗ) и коэрцитивной силы (НК). Чем больше это произведение, тем лучше материал для изготовления магнитов. Получают кривую размагничивания при размагничивания предварительно намагниченного до состояния насыщения замкнутого магнитопровода из ферромагнитного материала, но обычно у постоянного магнита не заперт. Оно состоит из магнита, присоединенной к его концам арматуры с магнито — мягкой стали, и воздушных зазоров вызывают уменьшение остаточной индукции при сравнении с той, которую получили бы при замкнутом магнитном кругу. Введение воздушного зазора в магнитное круг эквивалентно размагничены действия некоторого воображаемого тока, направленного обратно тока в обмотке при намагничивании без зазора. То есть, воздушный зазор вызывает размагничены действие.

Характеристики

Постоянные магниты почти всегда содержат атомы хотя бы одного из следующих химических элементов : железа , кобальта или никеля или семейства лантанидов ( редкоземельных элементов ). Эти элементы обладают магнитными свойствами, но их нельзя использовать отдельно в качестве постоянных магнитов. Поэтому используются сплавы, имеющие твердые ферромагнитные свойства (широкий цикл гистерезиса). Синтетические магниты производятся путем спекания сплава порошков редкоземельных элементов, который затем образует поляризованную керамику под сильным полем электромагнита . Природные магниты представляют собой смешанные оксиды железа II и железа III из семейства ферритов (смешанные оксиды двухвалентного металла и железа III). Есть также молекулярные магниты , такие как координационная химия магниты, металлоорганические магниты и чисто органические магниты ( С Н Н O ). Все они имеют очень низкие температуры Кюри, за исключением V ( TCNE ) 2 ( дитетрацианоэтиленид ванадия).

  • Остаточная индукция B r = µ M sat — это магнитная индукция, остающаяся в материале при нулевом магнитном возбуждении .
  • Поле коэрцитивного размагничивания ( H cB , в А / м) — это магнитное возбуждение, которое необходимо произвести для размагничивания этого материала, но это размагничивание может быть обратимым.
  • Коэрцитивное поле необратимого размагничивания ( H cM или H cJ , в А / м) — это магнитное возбуждение, которое необходимо произвести для необратимого размагничивания материала. Последний может быть больше или равен предыдущему.
  • Температура Кюри  : температура, при которой материал теряет намагниченность, но, тем не менее, обратимо (после охлаждения материал восстанавливает свои ферромагнитные свойства и снова может намагничиваться).

Твердые материалы интересны для изготовления постоянных магнитов, потому что они имеют большие гистерезисные циклы. Основными величинами, которые необходимо учитывать, являются B r  : остаточная индукция, пропорциональная намагниченности материала, и H cM , которая является мерой способности материала сохранять эту намагниченность.

Материалы Br в тесле Hc в кА / м Кюри T ° в ° C Разные замечания
Стали От 0,001 до 0,02 С 6 до 19 750 Старые магниты
Ферриты От 0,2 до 0,4 200 300 Самый дешевый
Алнико 1.2 50 От 750 до 850 Легко размагнитить
Самарий-кобальт 1.1 800 От 700 до 800 Высокая цена из-за кобальта
Неодим-железо-бор 1.3 1500 310 Возрастающая цена (редкоземельные элементы), подвержены окислению

История развития магнитных материалов

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 — «живой силы». В более поздние времена о благотворном влиянии магнитов высказывались великие врачи и философы: Аристотель, Авиценна, Гиппократ. В средние века придворный врач Гилберт, опубликовавший сочинение «О магните», лечил от артрита королеву Елизавету I при помощи постоянного магнита. Русский врач Боткин прибегал к методам магнитотерапии.

Первым искусственным магнитным материалом стала углеродистая сталь, закалённая на структуру мартенсита и содержащая около 1,2—1,5 % углерода. Магнитные свойства такой стали чувствительны к механическим и температурным воздействиям. В ходе эксплуатации постоянных магнитов на её основе наблюдалось явление «старения» магнитных свойств стали. Легирование такой стали вольфрамом и хромом до 3 %, а позднее кобальтом до 6 % совместно с хромом до 6 % позволило доктору Хонда из Тохокского университета создать новый тип стали — КS — с высокой намагниченностью и значительной коэрцитивной силой. Для получения высоких магнитных свойств сталь подвергалась определённой термической обработке. Высокая остаточная индукция у магнитов из сталей KS достигалась уменьшением размагничивающего фактора. Для этого часто магниты выпускались удлинённой, подковообразной формы.

Исследования магнитных свойств сплавов показали, что они в первую очередь зависят от микроструктуры материала. В 1930 году был достигнут качественный скачок в получении новой микроструктуры твердеющих сплавов, и в 1932 году за счёт легирования стали KS никелем, алюминием и медью доктор Т. Мискима получил сталь МК.

Это значительный шаг в разработке ряда сплавов, получивших позднее общее название Альнико (по российским стандартам ЮНДК).

Существенный прорыв в этой области произвели в 1930-х годах японские ученые, доктор Ёгоро Като и доктор Такэси Такэи из Токийского технологического института. Замещение в составе магнетита части оксида двухвалентного железа на оксид кобальта при синтезе феррита по керамической технологии привела к созданию твёрдого раствора кобальтого и железного ферритов. Коэрцитивная сила данного типа феррита достигла 48-72 кА/м (600—900 Э). В Японии коммерческие ферритовые магниты появились приблизительно в 1955 году, в России — в середине 1960-х. Бариевые ферриты постепенно модифицировались в стронциевые, так как последние оказались более технологичными (не требовали очень точной регулировки температуры спекания и экологически были более безопасными). В составе ферритовых магнитов содержится 85-90 % оксида железа, который является отходом металлургической отрасли (с установки регенерации травильных хлоридных растворов Рутнера), что значительно удешевило производство.

Следующий значительный технологический прорыв произошел в лаборатории U.S. Air Force Material Research, где было найдено интерметаллическое соединение самария с кобальтом (SmCo5) с большой константой магнитокристаллической анизотропии. Постоянный магнит, изготовленный из такого материала, позволил достигнуть свойств (ВН)макс = 16-24 МГсЭ, а на соединении Sm2Co17 — 32 МГсЭ, коэрцитивная сила была повышена до 560—1000 кА/м. Магниты из SmCo производятся промышленностью с 1980-х годов. В это же время было обнаружено соединение Nd2Fe14B. Магниты из этого материала появились и в Японии, и в США одновременно в середине 1980-х годов, но технология их производства разнилась. В Японии производство организовывалось по типу магнитов SmCo: производство порошка из литого сплава, затем прессование в магнитном поле и спекание. В США был принят meltspinning process

: сначала производится аморфный сплав, затем он измельчается и изготавливается композиционный материал. Магнитный порошок связывается резиной, винилом, нейлоном или другими пластиками в композиционную массу, которую прессуют (инжектируют) или каландруют в изделия. Магниты из композиционного материала имеют сравнительно со спечёнными несколько более низкие свойства, но не требуют гальванических покрытий, легко обрабатываются механически, зачастую имеют красивый внешний вид окрашенный в различные цвета. Магниты из Nd2Fe14B появились на рынке постоянных магнитов в 1990-х годах и очень быстро достигли на спечённых образцах энергии в 50 МгсЭ (400 кДж/м3). Этот материал быстро вытеснил другие, в первую очередь — в миниатюрной электронике.

Постоянные магниты

На предыдущем уроке мы познакомились с электромагнитами, которые приобретают магнитные свойства лишь при включении тока. Но в природе существуют вещества, которые длительное время могут сохранять намагниченность.

ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТЫ

В природе существуют лишь три металла — кобальт, железо и никель — которые остаются намагниченными, если находящийся рядом с ними магнит убирают. Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называют постоянными магнитами или магнитами.

К магниту прилипают гвозди, канцелярские скрепки и другие предметы из железа, никеля и стали. Любой кусок железа или стали становится магнитом, если по нему несколько раз провести в одном направлении концом постоянного магнита.

В первой половине XIX в., сразу после открытия Эрстедом действия тока на магнитную стрелку, Ампер исследовал магнитные взаимодействия и сделал вывод, что «все магнитные явления сводятся к чисто электрическим эффектам». Согласно гипотезе Ампера, в любом магните присутствует множество круговых электрических токов, действием которых и объясняются магнитные силы. Интересно, что, выдвигая свою гипотезу, Ампер ещё не знал ни о строении атома, ни о существовании электронов. Современная теория магнетизма подтвердила правильность предположения Ампера.

Движение электронов внутри атомов или молекул создаёт токи, которые называют элементарными кольцевыми токами. В магнитах эти токи ориентированы одинаково, поэтому магнитные поля, образующиеся вокруг каждого такого тока, имеют одинаковое направление. Они усиливают друг друга, создавая поле вокруг и внутри магнита.

СЕВЕРНЫЙ И ЮЖНЫЙ ПОЛЮС МАГНИТА

Положим магнит в коробочку с мелкими железными опилками. Если мы достанем магнит, то увидим, что опилки прилипают не ко всей поверхности магнита, а лишь к некоторым его частям.

Те места магнита, которые оказывают наиболее сильное магнитное действие, называют полюсами магнита. У каждого магнита обязательно есть два полюса: северный (N) и южный (S). Красным цветом окрашивают южный полюс магнита, синим — северный.

Получить магнит с одним полюсом невозможно. Если магнит разделить на две части, то каждая из них окажется магнитом с двумя полюсами.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МАГНИТОВ

Если к магнитной стрелке поднести магнит, то можно заметить, что северный полюс стрелки будет притягиваться к южному полюсу магнита и отталкиваться от его северного полюса. Южный полюс стрелки будет отталкиваться от южного полюса магнита и притягиваться к его северному полюсу.

Таким образом, разноимённые магнитные полюсы притягиваются, одноимённые отталкиваются.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

Взаимодействие магнитов объясняется тем, что вокруг любого магнита существует магнитное поле. Выясним, как располагаются линии магнитного поля постоянных магнитов. Положим магнит на стол и накроем его стеклом. Насыпав на стекло железные опилки, мы получим картину магнитного поля постоянного магнита. Аналогично можно получить линии магнитного поля двух магнитов, обращённых друг к другу одноимёнными и разноимёнными полюсами.

Силовые линии магнитного поля постоянного магнита, как и силовые линии магнитного поля тока, являются замкнутыми линиями. Вне магнита магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита, так же как магнитные линии катушки с током.

Исследования последних лет подтвердили предположения учёных о существовании дрейфа континентов. По характеру намагниченности железных месторождений, возникших несколько сотен миллионов лет назад, рядом учёных была высказана гипотеза о существовании некогда в Южном полушарии единого гигантского континента, который позже раскололся на Южную Америку, Африку, Австралию и Антарктиду.

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Постоянные магниты».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Просмотров:
2 411

Магнитные термины

Постоянный магнит — изделие из магнитотвердого материала с высокой остаточной магнитной индукцией, сохраняющее состояние намагниченности в течение длительного времени.

Магнитная индукция — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства.

Магнитная сила «Br» – это способность намагниченных железных и металлических тел или магнитов притягивать другие железные намагниченные с противоположных знаком полярности тела. Измеряется в тестах (Тл) или гауссах (Гс).

Коэрцитивная сила «Hс» (от лат. coercitio «удерживание») – это значение напряжённости магнитного поля, необходимое для полного размагничивания ферро- или ферримагнитного вещества.

Максимальная энергия – «Bhmax». Рассчитывается путем умножения остаточной магнитной силы «Br» и коэрцитивности «Нс». Измеряется в МГсЭ (мегагауссэрстед).

Коэффициент температуры остаточной магнитной силы – «Тс» и «Br». Характеризует зависимость «Br» от температурного значения;

Tmax – наивысшее значение температуры, при достижении которого постоянные магниты утрачивают свойства с возможностью обратного восстановления;

Tcur – наивысшее значение температуры, когда магнитный материал безвозвратно утрачивает свойства. Этот показатель называется температурой «Кюри».

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 lзаз в сердечнике длиной lсер, при отсутствии внешнего поля и одинаковой индукции B внутри сердечника и в зазоре по закону полного тока получим:

Hсер l сер + (1/ µ0)Blзаз = iw=0.

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

Hсер(l сер + lзаз) + Мсер lзаз=0,

или

Hсер = ─ Мсер lзаз(l сер + lзаз).

В воздушном зазоре:

Hзаз = B/µ0,

причем B определяется по заданной Мсер и найденной Hсер.

Поляки

Полюса дипольного магнита и ориентация силовых линий магнитного поля видны на полюсах намагниченной стрелки компаса вблизи полюсов магнита.

Магнитные полюса называются «север» и «юг» в соответствии с географическими полюсами земли, к которым они притягиваются. Поскольку магнитные полюса противоположной полярности притягиваются друг к другу, мы делаем вывод, что географические полюса Земли имеют магнитную полярность, фактически противоположную их географической полярности: географический северный полюс Земли является южным магнитным полюсом , и наоборот.

Два полюса неразделимы, один не существует без другого (в силу уравнения Максвелла, показывающего непрерывность создаваемого магнитного поля). Полюса указывают направление единственной оси, проходящей через центральную точку, вдоль которой силовые линии выравниваются (с внезапным изменением направления поля в окрестности этого центра): вокруг этих двух полюсов магнитная поле максимально и ориентировано параллельно оси, но уменьшается с удалением от магнита; совместное действие двух полюсов формирует из этой оси линии направления магнитного поля, ориентированные вдоль окружностей, проходящих через центр магнитного поля между двумя полюсами, причем эти круги с одинаковой напряженностью поля расположены на торе, проходящем через центр магнитного поля .

10-в. Постоянные магниты

  • Главная
  • Справочник
  • Физика
  • Книги, лекции и конспекты по физике
  • Физика 8 класс
  • Электромагнитные явления
  • 10-в. Постоянные магниты

§ 10-в. Постоянные магниты

До сих пор мы изучали магнитные поля, создаваемые проводниками. Их магнитные поля существуют, пока в проводниках есть ток. Рассмотрим теперь магнитные поля так называемых постоянных магнитов.

Проделаем опыт с дугообразным постоянным магнитом,

изображённым слева. Положим его в коробочку с железными опилками, слегка встряхнём и достанем магнит. Мы увидим, что опилки прилипли не ко всей поверхности магнита, а лишь к некоторым его местам, где магнитное действие проявляется наиболее сильно. Они называютсяполюсами магнита. Полюсы магнитов бывают двух видов: северные (N) и южные (S). Чтобы выяснить происхождение этих названий, проделаем опыт. Подвесим полосовой магнит

на нити, чтобы он мог свободно поворачиваться. Когда качания магнита прекратятся, он обязательно расположится так, что один из его полюсов укажет в сторону северной части горизонта, а другой – в сторону южной.

Любые магниты обязательно взаимодействуют: их одноимённые полюсы

отталкиваются, аразноимённые полюсы – притягиваются. Взгляните на рисунок. Две магнитные стрелки на остриях обязательно поворачиваются разноимёнными концами друг к другу.

Можно изготовить постоянный магнит, у которого будет несколько южных и несколько северных полюсов. Например, так можно намагнитить длинную стальную проволоку или пластину. Однако нельзя изготовить магнит только с одним полюсом.

Выясним теперь расположение силовых линий магнитных полей постоянных магнитов. Проделаем опыт. Положим на стол два полосовых магнита и накроем их стеклом с россыпью железных опилок (см. рисунки).

На рис. «г» и «е» показано расположение силовых линий поля двух одноимённых магнитных полюсов, а на рис. «д» – разноимённых полюсов. Причём они могут быть как полюсами одного и того же магнита (например, дугообразного), так и полюсами двух разных магнитов.

Наша планета тоже является постоянным магнитом.

Южный магнитный полюс Земли расположен вблизи северных границ Канады, в точке с координатами 82° северной широты и 114° западной долготы. Северный магнитный полюс лежит вблизи Южного географического полюса, на краю Антарктиды, в точке с координатами 63° южной широты и 138° восточной долготы.

Приведённые координаты свидетельствуют, что магнитные полюсы Земли не совпадают с её географическими полюсами.

Поэтому стрелка любого компаса показывает на север не точно, а лишь приблизительно.

Известно, что Солнце постоянно выбрасывает из себя потоки быстрых заряженных частиц: протонов, электронов и др. («солнечный ветер»). Они летят во всех направлениях, в том числе и к Земле. Магнитное поле Земли действует на эти потоки частиц, отклоняя их к магнитным полюсам планеты. Там они влетают в верхние слои атмосферы, вызывая их ионизацию и свечение. Так возникают красивейшие явления – полярные сияния.

Электромагнитные явленияФормулы Физика Теория 8 класс

Источник

Характеристики постоянного магнита

  1. Магнитную силу характеризует остаточная магнитная индукция. Обозначается Br. Это та сила, которая остается после исчезновения внешнего МП. Измеряется в тестах (Тл) или гауссах (Гс);
  2. Коэрцитивность или сопротивление размагничиванию – Нс. Измеряется в А/м. Показывает, какова должна быть напряженность внешнего МП для того, чтобы размагнитить материал;
  3. Максимальная энергия – BHmax. Рассчитывается путем умножения остаточной магнитной силы Br и коэрцитивности Нс. Измеряется в МГсЭ (мегагауссэрстед);
  4. Коэффициент температуры остаточной магнитной силы – Тс of Br. Характеризует зависимость Br от температурного значения;
  5. Tmax – наивысшее значение температуры, при достижении которого постоянные магниты утрачивают свойства с возможностью обратного восстановления;
  6. Tcur – наивысшее значение температуры, когда магнитный материал безвозвратно утрачивает свойства. Этот показатель называется температурой Кюри.

Формула магнитного потока

Индивидуальные характеристики магнита изменяются в зависимости от температуры. При разных значениях температуры разные типы магнитных материалов работают по-разному.

Важно! Все постоянные магниты теряют процент магнетизма при подъеме температуры, но с разной скоростью, зависящей от их типа

Основные виды

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

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

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

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

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

Посредством такой технологии можно получить следующие виды магнитов:

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

Физические качества постоянных магнитов

К постоянным магнитам относятся физические тела, способные сохранять намагниченность в течение продолжительного времени. Основное свойство заключается в возможности притягивать железные предметы и тела, изготовленные из сплавов на основе железа.

В каждом постоянном магните имеются северный и южный магнитные полюса. В этих местах сила магнитного поля имеет максимальное значение. Для изготовления наиболее сильных магнитов используется железо, сталь или чугун. Основой магнитов со слабыми свойствами являются кобальт и никель. Природные магниты естественного происхождения происходят из магнитного железняка, существующего в природе в виде железной руды. Взаимодействие магнитного поля с железом позволяет получать искусственные магниты.

Основные свойства магнитов проявляются в их взаимодействии. При сближении происходит притягивание разноименных полюсов друг к другу. И, наоборот, полюсы с одинаковым значением отталкиваются. Такое поведение физических тел объясняется наличием в них магнитных полей, взаимодействующих между собой.