Магниты - это объекты, имеющие магнитное поле, которое привлекает или отталкивает некоторые материалы. Магниты были признаны очень полезными за свойство притягивать металлы. Магниты имеют широкое применение как в нашей повседневной жизни, так и в различных отраслях промышленности.
Они используются в игрушках, бытовой технике и сотнях вещей, которые есть дома. Основное применение магниты нашли в таких отраслях, как: добыча и горнодобывающая промышленность, при производстве керамики, пластмассы и стекла и многих других.
Магниты бывают различных форм, размеров и прочности. Они делятся два основных типа магнитов:
- Магниты, созданные человеком
- Природные магниты.
Люди создали синтетические магниты, которые сильнее, чем природные, их изготавливают из металлических сплавов. Искусственные магниты используются для тысяч целей и различаются по силе и магнитным свойствам.
Ниже приведены три типа искусственных магнитов:
- Постоянные магниты
- Временные магниты
Постоянные магниты очень сильные и наиболее часто используемыми. Эти магниты называются так потому, что как только они получают намагничивание, то сохраняют свой магнетизм надолго или навсегда.
Причина этого в том, что магниты выполнены из веществ, содержащих атомы и молекулы, имеющие магнитные поля, которые усиливают друг друга. Однако при определенных, предусмотренных условиях эти магниты могут потерять свои магнитные свойства, например, в шоке.
Постоянные магниты имеют большое применение, начиная с магнитиков на холодильник до крупных промышленных предприятий. Они бывают разных размеров и форм и различаются по своему составу.
Некоторые распространенные типы постоянных магнитов:
- Керамические
- Алнико магниты
- Самарий-кобальт
- Неодим, железо и бор
Керамические магниты также называют ферриты, они состоят из оксида железа и бария или карбоната стронция. Это действительно сильные магниты и широко используется в научных лабораториях. Они являются наиболее часто используемыми для экспериментальных целей.
Алнико магниты
Название состоит из первых букв химических элементов, из которых делаются магниты: ал(юминий), ни(кель), ко(бальт). Алнико-магниты очень сильные, их используют в качестве замены керамических магнитов для различных экспериментов, так как они более стабильны и более устойчивы к размагничиванию. Однако они дороже.
Самарий-кобальтовые магниты
Относятся к категории редкоземельных магнитов. Эти магниты имеют очень высокую магнитную силу и очень устойчивы к размагничиванию и окислению. Они очень дорогие и могут быть использованы для целей, требующих высокого магнетизма и устойчивости. Они впервые появились в 1970-х.
Неодим-железо-бор
Это еще один тип редкоземельных магнитов. Неодимовые магниты очень похожи на самарий-кобальтовые магниты, но менее устойчивы. Сантиметр этого магнита способен поднять металлическую пластину размером нескольких метров. Из-за их чрезвычайно высокого магнетизма они являются самыми дорогими магнитами в мире и из-за высокой стоимости они используются реже.
Гибкие магниты изготавливаются из плоских полос и листов. Эти магниты имеют наименьший магнетизм.
Временные магниты
Временные магниты действуют как магниты только тогда, когда помещаются в сильное магнитное поле от сильного магнита. Любые металлические предметы, такие как скрепки и гвозди после воздействия сильного магнитного поля могут действовать как магниты. Однако, как только удаляются с поля, они моментально теряют свой магнетизм. Временные магниты, несмотря на их временной магнетизм, приносят много пользы. В основном они используются в телефонах и электродвигателях.
Электромагниты очень сильные магниты, которые отличаются от указанных выше магнитов. Эти магниты работают по принципу, что провод, содержащий электрический ток, создает магнитное поле.
Он состоит из тяжелой металлической середины с проволочной катушкой. Когда ток проходит через провода - создается магнитное поле, которое в свою очередь намагничивает сердечник металла.
Полярность магнита может быть изменена путем регулирования протекающего количества тока, а также путем изменения своего направления. Они широко используются в телевизорах, радио, видеокассетах, компьютерах, мониторах и т.д.
Какие виды магнитов бывают и в чем их различие?
В современных приборах, да и просто в будничной жизни достаточно часто используются магниты. Это не просто обработанная руда, но точно подогнанные к определенным требованиям составы. Магниты бывают очень различны, и в зависимости от назначения отличается состав вещества, из которого он изготовлен. Магниты подразделяются по своему составу на несколько категорий, вот некоторые из них:1. Магнит AlNiCo . Это один из самых старейших рецептов магнита. Он сохранился и используется с сороковых годов прошлого века и имеет неоспоримые плюсы. Сила намагниченности у него очень велика, свои свойства он теряет лишь при температуре 840 градусов выше нуля по Цельсию, что способствует его широкому распространению. Самый популярный пример это магнитные фиксаторы в виде подковы. К отрицательным чертам следует отнести повреждаемость. Достаточно часто магнит крошится или разламывается от времени, это создает также трудности в обработке.
2. Ферриты . Эти соединения созданы из керамики соединенной с металлом. К положительным свойствам этих магнитов следует отнести их высокое сопротивление электричеству, благодаря чему на их основе создаются магнитные приспособления для работы с током. Также это очень дешевый магнит, его цена самая низкая среди собратьев. Отрицательные черты это нестабильность при температуре. Подобный состав имеет магнит сварочный или магнитный угольник и иные приспособления для техники, потому как они обладают способностью долго сопротивляться окислению и имеют высокую коэрцитивную силу. С этим материалом при обработке используют магнитную оснастку, для того чтобы лучше обработать феррит.
3. Магнит SmCo . Впервые это соединение было использовано как магнит в семидесятых годах прошлого века. Оно показывает наилучшие результаты по всем измерениям и оставляет предыдущих соперников далеко позади, но стоимость подобного магнита очень высока. К недостаткам помимо высокой цены следует отнести хрупкость. Подобные магниты используются там, где цена является побочным фактором. Это могут быть отключаемые магниты на производстве или в военном деле.
4. Магнит NdFeB . Это своего рода компромисс. Его свойства максимально приближены к отличным результатам SmCo, но он имеет меньшую цену. Для того чтобы добиться таких результатов магнит необходимо изготавливать в вакуумной среде, а после заключать его в оболочку из цинка или меди. К отрицательным сторонам низкая температура Кюри, то есть температура, при которой состав теряет магнитные свойства. Однако это можно исправить добавлением кобальта, но это значительно повысит цену. В жизни подобные магниты часто можно встретить в компьютерной технике.
5. Полимерные магниты . Подобные вещества создают, используя природный или химически созданный магнитный порошок, и добавляют в него металл. К положительным свойствам этого материала можно отнести уверенное сопротивление механическому воздействию и магниту можно придать любую форму. К отрицательным сторонам достаточно низкие показания по всем измерениям. Свойства подобного магнита напоминают связующий материал.
Выбор магнита основывается на том, для чего он предназначен. В наше время каждое соединение уже прочно закрепилось в своей нише на рынке и в производстве. Для индивидуального использования следует подбирать мене дорогие сорта, которые сохраняют все свойства в бытовой среде, а при использовании массовом выбирают компромиссное сочетание или склоняются в пользу качества, пусть и по завышенной цене.
Для лечения используют маломощные и средне-мощные магниты.
Обычно более мощными дисковыми магнитами воздействуют на ладони, подошвы ног и конечности. Маломощные керамические магниты используют только на голове, лице, грудной клетке и запястьях. Повязки, цепи и ожерелья предназначены для более длительного непрерывного применения, поэтому они снабжены маломощными небольшими магнитами.
Маломощные магниты можно носить длительное время, поскольку они позволяют проводить наиболее тонкую регуляцию энергетических и физиологических процессов в теле.
После приклеивания магнита наблюдают за изменением состояния здоровья в течение первых двадцати минут.
Улучшение состояния в течение этого периода свидетельствует о том, что магнит установлен правильно.
Если же состояние ухудшается – меняйте местами расположение полюсов магнита.
Время аппликации магнита зависит от индивидуальной реакции на него и варьируется от нескольких минут до нескольких часов.
Важно помнить, что магнит надо снять на пике улучшения состояния или же, напротив, в случае его ухудшения.
На ночь магнит необходимо снимать, так как во сне человек не может контролировать свое состояние. Количество процедур не ограничено и определяется исключительно самочувствием.
Среднемощные магниты могут оказывать более общее и сильное воздействие на тело человека, гармонизируя в нем основные потоки энергии. С этой целью магниты округлой формы устанавливаются в центральной части ладоней и подошв.
Если вы хотите сделать установку для магнитотерапии в домашних условиях , возьмите магнит от динамиков радиоприемников с таким расчетом: если к магниту приложить железную пластину, то сила отрыва ее должна быть около 300 г. У магнита с меньшей силой магнитное поле слабовато и проникает в ткани организма неглубоко.
Обычно для лечения применяют постоянные магниты с полюсами на поверхностях, одна из которых в нужной полярности соприкасается с телом пациента. Этот метод не требует больших затрат, процедуры можно выполнять в домашних условиях. Если необходимо воздействовать магнитным полем на протяженную область на теле пациента, то лечение с помощью импульсных магнитных приборов, возможно, будет дешевле и эффективнее.
Рассмотрим особенности применения магнитов различных типов в терапевтических целях.
Магнитные бусы
Крошечные магниты привязывают в точках рефлексотерапии.
Магнитные постели
По всему миру распространены различные варианты магнитных постелей. Магниты монтируются в мягкую прокладку, на которую ложится пациент. В последнее время конструкторы начали добавлять в такие постели кристаллы, медные провода, минеральные смеси, другие материалы и приборы. Благодаря современной маркетинговой технике магнитные постели пользуются спросом во всем мире. Появилось множество «магнитных» миллионеров и людей, укрепивших здоровье магнитными процедурами.
Блочные магниты
Эти магниты имеют большие размеры, создают поле силой около 1000 гаусс. Применяются кратковременно.
Магнитные браслеты
Они также заполонили весь мир. Приносят облегчение при стрессах, при легких недугах, например артрите, расстройствах нервной системы, бессоннице. Улучшают кровообращение и состояние мускулатуры. Браслеты продаются в универмагах, могут быть заказаны по почте.
Дисковые магниты
У таких магнитов отсутствует отверстие в центре. Диаметр – около двух дюймов или менее. Плоские диски удобны для утоления умеренной боли. Их можно применять парами, чтобы один находился под одеждой, другой снаружи, тогда они будут держать друг друга в нужном месте. Дисковые магниты выглядят привлекательно, их даже можно выдать за последнее достижение в портновском искусстве.
Магнитная фольга
Она изготавливается с чередованием полюсов. Имеет невысокую стоимость, удобна в применении, эффективно утоляет боль.
Магнитная одежда
В настоящее время продают много различной магнитной одежды. Полярность и параметры магнитов необходимо обсудить с врачом. Например, в бюстгальтере северный полюс магнита должен быть направлен к телу, чтобы замедлить рост опухолей.
При пошиве одежды, вероятность перепутать полярность магнитов очень высока, что может затем нанести вред вместо лечения. Необходимо быть предельно внимательным, устанавливая магниты.
Мощные магнитные прокладки
Их мощность используется для намагничивания воды, улучшения вкуса фруктов, применения к различным частям тела.
Магнитное ожерелье
Как и браслет, ожерелье способно украшать владельца. Несмотря на их двойное применение, они рекламируются в качестве лечебных инструментов. Первое сообщение о лечении с помощью магнитного ожерелья принадлежит французскому врачу и датировано 400 годом н. э. В то время ожерелье было тяжелым, грубым и громоздким, изготовленным из магнитного железняка. Сейчас можно купить красивое и легкое, создающее мощное магнитное поле ожерелье, изготовленное из сплава самария, кобальта и железа. Привлекательное ожерелье другого типа делают из красного железняка (гематита) – блестящей серо-черной железной руды.
Чтобы предотвратить головную боль, ожерелье следует надевать на голову. Его можно носить на запястье, локте, колене, стопе, кисти. Рекомендуется закрывать ожерельем глаза для отдыха, мягкого восстановления эффективности зрения. Ожерелье также помогает при ухудшении подвижности шеи, боли в плечах. Его можно носить круглосуточно, снимая только на время водных процедур.
Магнитные ремни
Ремень можно надевать на голову или привязывать на лоб дважды в день по 15–30 минут. Он поможет устранить головную боль, мигрень и другие проблемы.
Чтобы нормализовать кровяное давление, нужно носить ремень на правом запястье, если давление повышено, или на левом запястье, когда давление понижено. Допускается не снимать ремень в течение двух-трех часов при ежедневном применении.
Специально разработанный ремень для живота следует носить с целью устранения болезненных состояний в брюшной полости и в спине. Он окажет помощь при колите, грыже, простатите и других подобных болезнях. Сеанс продолжается один-два часа дважды в день.
Наколенный ремень рекомендуется носить на больном колене в течение одного-двух часов один или два раза в день. Процедуры успокоят мышечную боль, вылечат опухоли коленных суставов, артрит и другие недуги. Ремень удобен для продолжительного использования. Его можно надевать сначала на одно колено, затем на другое. Если имеются два ремня, то их следует носить одновременно на обоих коленях.
Способы применения магнита
Мы теперь знаем, что магниты имеют два полюса: северный и южный. Важно выяснить, вызывают ли оба полюса одинаковый эффект при прикосновении к телу. Основатель гомеопатии доктор Ганеман обнаружил различия. Он приготавливал лекарства, используя особенности влияния каждого полюса. В тот же период ученые определили, что намагничивание воды с помощью северного полюса совершенно нейтрализует в ней бактерии, а южный полюс вызывает противоположный эффект – ускоряет их развитие.
На ранних этапах применения магнитотерапии оставалось неясным, почему один из полюсов магнита не оказывает лечебного действия при конкретном заболевании, а противоположный полюс исцеляет. Позже в результате длительных исследований было установлено, что северный полюс помогает бороться с инфекционными болезнями, южный полюс хорошо утоляет боль различного характера.
Разрабатывались две теории лечебного использования магнитных полюсов. В однополюсной теории считалось правильным применение только одного из полюсов в конкретной процедуре, но в двухполюсной теории предполагалось достижение большей эффективности лечения при одновременном воздействии двумя полюсами. В настоящее время двухполюсная теория имеет больше сторонников, ее методы широко применяются в медицинской практике.
Магнитотерапия может быть общей или местной. При местном лечении выбранный полюс магнита прикладывают непосредственно к той части тела, которая нуждается в медицинской помощи.
На органы и части тела, имеющие округлую форму (головной мозг, глаза, рот, уши, зубы, сердце, почки, селезенку, печень, молочные железы, суставы, сфинктер и т. п.), воздействуют круглыми или кольцевыми магнитами.
Если болезнь протекает с болью, увеличением размеров и функции органа, остро, бурно, то в большинстве случаев эффективной будет такая установка магнитов, при которой с поверхностью кожи над органом или его проекцией в системе соответствия соприкасается южная сторона магнита. При этом кнаружи обращена его желтая поверхность (желтая сердцевина кольцевого магнита) и достигается эффект торможения.
Если болезнь протекает вяло, с недостатком функции органа (части тела) и уменьшением его размеров, то будет правильно, если с поверхностью кожи над органом или его проекцией в системе соответствия соприкоснется северная сторона магнита. Тогда кнаружи будет обращена белая поверхность (белая сердцевина кольцевого магнита).
Этим достигается эффект тонизации.
На органы и части тела, имеющие вытянутую форму (спинной мозг, толстый кишечник, мочеточники, маточные трубы, трубчатые кости, скелетная мускулатура, сосуды и нервные стволы, бронхи, нос, брови и т. п.), воздействуют длинными магнитами.
Если следовать перечисленным правилам постановки магнитов, в большинстве случаев эффект будет достигнут.
Если же на фоне установленных магнитов симптомы болезни нарастают, необходимо поменять полюса магнитов.
Важно помнить, что пациент может почувствовать изменения уже на первой минуте лечения. Это зависит от индивидуальной чувствительности пациента к магнитам, от того, насколько правильно определен пораженный участок энергетической системы и от силы используемых магнитов. Поэтому 20–30 минут пациента следует активно наблюдать, при необходимости меняя полюса местами.
Такая дополнительная диагностика называется аппликационной, так как позволяет оценить изменения симптомов после аппликации магнитов. При работе с магнитами аппликационный диагноз является обязательным и непременным условием, даже если врач абсолютно уверен в правильности поставленного им предварительного диагноза и выполнения процедуры. Во всех случаях именно аппликационный диагноз имеет решающее значение для эффективного лечения больного.
Когда заболевание захватывает ряд органов, становится необходимой общая магнитотерапия. В этом случае оба полюса прикладывают к ладоням рук или к подошвам, в которых сосредоточены нервные окончания. Магнитное воздействие немедленно распространяется по всем частям тела.
Давайте вместе разбираться в том, что такое магнитное поле. Ведь многие люди живут в этом поле всю жизнь и даже не задумываются о нем. Пора это исправить!
Магнитное поле
Магнитное поле – особый вид материи. Оно проявляется в действии на движущиеся электрические заряды и тела, которые обладают собственным магнитным моментом (постоянные магниты).
Важно: на неподвижные заряды магнитное поле не действует! Создается магнитное поле также движущимися электрическими зарядами, либо изменяющимся во времени электрическим полем, либо магнитными моментами электронов в атомах. То есть любой провод, по которому течет ток, становится также и магнитом!
Тело, обладающее собственным магнитным полем.
У магнита есть полюса, называемые северным и южным. Обозначения "северный" и "южный" даны лишь для удобства (как "плюс" и "минус" в электричестве).
Магнитное поле изображается посредством силовых магнитных линий . Силовые линии непрерывны и замкнуты, а их направление всегда совпадает с направлением действия сил поля. Если вокруг постоянного магнита рассыпать металлическую стружку, частицы металла покажут наглядную картину силовых линий магнитного поля, выходящих из северного и входящих в южный полюс. Графическая характеристика магнитного поля - силовые линии.
Характеристики магнитного поля
Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция , магнитный поток и магнитная проницаемость . Но давайте обо всем по порядку.
Сразу отметим, что все единицы измерения приводятся в системе СИ .
Магнитная индукция B – векторная физическая величина, являющаяся основной силовой характеристикой магнитного поля. Обозначается буквой B . Единица измерения магнитной индукции – Тесла (Тл ).
Магнитная индукция показывает, насколько сильно поле, определяя силу, с которой оно действует на заряд. Данная сила называется силой Лоренца .
Здесь q - заряд, v - его скорость в магнитном поле, B - индукция, F - сила Лоренца, с которой поле действует на заряд.
Ф – физическая величина, равная произведению магнитной индукции на площадь контура и косинус между вектором индукции и нормалью к плоскости контура, через который проходит поток. Магнитный поток - скалярная характеристика магнитного поля.
Можно сказать, что магнитный поток характеризует количество линий магнитной индукции, пронизывающих единицу площади. Магнитный поток измеряется в Веберах (Вб) .
Магнитная проницаемость – коэффициент, определяющий магнитные свойства среды. Одним из параметров, от которых зависит магнитная индукция поля, является магнитная проницаемость.
Наша планета на протяжении нескольких миллиардов лет является огромным магнитом. Индукция магнитного поля Земли изменяется в зависимости от координат. На экваторе она равна примерно 3,1 на 10 в минус пятой степени Тесла. К тому же существуют магнитные аномалии, где значение и направление поля существенно отличаются от соседних областей. Одни из самых крупных магнитных аномалий на планете - Курская и Бразильская магнитные аномалии .
Происхождение магнитного поля Земли до сих пор остается загадкой для ученых. Предполагается, что источником поля является жидкое металлическое ядро Земли. Ядро движется, значит, движется расплавленный железо-никелевый сплав, а движение заряженных частиц – это и есть электрический ток, порождающий магнитное поле. Проблема в том, что эта теория (геодинамо ) не объясняет того, как поле сохраняется устойчивым.
Земля – огромный магнитный диполь. Магнитные полюса не совпадают с географическими, хотя и находятся в непосредственной близости. Более того, магнитные полюса Земли движутся. Их смещение регистрируется с 1885 года. Например, за последние сто лет магнитный полюс в Южном полушарии сместился почти на 900 километров и сейчас находится в Южном океане. Полюс арктического полушария движется через Северный Ледовитый океан к Восточно-Сибирской магнитной аномалии, скорость его передвижения (по данным 2004 года) составила около 60 километров в год. Сейчас наблюдается ускорение движения полюсов - в среднем скорость растет на 3 километра в год.
Каково значение магнитного поля Земли для нас? В первую очередь магнитное поле Земли защищает планету от космических лучей и солнечного ветра. Заряженные частицы из далекого космоса не падают прямо на землю, а отклоняются гигантским магнитом и движутся вдоль его силовых линий. Таким образом, все живое оказывается защищенным от пагубной радиации.
За историю Земли происходило несколько инверсий (смен) магнитных полюсов. Инверсия полюсов – это когда они меняются местами. Последний раз это явление произошло около 800 тысяч лет назад, а всего геомагнитных инверсий в истории Земли было более 400. Некоторые ученые полагают, что с учетом наблюдающегося ускорения движения магнитных полюсов следующей инверсии полюсов следует ожидать в ближайшие пару тысяч лет.
К счастью, в нашем веке смены полюсов пока не ожидается. А значит, можно думать о приятном и наслаждаться жизнью в старом добром постоянном поле Земли, рассмотрев основные свойства и характеристики магнитного поля. А чтобы Вы могли это делать, существуют наши авторы, которым можно с уверенностью в успехе поручить часть учебных хлопот! и другие типы работ вы можете заказать по ссылке.
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 магнитразмагничен (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 = µ 0 (H + M),
где µ 0 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:
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/ µ 0)Bl заз = iw=0.
Поскольку B = µ 0 (H сер + М сер), то, подставляя ее выражение в предыдущее, получим:
H сер (l сер + l заз) + М сер l заз =0,
H сер = ─ М сер l заз (l сер + l заз).
В воздушном зазоре:
H заз = B/µ 0 ,
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 = μ 0 (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 B H 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 М Н 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.
Загрузка...