Что такое магнит? Свойства и характеристики магнитов

История изучения магнитных свойств

Столетия назад люди открыли, что некоторые типы горных пород обладают оригинальными особенностями: притягиваются к железным предметам. Упоминание о магнетите встречается в древних исторических летописях:  больше двух тысячелетий назад в европейских и намного ранее в восточноазиатских. Сначала он оценивался как любопытный предмет.

Позже магнетит стали использовать для навигации, обнаружив, что он стремится занять определенное положение, когда ему предоставлена свобода вращения. Научное исследование, проведенное П. Перегрином в 13-м веке, показало, что сталь может приобрести эти особенности после потирания магнетитом.

У намагниченных предметов было два полюса: «северный» и «южный», относительно магнитного поля Земли. Как обнаружил Перегрин, изоляция одного из полюсов не представлялась возможной, если разрезать осколок магнетита надвое, – каждый отдельный фрагмент имел в результате собственную пару полюсов.

В соответствии с сегодняшними представлениями магнитное поле постоянных магнитов – это результирующая ориентация электронов в едином направлении. Только некоторые разновидности материалов взаимодействуют с магнитными полями, значительно меньшее их количество способно сохранять постоянное МП.

Что такое магниты?

Магниты – это тела, обладающие способностью притягивать железные и стальные предметы и отталкивать некоторые другие благодаря действию своего магнитного поля.
Магнитное поле постоянных магнитов создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).Силовые линии магнитного поля проходят с южного полюса магнита, а выходят с северного полюса.

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».

Единицы измерения

В системе СИ единицей магнитного потока является вебер (Вб), магнитной проницаемости — генри на метр (Гн/м), напряжённости магнитного поля — ампер на метр (А/м), индукции магнитного поля — тесла.

Вебер — магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре сопротивлением 1 ом проходит количество электричества 1 кулон.

Генри — международная единица индуктивности и взаимной индукции. Если проводник обладает индуктивностью в 1 Гн и ток в нём равномерно изменяется на 1 А в секунду, то на его концах индуктируется ЭДС в 1 вольт. 1 генри = 1,00052 · 109 абсолютных электромагнитных единиц индуктивности.

Тесла — единица измерения индукции магнитного поля в СИ, численно равная индукции такого однородного магнитного поля, в котором на 1 метр длины прямого проводника, перпендикулярного вектору магнитной индукции, с током силой 1 ампер действует сила 1 ньютон.

Специфика магнитных явлений

Форма редкоземельного магнита, который называются стрежневым, очень напоминает его. Искусственный аналог еще именуют барным. Такой оформлен двумя полюсами, который с одной стороны притягивает ферросодержащие сплавы, а с другой – отталкивает. В центре напряженность практические не ощущается. Интенсивность создаваемого поля вокруг элемента зависит от расстояния между его краями и соответственно длины стержня.

Особенность такой конфигурации предопределена тем, то при подвешивании магнитное поле выравнивается в соотношении с полюсами планеты. Аналогичное явление можно наблюдать в случае, если стержень разделить на много мелких деталей. Силовые линии имеют направленность от Северного к Южному полюсу. Хотя внутри неодима оно противоположное.

Виды магнитов

Что такое магниты и в чем их отличие? Работа многих электроприборов, датчиков, домашней техники зависит от типа магнитов, которые в них присутствуют. Каждый обладает своими особенностями. Они выполняет определенные функции, в зависимости от сферы использования. К основным видам относятся электромагниты, постоянные и временные магниты. Стоит рассмотреть подробнее каждый вид.

Что такое постоянный магнит? Это материал, способный продолжительное время сохранять намагниченность. Его молекулы движутся в постоянном направлении и образуют магнитное поле при отсутствии электрического тока. Его еще называют природным магнитом.

Примером временного магнита являются скрепки, кнопки, гвозди, нож и другие предметы обихода, изготовленные из железа. Их сила в том, что они притягиваются к постоянному магниту, а при исчезновении магнитного поля, теряют свое свойство.

Полем электромагнита можно управлять с помощью электрического тока. Как это происходит? Провод, витками намотанный на железный сердечник, при подаче и изменении величины тока меняет силу магнитного поля и его полярность.

Виды магнитов с точки зрения физики

Начнём со школьной скамьи: что же учитель физики рассказал бы нам про магниты?

Есть три типа магнитов: постоянные, временные и электромагниты. Первые заряжаются раз и навсегда, вторые работают только в магнитном поле, третьи – только когда есть ток.

Все постоянные магниты делятся на естественные и искусственные. Естественные – это магнитный железняк, например. Он сам по себе притягивает к себе металлические предметы, ничего с ним для этого делать не нужно. Или вот матушка-Земля – тоже естественный магнит. Только притягивает она не металл, а всё подряд. В том числе и нас свами.

Искусственные постоянные магниты делаются людьми, и их типы зависят от материала, из которого сделан магнит. Здесь бывают ферриты – в их состав входит железо, неодимовые магниты, Альнико, SmCo и магнитопласты. Собственно, в число магнитопластов входит магнитный винил: именно его используем мы при изготовлении магнитиков.

С постоянными разобрались. Временные магниты – это изделия из металлов, которые намагничиваются, попадая в магнитное поле и получают ненадолго способность самим притягивать другие металлические предметы. Например, скрепки и гвозди.

Электромагниты образуются с помощью намотанной проволоки, по которой пускают ток. На электромагнитах работает наша с вами техника.

Виды магнитов с точки зрения сферы употребления

Прочитает обычный человек, что думает о магнитах физик, да спросит: «Ну и что с того?» Не очень-то полезная информация. Нам вот интереснее, зачем вообще нужны магниты?

Информация. Самый понятный пример: компас. Магнит ориентирует по сторонам света. Но это далеко не единственный прибор с магнитом: например, в том же амперметре он тоже есть.

Промышленность. Магнит используется в производстве, причём – как для работы с очень большими предметами, так и – с мельчайшими.

Медицина. Кто-то кричит о вреде магнитов для здоровья, а кто-то использует их для лечения. Магниты бывают разные!

Техника. Огромное количество техники основано на работе магнитов. Компьютеры и телевизоры, телефоны и многие другие приборы стали возможны благодаря магнитам.

Реклама и бизнес. Сувенирные магниты – неистощимый источник дохода для любого туристического места. Так же магниты с логотипом востребованы для промо-акций.

Вспомогательная функция. Магнит часто облегчает разные задачи. Например, с помощью губки в сочетании с магнитами можно отлично помыть стекло аквариума изнутри. А на современную школьную доску магниты позволяют прикреплять иллюстративные материалы.

Использование магнитов в промышленности

Магнитные сплавы используются во многих отраслях, в том числе и:

1. В строительстве.

Магнитные фиксаторы стали успешной заменой сварных конструкций. Они ускоряют и упрощают процесс сборки конструкций разного типа.

1. При нефтепереработке.

Магнитные элементы, расположенные вдоль трубопровода, препятствуют образованию отложений внутри трубы и повышают экологичность производства.

1. В транспортной отрасли.

Магниты используются для создания запорных устройств, при производстве датчиков разного типа, преобразователей, турбин и других элементов.

1. При производстве компьютерной техники.

Не обошлось без магнитов и в этой сфере. Они используются для производства DVD-приводов, динамиков, записывающих головок и многих других элементов.

Использование магнитов в быту

Широкое применение магниты и магнитные сплавы нашли не только в промышленности, но и ы быту. С их помощью создаются разнообразные элементы крепления, восстанавливаются свойства разного рода инструментов и очищается моторное масло. Кроме того, магниты помогают найти скрытые металлические конструкции, что значительно облегчает выполнение многих задач, в том числе обустройство каркасных конструкций и их крепление на стену.

Виды магнитов с точки зрения производителей магнитов

Очень забавно, но производители магнитов имею свою собственную классификацию, которая не очень-то полезна. Поэтому мы скажем о ней лишь в общих словах.

Существуют магниты попроще: обычной формы и с картинкой, а есть посложнее: с градусниками, с блокнотами, календарями, часами, записными книжками, магниты-закладки, магниты-визитки, магниты-открытки и прочие гибриды.

Виды магнитиков на холодильник

И ещё пару слов скажем о тех магнитиках, которые обычно встречаются на холодильнике.

Сувенирные магнитики. Их привозят из городов и стран. Обычно на них можно увидеть достопримечательности, узнаваемые символы, известных людей, флаги и государственную символику.

Промо-магнитики. Чаще всего их вам дарят как клиенту или партнёру. Обязательно увидите на таком логотип компании, а часто – ещё и контакты.

Магнитики с цитатами и анекдотами. В любом книжном их сейчас – завались.

Магнитики в форме чего бы то ни было. Кошечки и сельдерей, буквы алфавита и профиль В.В.Путина, тут море вариантов! Тут часто попадаются магниты-игрушки.

Подарочные магнитики. Преподносится по случаю и часто содержат поздравительную надпись, пожелание, красивую фотографию виновника торжества и прочее. Подарочные магниты очень красивы.

Уникальные магнитики. Обычно делаются своими руками или же на заказ. Отличаются какой-нибудь необычной фишкой или любовно проработанными деталями, а так же использованием необычных материалов.

<p>;

Свойства постоянных магнитов

Мощные магниты

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.

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.

Неодимовый магнит: свойства и применение

Неодимовые магниты считаются обладающими максимальным влиянием на человеческое здоровье. Состоят они из неодима, железа и бора. Химическая формула их – NdFeB. Главным преимуществом такого магнита считается сильное воздействие его поля при относительно небольшом размере. Так, вес магнита силой в 200 гаусс составляет около 1 гр. Для сравнения, равный ему по силе железный магнит имеет вес, больший примерно в 10 раз.

Другое несомненное достоинство упомянутых магнитов – хорошая устойчивость и способность к сохранности нужных качеств на протяжении сотен лет. В течение века магнит теряет свои свойства лишь на 1 %.

Как именно лечатся неодимовым магнитом?

С его помощью улучшают кровообращение, стабилизируют давление, борются с мигренью.

Свойства неодимовых магнитов начали использовать для лечения порядка 2000 лет назад. Упоминания о таком виде терапии встречаются в манускриптах Древнего Китая. Лечили тогда прикладыванием намагниченных камней к человеческому телу.

Терапия существовала и в форме прикрепления их на теле. Легенда утверждает, что отличным здоровьем и неземной красотой Клеопатра обязана была постоянному ношению на голове магнитной повязки. В X веке персидскими учеными подробно описывалось благотворное влияние свойств неодимовых магнитов на человеческий организм в случае ликвидации воспалений и мышечных спазмов. По сохранившимся свидетельствам того времени можно судить о применении их для увеличения силы мышц, прочности костных тканей и снижения боли в суставах.

Сила сцепления неодимовых магнитов

Факторы влияющие на силу сцепления неодимового магнита:

• Самый важный фактор – это расстояние между магнитом и объектом, на который направлена сила притяжения. Если непосредственный контакт отсутствует сила сцепления быстро уменьшается по мере увеличения расстояния. Даже незначительный разрыв в полмиллиметра, между объектом и магнитом, способен при определенных обстоятельствах наполовину снизить силу сцепления. Наличие тонкого слоя краски или грязи на объекте притяжения также значительно уменьшает силу сцепления.
• Важную роль играет материал, из которого изготовлен объект притяжения. Сила сцепления, приведенная в технических характеристиках неодимового магнита, достигается в том случае, если объект притяжения изготовлен из чистого железа.
• Поверхность объекта притяжения. Более гладкая поверхность объекта притяжения усиливает силу сцепления. В случае наличия шероховатостей на поверхности сила сцепления значительно уменьшается.
• Направление усилия на отрыв. Теоретически, максимальная сила сцепления достигается, если усилие на отрыв направлено вертикально по отношению к контактной поверхности, т.е., под углом 90 градусов относительно плоскости.
• Толщина объекта притяжения. Чем толще объект притяжения, тем сильнее сила сцепления. Если объект притяжения обладает слишком тонкой толщиной – происходит эффект магнитного насыщения и часть энергии магнитного поля пропадает впустую.

Размагничивание

Иногда намагниченность материалов становится нежелательной и возникает необходимость в их размагничивании. Размагничивание материалов может быть осуществлено тремя способами:

• нагревание магнита выше температуры Кюри всегда ведёт к размагничиванию;
• сильный удар молотком по магниту, или просто сильный удар ведет к размагничиванию.
• поместить магнит в переменное магнитное поле, превышающее коэрцитивную силу материала, а затем постепенно уменьшать воздействие магнитного поля или вывести магнит из него.

Последний способ применяется в промышленности для размагничивания инструментов, жёстких дисков, стирания информации на магнитных карточках и так далее.

Частичное размагничивание материалов происходит в результате ударов, так как резкое механическое воздействие ведёт к разупорядочению доменов.

Можно ли изготовить своими руками

НМ стоят довольно дорого. Многие любители домашних самоделок пытаются узнать, как сделать самому мощный магнит из неодимового сплава. На самом деле производство НМ представляет собой сложный технологический процесс, который воспроизвести в бытовых условиях невозможно.

Дело в том, что сделать неодимовые магниты можно только с помощью порошковой металлургии. Изготовление НМ заключается в спекании порошков неодима, железа и бора. Сложный процесс связан со специальным технологическим оборудованием. Поэтому единственным способом обзавестись мощными магнитами неодимами – это воспользоваться разборкой списанной электроники либо других устройств.

Дополнительная информация. Сверлить или дробить неодимовые магниты категорически нельзя. При нарушении целостности магниты теряют свои свойства. То же происходит, если повредить магнитные поверхности.

Удивительные свойства магнитов всегда привлекали пытливые умы людей. Использование источников магнитного поля принесло мировой цивилизации немало ценных изобретений практически во всех сферах деятельности человечества.