Какой формы бывают обычно постоянные магниты

Виды магнитов

В интернете довольно много информации по этому вопросу, но обычно она весьма однобока. Всё и сразу и в одной статье – только для вас!

Навигация по статье

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.

За сим с физикой заканчиваем: основы вам теперь известны!

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.

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.

Какими бывают постоянные магниты и чем они отличаются друг от друга?

Постоянный магнит – это изделие характеризуемое значительной остаточной индукцией. Благодаря этому на протяжении длительного времени изделие намагничено. Обычно такие изделия используют, как независимый источник магнитного поля. Постоянные магниты нашли широкое применение на различных промышленных заводах, в медицине, хозяйстве и т.п.

Тип и характеристика постоянных магнитов.

Можно выделить всего несколько типов изделий. Краткая характеристика основных видов:

• Ферриты. Такие магниты получают из феррита бария. Выглядит как темный брусок. Очень прочные и легкие;
• С разнообразными полимерными наполнителями. Отличительная черта – пластичность и эластичность. Используются в медицине;
• Литые. Получают из различных сплавов (медь, кобальт, никель и др.). Бывают самых разных форм. Используются в машиностроении и акустике;
• Спеченные редкоземельные. Получаются из сплава кобальт-самарий. Крайне сложно размагнитить, очень термостабильные, но – дорогие;
• Деформируемые термоустойчивые. Выдерживают температуру до +450 градусов Цельсия;
• Неодимовые. Крайне чувствительны к перепадам температур. Изготовлены из сплава бора и железа;
• Сверхпроводящие. Появились на рынке не так давно, применяются почти везде благодаря высоким индукционным показателям.

Самым мощным постоянным магнитом считается неодимовый. Пользуются огромным спросом за счет хорошей намагниченности, коэрцитивной силы и удельной энергии.

Постоянные магниты — виды и применение

Так называются специальные тела, которые обладают способностью притяжения или отторжения других тел. Это качество таких уникальных тел объясняется наличием внутренних токов, которые генерируют специальное поле, обволакивающее тело, придавая ему уникальные качества. Такие небольшие токи генерируются во внутренней структуре молекул таких тел. Силовые линии поля от одного конца тела к другому. Разные стороны тела принято называть «Южным» и «Северным» полюсом.

Постоянные магниты https://www.magnitrade.ru/postoyannye-magnity/ – это одна из разновидностей таких тел, которое получается при объединении окислов железа с оксидами бария или стронция. Общая формула такого тела выглядит следующим образом: MeOxFe₂O₃.

Преимущества магнитов

• Работают в широком диапазоне температур.
• Надежная защита против коррозии.
• Демократичная цена.
• Широкий ассортимент исполнений магнитов.

К недостаткам таких изделий можно отнести высокую хрупкость, а также незначительное время сохранения магнитных свойств.

Какие формы бывают у таких магнитов

Большое количество задач, которые ставятся перед такими телами, привело к появлению огромного выбора форм таких уникальных тел для решения различных задач. Традиционная форма такого тела – это форма подковы, но в современном мире можно встретить и совершенно другие формы.

1. В виде диска.
2. В форме кольца.
3. Шарообразные.
4. В виде цилиндра.

Часто встречаются магниты в виде прямоугольника (куба) или сектора полного цилиндра.

После придания материалу той или иной формы он намагничивается специальным образом. Для этого материал помещают в сильное магнитное поле. Выбор конкретного способа придания магнитных свойств телу зависит от формы и материала. Со временем материал теряет свои магнитные качества, причиной этого может служить, например действие высокой температуры.

Область использования постоянных магнитов

Постоянные магниты нашли широчайшую область применения для защиты электронных приборов от электрических помех. Используются в оборонной, нефтяной, автомобильной, авиационной промышленности. В быту они используются для поделок, всевозможных крепежей, подъемных механизмов. Ферритовые магниты широко используются при изготовлении электронных приборов, например таких, как:

• Навигаторы различного типа.
• Мониторы всех моделей.
• Принтеры.
• Другая техника.

Постоянный магнит – главный элемент устройства электроакустических динамиков. Также ферритовые магниты используются в самых разных устройствах, работа которых связана на получении сигналов высокого качества (чистоты).

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Постоянные магниты — виды и свойства, формы, взаимодействие магнитов

Ферромагнитное изделие, способное сохранять значительную остаточную намагниченность после снятия внешнего магнитного поля, называется постоянным магнитом.

Постоянные магниты изготавливают из различных металлов, таких как: кобальт, железо, никель, сплавы редкоземельных металлов (для неодимовых магнитов), а также из естественных минералов типа магнетитов.

Сфера применения постоянных магнитов сегодня очень широка, однако назначение их принципиально везде одно и то же — как источник постоянного магнитного поля без подвода электроэнергии. Таким образом, магнит — это тело, обладающее своим собственным магнитным полем.

Само же слово «магнит» происходит от греческого словосочетания, которое переводится как «камень из Магнесии», по названию азиатского города, где были в древности открыты залежи магнетита — магнитного железняка. С физической точки зрения элементарным магнитом является электрон, а магнитные свойства магнитов вообще обуславливаются магнитными моментами электронов, входящих в состав намагниченного материала.

Постоянный магнит является частью магнитных систем электротехнических изделий. Работа устройств с постоянными магнитами, как правило, основана на преобразовании энергии:

• механической в механическую (сепараторы, магнитные муфты и т. п.);
• механической в электромагнитную (электрогенераторы, громкоговорители и т. п.);
• электромагнитной в механическую (электродвигатели, динамики, магнитоэлектрические системы и т. п.);
• механической во внутреннюю (тормозные устройства и т. п.).

К постоянным магнитам предъявляются следующие требования:

• высокая удельная магнитная энергия;
• минимальные габариты при заданной напряженности поля;
• сохранение работоспособности в широком диапазоне рабочих температур;
• устойчивость к воздействию внешних магнитных полей; – технологичность;
• низкая стоимость исходного сырья;
• стабильность магнитных параметров во времени.

Разнообразие задач, решаемых при помощи постоянных магнитов, вызывает необходимость создания множества форм их исполнения. Часто постоянным магнитам придается форма подковы (т. н. «подковообразные» магниты).

На рисунке приведены примеры форм промышленно выпускаемых постоянных магнитов на основе редкоземельных элементов с защитным покрытием.

Промышленно выпускаемые постоянные магниты различной формы: а – диск; б – кольцо; в – параллелепипед; г – цилиндр; д – шар; е – сектор полого цилиндра

Также выпускаются магниты из магнитотвердых металлических сплавов и ферритов в виде стержней круглого и прямоугольного сечения, а также трубчатые, С-образные, подковообразные, в виде пластин прямоугольной формы и др.

После того как материалу придана форма, он должен быть намагничен, т. е. помещен во внешнее магнитное поле, т.к. магнитные параметры постоянных магнитов определяются не только их формой или материалом, из которого они изготовлены, но и направлением намагничивания.

Заготовки намагничивают, используя постоянные магниты, электромагниты постоянного тока или намагничивающие катушки, через которые пропускаются импульсы тока. Выбор способа намагничивания зависит от материала и формы постоянного магнита.

В результате сильного нагревания, толчков постоянные магниты могут частично или полностью потерять свои магнитные свойства (размагнититься).

Характеристики размагничивающего участка петли магнитного гистерезиса материала, из которого изготовлен постоянный магнит, определяют свойства того или иного постоянного магнита: чем выше коэрцитивная сила Нс, и чем выше остаточная магнитная индукция Вr – тем сильнее и стабильнее магнит.

Коэрцитивная сила (буквально в переводе с латинского — «удерживающая сила») — сила, препятствующая изменению магнитной поляризации ферромагнетиков.

Пока ферромагнетик не поляризован, т. е. элементарные токи не ориентированы, коэрцитивная сила препятствует ориентировке элементарных токов. Но когда ферромагнетик уже поляризован, она удерживает элементарные токи в ориентированном положении и после того, как внешнее намагничивающее поле устранено.

Этим объясняется остаточный магнетизм, который наблюдается у многих ферромагнетиков. Чем больше коэрцитивная сила, тем сильнее выражено явление остаточного магнетизма.

Итак, коэрцитивная сила — это значение напряжённости магнитного поля, необходимого для полного размагничивания ферро- или ферримагнитного вещества. Таким образом, чем большей коэрцитивной силой обладает конкретный магнит, тем он устойчивее к размагничивающим факторам.

Единица измерения коэрцитивной силы в системе СИ — Ампер/метр. А магнитная индукция, как известно, — это векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля. Характерное значение остаточной магнитной индукции постоянных магнитов — порядка 1 Тесла.

Магнитный гистерезис — наличие последствия поляризации магнетиков приводит к тому, что намагничивание и размагничивание магнитного материала происходят неодинаково, т. к. намагничивание материала все время немного отстает от намагничивающего поля.

При этом часть энергии, затраченной на намагничивание тела, при размагничивании не возвращается обратно, а превращается в тепло. Поэтому многократное перемагничивание материала связано с заметными потерями энергии и иногда может вызвать сильное нагревание намагничиваемого тела.

Чем сильнее выражен гистерезис в материале, тем больше потери в нем при перемагничивании. Поэтому для магнитных цепей с переменным магнитным потоком применяют материалы, не обладающие гистерезисом (смотрите — Магнитопроводы электротехнических устройств).

Магнитные свойства постоянных магнитов могут изменяться под действием времени и внешних факторов, к которым относятся:

• температура;
• магнитные поля;
• механические нагрузки;
• радиация и др.

Изменение магнитных свойств характеризуется нестабильно- стью постоянного магнита, которая может быть структурной или магнитной.

Структурная нестабильность связана с изменениями кристаллической структуры, фазовыми превращениями, уменьшением внутренних напряжений и т. п. В этом случае исходные магнитные свойства могут быть получены восстановлением структуры (например, термообработкой материала).

Магнитная нестабильность обусловлена изменением магнитной структуры вещества магнита, которая стремится к термодинамическому равновесию с течением времени и под влиянием внешних воздействий. Магнитная нестабильность может быть:

• обратимой (возвращение к исходным условиям восстанавливает исходные магнитные свойства);
• необратимой (возращение исходных свойств может быть достигнуто только путем повторного намагничивания).

Постоянный магнит или электромагнит — что лучше?

Применение постоянных магнитов для создания постоянного магнитного поля вместо эквивалентных им электромагнитов позволяет:

• уменьшить массогабаритные характеристики изделий;
• исключить применение дополнительных источников питания (что упрощает конструкцию изделий, снижает стоимость их изготовления и эксплуатации);
• обеспечить практически неограниченное время поддерживания магнитного поля в рабочих условиях (в зависимости от применяемого материала).

Недостатками постоянных магнитов являются:

• хрупкость материалов, применяемых при их создании (это затрудняет механическую обработку изделий);
• необходимость защиты от влияния влаги и плесневых грибков (для ферритов ГОСТ 24063), а также от воздействия повышенных влажности и температуры.

Виды и свойства постоянных магнитов

Ферритовые магниты хоть и отличаются хрупкостью, но обладают хорошей коррозийной стойкостью, что при невысокой цене делает их наиболее распространенными. Такие магниты изготавливают из сплава оксида железа с ферритом бария или стронция. Данный состав позволяет материалу сохранять свои магнитные свойства в широком температурном диапазоне — от -30°C до +270°C.

Магнитные изделия в форме ферритовых колец, брусков и подков широко используются как в промышленности, так и в быту, в технике и электронике. Их используют в акустических системах, в генераторах, в двигателях постоянного тока. В автомобилестроении ферритовые магниты устанавливают в стартеры, в стеклоподъемники, в системы охлаждения и в вентиляторы.

Ферритовые магниты отличаются коэрцитивной силой порядка 200 кА/м и остаточной магнитной индукцией порядка 0,4 Тесла. В среднем, ферритовый магнит может прослужить от 10 до 30 лет.

Постоянные магниты на основе сплава из алюминия, никеля и кобальта отличаются непревзойденной температурной устойчивостью и стабильностью: они способны сохранять свои магнитные свойства при температурах до +550°C, хотя коэрцитивная сила, характерная для них, относительно мала. Под действием относительно небольшого магнитного поля, такие магниты потеряют исходные магнитные свойства.

Посудите сами: типичная коэрцитивная сила порядка 50 кА/м при остаточной намагниченности порядка 0,7 Тесла. Однако несмотря на эту особенность, магниты альнико незаменимы для некоторых научных исследований.

Типичное содержание компонентов в сплавах альнико с высокими магнитными свойствами изменяется в следующих пределах: алюминий — от 7 до 10%, никель — от 12 до 15%, кобальт — от 18 до 40%, и от 3 до 4% меди.

Чем больше кобальта, тем выше индукция насыщения и магнитная энергия сплава. Добавки в виде от 2 до 8% титана и всего 1% ниобия способствуют получению большей коэрцитивной силы — до 145 кА/м. Добавка от 0,5 до 1% кремния обеспечивает изотропию магнитных свойств.

Если нужна исключительная устойчивость к коррозии, окислению и температуре до +350°C, то магнитный сплав самария с кобальтом — то что надо.

По стоимости самарий-кобальтовые магниты дороже неодимовых за счёт более дефицитного и дорогого металла — кобальта. Тем не менее, именно их целесообразно применять в случае необходимости иметь минимальные размеры и вес конечных изделий.

Наиболее целесообразно это в космических аппаратах, авиационной и компьютерной технике, миниатюрных электродвигателях и магнитных муфтах, в носимых приборах и устройствах (часах, наушниках, мобильных телефонах и т.д.)

Благодаря особой коррозийной стойкости, именно самариевые магниты применяются в стратегических разработках и военных приложениях. Электродвигатели, генераторы, подъемные системы, мототехника – сильный магнит из сплава самария-кобальта идеально подходит для агрессивных сред и сложных условий эксплуатации. Коэрцитивная сила порядка 700 кА/м при остаточной магнитной индукции порядка 1 Тесла.

Неодимовые магниты на сегодняшний день очень востребованы и представляются наиболее перспективными. Сплав неодим-железо-бор позволяет создавать супермагниты для различных сфер, начиная с защелок и игрушек, заканчивая электрогенераторами и мощными подъемными машинами.

Высокая коэрцитивная сила порядка 1000 кА/м и остаточная намагниченность порядка 1,1 Тесла, позволяют магниту сохраняться на протяжении многих лет, за 10 лет неодимовый магнит теряет лишь 1% своей намагниченности, если температура его в условиях эксплуатации не превышает +80°C (для некоторых марок до +200°C). Таким образом, лишь два недостатка есть у неодимовых магнитов — хрупкость и низкая рабочая температура.

Магнитный порошок вместе со связующим компонентом образует мягкий, гибкий и легкий магнит. Связующие компоненты, такие как винил, каучук, пластик или акрил позволяют получать магниты различных форм и размеров.

Магнитная сила, конечно, уступает чистому магнитному материалу, но иногда такие решения необходимы для достижения определенных необычных для магнитов целей: в производстве рекламной продукции, при изготовлении съемных наклеек на авто, а также в изготовлении различных канцелярских и сувенирных товаров.

Одноименные полюса магнитов отталкиваются, а разноименные полюса притягиваются. Взаимодействие магнитов объясняется тем, что любой магнит имеет магнитное поле, и эти магнитные поля взаимодействуют между собой. В чем, например, причина намагничивания железа?

Согласно гипотезе французского ученого Ампера, внутри вещества существуют элементарные электрические токи (токи Ампера), которые образуются вследствие движения электронов вокруг ядер атомов и вокруг собственной оси.

При движении электронов возникают элементарные магнитные поля. И если кусок железа внести во внешнее магнитное поле, то все элементарные магнитные поля в этом железе ориентируются одинаково во внешнем магнитном поле, образуя собственное магнитное поле куска железа. Так, если приложенное внешнее магнитное поле было достаточно сильным, то после его отключения кусок железа станет постоянным магнитом.

Знание формы и намагниченности постоянного магнита позволяет для расчетов заменить его эквивалентной системой электрических токов намагничивания. Такая замена возможна как при расчете характеристик магнитного поля, так и при расчетах сил, действующих на магнит со стороны внешнего поля.

Для примера проведем расчет силы взаимодействия двух постоянных магнитов. Пусть магниты имеют форму тонких цилиндров, их радиусы обозначим r1 и r2, толщины h1, h2 , оси магнитов совпадают, расстояние между магнитами обозначим z, будем считать, что оно значительно больше размеров магнитов.

Возникновение силы взаимодействия между магнитами объясняется традиционным способом: один магнит создает магнитное поле, которое воздействует на второй магнит.

Для расчета силы взаимодействия мысленно заменим магниты с однородной намагниченностью J1 и J2 круговыми токами, текущими по боковой поверхности цилиндров. Силы этих токов выразим через намагниченности магнитов, а их радиусы будем считать равными радиусам магнитов.

Разложим вектор индукции B магнитного поля, создаваемого первым магнитом в месте расположения второго на две составляющие: осевую, направленную вдоль оси магнита, и радиальную — перпендикулярную ей.

Для вычисления суммарной силы, действующей на кольцо, необходимо мысленно разбить его на малые элементы Idl и просуммировать силы Ампера, действующие на каждые такой элемент.

Используя правило левой руки, легко показать, что осевая составляющая магнитного поля приводит к появлению сил Ампера, стремящихся растянуть (или сжать) кольцо – векторная сумма этих сил равна нулю.

Наличие радиальной составляющей поля приводит к возникновению сил Ампера, направленных вдоль оси магнитов, то есть к их притяжению или отталкиванию. Останется вычислить силы Ампера — это и будут силы взаимодействия между двумя магнитами.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика