Magnet kekal — jenis dan sifat, bentuk, interaksi magnet

Apakah magnet kekal

Produk feromagnetik yang mampu mengekalkan kemagnetan sisa yang ketara selepas penyingkiran medan magnet luar dipanggil magnet kekal.

Magnet kekal diperbuat daripada pelbagai logam seperti kobalt, besi, nikel, aloi nadir bumi (untuk magnet neodymium) serta mineral semula jadi seperti magnetit.

Skop penggunaan magnet kekal hari ini sangat luas, tetapi tujuannya pada asasnya sama di mana-mana — sebagai sumber medan magnet kekal tanpa bekalan kuasa… Oleh itu magnet ialah jasad yang mempunyai sendiri medan magnet.

Perkataan "magnet" berasal dari frasa Yunani yang diterjemahkan sebagai "Batu Magnesia", dinamakan sempena bandar Asia di mana deposit magnetit - bijih besi magnetik - ditemui pada zaman purba.… Dari sudut pandangan fizikal, magnet asas ialah elektron, dan sifat magnet magnet biasanya ditentukan oleh momen magnet elektron yang membentuk bahan bermagnet.

Magnet kekal adalah sebahagian sistem magnet produk elektrik… Peranti magnet kekal biasanya berdasarkan penukaran tenaga:

• mekanikal kepada mekanikal (pemisah, penyambung magnet, dll.);

• mekanikal kepada elektromagnet (penjana elektrik, pembesar suara, dll.);

• elektromagnet kepada mekanikal (motor elektrik, pembesar suara, sistem magnetoelektrik, dll.);

• mekanikal kepada dalaman (peranti brek, dsb.).

Keperluan berikut dikenakan kepada magnet kekal:

• tenaga magnet spesifik tinggi;

• dimensi minimum untuk kekuatan medan tertentu;

• mengekalkan prestasi dalam julat suhu operasi yang luas;

• rintangan kepada medan magnet luaran; - teknologi;

• kos rendah bahan mentah;

• kestabilan parameter magnet dari masa ke masa.

Kepelbagaian tugas yang diselesaikan dengan bantuan magnet kekal memerlukan penciptaan pelbagai bentuk pelaksanaannya.Magnet kekal selalunya berbentuk seperti ladam (yang dipanggil magnet "tapak kuda").

Rajah menunjukkan contoh bentuk magnet kekal yang dihasilkan secara industri berdasarkan unsur nadir bumi dengan salutan pelindung.

Magnet kekal yang dihasilkan secara komersial dalam pelbagai bentuk: a — cakera; b - cincin; c - selari; g - silinder; d - bola; e — sektor silinder berongga

Magnet juga dihasilkan daripada aloi logam magnetik keras dan ferit dalam bentuk rod bulat dan segi empat tepat, serta tiub, berbentuk C, berbentuk ladam, dalam bentuk plat segi empat tepat, dsb.

Selepas bahan dibentuk, ia mesti dimagnetkan, iaitu, diletakkan dalam medan magnet luaran, kerana parameter magnet magnet kekal ditentukan bukan sahaja oleh bentuknya atau bahan dari mana ia dibuat, tetapi juga oleh arah kemagnetan.

Bahan kerja dimagnetkan menggunakan magnet kekal, elektromagnet DC atau gegelung pengmagnetan yang melaluinya denyutan arus. Pemilihan kaedah magnetisasi bergantung kepada bahan dan bentuk magnet kekal.

Akibat pemanasan yang kuat, hentaman, magnet kekal boleh kehilangan sebahagian atau sepenuhnya sifat magnetnya (penyahmagnetan).

Ciri-ciri bahagian degaussing gelung histerisis magnetik bahan dari mana magnet kekal dibuat menentukan sifat magnet kekal tertentu: semakin tinggi daya paksaan Hc dan semakin tinggi nilai baki aruhan magnet Br — magnet yang lebih kuat dan stabil.

Kuasa paksaan (diterjemahkan secara literal daripada Latin — "daya pegangan") — daya yang menghalang perubahan dalam polarisasi magnet ferromagnet.

Selagi feromagnet tidak terpolarisasi, iaitu, arus asas tidak berorientasikan, daya paksaan menghalang orientasi arus asas. Tetapi apabila ferromagnet sudah terpolarisasi, ia mengekalkan arus asas dalam kedudukan berorientasikan walaupun selepas medan magnet luar dialih keluar.

Ini menerangkan kemagnetan sisa yang dilihat dalam banyak feromagnet. Semakin besar daya paksaan, semakin kuat fenomena kemagnetan sisa.

Jadi kuasa paksaan adalah kekuatan medan magnetdiperlukan untuk penyahmagnetan lengkap bahan ferro- atau ferrimagnetik. Oleh itu, semakin memaksa magnet tertentu, semakin tahan ia terhadap faktor penyahmagnetan.

Satu unit ukuran daya paksaan di NE - Ampere / meter. A aruhan magnet, seperti yang anda ketahui, ialah kuantiti vektor, yang merupakan ciri daya medan magnet. Nilai ciri aruhan magnet sisa magnet kekal adalah dari susunan 1 Tesla.

Histeresis magnetik — kehadiran kesan polarisasi magnet membawa kepada fakta bahawa kemagnetan dan penyahmagnetan bahan magnet berjalan secara tidak sekata, kerana kemagnetan bahan sepanjang masa ketinggalan sedikit di belakang medan magnet.

Dalam kes ini, sebahagian daripada tenaga yang dibelanjakan untuk memagnetkan badan tidak dikembalikan semasa penyahmagnetan, tetapi bertukar menjadi haba. Oleh itu, berulang kali membalikkan kemagnetan bahan dikaitkan dengan kehilangan tenaga yang ketara dan kadangkala boleh menyebabkan pemanasan kuat badan bermagnet.

Lebih ketara histerisis dalam bahan, lebih besar kerugian di dalamnya apabila magnetisasi diterbalikkan. Oleh itu, bahan yang tidak mempunyai histerisis digunakan untuk litar magnetik dengan fluks magnet berselang-seli (lihat — Teras magnet peranti elektrik).

Sifat magnet magnet kekal boleh berubah di bawah pengaruh masa dan faktor luaran, yang termasuk:

• suhu;

• medan magnet;

• beban mekanikal;

• sinaran dll.

Perubahan sifat magnetik dicirikan oleh ketidakstabilan magnet kekal, yang boleh menjadi struktur atau magnet.

Ketidakstabilan struktur dikaitkan dengan perubahan dalam struktur kristal, transformasi fasa, pengurangan tegasan dalaman, dll. Dalam kes ini, sifat magnet asal boleh diperolehi dengan memulihkan struktur (contohnya, dengan rawatan haba bahan).

Ketidakstabilan magnet disebabkan oleh perubahan dalam struktur magnet bahan magnet, yang cenderung kepada keseimbangan termodinamik dari masa ke masa dan di bawah pengaruh pengaruh luar. Ketidakstabilan magnet boleh:

• boleh diterbalikkan (kembali kepada keadaan awal memulihkan sifat magnet asal);

• tidak boleh diterbalikkan (kepulangan sifat asal hanya boleh dicapai dengan kemagnetan berulang).

Magnet kekal atau elektromagnet — yang mana lebih baik?

Menggunakan magnet kekal untuk mencipta medan magnet kekal dan bukannya elektromagnet yang setara membolehkan:

• untuk mengurangkan berat dan ciri saiz produk;

• tidak termasuk penggunaan sumber tenaga tambahan (yang memudahkan reka bentuk produk, mengurangkan kos pengeluaran dan operasinya);

• menyediakan masa yang hampir tidak terhad untuk mengekalkan medan magnet dalam keadaan kerja (bergantung kepada bahan yang digunakan).

Kelemahan magnet kekal ialah:

• kerapuhan bahan yang digunakan dalam penciptaannya (ini merumitkan pemprosesan mekanikal produk);

• keperluan untuk perlindungan terhadap pengaruh kelembapan dan acuan (untuk ferit GOST 24063), serta terhadap pengaruh kelembapan dan suhu yang tinggi.

Jenis dan sifat magnet kekal

ferit

Magnet ferit, walaupun rapuh, mempunyai rintangan kakisan yang baik, menjadikannya yang paling biasa pada kos rendah. Magnet ini diperbuat daripada aloi oksida besi dengan barium atau strontium ferit. Komposisi ini membolehkan bahan mengekalkan sifat magnetnya dalam julat suhu yang luas — dari -30 ° C hingga + 270 ° C.

Produk magnetik dalam bentuk cincin ferit, rod dan ladam digunakan secara meluas dalam industri dan dalam kehidupan seharian, dalam teknologi dan elektronik. Ia digunakan dalam sistem pembesar suara, dalam penjana, dalam motor DC… Dalam industri automotif, magnet ferit dipasang di pemula, tingkap, sistem penyejukan dan kipas.

Magnet ferit dicirikan oleh daya paksaan kira-kira 200 kA/m dan aruhan magnet sisa kira-kira 0.4 Tesla. Secara purata, magnet ferit boleh bertahan 10 hingga 30 tahun.

Alnico (aluminium-nikel-kobalt)

Magnet kekal berdasarkan aloi aluminium, nikel dan kobalt dicirikan oleh kestabilan dan kestabilan suhu yang tiada tandingan: mereka dapat mengekalkan sifat magnetnya pada suhu sehingga + 550 ° C, walaupun daya paksaan mereka agak kecil. Di bawah pengaruh medan magnet yang agak kecil, magnet tersebut akan kehilangan sifat magnet asalnya.

Nilailah sendiri: daya paksaan biasa adalah kira-kira 50 kA / m dengan kemagnetan sisa kira-kira 0.7 Tesla. Walaupun ciri ini, magnet alnico sangat diperlukan untuk beberapa penyelidikan saintifik.

Kandungan biasa komponen dalam aloi alnico dengan sifat magnet yang tinggi berbeza-beza dalam had berikut: aluminium - dari 7 hingga 10%, nikel - dari 12 hingga 15%, kobalt - dari 18 hingga 40%, dan dari 3 hingga 4% tembaga.

Lebih banyak kobalt, lebih tinggi aruhan tepu dan tenaga magnet aloi. Bahan tambahan dalam bentuk titanium 2 hingga 8% dan hanya 1% niobium menyumbang kepada mendapatkan daya paksaan yang lebih tinggi — sehingga 145 kA / m. Penambahan silikon 0.5 hingga 1% memastikan sifat magnet isotropik.

Samaria

Jika anda memerlukan rintangan yang luar biasa terhadap kakisan, pengoksidaan dan suhu sehingga + 350 ° C, maka aloi magnetik samarium dengan kobalt adalah yang anda perlukan.

Pada harga tertentu, magnet samarium-kobalt lebih mahal daripada magnet neodymium kerana logam yang lebih langka dan lebih mahal, kobalt. Walau bagaimanapun, adalah disyorkan untuk menggunakannya jika perlu mempunyai dimensi minimum dan berat produk akhir.

Ini paling sesuai dalam kapal angkasa, penerbangan dan teknologi komputer, motor elektrik kecil dan gandingan magnet, dalam peranti boleh pakai dan peranti (jam tangan, fon kepala, telefon bimbit, dll.)

Kerana rintangan khasnya terhadap kakisan, ia adalah magnet samarium yang digunakan dalam pembangunan strategik dan aplikasi ketenteraan. Motor elektrik, penjana, sistem pengangkat, kenderaan bermotor - magnet kuat yang diperbuat daripada aloi samarium-kobalt sesuai untuk persekitaran yang agresif dan keadaan kerja yang sukar. Daya paksaan adalah dari urutan 700 kA/m dengan aruhan magnet sisa urutan 1 Tesla.

Neodymium

Magnet neodymium mendapat permintaan besar hari ini dan nampaknya paling menjanjikan. Aloi neodymium-besi-boron membolehkan anda mencipta magnet super untuk pelbagai aplikasi, daripada kunci dan mainan kepada penjana elektrik dan mesin angkat berkuasa.

Daya paksaan yang tinggi kira-kira 1000 kA / m dan kemagnetan sisa kira-kira 1.1 Tesla membolehkan magnet dikekalkan selama bertahun-tahun, selama 10 tahun magnet neodymium kehilangan hanya 1% daripada kemagnetannya jika suhunya di bawah keadaan operasi tidak melebihi + 80 ° C (untuk sesetengah jenama sehingga + 200 ° C). Oleh itu, terdapat hanya dua kelemahan magnet neodymium - kerapuhan dan suhu operasi yang rendah.

Magnetoplast

Serbuk magnet bersama-sama dengan pengikat membentuk magnet yang lembut, fleksibel dan ringan. Komponen ikatan seperti vinil, getah, plastik atau akrilik membolehkan magnet dihasilkan dalam pelbagai bentuk dan saiz.

Daya magnet, tentu saja, lebih rendah daripada bahan magnet tulen, tetapi kadangkala penyelesaian sedemikian diperlukan untuk mencapai tujuan luar biasa tertentu untuk magnet: dalam pengeluaran produk pengiklanan, dalam pengeluaran pelekat kereta boleh tanggal, serta dalam pengeluaran pelbagai alat tulis dan cenderahati.

Interaksi magnet

Seperti kutub magnet menolak dan tidak seperti kutub menarik. Interaksi magnet dijelaskan oleh fakta bahawa setiap magnet mempunyai medan magnet dan medan magnet ini berinteraksi antara satu sama lain. Sebagai contoh, apakah sebab kemagnetan besi?

Menurut hipotesis saintis Perancis Ampere, di dalam bahan terdapat arus elektrik asas (Arus ampere), yang terbentuk kerana pergerakan elektron mengelilingi nukleus atom dan mengelilingi paksinya sendiri.

Medan magnet asas timbul daripada pergerakan elektron.Dan jika sekeping besi dimasukkan ke dalam medan magnet luar, maka semua medan magnet asas dalam besi ini berorientasikan dengan cara yang sama dalam medan magnet luar, membentuk medan magnetnya sendiri daripada sekeping besi. Jadi jika medan magnet luaran yang digunakan cukup kuat, sebaik sahaja anda mematikannya, kepingan besi itu akan menjadi magnet kekal.

Mengetahui bentuk dan kemagnetan magnet kekal membolehkan pengiraan digantikan dengan sistem arus magnet elektrik yang setara. Penggantian sedemikian adalah mungkin apabila mengira ciri-ciri medan magnet dan apabila mengira daya yang bertindak pada magnet dari medan luar.

Sebagai contoh, mari kita hitung daya interaksi dua magnet kekal. Biarkan magnet mempunyai bentuk silinder nipis, jejarinya akan dilambangkan dengan r1 dan r2, ketebalannya ialah h1, h2, paksi magnet bertepatan, jarak antara magnet akan dilambangkan dengan z, kita akan menganggap bahawa ia jauh lebih besar daripada saiz magnet.

Kemunculan daya interaksi antara magnet dijelaskan dengan cara tradisional: satu magnet mencipta medan magnet yang bertindak pada magnet kedua.

Untuk mengira daya interaksi, kita secara mental menggantikan magnet bermagnet seragam J1 dan J2 dengan arus bulat yang mengalir pada permukaan sisi silinder. Kekuatan arus ini akan dinyatakan dari segi kemagnetan magnet, dan jejarinya akan dianggap sama dengan jejari magnet.

Marilah kita menguraikan vektor aruhan B bagi medan magnet yang dicipta oleh magnet pertama sebagai ganti yang kedua kepada dua komponen: paksi, diarahkan sepanjang paksi magnet, dan jejari, berserenjang dengannya.

Untuk mengira jumlah daya yang bertindak pada gelanggang, adalah perlu untuk membahagikannya secara mental kepada elemen kecil Idl dan jumlah Amperebertindak pada setiap elemen tersebut.

Menggunakan peraturan di sebelah kiri, adalah mudah untuk menunjukkan bahawa komponen paksi medan magnet menimbulkan daya Ampere yang cenderung untuk meregangkan (atau memampatkan) gelang—jumlah vektor bagi daya ini adalah sifar.

Kehadiran komponen jejari medan membawa kepada kemunculan daya Ampere yang diarahkan sepanjang paksi magnet, iaitu, kepada tarikan atau tolakan mereka. Ia kekal untuk mengira daya Ampere — ini akan menjadi daya interaksi antara dua magnet.

Lihat juga:Penggunaan magnet kekal dalam kejuruteraan elektrik dan tenaga