Ajout de champs magnétiques d'aimants permanents. Bases de calcul des systèmes à aimants permanents. Types d'aimants permanents

Il existe deux principaux types d'aimants : permanents et électromagnétiques. Vous pouvez déterminer ce qu'est un aimant permanent en fonction de ses principales propriétés. Un aimant permanent tire son nom du fait que son magnétisme est toujours « activé ». Il génère son propre champ magnétique, contrairement à un électro-aimant, qui est constitué d'un fil enroulé autour d'un noyau de fer et nécessite la circulation du courant pour créer un champ magnétique.

Histoire de l'étude des propriétés magnétiques

Il y a des siècles, les hommes ont découvert que certains types de roches ont une propriété originale : elles sont attirées par les objets en fer. La mention de la magnétite se trouve dans d'anciennes chroniques historiques : il y a plus de deux mille ans en Europe et bien plus tôt en Asie de l'Est. Au début, il était considéré comme un objet curieux.

Plus tard, la magnétite a été utilisée pour la navigation, constatant qu’elle avait tendance à occuper une certaine position lorsqu’on lui donnait la liberté de tourner. Les recherches scientifiques menées par P. Peregrine au XIIIe siècle ont montré que l'acier pouvait acquérir ces caractéristiques après avoir été frotté avec de la magnétite.

Les objets magnétisés avaient deux pôles : « nord » et « sud », par rapport au champ magnétique terrestre. Comme Peregrine l'a découvert, isoler l'un des pôles n'était pas possible en coupant un fragment de magnétite en deux - chaque fragment individuel se retrouvait avec sa propre paire de pôles.

Conformément aux concepts actuels, le champ magnétique des aimants permanents est l'orientation résultante des électrons dans une seule direction. Seuls certains types de matériaux interagissent avec les champs magnétiques ; un nombre beaucoup plus restreint d'entre eux sont capables de maintenir un champ magnétique constant.

Propriétés des aimants permanents

Les principales propriétés des aimants permanents et le champ qu’ils créent sont :

• l'existence de deux pôles ;
• les pôles opposés s'attirent et, comme les pôles, se repoussent (comme les charges positives et négatives) ;
• la force magnétique se propage imperceptiblement dans l'espace et traverse les objets (papier, bois) ;
• Une augmentation de l’intensité des MF est observée près des pôles.

Des aimants permanents soutiennent le MP sans aide extérieure. En fonction de leurs propriétés magnétiques, les matériaux sont divisés en types principaux :

• ferromagnétiques – facilement magnétisés ;
• les matériaux paramagnétiques – sont magnétisés avec beaucoup de difficulté ;
• Diamagnets - ont tendance à refléter les champs magnétiques externes en magnétisant dans la direction opposée.

Important! Les matériaux magnétiques doux tels que l’acier conduisent le magnétisme lorsqu’ils sont attachés à un aimant, mais celui-ci s’arrête lorsqu’il est retiré. Les aimants permanents sont fabriqués à partir de matériaux magnétiques durs.

Comment fonctionne un aimant permanent ?

Son travail porte sur la structure atomique. Tous les ferromagnétiques créent un champ magnétique naturel, quoique faible, grâce aux électrons entourant les noyaux des atomes. Ces groupes d'atomes sont capables de s'orienter dans la même direction et sont appelés domaines magnétiques. Chaque domaine comporte deux pôles : nord et sud. Lorsqu'un matériau ferromagnétique n'est pas magnétisé, ses régions sont orientées dans des directions aléatoires et leurs champs magnétiques s'annulent.

Pour créer des aimants permanents, les ferromagnétiques sont chauffés à très haute température et exposés à de puissants champs magnétiques externes. Cela conduit au fait que les domaines magnétiques individuels à l'intérieur du matériau commencent à s'orienter dans la direction du champ magnétique externe jusqu'à ce que tous les domaines soient alignés, atteignant le point de saturation magnétique. Le matériau est ensuite refroidi et les domaines alignés sont verrouillés en position. Une fois le MF externe supprimé, les matériaux magnétiques durs conserveront la plupart de leurs domaines, créant ainsi un aimant permanent.

Caractéristiques de l'aimant permanent

1. La force magnétique est caractérisée par une induction magnétique résiduelle. Désigné Fr. C'est la force qui subsiste après la disparition du député extérieur. Mesuré dans les tests (T) ou gauss (G);
2. Coercivité ou résistance à la démagnétisation - Ns. Mesuré en A/m. Indique quelle doit être l'intensité du champ magnétique externe afin de démagnétiser le matériau ;
3. Énergie maximale – BHmax. Calculé en multipliant la force magnétique rémanente Br et la coercivité Hc. Mesuré en MGSE (megaussersted) ;
4. Coefficient de température de la force magnétique résiduelle – Тс de Br. Caractérise la dépendance de Br sur la valeur de la température ;
5. Tmax – la valeur de température la plus élevée, une fois atteinte, les aimants permanents perdent leurs propriétés avec possibilité de récupération inverse ;
6. Tcur est la valeur de température la plus élevée à laquelle le matériau magnétique perd de manière irréversible ses propriétés. Cet indicateur est appelé température de Curie.

Les caractéristiques individuelles des aimants changent en fonction de la température. À différentes températures, différents types de matériaux magnétiques fonctionnent différemment.

Important! Tous les aimants permanents perdent un pourcentage de leur magnétisme à mesure que la température augmente, mais à des rythmes différents selon leur type.

Types d'aimants permanents

Il existe cinq types d’aimants permanents, chacun étant fabriqué différemment à partir de matériaux aux propriétés différentes :

• alnico;
• ferrites;
• terres rares SmCo à base de cobalt et de samarium ;
• néodyme;
• polymère.

Alnico

Il s'agit d'aimants permanents constitués principalement d'une combinaison d'aluminium, de nickel et de cobalt, mais peuvent également contenir du cuivre, du fer et du titane. En raison des propriétés des aimants alnico, ils peuvent fonctionner aux températures les plus élevées tout en conservant leur magnétisme, mais ils se démagnétisent plus facilement que la ferrite ou le SmCo des terres rares. Ce furent les premiers aimants permanents produits en série, remplaçant les métaux magnétisés et les électro-aimants coûteux.

Application:

• moteurs électriques;
• traitement thermique;
• roulements;
• véhicules aérospatiaux;
• équipement militaire;
• équipement de chargement et de déchargement à haute température ;
• micros.

Ferrites

Pour fabriquer des aimants en ferrite, également appelés céramiques, on utilise du carbonate de strontium et de l'oxyde de fer dans un rapport de 10/90. Les deux matériaux sont abondants et économiquement disponibles.

En raison de leurs faibles coûts de production, de leur résistance à la chaleur (jusqu'à 250°C) et à la corrosion, les aimants en ferrite sont l'un des aimants les plus appréciés pour un usage quotidien. Ils ont une plus grande coercitivité interne que l'alnico, mais moins de force magnétique que leurs homologues en néodyme.

Application:

• haut-parleurs;
• systèmes de sécurité;
• de grandes plaques magnétiques pour éliminer la contamination ferreuse des lignes de traitement ;
• moteurs et générateurs électriques;
• instruments médicaux;
• aimants de levage;
• aimants de recherche marine;
• dispositifs basés sur le fonctionnement des courants de Foucault ;
• commutateurs et relais;
• freins

Aimants SmCo de terres rares

Les aimants au cobalt et au samarium fonctionnent sur une large plage de températures, ont des coefficients de température élevés et une résistance élevée à la corrosion. Ce type conserve ses propriétés magnétiques même à des températures inférieures au zéro absolu, ce qui les rend populaires pour une utilisation dans les applications cryogéniques.

Application:

• technologie turbo;
• raccords de pompes;
• environnements humides;
• appareils à haute température;
• voitures de course électriques miniatures;
• dispositifs radioélectroniques destinés à fonctionner dans des conditions critiques.

Aimants en néodyme

Les aimants existants les plus puissants, constitués d'un alliage de néodyme, de fer et de bore. Grâce à leur énorme puissance, même les aimants miniatures sont efficaces. Cela offre une polyvalence d’utilisation. Chaque personne est constamment à proximité d’un des aimants en néodyme. Ils le sont par exemple dans un smartphone. La fabrication de moteurs électriques, d’équipements médicaux et de radioélectroniques repose sur des aimants en néodyme ultra-puissants. Grâce à leur ultra-force, leur énorme force magnétique et leur résistance à la démagnétisation, des échantillons jusqu'à 1 mm sont possibles.

Application:

• disques durs;
• appareils de reproduction du son – microphones, capteurs acoustiques, écouteurs, haut-parleurs ;
• prothèses;
• pompes à couplage magnétique;
• ferme-portes;
• moteurs et générateurs;
• serrures pour bijoux;
• Scanners IRM ;
• thérapie magnétique;
• Capteurs ABS dans les voitures ;
• matériel de levage;
• séparateurs magnétiques;
• interrupteurs à lames, etc.

Les aimants flexibles contiennent des particules magnétiques à l’intérieur d’un liant polymère. Utilisé pour les appareils uniques où l'installation d'analogues solides est impossible.

Application:

• affichage publicitaire – fixation et retrait rapides lors d'expositions et d'événements ;
• panneaux de véhicules, panneaux scolaires éducatifs, logos d'entreprises ;
• jouets, casse-tête et jeux;
• masquage de surfaces à peindre;
• calendriers et signets magnétiques;
• joints de fenêtres et de portes.

La plupart des aimants permanents sont fragiles et ne doivent pas être utilisés comme composants structurels. Ils sont réalisés sous des formes standards : anneaux, tiges, disques, et individuelles : trapèzes, arcs, etc. Les aimants en néodyme, en raison de leur forte teneur en fer, sont sensibles à la corrosion, ils sont donc recouverts de nickel, d'acier inoxydable, de téflon, de titane. , caoutchouc et autres matériaux.

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Transgénération de l'énergie du champ électromagnétique

Essence de la recherche :

L'orientation principale de la recherche est l'étude de la possibilité théorique et technique de créer des dispositifs générant de l'électricité grâce au processus physique de transgénération d'énergie du champ électromagnétique découvert par l'auteur. L'essence de l'effet est que lors de l'ajout de champs électromagnétiques (constants et variables), ce ne sont pas les énergies qui sont ajoutées, mais les amplitudes du champ. L'énergie du champ est proportionnelle au carré de l'amplitude du champ électromagnétique total. En conséquence, avec une simple addition de champs, l’énergie du champ total peut être plusieurs fois supérieure à l’énergie de tous les champs d’origine séparément. Cette propriété du champ électromagnétique est appelée non-additivité de l'énergie du champ. Par exemple, lorsque trois aimants permanents à disque plat sont empilés, l’énergie du champ magnétique total est multipliée par neuf ! Un processus similaire se produit lors de l’ajout d’ondes électromagnétiques dans les lignes d’alimentation et les systèmes résonants. L’énergie de l’onde électromagnétique stationnaire totale peut être plusieurs fois supérieure à l’énergie des ondes et du champ électromagnétique avant l’addition. En conséquence, l’énergie totale du système augmente. Le processus est décrit par une formule simple d’énergie de champ :

Lorsque trois disques magnétiques permanents sont ajoutés, le volume du champ diminue trois fois et la densité d'énergie volumétrique du champ magnétique augmente neuf fois. En conséquence, l’énergie du champ total de trois aimants réunis s’avère être trois fois supérieure à l’énergie de trois aimants séparés.

Lorsque des ondes électromagnétiques sont ajoutées dans un seul volume (dans les lignes d'alimentation, les résonateurs, les bobines, l'énergie du champ électromagnétique augmente également par rapport à celle d'origine).

La théorie du champ électromagnétique démontre la possibilité de générer de l'énergie par le transfert (trans-) et l'addition d'ondes et de champs électromagnétiques. La théorie de la transgénération de l'énergie du champ électromagnétique développée par l'auteur ne contredit pas l'électrodynamique classique. L'idée du continuum physique en tant que milieu diélectrique super-dense avec une énorme énergie de masse latente conduit au fait que l'espace physique a de l'énergie et que la transgénération ne viole pas la loi complète de conservation de l'énergie (en tenant compte de l'énergie du milieu ). La non-additivité de l'énergie du champ électromagnétique démontre que pour le champ électromagnétique la loi de conservation de l'énergie ne s'applique pas simplement. Par exemple, dans la théorie des vecteurs d'Umov-Poynting, l'ajout de vecteurs de Poynting conduit à l'ajout simultané de champs électriques et magnétiques. Par conséquent, par exemple, lors de l'ajout de trois vecteurs de pointage, le vecteur de pointage total augmente de neuf fois, et non de trois, comme cela semble à première vue.

Résultats de recherche:

La possibilité d'obtenir de l'énergie en combinant des ondes électromagnétiques a été étudiée expérimentalement dans différents types de lignes d'alimentation - guides d'ondes, bifilaires, stripline, coaxiales. La gamme de fréquences s'étend de 300 MHz à 12,5 GHz. La puissance a été mesurée à la fois directement - avec des wattmètres - et indirectement - avec des diodes détectrices et des voltmètres. En conséquence, lorsque certains ajustements ont été apportés aux lignes d'alimentation, des résultats positifs ont été obtenus. Lors de l'ajout d'amplitudes de champ (dans les charges), la puissance libérée dans la charge dépasse la puissance fournie par différents canaux (des diviseurs de puissance ont été utilisés). L'expérience la plus simple illustrant le principe de l'addition d'amplitude est une expérience dans laquelle trois antennes hautement directionnelles fonctionnent en phase avec un récepteur récepteur, auquel un wattmètre est connecté. Résultat de cette expérience : la puissance enregistrée au niveau de l'antenne de réception est neuf fois supérieure à celle fournie par chaque antenne d'émission séparément. Au niveau de l'antenne de réception, les amplitudes (trois) des trois antennes d'émission sont additionnées et la puissance de réception est proportionnelle au carré de l'amplitude. Autrement dit, en ajoutant trois amplitudes en phase, la puissance de réception augmente neuf fois !

Il convient de noter que les interférences dans l'air (vide) sont multiphasées et diffèrent à bien des égards des interférences dans les lignes d'alimentation, les résonateurs à cavité, les ondes stationnaires dans les bobines, etc. Dans le modèle d'interférence dit classique, l'addition et la soustraction de des amplitudes de champ électromagnétique sont observées. Par conséquent, en général, en cas d'interférences multiphasées, la violation de la loi de conservation de l'énergie est de nature locale. Dans un résonateur ou en présence d'ondes stationnaires dans les lignes d'alimentation, la superposition d'ondes électromagnétiques ne s'accompagne pas d'une redistribution du champ électromagnétique dans l'espace. Dans ce cas, dans les résonateurs quart d'onde et demi-onde, seule l'addition des amplitudes de champ se produit. L'énergie des ondes combinées dans un volume est l'énergie transmise du générateur au résonateur.

Les études expérimentales confirment pleinement la théorie de la transgénération. Il est connu dans la pratique des micro-ondes que même en cas de panne électrique ordinaire dans les lignes d'alimentation, la puissance dépasse la puissance fournie par le générateur. Par exemple, un guide d'ondes conçu pour une puissance micro-ondes de 100 MW est percé en ajoutant deux puissances micro-ondes de 25 MW chacune - en ajoutant deux ondes micro-ondes contra-propagatives dans le guide d'ondes. Cela peut se produire lorsque la puissance des micro-ondes est réfléchie depuis l’extrémité de la ligne.

Un certain nombre de schémas de circuits originaux ont été développés pour générer de l'énergie en utilisant divers types d'interférences. La gamme de fréquences principale va du mètre et du décimètre (micro-ondes), jusqu'au centimètre. Grâce à la transgénération, il est possible de créer des sources d'électricité autonomes et compactes.

BOBINES ÉLECTROMAIGNANTES

La bobine est l'un des principaux éléments de l'électro-aimant et doit répondre aux exigences de base suivantes :

1) assurer une activation fiable de l'électro-aimant dans les pires conditions, c'est-à-dire à l'état chauffé et à tension réduite ;

2) ne pas surchauffer au-dessus de la température admissible dans tous les modes possibles, c'est-à-dire à tension accrue ;

3) avec des dimensions minimales, être pratique pour la production ;

4) être mécaniquement solide ;

5) avoir un certain niveau d'isolation et, dans certains appareils, être résistant à l'humidité, aux acides et à l'huile.

Pendant le fonctionnement, des contraintes apparaissent dans la bobine : mécaniques - dues aux forces électrodynamiques dans les spires et entre les spires, notamment en courant alternatif ; thermique - en raison d'un chauffage inégal de ses pièces individuelles; électrique - en raison de surtensions, notamment lors d'un arrêt.

Lors du calcul de la bobine, deux conditions doivent être remplies. La première consiste à fournir au MMF requis une bobine chaude et une tension réduite. Deuxièmement, la température de chauffage du serpentin ne doit pas dépasser celle autorisée.

À la suite du calcul, les quantités suivantes nécessaires au bobinage doivent être déterminées : d– diamètre du fil de la marque sélectionnée ; w- nombre de tours; R.- Résistance de la bobine.

Selon leur conception, on distingue les bobines : châssis – le bobinage s'effectue sur un châssis en métal ou en plastique ; bagué sans cadre - l'enroulement s'effectue sur un gabarit amovible, après enroulement la bobine est cerclée ; sans cadre avec enroulement sur le noyau du système magnétique.

Un aimant permanent est un morceau d'acier ou d'un autre alliage dur qui, lorsqu'il est magnétisé, retient de manière stable la partie stockée de l'énergie magnétique. Le but d'un aimant est de servir de source d'un champ magnétique qui ne change pas sensiblement ni avec le temps ni sous l'influence de facteurs tels que des chocs, des changements de température, des champs magnétiques externes. Les aimants permanents sont utilisés dans une variété d'appareils et d'instruments : relais, instruments de mesure électriques, contacteurs, machines électriques.

On distingue les principaux groupes d'alliages pour aimants permanents suivants :

2) alliages à base d'acier - nickel - aluminium avec ajout de cobalt et de silicium dans certains cas : alni (Fe, Al, Ni), alnisi (Fe, Al, Ni, Si), magnico (Fe, Ni, Al, Co );

3) alliages à base d'argent, de cuivre, de cobalt.

Les grandeurs caractérisant un aimant permanent sont l'induction résiduelle DANS r et force coercitive N c. Pour déterminer les caractéristiques magnétiques des aimants finis, des courbes de démagnétisation sont utilisées (Fig. 7-14), qui représentent la dépendance DANS = F(– H). La courbe est prise pour l'anneau, qui est d'abord magnétisé jusqu'à l'induction de saturation, puis démagnétisé jusqu'à DANS = 0.

Flux dans l'entrefer. Pour utiliser l’énergie d’un aimant, il faut le fabriquer avec un entrefer. Le composant du MMF dépensé par un aimant permanent pour conduire le flux dans l’entrefer est appelé MMF libre.

La présence d'un entrefer δ réduit l'induction dans l'aimant de DANS r à DANS(Fig. 7-14) de la même manière que si un courant démagnétisant passait à travers une bobine placée sur un anneau, créant une tension H. Cette considération constitue la base de la méthode donnée ci-dessous pour calculer le flux dans l’entrefer d’un aimant.

En l'absence d'espace, la totalité du MMF est consacrée à la conduite du flux à travers l'aimant :

Où jeμ – longueur de l’aimant.

S'il y a un entrefer, une partie du MDS Fδ sera consacré à la conduite du flux à travers cet espace :

F=F μ +Fδ (7-35)

Supposons que nous ayons créé une telle intensité de champ magnétique démagnétisant N, Quoi

N l μ = Fδ (7-36)

et l'induction est devenue DANS.

En l'absence de fuite, le flux dans l'aimant est égal au flux dans l'entrefer

Bs μ = F δ Λ δ = Λ jeμ Λ δ , (7-37)

Où sμ – section transversale de l'aimant ; Λ δ = μ 0 sδ/δ ; μ 0 – perméabilité magnétique de l’entrefer.

De la fig. 7-14, il s'ensuit que

B/H = je μ Λ δ / s μ= bronzage α (7-38)

Riz. 7-14. Courbes de démagnétisation

Ainsi, connaissant les données sur le matériau de l'aimant (sous forme de courbe de démagnétisation), les dimensions de l'aimant je μ , sμ et dimensions de l'espace δ, sδ, vous pouvez utiliser l'équation (7-38) pour calculer le débit dans l'espace. Pour ce faire, tracez une ligne droite sur le schéma (Fig. 7-14) Ob sous un angle α. Segment de ligne bс définit l'induction DANS aimant. A partir de là, le débit dans l'entrefer sera

Lors de la détermination de tan α, les échelles des axes des ordonnées et des abscisses sont prises en compte :

Où р = n/m- rapport des échelles des axes B et H.

Compte tenu de la diffusion, le flux Ф δ est déterminé comme suit.

Effectuer une opération directe Obà l'angle α, où tan α == Λ δ je μ ( psµ). Valeur reçue DANS caractérise l'induction dans la partie médiane de l'aimant. Flux dans la partie médiane de l'aimant

Débit d'entrefer

où σ est le coefficient de diffusion. Intégration pendant l'intervalle de travail

Aimants directs. L'expression (7-42) donne une solution au problème des aimants de forme fermée, où la conductivité des entrefers peut être calculée avec une précision suffisante à des fins pratiques. Pour les aimants directs, le problème du calcul de la conductivité du flux de fuite est très difficile. Le flux est calculé à l'aide de relations expérimentales qui relient l'intensité du champ magnétique aux dimensions de l'aimant.

Énergie magnétique gratuite. C’est l’énergie que dégage l’aimant dans les entrefers. Lors du calcul des aimants permanents, du choix du matériau et des rapports de taille requis, on s'efforce d'utiliser au maximum le matériau magnétique, ce qui revient à obtenir la valeur maximale de l'énergie magnétique libre.

Énergie magnétique concentrée dans l'entrefer, proportionnelle au produit du flux dans l'entrefer et du MMF :

Étant donné que

On a

où V est le volume de l'aimant. Le matériau d'un aimant est caractérisé par l'énergie magnétique par unité de volume.

Riz. 7-15. Déterminer l'énergie magnétique d'un aimant

A l'aide de la courbe de démagnétisation, vous pouvez construire une courbe W m = F(DANS) à V= 1 (Fig. 7-15). Courbe W m = F(DANS) a un maximum à certaines valeurs DANS Et H, que nous désignons DANS 0 et H 0 . En pratique, la méthode de recherche DANS 0 et H 0 sans tracé de courbe W m = F(DANS). Le point d'intersection de la diagonale d'un quadrilatère dont les côtés sont égaux DANS r et N c , dont la courbe de démagnétisation correspond assez bien aux valeurs DANS 0 , N 0 . L'induction résiduelle B r fluctue dans des limites relativement petites (1 à 2,5) et la force coercitive H c varie dans de grandes limites (1 à 20). On distingue donc les matériaux : à faible coercivité, dans lesquels W m petit (courbe 2), très coercitif, dans lequel W m grand (courbe 1 ).

Courbes de retour. L'entrefer peut changer pendant le fonctionnement. Supposons qu'avant l'introduction de l'ancre l'induction était B 1 cuillère à soupe un 1 . Lorsqu'une armature est introduite, l'écart δ change, et cet état du système correspond à l'angle UN 2 ; (Fig. 7-16) et induction élevée. Cependant, l'augmentation de l'induction ne se produit pas le long de la courbe de démagnétisation, mais le long d'une autre courbe. b 1 CD, appelée courbe de retour. Avec une fermeture complète (δ = 0) nous aurions une induction B 2. Lorsque l'écart change dans la direction opposée, l'induction change le long de la courbe dfb 1 . Courbes de retour b 1 CD Et dfb 1 sont les courbes de cycles particuliers d'aimantation et de démagnétisation. La largeur de la boucle est généralement petite et la boucle peut être remplacée par une boucle droite b 1 d. rapport Δ DANS/Δ N s'appelle la perméabilité réversible d'un aimant.

Vieillissement des aimants. Le vieillissement fait référence au phénomène de diminution du flux magnétique d'un aimant au fil du temps. Ce phénomène est dû à un certain nombre de raisons énumérées ci-dessous.

Vieillissement structurel. Le matériau magnétique après durcissement ou coulée a une structure inégale. Au fil du temps, cette inégalité se transforme en un état plus stable, ce qui entraîne un changement de valeurs. DANS Et N.

Vieillissement mécanique. Se produit en raison de chocs, de secousses, de vibrations et de l'influence de températures élevées, qui affaiblissent le flux de l'aimant.

Vieillissement magnétique. Déterminé par l'influence des champs magnétiques externes.

Stabilisation des aimants. Avant de l'installer dans l'appareil, tout aimant doit être soumis à un processus de stabilisation supplémentaire, après quoi la résistance de l'aimant à une diminution du flux augmente.

Stabilisation structurelle. Il s'agit d'un traitement thermique supplémentaire, qui est effectué avant la magnétisation de l'aimant (faire bouillir l'aimant durci pendant 4 heures après durcissement). Les alliages à base d'acier, de nickel et d'aluminium ne nécessitent pas de stabilisation structurelle.

Stabilisation mécanique. Avant installation dans l'appareil, l'aimant aimanté est soumis à des chocs, chocs et vibrations dans des conditions proches du mode de fonctionnement.

Stabilisation magnétique. Un aimant magnétisé est exposé à des champs externes de signe alternatif, après quoi l'aimant devient plus résistant aux champs externes, à la température et aux influences mécaniques.

CHAPITRE 8 MÉCANISMES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

Qu'est-ce qu'un aimant permanent ? Un aimant permanent est un corps capable de maintenir une magnétisation pendant une longue période. Grâce à des recherches répétées et à de nombreuses expériences, nous pouvons affirmer que seules trois substances sur Terre peuvent être des aimants permanents (Fig. 1).

Riz. 1. Aimants permanents. ()

Seules ces trois substances et leurs alliages peuvent être des aimants permanents, eux seuls peuvent être magnétisés et maintenir cet état pendant longtemps.

Les aimants permanents sont utilisés depuis très longtemps, et ce sont avant tout des dispositifs d'orientation dans l'espace - la première boussole a été inventée en Chine pour naviguer dans le désert. Aujourd'hui, personne ne conteste les aiguilles magnétiques ou les aimants permanents ; ils sont utilisés partout dans les téléphones et les émetteurs radio et simplement dans divers produits électriques. Ils peuvent être différents : il existe des bandes magnétiques (Fig. 2)

Riz. 2. Bande magnétique ()

Et il existe des aimants appelés en forme d'arc ou en forme de fer à cheval (Fig. 3)

Riz. 3. Arc magnétique ()

L'étude des aimants permanents est exclusivement liée à leur interaction. Un champ magnétique peut être créé par un courant électrique et un aimant permanent, c'est pourquoi la première chose qui a été faite a été une recherche avec des aiguilles magnétiques. Si nous rapprochons un aimant de la flèche, nous verrons une interaction : les pôles semblables se repousseront et les pôles différents s'attireront. Cette interaction est observée avec tous les aimants.

Plaçons de petites flèches magnétiques le long de la bande magnétique (Fig. 4), le pôle sud interagira avec le nord et le nord attirera le sud. Les aiguilles magnétiques seront situées le long de la ligne du champ magnétique. Il est généralement admis que les lignes magnétiques sont dirigées à l’extérieur d’un aimant permanent du pôle nord vers le sud et à l’intérieur de l’aimant du pôle sud vers le nord. Ainsi, les lignes magnétiques sont fermées exactement de la même manière que celles d'un courant électrique, ce sont des cercles concentriques, elles sont fermées à l'intérieur de l'aimant lui-même. Il s'avère qu'à l'extérieur de l'aimant, le champ magnétique est dirigé du nord vers le sud et à l'intérieur de l'aimant, du sud vers le nord.

Riz. 4. Lignes de champ magnétique d'une bande magnétique ()

Afin d'observer la forme du champ magnétique d'une bande magnétique, la forme du champ magnétique d'un aimant en forme d'arc, nous utiliserons les dispositifs ou pièces suivants. Prenons une plaque transparente, de la limaille de fer et menons une expérience. Saupoudrons de la limaille de fer sur la plaque située sur la bande magnétique (Fig. 5) :

Riz. 5. Forme du champ magnétique d'une bande magnétique ()

Nous voyons que les lignes du champ magnétique quittent le pôle nord et entrent dans le pôle sud ; par la densité des lignes, nous pouvons juger des pôles de l'aimant ; là où les lignes sont plus épaisses, les pôles de l'aimant s'y trouvent (Fig. 6).

Riz. 6. Forme du champ magnétique d'un aimant en forme d'arc ()

Nous réaliserons une expérience similaire avec un aimant en forme d’arc. Nous voyons que les lignes magnétiques commencent au nord et se terminent au pôle sud dans tout l’aimant.

Nous savons déjà qu'un champ magnétique se forme uniquement autour des aimants et des courants électriques. Comment pouvons-nous déterminer le champ magnétique terrestre ? Toute aiguille, toute boussole dans le champ magnétique terrestre est strictement orientée. Puisque l’aiguille magnétique est strictement orientée dans l’espace, elle est donc affectée par un champ magnétique, et il s’agit du champ magnétique terrestre. Nous pouvons conclure que notre Terre est un grand aimant (Fig. 7) et, par conséquent, cet aimant crée un champ magnétique assez puissant dans l'espace. Lorsque nous regardons l’aiguille d’un compas magnétique, nous savons que la flèche rouge pointe vers le sud et la flèche bleue pointe vers le nord. Comment se situent les pôles magnétiques terrestres ? Dans ce cas, il faut rappeler que le pôle magnétique sud est situé au pôle géographique nord de la Terre et le pôle magnétique nord de la Terre est situé au pôle géographique sud. Si nous considérons la Terre comme un corps situé dans l'espace, alors nous pouvons dire que lorsque nous allons vers le nord le long de la boussole, nous arriverons au pôle magnétique sud, et lorsque nous allons vers le sud, nous arriverons au pôle magnétique nord. A l'équateur, l'aiguille de la boussole sera située presque horizontalement par rapport à la surface de la Terre, et plus on sera proche des pôles, plus l'aiguille sera verticale. Le champ magnétique terrestre pouvait changer ; il y avait des moments où les pôles changeaient les uns par rapport aux autres, c'est-à-dire que le sud était là où se trouvait le nord, et vice versa. Selon les scientifiques, c'était le signe avant-coureur de grandes catastrophes sur Terre. Cela n’a pas été observé au cours des dernières dizaines de millénaires.

Riz. 7. Le champ magnétique terrestre ()

Les pôles magnétiques et géographiques ne coïncident pas. Il existe également un champ magnétique à l’intérieur de la Terre elle-même et, comme dans un aimant permanent, il est dirigé du pôle magnétique sud vers le nord.

D'où vient le champ magnétique des aimants permanents ? La réponse à cette question a été donnée par le scientifique français André-Marie Ampère. Il a exprimé l'idée que le champ magnétique des aimants permanents s'explique par les courants élémentaires et les plus simples circulant à l'intérieur des aimants permanents. Ces courants élémentaires les plus simples se renforcent d'une certaine manière et créent un champ magnétique. Une particule chargée négativement - un électron - se déplace autour du noyau d'un atome, ce mouvement peut être considéré comme dirigé et, par conséquent, un champ magnétique est créé autour d'une telle charge en mouvement. À l'intérieur de tout corps, le nombre d'atomes et d'électrons est tout simplement énorme ; par conséquent, tous ces courants élémentaires prennent une direction ordonnée, et nous obtenons un champ magnétique assez important. Nous pouvons dire la même chose de la Terre, c'est-à-dire que le champ magnétique terrestre est très similaire au champ magnétique d'un aimant permanent. Un aimant permanent est une caractéristique assez brillante de toute manifestation d'un champ magnétique.

Outre l’existence d’orages magnétiques, il existe également des anomalies magnétiques. Ils sont associés au champ magnétique solaire. Lorsque des explosions ou des éjections suffisamment puissantes se produisent sur le Soleil, elles ne se produisent pas sans l'aide de la manifestation du champ magnétique solaire. Cet écho atteint la Terre et affecte son champ magnétique, ce qui entraîne des orages magnétiques. Les anomalies magnétiques sont associées aux gisements de minerai de fer sur Terre, d'énormes gisements sont magnétisés par le champ magnétique terrestre pendant une longue période, et tous les corps autour subiront le champ magnétique de cette anomalie, les flèches de la boussole indiqueront la mauvaise direction.

Dans la prochaine leçon, nous examinerons d'autres phénomènes associés aux actions magnétiques.

Bibliographie

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Devoirs

1. Quelle extrémité de l’aiguille de la boussole est attirée par le pôle nord de la Terre ?
2. Dans quel endroit sur Terre ne peut-on pas faire confiance à l’aiguille magnétique ?
3. Qu'indique la densité des lignes sur un aimant ?

Pour comprendre comment augmenter la force d’un aimant, vous devez comprendre le processus de magnétisation. Cela se produira si l'aimant est placé dans un champ magnétique externe avec le côté opposé à celui d'origine. Une augmentation de la puissance de l'électro-aimant se produit lorsque l'alimentation en courant augmente ou que les tours de l'enroulement sont multipliés.

Vous pouvez augmenter la force d'un aimant en utilisant un ensemble standard d'équipements nécessaires : de la colle, un jeu d'aimants (vous avez besoin d'aimants permanents), une source de courant et un fil isolé. Ils seront nécessaires pour mettre en œuvre les méthodes d'augmentation de la force d'un aimant, présentées ci-dessous.

Renfort avec un aimant plus puissant

Cette méthode consiste à utiliser un aimant plus puissant pour renforcer celui d’origine. Pour mettre en œuvre cela, vous devez placer un aimant dans le champ magnétique externe d’un autre, qui a une plus grande puissance. Les électroaimants sont également utilisés dans le même but. Après avoir maintenu un aimant dans le champ d'un autre, une amplification se produira, mais la spécificité réside dans l'imprévisibilité des résultats, car pour chaque élément, une telle procédure fonctionnera individuellement.

Renforcement en ajoutant d'autres aimants

On sait que chaque aimant a deux pôles, et chacun attire le signe opposé des autres aimants, et celui correspondant n'attire pas, mais repousse seulement. Comment augmenter la puissance d'un aimant à l'aide de colle et d'aimants supplémentaires. Cela implique d'ajouter d'autres aimants pour augmenter la puissance finale. En effet, plus il y a d’aimants, plus la force est importante. La seule chose à prendre en compte est la connexion des aimants avec des pôles similaires. Ce faisant, ils se repousseront, selon les lois de la physique. Mais l’enjeu est de coller, malgré les difficultés physiques. Il est préférable d'utiliser de la colle conçue pour coller les métaux.

Méthode d'amélioration du point de Curie

En science, il existe le concept du point de Curie. Le renforcement ou l'affaiblissement d'un aimant peut se faire en le chauffant ou en le refroidissant par rapport à ce point lui-même. Ainsi, un chauffage au-dessus du point de Curie ou un fort refroidissement (beaucoup en dessous) entraînera une démagnétisation.

Il convient de noter que les propriétés d'un aimant lorsqu'il est chauffé et refroidi par rapport au point de Curie ont une propriété abrupte, c'est-à-dire qu'après avoir atteint la température correcte, sa puissance peut être augmentée.

Méthode n°1

Si la question se pose de savoir comment rendre un aimant plus fort si sa force est régulée par le courant électrique, cela peut être fait en augmentant le courant fourni à l'enroulement. Ici, il y a une augmentation proportionnelle de la puissance de l'électro-aimant et de l'alimentation en courant. L'essentiel est ⸺ une alimentation progressive pour éviter l'épuisement professionnel.

Méthode n°2

Pour mettre en œuvre cette méthode, le nombre de tours doit être augmenté, mais la longueur doit rester la même. Autrement dit, vous pouvez créer une ou deux rangées de fil supplémentaires afin que le nombre total de tours devienne plus grand.

Cette section traite des moyens d'augmenter la force d'un aimant à la maison ; des expériences peuvent être commandées sur le site Web WorldMagnitov.

Renforcer un aimant ordinaire

De nombreuses questions se posent lorsque les aimants ordinaires cessent de remplir leurs fonctions directes. Cela se produit souvent parce que les aimants domestiques ne sont pas de tels aimants, car ce sont en fait des pièces métalliques magnétisées qui perdent leurs propriétés avec le temps. Il est impossible d'améliorer la puissance de ces pièces ou de leur redonner leurs propriétés d'origine.

Il convient de noter que cela n'a aucun sens d'y attacher des aimants, encore plus puissants, car lorsqu'ils sont connectés avec des pôles inversés, le champ extérieur devient beaucoup plus faible ou est complètement neutralisé.

Ceci peut être vérifié à l’aide d’un rideau anti-moustique domestique ordinaire, qui doit être fermé au milieu à l’aide d’aimants. Si vous fixez des aimants plus puissants sur des aimants initiaux faibles, le rideau perdra généralement ses propriétés de connexion par attraction, car les pôles opposés neutralisent les champs externes de chaque côté.

Expériences avec des aimants en néodyme

Neomagnet est très populaire, sa composition : néodyme, bore, fer. Cet aimant a une puissance élevée et résiste à la démagnétisation.

Comment renforcer le néodyme ? Le néodyme est très sensible à la corrosion, c'est-à-dire qu'il rouille rapidement, c'est pourquoi les aimants en néodyme sont recouverts de nickel pour augmenter la durée de vie. Ils ressemblent également à de la céramique et sont faciles à casser ou à fissurer.

Mais cela ne sert à rien d’essayer d’augmenter artificiellement sa puissance, car c’est un aimant permanent, il a un certain niveau de force pour lui-même. Par conséquent, si vous avez besoin d'un néodyme plus puissant, il est préférable de l'acheter en tenant compte de la résistance requise du nouveau.

Conclusion : l'article aborde le sujet de la façon d'augmenter la force d'un aimant, y compris comment augmenter la puissance d'un aimant en néodyme. Il s'avère qu'il existe plusieurs façons d'augmenter les propriétés d'un aimant. Parce qu'il existe simplement du métal magnétisé dont la résistance ne peut être augmentée.

Les méthodes les plus simples : utiliser de la colle et d'autres aimants (ils doivent être collés avec des pôles identiques), ainsi qu'un plus puissant, dans le champ extérieur duquel doit se trouver l'aimant d'origine.

Des méthodes pour augmenter la force d'un électro-aimant sont envisagées, qui consistent à enrouler davantage avec des fils ou à augmenter le flux de courant. La seule chose à prendre en compte est la force du flux de courant pour la sûreté et la sécurité de l'appareil.

Les aimants conventionnels et en néodyme ne sont pas capables d'augmenter leur propre puissance.