Додавання магнітних полів постійних магнітів. Основи розрахунку систем із постійними магнітами. Типи постійних магнітів

Існує два основних типи магнітів: постійні та електромагніти. Визначити, що таке постійний магніт, можна виходячи з головного його властивості. Постійний магніт отримав свою назву через те, що його магнетизм завжди «включений». Він генерує власне магнітне поле, на відміну від електромагніту, зробленого з дроту, оберненого навколо залізного сердечника, і струму, що вимагає протікання, для створення магнітного поля.

Історія вивчення магнітних властивостей

Століття тому люди відкрили, що деякі типи гірських порід мають оригінальні особливості: притягуються до залізних предметів. Згадка про магнетит зустрічається в стародавніх історичних літописах: більше двох тисячоліть тому в європейських і набагато раніше в східноазіатських. Спочатку він оцінювався як цікавий предмет.

Пізніше магнетит почали використовувати для навігації, виявивши, що він прагне зайняти певне становище, коли йому надано свободу обертання. Наукове дослідження, проведене П. Перегріном у 13-му столітті, показало, що сталь може придбати ці особливості після потирання магнетитом.

Намагнічені предмети мали два полюси: «північний» і «південний», щодо магнітного поля Землі. Як виявив Перегрін, ізоляція одного з полюсів не була можливою, якщо розрізати уламок магнетиту надвоє, – кожен окремий фрагмент мав у результаті власну пару полюсів.

Відповідно до сьогоднішніх уявлень магнітне поле постійних магнітів – це результуюча орієнтація електронів у єдиному напрямку. Тільки деякі різновиди матеріалів взаємодіють з магнітними полями, значно менша кількість здатна зберігати постійне МП.

Властивості постійних магнітів

Основними властивостями постійних магнітів та створюваного ними поля є:

• існування двох полюсів;
• протилежні полюси притягуються, а однойменні відштовхуються (як позитивні та негативні заряди);
• магнітна сила непомітно поширюється у просторі і проходить через об'єкти (папір, дерево);
• спостерігається посилення інтенсивності МП поблизу полюсів.

Постійні магніти підтримують МП без зовнішньої допомоги. Матеріали залежно від магнітних властивостей поділяються на основні види:

• феромагнетики - легко намагнічуються;
• парамагнетики - намагнічуються з великими труднощами;
• діамагнетики – схильні відбивати зовнішнє МП шляхом намагнічування у протилежному напрямі.

Важливо!Магніто-м'які матеріали, такі як сталь, проводять магнетизм при кріпленні до магніту, але це припиняється при його видаленні. Постійні магніти виготовляються із магніто-твердих матеріалів.

Як працює постійний магніт

Його робота пов'язана з атомною структурою. Усі феромагнетики створюють природне, хоч і слабке, МП, завдяки електронам, що оточують ядра атомів. Ці групи атомів здатні орієнтуватися у єдиному напрямі і називаються магнітними доменами. Кожен домен має два полюси: північний і південний. Коли феромагнітний матеріал не намагнічений, його області орієнтовані у випадкових напрямках, які МП компенсують одне одного.

Щоб створити постійні магніти, феромагнетики нагріваються за дуже високих температур і піддаються впливу сильного зовнішнього МП. Це призводить до того, що окремі магнітні домени всередині матеріалу починають орієнтуватися у напрямку зовнішнього МП доти, поки всі домени не вирівняються, досягнувши точки магнітного насичення. Потім матеріал охолоджують і вирівняні домени блокуються в потрібному положенні. Після видалення зовнішнього МП магніто-тверді матеріали утримуватимуть більшу частину своїх доменів, створюючи постійний магніт.

Характеристики постійного магніту

1. Магнітну силу характеризує залишкова магнітна індукція. позначається Br. Це сила, яка залишається після зникнення зовнішнього МП. Вимірюється у тестах (Тл) або гаусах (Гс);
2. Коерцитивність чи опір розмагнічування – Нс. Вимірюється А/м. Показує, якою має бути напруженість зовнішнього МП у тому, щоб розмагнітити матеріал;
3. Максимальна енергія – BHmax. Розраховується шляхом множення залишкової магнітної сили Br та коерцитивності Нс. Вимірюється в МГСЕ (мегагаусерстед);
4. Коефіцієнт температури залишкової магнітної сили Тс of Br. характеризує залежність Br від температурного значення;
5. Tmax - найвище значення температури, при досягненні якого постійні магніти втрачають властивості з можливістю зворотного відновлення;
6. Tcur – найвище значення температури, коли магнітний матеріал безповоротно втрачає характеристики. Цей показник називається температурою Кюрі.

Індивідуальні характеристики магніту змінюються залежно від температури. За різних значеннях температури різні типи магнітних матеріалів працюють по-різному.

Важливо!Усі постійні магніти втрачають відсоток магнетизму під час підйому температури, але з різною швидкістю, що залежить від їх типу.

Типи постійних магнітів

Всього існує п'ять типів постійних магнітів, кожен з яких виготовляється по-різному на основі матеріалів з властивостями:

• альник;
• ферити;
• рідкісноземельні SmCo на основі кобальту та самарію;
• неодимові;
• полімерні.

Альнико

Це постійні магніти, що складаються в основному з комбінації алюмінію, нікелю та кобальту, але можуть також включати мідь, залізо та титан. Завдяки властивостям магнітів альнико, вони можуть працювати за найвищих температур, зберігаючи свій магнетизм, проте вони легше розмагнічуються, ніж феритові або рідкоземельні SmCo. Вони були першими постійними серійними магнітами, що заміняли намагнічені метали і дорогі електромагніти.

Застосування:

• електродвигуни;
• термічна обробка;
• підшипники;
• аерокосмічні апарати;
• військова техніка;
• високотемпературне вантажно-розвантажувальне обладнання;
• мікрофони.

Феріти

Для виготовлення феритових магнітів, відомих ще як керамічні, застосовуються карбонат стронцію та оксид заліза, у співвідношенні 10/90. Обидва матеріали удосталь та економічно доступні.

Через низькі витрати виробництва, стійкості до нагрівання (до 250 ° C) і корозії феритові магніти - одні з найпопулярніших для повсякденного застосування. Вони мають більшу внутрішню коерцитивність, ніж альник, але меншу магнітну силу, ніж неодимові аналоги.

Застосування:

• звукові колонки;
• охоронні системи;
• великі пластинчасті магніти видалення забруднення залізом технологічних ліній;
• електродвигуни та генератори;
• медичні інструменти;
• підйомні магніти;
• морські пошукові магніти;
• пристрої, що ґрунтуються на роботі вихрових струмів;
• вимикачі та реле;
• гальма.

Рідкоземельні магніти SmCo

Магніти з кобальту та самарію працюють у широкому температурному діапазоні, мають високі температурні коефіцієнти та високу корозійну стійкість. Цей вид зберігає магнітні властивості навіть за температур нижче абсолютного нуля, що робить їх популярними для використання в кріогенних установках.

Застосування:

• турботехніка;
• насосні муфти;
• вологі середовища;
• високотемпературні пристрої;
• мініатюрні гоночні автомобілі з електроприводом;
• радіоелектронні пристрої для роботи у критичних умовах.

Неодимові магніти

Найсильніші існуючі магніти, що складаються зі сплаву неодиму, заліза та бору. Завдяки їхній величезній силі, навіть мініатюрні магніти ефективні. Це забезпечує універсальність використання. Кожна людина постійно знаходиться поряд з одним із неодимових магнітів. Вони є, наприклад, у смартфоні. Виготовлення електродвигунів, медтехніка, радіоелектроніка спираються на надміцні неодимові магніти. Через їх надміцність, величезну магнітну силу і стійкість до розмагнічування можливе виготовлення зразків до 1 мм.

Застосування:

• жорсткі диски;
• звуковідтворювальні пристрої – мікрофони, акустичні датчики, навушники, гучномовці;
• протези;
• насоси з магнітним зв'язком;
• дверні доводчики;
• двигуни та генератори;
• замки на ювелірних виробах;
• сканери МРТ;
• магнітотерапія;
• датчики ABS у автомобілях;
• підйомне обладнання;
• магнітні сепаратори;
• герконові перемикачі і т.д.

Гнучкі магніти містять магнітні частинки, що знаходяться всередині сполучного полімерного. Використовуються для унікальних пристроїв, де неможливе встановлення твердих аналогів.

Застосування:

• дисплейна реклама – швидка фіксація та швидке видалення на виставках та заходах;
• знаки транспортних засобів, навчальні шкільні панелі, логотипи компаній;
• іграшки, головоломки та ігри;
• маскування поверхонь для фарбування;
• календарі та магнітні закладки;
• віконні та дверні ущільнення.

Більшість постійних магнітів є крихкими і не повинні використовуватися як структурні елементи. Вони виготовляються у стандартних формах: кільця, стрижні, диски, та індивідуальних: трапеції, дуги та ін. Неодимові магніти через високий вміст заліза схильні до корозії, тому покриваються зверху нікелем, нержавіючою сталлю, тефлоном, титаном, каучуком.

Відео

Трансгенерація енергії електромагнітного поля

Сутність досліджень:

Основним напрямом досліджень є вивчення теоретичної та технічної можливості створення пристроїв, що генерують електроенергію за рахунок відкритого автором фізичного процесу трансгенерації енергії електромагнітного поля. Суть ефекту у тому, що з складанні електромагнітних полів (постійних і змінних) складаються не енергії, а амплітуди поля. Енергія поля пропорційна квадрату амплітуди сумарного електромагнітного поля. В результаті, при простому складанні полів енергія сумарного поля може багаторазово перевищувати енергія всіх вихідних полів окремо. Така властивість електромагнітного поля називається неаддитивністю енергії поля. Наприклад, при складанні в стопку трьох плоских дискових магнітів постійних енергія сумарного магнітного поля зростає в дев'ять разів! Аналогічний процес відбувається при складанні електромагнітних хвиль у фідерних лініях та резонансних системах. Енергія сумарної стоячої електромагнітної хвилі може у багато разів перевершувати енергію хвиль та електромагнітного поля до складання. Через війну сумарна енергія системи зростає. Процес описується простою формулою енергії поля:

При додаванні трьох постійних дискових магнітів обсяг поля зменшується втричі, а об'ємна щільність енергії магнітного поля зростає в дев'ять разів. У результаті енергія сумарного поля трьох магнітів разом виявляється втричі більшою за енергію трьох роз'єднаних магнітів.

При складанні в одному обсязі електромагнітних хвиль (у фідерних лініях, резонаторах, котушках також відбувається збільшення енергії електромагнітного поля в порівнянні з вихідною).

Теорія електромагнітного поля демонструє можливість генерації енергії за рахунок перенесення (транс-) та складання електромагнітних хвиль, полів. Розроблена автором теорія трансгенерації енергії електромагнітних полів не суперечить класичній електродинаміці. Уявлення про фізичний континуум, як про надщільне діелектричне середовище з величезною прихованою енергією маси призводить до того, що фізичний простір має енергію і трансгенерація не порушує повний закон збереження енергії (з урахуванням енергії середовища). Неаддитивність енергії електромагнітного поля демонструє, що з електромагнітного поля просте виконання закону збереження енергії немає. Наприклад, теоретично вектора Умова-Пойтинга складання векторів Пойтинга призводить до того, що складається електричне і магнітне поля одночасно. Тому, наприклад, при додаванні трьох векторів Пойтинга, загальний вектор Пойтинга зростає в дев'ять разів, а не втричі, як здається на перший погляд.

Результати досліджень:

Можливість отримання енергії за рахунок складання електромагнітних хвиль досліджень досліджувалися експериментально у різних типах фідерних ліній – хвилеводах, двопровідних, смужкових, коаксіальних. Діапазон частот становить від 300 МГц до 125 ГГц. Потужність вимірювалася як прямо - ватметрами, так і побічно - детекторними діодами та вольтметрами. В результаті при виконанні певних налаштувань у фідерних лініях отримані позитивні результати. При складанні амплітуд полів (у навантаженнях) потужність, що виділяється, в навантаженні перевищує потужність подану з різних каналів (використовувалися дільники потужності). Найпростішим досвідом, що ілюструє принцип складання амплітуд, є експеримент, в якому три вузьконаправлені антени синфазно працюють на одну приймальню, до якої підключено ватметр. Результат цього досвіду: потужність, що фіксується на приймальній антені в дев'ять разів більше ніж дає кожна передаюча антена окремо. На приймальній антені складаються амплітуди (три) від трьох передаючих антен, а потужність прийому пропорційна квадрату амплітуди. Тобто при складанні трьох синфазних амплітуд потужність прийому зростає у дев'ять разів!

Слід зауважити, що інтерференції в повітрі (вакуумі) є багатофазною, по ряду ознак відрізняється від інтерференції у фідерних лініях, об'ємних резонаторах, стоячих хвилях у котушках та ін. . Тому, загалом, за багатофазної інтерференції порушення закону збереження енергії носить локальний характер. У резонаторі або за наявності стоячих хвиль у фідерних лініях накладення електромагнітних хвиль не супроводжується перерозподілом електромагнітного поля в просторі. При цьому в чверть та напівхвильових резонаторах відбувається лише додавання амплітуд полів. Енергія складених одному обсязі хвиль відбувається енергію що від генератора в резонатор.

Експериментальні дослідження повністю підтверджують теорію трансгенерації. З практики НВЧ відомо, що навіть при звичайному електричному пробої у фідерних лініях потужність перевищує потужність, що подається від генератора. Наприклад хвилевід, розрахований на потужність НВЧ 100 МВт, пробивається додаванням двох НВЧ потужності по 25 МВт кожна, - при складанні двох зустрічних хвиль НВЧ у хвилеводі. Це може статися при відображенні потужності НВЧ кінця лінії.

Розроблено низку оригінальних принципових схем для генерації енергії з використанням різних типів інтерференції. Основний діапазон частот – це метровий та дециметровий (НВЧ), аж до сантиметрового. На основі трансгенерації можна створити компактні автономні джерела електроенергії.

КОТУШКИ ЕЛЕКТРОМАГНІТІВ

Котушка є одним із головних елементів електромагніту і повинна задовольняти наступним основним вимогам:

1) забезпечувати надійне включення електромагніту за найгірших умов, тобто. у нагрітому стані та при зниженій напрузі;

2) не перегріватися понад допустиму температуру при всіх можливих режимах, тобто при підвищеній напрузі;

3) за мінімальних розмірів бути зручною для виробництва;

4) бути механічно міцною;

5) мати певний рівень ізоляції, а в деяких апаратах бути волого-, кислотно- та маслостійкою.

У процесі роботи в котушці виникають напруги: механічні – за рахунок електродинамічних сил у витках та між витками, особливо при змінному струмі; термічні - за рахунок нерівномірного нагрівання окремих її частин; електричні – за рахунок перенапруження, зокрема при відключенні.

При розрахунку котушки необхідно виконати дві умови. Перше – забезпечити необхідну МДС при гарячій котушці та зниженій напрузі. Друге - температура нагрівання котушки при цьому не повинна перевищувати допустиму.

В результаті розрахунку повинні бути визначені такі величини, необхідні для намотування: d- Діаметр дроту обраної марки; w- Число витків; R- Опір котушки.

За конструктивним виконанням розрізняють котушки: каркасні – намотування здійснено на металевому або пластмасовому каркасі; безкаркасні бандажовані – намотування проводиться на знімному шаблоні, після намотування котушка бандажується; безкаркасні з намотуванням на сердечник магнітної системи.

Постійний магніт являє собою шматок сталі або будь-якого іншого твердого сплаву, який, будучи намагнічений, стійко зберігає запасну частину магнітної енергії. Призначення магніту – служить джерелом магнітного поля, яке не змінюється помітно ні з часом, ні під впливом таких факторів, як струси, зміна температури, зовнішні, магнітні поля. Постійні магніти застосовуються в різноманітних пристроях та приладах: реле, електровимірювальні прилади, контактори, електричні машини.

Розрізняють такі основні групи сплавів для постійних магнітів:

2) сплави на основі сталі – нікелю – алюмінію з додаванням у деяких випадках кобальту, силіція: альні (Fe, Al, Ni), альнісі (Fe, Al, Ni, Si), магніко (Fe, Ni, Al, Co);

3) сплави на основі срібла, міді, кобальту.

Величини, що характеризують постійний магніт, є залишкова індукція. У r та коерцитивна сила Н c. Для визначення магнітних характеристик готових магнітів користуються кривими розмагнічування (рис. 7-14), що є залежністю У = f(– H). Крива знімається для кільця, яке спочатку намагнічується до індукції насичення, а потім розмагнічується до У = 0.

Потік у повітряному зазорі.Для використання енергії магніту необхідно виготовити його із повітряним зазором. Складова МДС, що витрачається постійним магнітом для проведення потоку в повітряному зазорі, називається вільною МДС.

Наявність повітряного зазору знижує індукцію в магніті від У r до У(рис. 7-14) аналогічно тому, якби по котушці, одягненої на кільце, пропустили струм, що розмагнічує, що створює напруженість H. Це міркування покладено основою наведеного нижче способу обчислення потоку повітряному зазорі магніту.

За відсутності зазору вся МДС витрачається проведення потоку через магніт:

де lμ - Довжина магніту.

За наявності повітряного зазору частина МДС Fδ витрачатиметься на проведення потоку через цей зазор:

F = F μ + Fδ (7-35)

Припустимо, що ми створили таку напруженість магнітного поля, що розмагнічує. Н, що

Н l μ = Fδ (7-36)

та індукція при цьому стала Ст.

За відсутності розсіювання потік у магніті дорівнює потоку в повітряному зазорі

Bs μ = F δ Λ δ = Λ lμ Λ δ , (7-37)

де sμ - переріз магніту; Λ δ = μ 0 sδ /δ; μ 0 - магнітна проникність повітряного зазору.

З рис. 7-14 випливає, що

B/H = l μ Λ δ / s μ= tg α (7-38)

Рис. 7-14. Криві розмагнічування

Таким чином, знаючи дані про матеріал магніту (у вигляді кривої розмагнічування), розміри магніту l μ , sμ та розміри зазору δ, sδ можна, користуючись рівнянням (7-38), обчислити потік у зазорі. Для цього слід провести на діаграмі (рис. 7-14) пряму Obпід кутом. Відрізок bсвизначає індукцію Умагніту. Звідси потік у повітряному зазорі буде

При визначенні tg α враховуються масштаби осі ординат та абсцис:

де р = n/m- Відношення масштабів осей В і H.

З урахуванням розсіювання потік Ф визначається наступним чином.

Проводять пряму Obпід кутом α, де tg α == Λ δ l μ ( psμ). Отримане значення Ухарактеризує індукцію у середньому перерізі магніту. Потік у середньому перерізі магніту

Потік у повітряному зазорі

де - коефіцієнт розсіювання. Індукція у робочому зазорі

Прямі магнітиВираз (7-42) дає рішення задачі для магнітів замкнутої форми, де провідності повітряних зазорів можуть бути обчислені з достатньою для практичних цілей точністю. Для прямих магнітів завдання обчислення провідностей потоку розсіювання дуже важке. Потік обчислюється за допомогою досвідчених залежностей, що зв'язують напруженість магніту поля з розмірами магніту .

Вільна магнітна енергія. Це енергія, яку віддає магніт в повітряних зазорах. При розрахунку постійних магнітів, виборі матеріалу та необхідних співвідношень розмірів прагнуть максимального використання матеріалу магніту, що зводиться до отримання максимального значення вільної магнітної енергії.

Магнітна енергія, зосереджена в повітряному зазорі, пропорційна добутку потоку в зазорі та МДС:

Враховуючи що

Отримуємо

де V-обсяг магніту. Матеріал магніту характеризується магнітною енергією, що віднесена до одиниці його обсягу.

Рис. 7-15. До визначення магнітної енергії магніту

Користуючись кривою розмагнічування, можна збудувати криву Wм = f(У) при V= 1 (рис. 7-15). Крива Wм = f(У) має максимум при якихось значеннях Уі H, які позначимо У 0 та H 0 . Практично застосовується спосіб знаходження У 0 та H 0 без побудови кривої Wм = f(У). Точка перетину діагоналі чотирикутника, сторони якого рівні У r та Н c з кривою розмагнічування досить близько відповідає значенням У 0 , Н 0 . Залишкова індукція r коливається в відносно малих межах (1-2,5), а коерцитивна сила Н c - у великих (1 - 20). Тому розрізняють матеріали: низькокоерцитивні, які мають Wм мале (крива 2), висококоерцитивні, у яких Wм велике (крива 1 ).

Криві повернення. У процесі роботи може змінюватись повітряний зазор. Припустимо, що до введення якоря індукція була B 1 tg a 1 . При введенні якоря зазор δ змінюється і такому стану системи відповідає кут а 2; (рис. 7-16) та велика індукція. Однак збільшення індукції відбувається не за кривою розмагнічування, а за деякою іншою кривою b 1 cd, названої кривій повернення. При повному замиканні (? = 0) ми мали б індукцію B 2 . При зміні зазору у зворотному напрямку індукція змінюється по кривій dfb 1 . Криві повернення b 1 cdі dfb 1 є кривими приватних циклів намагнічування та розмагнічування. Ширина петлі зазвичай невелика і петлю можна замінити прямий b 1 d. Відношення Δ У/Δ Нназивається оборотною проникністю магніту.

Старіння магнітів. Під старінням розуміють явище зменшення магнітного потоку магніту з часом. Це визначається рядом причин, перелічених нижче.

Структурне старіння.Матеріал магніту після гарту або виливки має нерівномірну структуру. Згодом ця нерівномірність перетворюється на більш стабільний стан, що призводить до зміни значень Уі Н.

Механічне старіння.Відбувається внаслідок ударів, поштовхів, вібрацій та впливу високих температур, що послаблюють потік магніту.

Магнітне старіння.Визначається впливом зовнішніх магнітних полів.

Стабілізація магнітів.Будь-який магніт перед установкою його в апарат повинен бути підданий додатковому процесу стабілізації, після якого збільшується опір магніту зменшенню потоку.

Структурна стабілізація.Полягає в додатковій термічній обробці, яка проводиться до намагнічування магніту (кип'ятіння загартованого магніту протягом 4 годин після загартування). Сплави на основі сталі, нікелю та алюмінію не вимагають структурної стабілізації.

Механічна стабілізація.Намагнічений магніт піддається перед установкою в апарат ударам, струсу, вібрації в умовах, близьких режиму роботи.

Магнітна стабілізація.Намагнічений магніт піддають дії зовнішніх полів змінного знака, після чого магніт стає більш стійким до дії зовнішніх полів, до температурних та механічних впливів.

РОЗДІЛ 8 ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ МЕХАНІЗМИ

Що таке постійний магніт? Постійним магнітом називається тіло, здатне тривалий час зберігати намагнічування. В результаті багаторазових досліджень, проведених численних дослідів, ми можемо сказати, що лише три речовини Землі можуть бути постійними магнітами (рис. 1).

Рис. 1. Постійні магніти. ()

Тільки ці три речовини та їх сплави можуть бути постійними магнітами, тільки вони можуть намагнічуватися та зберігати такий стан тривалий час.

Постійні магніти використовувалися дуже давно, і в першу чергу це прилади орієнтування у просторі – перший компас був винайдений у Китаї для того, щоб орієнтуватися у пустелі. На сьогоднішній день про магнітні стрілки, про постійні магніти вже ніхто не сперечається, їх використовують повсюдно в телефонах і радіопередавачах і просто в різних електротехнічних виробах. Вони можуть бути різними: є смугові магніти (рис. 2)

Рис. 2. Смуговий магніт ()

А є магніти, які називаються дугоподібними чи підковоподібними (рис. 3)

Рис. 3. Дугоподібний магніт ()

Дослідження постійних магнітів пов'язано виключно з їхньою взаємодією. Магнітне поле може створюватися електричним струмом та постійним магнітом, тому перше, що було проведено, – це дослідження з магнітними стрілками. Якщо піднести магніт до стрілки, то ми побачимо взаємодію - однойменні полюси відштовхуватимуться, а різноіменні притягуватимуться. Така взаємодія спостерігається з усіма магнітами.

Розташуємо вздовж смугового магніту маленькі магнітні стрілки (Рис. 4), південний полюс взаємодіятиме з північним, а північний притягуватиме південний. Магнітні стрілки розташовуватимуться вздовж лінії магнітного поля. Вважають, що магнітні лінії спрямовані поза постійного магніту від північного полюса до південного, а всередині магніту від південного полюса до північного. Таким чином, магнітні лінії замкнуті точно так, як і у електричного струму, це концентричні кола, вони замикаються всередині самого магніту. Виходить, що поза магнітом магнітне поле спрямоване від півночі на південь, а всередині магніту від півдня на північ.

Рис. 4. Ліні магнітного поля смугового магніту ()

Для того, щоб простежити форму магнітного поля смугового магніту, форму магнітного поля дугоподібного магніту, скористаємося наступними приладами або деталями. Візьмемо прозору пластину, залізну тирсу і проведемо експеримент. Посиплемо залізною тирсою пластину, що знаходиться на смуговому магніті (рис. 5):

Рис. 5. Форма магнітного поля смугового магніту ()

Ми бачимо, що лінії магнітного поля виходять із північного полюса і входять у південний полюс, за густотою ліній можна судити про полюси магніту, де лінії густіші – там знаходяться полюси магніту (рис. 6).

Рис. 6. Форма магнітного поля дугоподібного магніту ()

Аналогічний досвід проведемо із дугоподібним магнітом. Ми бачимо, що магнітні лінії починаються на північному та закінчуються на південному полюсі по всьому магніту.

Нам вже відомо, що магнітне поле утворюється лише навколо магнітів та електричних струмів. Як нам визначити магнітне поле Землі? Будь-яка стрілка, будь-який компас у магнітному полі Землі строго орієнтовані. Якщо магнітна стрілка строго орієнтується в просторі, отже, на неї діє магнітне поле, і це магнітне поле Землі. Можна дійти невтішного висновку у тому, що Земля - ​​це великий магніт (Рис. 7) і, відповідно, цей магніт створює у просторі досить потужне магнітне поле. Коли ми дивимося на стрілку магнітного компаса, ми знаємо, що червона стрілочка вказує на південь, а синя на північ. Як розташовуються магнітні полюси Землі? І тут необхідно пам'ятати у тому, що у північному географічному полюсі Землі розташовується південний магнітний полюс і південному географічному полюсі розташовується північний магнітний полюс Землі. Якщо розглянути Землю як тіло, що знаходиться в просторі, то можна говорити про те, що коли ми йдемо компасом на північ, ми прийдемо на південний магнітний полюс, а коли йдемо на південь - ми потрапимо на північний магнітний полюс. На екваторі стрілочка компаса розташовуватиметься практично горизонтально щодо поверхні Землі, і чим ближче ми перебуватимемо до полюсів, тим вертикальнішим буде розташування стрілки. Магнітне поле Землі могло змінюватися, були часи, коли полюси змінювалися щодо один одного, тобто південний був там, де північний, і навпаки. На думку вчених, це було провісником великих катастроф на Землі. Останні кілька десятків тисячоліть цього не спостерігалося.

Рис. 7. Магнітне поле Землі ()

Магнітні та географічні полюси не збігаються. Усередині самої Землі теж існує магнітне поле, і, як і постійному магніті, воно спрямоване від південного магнітного полюса до північного.

Звідки береться магнітне поле в постійних магнітах? Відповідь на це запитання дав французький вчений Андре-Марі Ампер. Він висловив ідею у тому, що магнітне полі постійних магнітів пояснюється елементарними, найпростішими струмами, які усередині постійних магнітів. Ці найпростіші елементарні струми певним чином посилюють один одного та створюють магнітне поле. Негативно заряджена частка - електрон - рухається навколо ядра атома, цей рух можна вважати спрямованим, і, відповідно, навколо такого заряду, що рухається, створюється магнітне поле. Усередині будь-якого тіла кількість атомів і електронів просто величезна, відповідно всі ці елементарні струми приймають упорядкований напрямок, і ми отримуємо досить значне магнітне поле. Те саме ми можемо сказати про Землю, тобто магнітне поле Землі дуже нагадує магнітне поле постійного магніту. А постійний магніт – це досить яскрава характеристика будь-якого прояву магнітного поля.

Крім існування магнітних бур, є ще магнітні аномалії. Вони пов'язані із сонячним магнітним полем. Коли Сонце відбуваються досить потужні вибухи чи викиди, вони відбуваються з допомогою прояви магнітного поля Сонця. Ця луна досягає Землі і позначається на її магнітному полі, в результаті ми з вами спостерігаємо магнітні бурі. Магнітні аномалії пов'язані з покладами залізних руд у Землі, величезні поклади протягом тривалого часу намагнічуються магнітним полем Землі, і всі тіла, що знаходяться навколо, будуть відчувати дію магнітного поля з боку цієї аномалії, стрілки компасів показуватимуть неправильний напрямок.

На наступному уроці ми з вами розглянемо інші явища, пов'язані із магнітними діями.

Список літератури

1. Генденштейн Л.Е, Кайдалов А.Б., Кожевніков В.Б. Фізика 8/За ред. Орлова В.А., Ройзена І.І. - М: Мнемозіна.
2. Перишкін А.В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадєєва А.А., Засов А.В., Кисельов Д.Ф. Фізика 8. - М: Просвітництво.

1. Class-fizika.narod.ru ().
2. Class-fizika.narod.ru ().
3. Files.school-collection.edu.ru ().

Домашнє завдання

1. Який із кінців стрілки компаса притягується до північного полюса Землі?
2. Де Землі не можна вірити магнітній стрілці?
3. Про що свідчить густота ліній на магніті?

Щоб зрозуміти, як збільшити силу магніту, потрібно розібратися у процесі намагнічування. Це станеться, якщо магніт розташувати у зовнішньому магнітному полі протилежною стороною до вихідної. Збільшення потужності електромагніта відбувається тоді, коли збільшується подача струму або множаться витки обмотки.

Збільшити силу магніту можна за допомогою стандартного набору необхідного обладнання: клею, набору магнітів (потрібні саме постійні), джерела струму та ізольованого дроту. Вони знадобляться для тих способів збільшення сили магніту, які представлені нижче.

Посилення за допомогою потужнішого магніту

Цей спосіб полягає у використанні потужнішого магніту для посилення вихідного. Для здійснення треба помістити один магніт у зовнішнє магнітне поле іншого, що має більшу потужність. Також із цією ж метою застосовують електромагніти. Після утримання магніту в полі іншого, станеться посилення, але специфіка полягає у непередбачуваності результатів, оскільки для кожного елемента така процедура працюватиме індивідуально.

Посилення за допомогою додавання інших магнітів

Відомо, що кожен магніт має два полюси, причому кожен притягує протилежний знак інших магнітів, а відповідний – не притягує лише відштовхує. Як збільшити потужність магніту, використовуючи клей та додаткові магніти. Тут передбачається додавання інших магнітів для збільшення підсумкової потужності. Адже чим більше магнітів, тим, відповідно, буде більша сила. Єдине, що потрібно врахувати, – це приєднання магнітів однойменними полюсами. У процесі вони відштовхуватимуться, відповідно до законів фізики. Але завдання полягає у склеюванні, незважаючи на складності у фізичному плані. Найкраще використовувати клей, який призначений для склеювання металів.

Метод посилення з використанням точки Кюрі

У науці є поняття точки Кюрі. Посилення або ослаблення магніту можна зробити, нагріваючи або охолоджуючи його щодо цієї точки. Так, нагрівання вище точки Кюрі або сильне охолодження (набагато нижче за неї) призведе до розмагнічування.

Слід зазначити, що властивості магніту при нагріванні та охолодженні щодо точки Кюрі мають стрибкоподібну властивість, тобто, досягнувши правильної температури, можна посилити його потужність.

Метод №1

Якщо виникло питання, як зробити магніт сильнішим, якщо його сила регулюється електричним струмом, зробити це можна за допомогою збільшення струму, який подається на обмотку. Тут йде пропорційне збільшення потужності електромагніту та подачі струму. Головне, ⸺ поступове подання, щоб не допустити перегорання.

Метод №2

Для цього треба збільшити кількість витків, але довжина повинна залишатися незмінною. Тобто, можна зробити один-два додаткові ряди дроту, щоб загальна кількість витків побільшала.

У цьому розділі розглянуті способи, як збільшити силу магніту в домашніх умовах, для експериментів можна замовити на сайті МирМагнітів.

Посилення звичайного магніту

Безліч питань виникає, коли звичайні магніти перестають виконувати свої прямі функції. Це часто відбувається через те, що побутові магніти такими не є, адже по суті вони намагнічені металеві частини, які втрачають властивості з часом. Посилити потужність таких деталей або повернути їм властивості, які були спочатку неможливо.

Треба зауважити, що прикріплювати до них магніти, навіть потужніші, не має сенсу, оскільки, при їх з'єднанні зворотними полюсами, зовнішнє поле стає слабшим або взагалі нейтралізується.

Це можна перевірити за допомогою звичайної побутової фіранки-москітки, яка має закриватися посередині за допомогою магнітів. Якщо на слабкі вихідні магніти зверху прикріпити потужніші, то в результаті штора взагалі втратить властивості з'єднання за допомогою тяжіння, тому що протилежні полюси нейтралізують зовнішні поля один одного на кожній із сторін.

Експерименти з неодимовими магнітами

Неомагніт досить популярний, його склад: неодим, бор, залізо. Такий магніт має високу потужність і відрізняється стійкістю до розмагнічування.

Як посилити неодим? Неодим дуже схильний до корозії, тобто швидко іржавіє, тому неодимові магніти покривають нікелем, щоб підвищити термін служби. Також вони нагадують кераміку, їх легко розбити чи розколоти.

Але намагатися збільшувати його потужність штучним способом немає сенсу, тому що це постійний магніт, він має певний рівень сили. Тому, якщо вам необхідно мати більш потужний неодим, краще придбати його з огляду на потрібну силу нового.

Висновок: у статті розглянуто тему, як збільшити силу магніту, зокрема, як збільшити потужність неодимового магніту. Виходить, що є кілька способів збільшити властивості магніту. Тому що буває просто намагнічений метал, збільшити силу якого неможливо.

Найбільш прості способи: за допомогою клею та інших магнітиків (вони повинні бути приклеєні ідентичними полюсами), а також більш потужного, у зовнішньому полі якого повинен знаходиться вихідний магніт.

Розглянуто способи збільшення сили електромагніту, які полягають у додатковій обмотці проводами або посилення надходження струму. Єдине, що потрібно враховувати - це силу надходження струму з метою безпеки та безпеки апарату.

Звичайні та неодимові магніти не здатні піддаватися на збільшення власної потужності.