Характеристики неодимовых магнитов
Данную статью мы написали, чтобы дать ответ на вопрос о классах магнитов, их стандартах, физических характеристиках.
Несмотря на то, что предлагаемые нами магниты называются неодимовыми, они могут очень сильно отличаться друг от друга, ведь у каждого магнита есть свои физические характеристики, а не только размеры, форма и покрытие. Поэтому вопрос, какие именно неодимовые магниты Вас интересуют, не должен ставить Вас в тупик. В этой статье Вы получите ответы на многие свои вопросы.
Что обозначают буквы и цифры в классах неодимовых магнитов?
Зачастую, мы, как производители и продавцы, хотим услышать технические характеристики магнита, а именно буквы и цифры, в которых они (технические характеристики) зашифрованы. А покупатель зачастую досконально знает свою область применения магнитов, но номенклатуру, тем более международную, не знает.
Итак, начинаем разбираться с международной номенклатурой магнитов, а именно классами, техническими характеристиками и обозначениями.
В первую очередь, неодимовые магниты делят на классы, которые обозначаются буквами и числами (например, N35), в которых и заложена основная информация о магните. Ниже приведена стандартная номенклатурная таблица характеристик неодимовых магнитов (смотрите в левый столбик – там указаны классы).
В таблице все численные величины мы представили в двух единицах измерения. Первая, без скобочек, – это величина измерения в системе СИ (эта та система, в которой работает наша страна), а вторая (указана в скобках), – это измерения в международной системе СГСЕ (европейские стандарты). Для Вашего удобства мы решили указать в таблице обе единицы измерения.
Таблица характеристик неодимовых магнитов
Начинаем изучать таблицу справа налево. Как Вы можете увидеть по правому столбику таблицы, основное классовое отличие магнитов – это их рабочая температура использования, то есть та допустимая максимальная температура, превышая которую магнит начинает терять свои магнитные свойства.
Таким образом, на температурный диапазон использования магнита указывает буквенная часть его маркировки (левый столбец). Дадим расшифровку этих букв:
- Магниты марки N (Normal)– могут применяться при нормальных температурах, то есть до 80 градусов Цельсия;
- Магниты марки M (Medium) – могут применяться при повышенных температурах, то есть до 100 градусов Цельсия;
- Магниты марки H (High) – могут применяться при высоких температурах, до 120 градусов Цельсия;
- Магниты марки SH (Super High) – могут применяться при температурах до 150 градусов Цельсия;
- Магниты марки UH (Ultra High) – могут применяться при температурах до 180 градусов Цельсия;
- Магниты марки EH (Extra High) – могут применяться при температурах до 200 градусов Цельсия.
Стоит оговориться, что отрицательные температуры не оказывают влияния на магнитные свойства для большинства магнитов.
Цифры, указанные в обозначении класса магнитов: N30, 33M, 35H, 38SH, 40UH и т.д., указывают на Магнитную Энергию (четвертый столбец таблицы), измеряется в килоДжоуль на кубический метр. Этот критерий магнитов отвечает за их мощность или, так называемое, «усилие на отрыв», то есть сила, которую необходимо приложить к магниту, чтобы его «оторвать» от поверхности. Необходимо понимать, что поверхность (стальной лист) должен быть идеально ровным, а приложенная сила должна быть перпендикулярной к листу. Это, так называемые, идеальные или теоретические условия. Совершенно понятно, что чем выше цифровое обозначение магнита, тем выше его усилие на отрыв.
Сила на отрыв магнита
Но, кроме того, «сила на отрыв» зависит не только от физических характеристик магнита, но и от его размера и веса. Например, магнит 25*20 мм легче оторвать от стального листа, чем магнит 40*5 мм, так как площадь соприкосновения у второго магнита больше (25 мм против 40мм).
Но линии магнитного поля, если их визуализировать, распространяются у первого магнита (25*20 мм) «дальше», значит, и «цепляется» за стальной лист он лучше.
|
Класс |
Остаточная магнитная индукция, миллиТесла (КилоГаусс) |
Коэрцитивная сила, КилоАмпер/метр (КилоЭрстед) |
Магнитная энергия, килоДжоуль/м3 (МегаГаусс-Эрстед) |
Рабочая температура, градус Цельсия |
|
N35 |
1170-1220 (11,7-12,2) |
≥955 (≥12) |
263-287 (33-36) |
80 |
|
N38 |
1220-1250 (12,2-12,5) |
≥955 (≥12) |
287-310 (36-39) |
80 |
|
N40 |
1250-1280 (12,5-12,8) |
≥955 (≥12) |
302-326 (38-41) |
80 |
|
N42 |
1280-1320 (12,8-13,2) |
≥955 (≥12) |
318-342 (40-43) |
80 |
|
N45 |
1320-1380 (13,2-13,8) |
≥955 (≥12) |
342-366 (43-46) |
80 |
|
N48 |
1380-1420 (13,8-14,2) |
≥876 (≥12) |
366-390 (46-49) |
80 |
|
N50 |
1400-1450 (14,0-14,5) |
≥876 (≥11) |
382-406 (48-51) |
80 |
|
N52 |
1430-1480 (14,3-14,8) |
≥876 (≥11) |
398-422 (50-53) |
80 |
|
33M |
1130-1170 (11,3-11,7) |
≥1114 (≥14) |
247-263 (31-33) |
|
|
35M |
1170-1220 (11,7-12,2) |
≥1114 (≥14) |
263-287 (33-36) |
100 |
|
38M |
1220-1250 (12,2-12,5) |
≥1114 (≥14) |
287-310 (36-39) |
100 |
|
40M |
1250-1280 (12,5-12,8) |
≥1114 (≥14) |
302-326 (38-41) |
100 |
|
42M |
1280-1320 (12,8-13,2) |
≥1114 (≥14) |
318-342 (40-43) |
100 |
|
45M |
1320-1380 (13,2-13,8) |
≥1114 (≥14) |
342-366 (43-46) |
100 |
|
48M |
|
≥1114 (≥14) |
366-390 (46-49) |
100 |
|
50M |
1400-1450 (14,0-14,5) |
≥1114 (≥14) |
382-406 (48-51) |
100 |
|
30H |
1080-1130 (10,8-11,3) |
≥1353 (≥17) |
223-247 (28-31) |
120 |
|
33H |
1130-1170 (11,3-11,7) |
≥1353 (≥17) |
247-271 (31-34) |
120 |
|
35H |
1170-1220 (11,7-12,2) |
≥1353 (≥17) |
263-287 (33-36) |
120 |
|
38H |
1220-1250 (12,2-12,5) |
≥1353 (≥17) |
287-310 (36-39) |
120 |
|
40H |
1250-1280 (12,5-12,8) |
≥1353 (≥17) |
302-326 (38-41) |
120 |
|
42H |
1280-1320 (12,8-13,2) |
≥1353 (≥17) |
318-342 (40-43) |
120 |
|
45H |
1320-1380 (13,2-13,8) |
≥1353 (≥17) |
326-358 (43-46) |
120 |
|
48H |
1380-1420 (13,8-14,3) |
≥1353 (≥17) |
366-390 (46-49) |
120 |
|
30SH |
1080-1130 (10,8-11,3) |
≥1592 (≥20) |
233-247 (28-31) |
150 |
|
33SH |
1130-1170 (11,3-11,7) |
≥1592 (≥20) |
247-271 (31-34) |
150 |
|
35SH |
1170-1220 (11,7-12,2) |
≥1592 (≥20) |
263-287 (33-36) |
150 |
|
38SH |
1220-1250 (12,2-12,5) |
≥1592 (≥20) |
287-310 (36-39) |
150 |
|
40SH |
1240-1280 (12,4-12,8) |
≥1592 (≥20) |
302-326 (38-41) |
150 |
|
42SH |
1280-1320 (12,8-13,2) |
≥1592 (≥20) |
318-342 (40-43) |
150 |
|
45SH |
1320-1380 (13,2-13,8) |
≥1592 (≥20) |
342-366 (43-46) |
150 |
|
28UH |
1020-1080 (10,2-10,8) |
≥1990 (≥25) |
207-231 (26-29) |
180 |
|
30UH |
1080-1130 (10,8-11,3) |
≥1990 (≥25) |
223-247 (28-31) |
180 |
|
33UH |
1130-1170 (11,3-11,7) |
≥1990 (≥25) |
247-271 (31-34) |
180 |
|
35UH |
1180-1220 (11,7-12,2) |
≥1990 (≥25) |
263-287 (33-36) |
180 |
|
38UH |
1220-1250 (12,2-12,5) |
≥1990 (≥25) |
287-310 (36-39) |
180 |
|
40UH |
1240-1280 (12,4-12,8) |
≥1990 (≥25) |
302-326 (38-41) |
180 |
|
28EH |
1040-1090 (10,4-10,9) |
≥2388 (≥30) |
207-231 (26-29) |
200 |
|
30EH |
1080-1130 (10,8-11,3) |
≥2388 (≥30) |
233-247 (28-31) |
200 |
|
33EH |
1130-1170 (11,3-11,7) |
≥2388 (≥30) |
247-271 (31-34) |
200 |
|
35EH |
1170-1220 (11,7-12,2) |
≥2388 (≥30) |
263-287 (33-36) |
200 |
|
38EH |
1220-1250 (12,2-12,5) |
≥2388 (≥30) |
287-310 (36-39) |
200 |
Как сравнить силу магнитов?
Если возникает необходимость сравнить, какой из двух выбранных магнитов сильнее, рекомендуем Вам воспользоваться следующими способами.
- При одинаковых линейных размерах (точная методика):
Чтобы понять, насколько один магнит сильнее другого, необходимо значение остаточной магнитной индукции одного магнита (второй столбец таблицы) разделить на значение остаточной магнитной индукции другого магнита. Пример: неодимовый магнит N40 с В=1250 мТ и неодимовый магнит N50 с В=1400 мТ, делим их магнитные индукции и получаем 1400/1250 = 1,12, то есть магнит N50 «сильнее» магнита N40 на 12%, при условии, что линейные размеры магнитов одинаковые.
- При разных линейных размерах (грубая методика):
Чтобы понять, насколько один магнит сильнее другого, необходимо сравнить их массы. Пример: магнит 30*10 мм весит примерно 55 грамм, а магнит 25*20 мм весит 76 грамм. Делим их массы 76/55=1,38, то есть магнит 25*20 мм сильнее магнита 30*10 мм примерно на 38%, при условии, что их классы, то есть физические характеристики, одинаковые.
Коэрцитивная сила магнита
И в таблице осталась одна незатронутая колонка – Коэрцитивная Сила (третий столбец).
Кратко, Коэрцитивная сила – это величина магнитного поля, в которое нужно поместить магнит, чтобы его «размагнитить». Данная величина, как правило, очень важна в случаях, если магнит эксплуатируется в условиях жёсткого внешнего магнитного поля, как правило, вблизи мощных электроузлов.
Надеемся, что в данной статье (характеристики неодимовых магнитов) Вы нашли ответы на часть Ваших вопросов. На другие вопросы мы с удовольствием ответим по телефону или электронной почте, которые указаны в контактах.
Читайте также:
Что такое неодимовый магнит?
Что такое самариевый магнит?
Правила работы с магнитами
Что такое аксиальная намагниченность?
Можно ли изготовить магниты по Вашим размерам?
МАГНЕТИЗМ – Огонек № 24 (4455) от 16.06.1996
МАГНЕТИЗМ
Кого-то он обогатит, кого-то загонит в гроб.
Что мы знаем об этом?
Наука и техника
Научившись производить и использовать сверхмощные технические магниты для своих нужд, люди пока не могут совладать с гораздо более слабыми природными магнитными полями, которые нас убивают.
Ученые-геофизики буквально со дня на день ожидают начала нового всплеска солнечной активности, а это значит — магнитные бури, инфаркты, аварии, самоубийства, массовые помешательства. Хорошо бы, чтобы к тому времени медики уже опробовали лекарства от магнитных бурь.
«ЧУ-ШИ»
Кажется, первое историческое упоминание о магните оставил нам Плиний. Он рассказал, как некий пастух с острова Крит, сандалии которого были подкованы железом, обратил внимание, что к его обуви пристают какие-то мелкие черные камешки, в изобилии валявшиеся на склонах горы Идо. Пастуха звали Магнис, отсюда природные магниты получили свое название. А может, все было и не так. Римский поэт Лукреций Кар считал, что магнит обязан своим названием местности, где его нашли. Эта местность в Малой Азии называлась Магнезия.
Китайцы, ничего не знавшие ни о Магнезии, ни о греческих пастухах в железных сандалиях, называли эти черные камешки «чу-ши», что можно перевести как «любящий камень». Ход мыслей был прост: раз тянется — значит, любит.
(Кстати говоря, людское мышление бывает забавно параллельным: на французском языке магнит называется «эман» — «любящий».)
Китайцы — народ пытливый. Они первыми придумали, как можно практически использовать магниты. Они не изобрели компас, как многие думают, они изобрели игрушку — югоуказатель. Небольшие фигурки с вытянутой рукой, постоянно указывающей на юг, ставились ими не только на корабли, но и на конные повозки. Это было четыре тысячи лет тому назад. Граждане огромной Поднебесной империи жили довольно замкнуто, тихо и мирно. Плавания совершали в основном каботажные — вдоль берега, по рекам, и компас был китайцам не очень-то нужен. (Заторможенные китайцы даже изобретенный порох умудрились не использовать для военных нужд — делали фейерверки и ракеты.)
Другое дело — агрессивная и неугомонная европейская цивилизация, у которой будто шило торчит в заднице: вечно тянет на какие-то приключения. Ей компас был просто необходим. И он был изобретен в Италии неким Джойя примерно 700 лет назад.
Тогда уже научились натирать природными магнитами стальные иглы, которые стали первыми искусственными магнитами и которые использовали в качестве стрелок. Джойя снабдил магнитную стрелку кругом с делениями. Прибор получил название «компассаре», что означает «измерять шагами».
Так магниты вошли в широкое применение.
РЕКОРДЫ
Перстень Ньютона превращается в летающий поезд
Сэр Исаак Ньютон носил «магический» перстень, в котором вместо драгоценного камня был оправлен золотом природный магнит необычайной силы. Неудивительно даже для ученого: с магнитом связано множество легенд и преданий. Считалось, что магнит может отпирать замки, извлекать золото из-под земли. Говорили, что где-то в море-океане есть магнитные скалы, которые вытаскивают гвозди из проплывающих мимо кораблей. С помощью магнитов пытались построить вечный двигатель.
Английская королева Елизавета попросила своего придворного медика Уильяма Гильберта поехать в Россию и вылечить царя Ивана Грозного от какой-то неизвестной болезни (часом, не от сифилиса ли, от которого страдал царь-батюшка?).
Прибыв в Московию, лекарь начал потчевать капризного государя пилюльками и корешками, но тому все не легчало. Над лекарем замаячила тень Малюты Скуратова, и от отчаяния эскулап бросился изучать лечебные свойства магнитов. И стал большим специалистом в этой области, хотя царя так и не вылечил.
Кстати, после Ньютона, нарисовавшего четкую механистическую картину мироздания, оставались только две пустяковые вещицы, которые в эту картину не укладывались, — притягивающиеся к железке магниты и электрические явления (например, притягивание бумажек к натертой эбонитовой палочке).
Впервые на связь между магнетизмом и электричеством указал Эрстед. На лекции в Копенгагенском университете случайно возле действующей электрической установки оказался компас. При включении тока стрелка компаса поворачивалась к проводнику. Это заметил один студент и спросил: а на каком, собственно, основании? Случилось это 15 февраля 1820 года. По наводке студента Эрстед уже через неделю опубликовал работу об этом, став известным и богатым.
Фамилию же студента история до нас не донесла. Неизвестно также, делал ли потом наблюдательному студенту Эрстед поблажки на экзаменах. Через пять лет после той знаменитой лекции английский любитель науки по фамилии Стёрджен сунул стальной стержень в катушку с протекающим по ней током. Так был изобретен первый электромагнит.
И пошла гонка — кто сделает магнит мощнее! Электромагнит Стёрджена поднимал груз в 18 раз больше собственного веса. Ученик Стёрджена Джоуль (тот самый) сделал магнит, поднимающий в 200 раз больше собственного веса. Американец Эдисон разработал проект по превращению в электромагнит целой скалы из магнитной руды. Эдисон планировал обмотать скалу проводом и пустить по проводу ток от местной электростанции. Проект так и не был осуществлен, видимо, в силу его бессмысленности.
Но в 1937 году другой американец, Биттер, построил-таки электромагнит-монстр. Чтобы включить его, пришлось обесточить весь Бостон — так много жрал энергии. Когда его включили, все железные предметы в округе — гвозди, болты, железная стружка, инструменты — со страшной скоростью полетели к магниту.
Этот магнит развил напряженность поля в 100 000 эрстед, что в 200 000 раз больше напряженности магнитного поля Земли. Другой американец — Кольм построил магнит еще более мощный (250 000 эрстед) и настолько же бесполезный. На этом Америка успокоилась.
Но не успокоились русские большевики. Им нужны были рекорды, фрейдистский комплекс «у меня самый большой» не давал им покоя. Были задействованы лучшие умы. Капица-старший, разряжая на электромагнит «ударный» генератор, питающийся от огромного маховика, получил 500 000 эрстед напряженности магнитного поля. Но уж совсем за всякие рамки вышел академик Сахаров: он предложил оригинальное решение — сжимать электромагнит вместе с его магнитным полем с помощью взрывчатки. В сдавленном пространстве напряженность поля достигла 25 000 000 эрстед!
Конечно, поле такой силы существовало доли секунды, но существовало же! Вообще на создание сверхсильных магнитных полей необходимо либо тратить энергию целого города, либо такие поля будут жить доли секунды.
А если надо и надолго, и город не отключать? Здесь может помочь сверхпроводимость. Это явление было открыто в 1911 году. Суть его в том, что при охлаждении металла до космического холода его электрическое сопротивление падает до нуля, поэтому ток в замкнутом витке может циркулировать вечно. И магнитное поле, создаваемое этим током, также будет вечным.
Для чего вся эта гигантомания? Как это зачастую бывает в науке, целесообразность проявилась не сразу. Но вот десять лет назад швейцарские физики открыли «теплые» сверхпроводники. Для достижения ими состояния сверхпроводимости уже не нужен абсолютный нуль, достаточно температуры, при которой азот превращается в жидкость. Хотелось бы, чтобы проводники становились сверхпроводящими при комнатной температуре, но таких пока нет. А когда будут…
Фантастические перспективы! Не говоря даже о принципиально новой энергетике и электронике, станет возможным магнитное подвешивание тяжелых тел — мостов, зданий, поездов, можно подвешивать турбины электростанций, маховики — накопители энергии.
Представляете — дворец, парящий в воздухе! Это тебе не гроб Магомета, который, по легенде, висит в воздухе, тут речь о тысячах тонн идет! Впрочем, коль возникнет такая мода, гробы «новых русских» в их фамильных склепах тоже можно будет подвешивать в воздухе на веки вечные. Во всяком случае, в Японии уже продаются игрушки, основанные на сверхпроводящем подвешивании.
Мелочи:
Предсказать магнитную бурю реально за сутки. Иногда, при особо сильной вспышке, за 12 часов. Это минимум. А максимум — магнитную бурю можно спрогнозировать за 27 суток. За 27 дней Солнце оборачивается вокруг своей оси, вновь поворачиваясь к Земле тем же бочком, той же точкой, в которой произошло взрывное возмущение, выбросившее к Земле поток частиц. Если возмущение еще не затихло, Землю опять облучит мощным потоком солнечного ветра.
В ЦКБ № 3 при МПС оборудовали специальную палату для защиты от магнитных бурь и назвали ее экранированной палатой. Палата как палата, только без окон, с искусственным освещением.
Сюда кладут на время бурь магниточувствительных больных. Чувствуют они себя прекрасно.
ПОМНИ О СМЕРТИ
Следите за прогнозами магнитных бурь
У нашей планеты есть постоянное магнитное поле. А вот колебания этого поля — магнитные бури — зависят уже не от планеты, а от ближайшей звезды. В моменты вспышек на Солнце в пространство исторгаются потоки частиц. Их называют солнечным ветром. Через сутки-двое частицы долетают до Земли. Бомбардируя магнитное поле нашей планеты, они вызывают магнитные бури, северные сияния и… головные боли. Причем болит и сияет больше у полюсов, где напряженность магнитного поля достаточно велика.
Лет семь назад сильнейшая магнитная буря обрушилась на Землю. Тогда не повезло Канаде, Квебеку. По девятибалльной штормовой шкале буря достигла 8 баллов. В Квебеке вышла из строя энергосистема всего города. И этот случай не единственный. «Вылетали пробки» и в США, и в других странах. А уж о нарушениях радиосвязи и не говорим — это стало притчей во языцех.
Не зря славяне называли Солнце Ярилой!
Прогнозы магнитных бурь у нас в стране дают Институт прикладной геофизики и ИЗМИРАН (Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН). По Интернету ИЗМИРАН получает сведения из солнечных обсерваторий всего мира и анализирует полученные данные. Проблемой магнитных бурь ИЗМИРАН занимается столько, сколько существует — 56 лет.
Так вот, по данным института, 70% авиакатастроф в мире происходит в моменты магнитных возмущений. И дело тут не столько в отказах техники, сколько в отказах психики пилота. Человеческий фактор…
Сначала тем, кто говорил о влиянии магнитных бурь на организм человека, не верили. Над этими учеными смеялись, негодовали, обвиняли в лженауке. Первым был осмеян Чижевский. После него, в 20-е годы нашего века двое французов, Фор и Сарду, также обнаружили зависимость между магнитными бурями и сердечно-сосудистыми заболеваниями. По их выкладкам получалось, что в 85% наблюдаемых мест Франции число сердечно-сосудистых больных увеличивалось в моменты магнитных бурь.
Впоследствии были найдены корреляции между бурями и еще многими заболеваниями, в том числе астмой, язвой, эпилепсией и психическими заболеваниями. Скандинавы подтвердили: да, в дни магнитных волнений в психиатрические лечебницы поступает больше пациентов, чем в спокойные дни. Возрастает также число самоубийств.
Ученые ИЗМИРАНа из чистого любопытства ретроспективно, по записям врачей проанализировали данные сердечно-сосудистой системы космонавтов и установили — во времена солнечных всплесков, вызывающих магнитные бури на Земле, многие параметры в организме космонавтов меняются. Наука строится на подтверждениях, поэтому недавно измирановцы с привлечением светил российской медицинской науки (коллектива из медицинской академии под руководством академика Ф.И. Комарова, профессора С. И. Рапопорта из Лаборатории хрономедицины и клинических проблем РКНЦ РАМН) провели совместное исследование, подтвердившее обострение сердечно-сосудистых болезней во время магнитных бурь. Теперь этот тезис из разряда гипотез окончательно перешел в разряд научных фактов.
Порыв ветра скорее сорвет с яблони источенное червями яблоко, нежели яблоко здоровое. Так же и магнитная буря, скорее она выбьет из жизненной колеи человека бедного и больного, нежели богатого и здорового (нет справедливости под Солнцем!).
Вслед за физиками физиологи нашли свое объяснение вредного влияния бурь, но уже на макроуровне. Вегетативная нервная система состоит из двух отделов — симпатического и парасимпатического. Симпатический отдел отвечает за повышение артериального давления и убыстрение сердечных сокращений, а парасимпатический действует наоборот. Всплески магнитной активности нарушают гормональный баланс и тем самым активизируют какой-то из отделов нервной системы. В итоге — нарушение сердечного ритма, обострение всех хронических болезней, инфаркты.
Магнитные бури заставили ученых в последнее время внимательно понаблюдать за небольшой шишковидной железой под названием эпифиз. Эпифиз вырабатывает гормон мелатонин, который действует как иммуномодулятор, то есть восстанавливает нарушенную иммунную систему человека.
Но самое главное — мелатонин управляет биоритмами человека — заставляет его ночью спать, а днем активно действовать. Во время магнитных бурь характер выделения мелатонина нарушается, «плывут» биоритмы. И что самое смешное, это может даже привести к внезапной смерти. Причем умереть, в принципе, может и молодой здоровый человек.
Чаще подвержены синдрому внезапной смертности (СВС) младенцы. Они первые три месяца живут по так называемому околонедельному ритму. Потом в их крошечных организмах происходит перестройка: недельный ритм меняется на суточный. Если смены не происходит, младенчик может отдать богу душу.
Вполне здоровый человек с железным сердцем тоже может «сорваться с ветки». Это зависит только от типа его нервной системы. Поэтому необходимо выявить типы реакции людей на магнитные бури. Чтобы человек знал не только группу своей крови, но и тип магнитной восприимчивости. Пока что материал для подобных тестирований еще только накапливается, нарабатываются методики.
Это делается следующим образом.
К груди испытуемого прикрепляют датчики, на пояс вешают небольшую черную сумку с измерительным аппаратом и отпускают на волю, как окольцованную птичку. Человек идет на работу, скандалит с женой, едет в метро. А все это время, круглые сутки вся информация о деятельности сердца поступает в компьютер. Каждые полчаса (или час, или минуту — по желанию исследователя) на руке испытуемого надувается небольшая манжетка, измеряющая артериальное давление, и данные опять-таки поступают в компьютер. (Наверное, сексом заниматься во всем этом снаряжении не совсем удобно.) А потом медик анализирует 24-часовую электрокардиограмму и приходит к выводу, что на клиента повлияло — магнитная буря или семейная.
Если магнитная — товарищу мягко порекомендуют лекарства, которые, правда, чаще не помогают: мало мы еще знаем о человеке. Сложность состоит еще и в том, чтобы найти универсальное лекарство, которое можно было бы давать и сердечнику, и язвеннику, и «трезвеннику». Правда, сейчас большие надежды ученые возлагают на синтезированное лекарство со знакомым уже нам названием «мелатонин».
Этой осенью в Лаборатории хрономедицины и клинических проблем гастроэнтерологии РКНЦ РАМН его начнут испытывать.
ЖИДКИЕ МАГНИТЫ
Идея: размолоть железо в такой мелкий порошок, который бы не осаждался в жидкости — воде, керосине, масле… Тогда получилась бы магнитная жидкость. Осуществить это удалось только в 60-х годах. После целой недели размалывания в шаровой мельнице добились такого тонкого помола порошка феррита, что, будучи засыпанным в смесь керосина и олеиновой кислоты, он уже не осаждался.
Это был первый жидкий магнит — тяжелая черно-бурая жидкость. Если к сосуду с такой жидкостью поднести магнит, она в буквальном смысле лезет на стенку или вздувается бугром. Разлитую на полу, ее можно собрать магнитом. Правда, лучше для этого брать электромагнит. Его выключил — и жидкость стекла в подставленную емкость. А вот постоянным магнитом жидкомагнитную субстанцию лучше не собирать: потом от магнита ее нипочем не отскребешь.
Для чего? Например, из подводной лодки торчит вал с винтом.
Встает проблема с уплотнением, чтобы забортная вода не проникала в машинное отделение. Вместо сальников можно использовать жидкомагнитное уплотнение, чуть намагнитив вал в месте его выхода из корпуса лодки.
Магнитную жидкость на основе масла используют в качестве вечной смазки для намагниченных подшипников. Она оттуда уже не вылезет. Наоборот, захочешь — не вынешь.
Можно построить герметичный насос для перекачки агрессивных или ядовитых жидкостей. Вместо поршня в трубке будет ходить туда-сюда жидкомагнитная «пробка». Внешний магнит двигает ее, «пробка» толкает в трубке перекачиваемую жидкость.
Вот еще. Затонул нефтеналивной танкер. На море образовалась нефтяная пленка. Как ее собрать? Распылить небольшое количество магнитной жидкости, она растворится в нефти, а затем нефть собрать мощными электромагнитами.
ВИХРИ ВРАЖДЕБНЫЕ ВЕЮТ НАД НАМИ
Во всем мире часть электората (и немалая!) определяется в выборе непосредственно в кабинке для голосования. То есть во многом случайно, под влиянием настроения. Думается, особенно это характерно для столь взвинченного электората, как наш.
Поэтому, дабы чувства не затмевали разум, правительству выгодно назначать выборы в спокойный день, когда нежная психика избирателя не тревожится воздействиями природных факторов в виде, например, магнитных бурь. А то неясно, как поведет себя возбужденный электоратчик, какими эмоциями будет обуреваем его мозг в момент, когда он заносит карандаш над будущим своей страны.
У нас же по странной случайности получается наоборот.
Посмотрите на месячный прогноз магнитной обстановки, предоставленный нам Гелиофизическим центром Института прикладной геофизики. Единственный день с выдающимся возмущением приходится как раз на 16 июня.
Силы небесные…
Комментарий к графику прогноза геомагнитной обстановки в России на июнь 1996 года:
Магнитная буря измеряется по шестибалльной шкале — от 0 до 5 баллов, где 0 — очень спокойное поле, а 5 — аномально сильное возмущение (но и то и другое крайне редкое явление).
Часы и магниты
Сегодня обязательной характеристикой люксовой механики является «антимагнитность», а некоторые бренды избрали ее главным приоритетом своих исследований. Но у владельцев часов остается много вопросов.
Действительно, многие до конца так и не понимают, чем опасным магнитные поля для часовой механики и что именно в часах обеспечивает от них защиту. Можно разобраться по-порядку.
Главную опасность магнитное поле представляет для самого важного элемента часового механизма – балансовой спирали, которая изготавливается преимущественно из стали. Если намагнитить спираль, то к ее собственной силе упругости добавляется сила взаимодействия магнитных полей между ее витками. Витки начнут отталкиваться друг от друга, и в итоге спираль станет жестче, что приведет к ускорению хода часов.
Другие элементы механизма также испытывают на себе воздействие магнетизма, хотя и в меньшей степени. Традиционно изготавливаемые из стали заводная пружина, оси колесной передачи способны намагничиваться и, уже сами превратившись в находящийся внутри механизма постоянный магнит, вносить погрешность в колебания балансовой спирали.
Конечно, еще век назад источников излучения магнитного поля было не слишком много. В основном к ним относились неподвижные металлические элементы. Дело в том, что магнитное поле Земли постепенно «заряжает» любой стальной предмет, причем сила получившегося магнита тем выше, чем больше размеры предмета и чем дольше он находится в неподвижном относительно полюсов Земли положении.
Кстати, именно поэтому антимагнитность является обязательной характеристикой для дайверских часов – затонувшие суда, неподвижно лежащие на дне моря, создают сильное магнитное поле. Кроме этого, в наше время создавать поле с напряжением выше 100 гаусс могут даже повседневные приборы. Мобильный телефон, различные системы сканирования и турникеты или даже магнитная застежка на сумке с легкостью могут остановить ход секундной стрелки приложенных к ней механических часов.
В ХХ веке способы борьбы с воздействием магнитных полей на часы велись в двух направлениях. Первый – это обеспечить механизм защитным экраном, так называемой «клеткой Фарадея», дополнительным коробом из сплава с высокой магнитной проницаемостью (на основе никеля или мю-металла), изобретенным британским физиком Майклом Фарадеем. Этот экран надежно обеспечивает защиту до 1000 гаусс, но, во-первых, увеличивается толщина корпуса, во-вторых, приходится делать сплошной заднюю крышку — и ценители часов лишаются возможности наблюдать за работой механизма. Подобные модели появились еще в 1950-х годах, наибольшую известность из них получили часы Rolex Milgauss.
Второй путь – сделать ключевые элементы механизма, в первую очередь, баланс-спираль из немагнитных материалов, например, кремния. Можно вспомнить, что еще в 1994 году IWC представила экспериментальный выпуск Inginieur со спиралью, сделанной из ниобий-циркониевого сплава, а в 2007 году тот же Rolex заменил в новой Milgauss традиционный ниварокс в спирали на новый материал Parachrome-Blu, представляющий собой сплав 85% ниобия и 15% циркония.
Omega в начале 2013 года представила новый механизм Master Chronometer с элегантным решением проблемы магнетизма, в котором сумела не просто обойтись без дополнительного футляра, но и снабдить часы прозрачной задней крышкой. Вместо экранирования компания решила отказаться от материалов, содержащих железо, заменив их высокотехнологичными аналогами: спираль баланса изготовлена из кремния Si14, оси колес и анкерной вилки из особого немагнитного материала, называемого Nivagauss. И даже пружина в противоударном механизме выполнена из анаморфного металла. В результате получился механизм, способный противостоять напряжению поля свыше 15 000 гаусс.
На самом деле, как можно догадаться, такие высокие показатели – скорее вопрос тщеславия бренда, чем реальная необходимость. Согласно современному международному стандарту ISO 764 (и его немецкому аналогу DIN 8309), антимагнитными считаются часы, способные противостоять полю 4 800 A/м (ампер на метр). Если переводить в гауссы по соотношению 1:80, то окажется, что это поле равно всего 60 гауссам – именно столько по стандарту создает магнитное напряжение современный iPhone 12.
Если же на часах стоит маркировка 80 000 А/м – значит, они обладают антимагнитной защитой до 1000 гауссов, и им вообще ничего не страшно.
Тюменский индустриальный университет » Профессор Аркадий Дмитриев о природе магнитного поля Земли
Профессор Аркадий Дмитриев о природе магнитного поля Земли
26.04.2021
В Год науки и технологий мы продолжаем рассказывать об известных профессорах и молодых учёных ТИУ, чьи имена прославляют университет на весь мир, об их уникальных разработках. Согласно плану научных мероприятий и заявленной темой апреля «Освоение космоса», мы публикуем в рубрике «Интеллектуальный марафон «Люди, посвятившие себя науке» статью о профессоре Аркадии Дмитриеве и его исследованиях по созданию термоэлектрической модели магнитного поля Земли.
В научных кругах Аркадий Дмитриев известен как специалист в области наук о Земле. В середине восьмидесятых годов ХХ века он разработал технологию поиска месторождений нефти и газа геофизическим методом. Эта технология ему помогла открыть северо-восточную часть нефтяного Приобского месторождения. Также он предложил элементы теории электрохимического образования сульфидных руд, повысив тем самым эффективность поисков и расшифровку генезиса гидротермальных месторождений. Метод Дмитриева стал основополагающим и был рекомендован для распространения по всему Советскому Союзу.
Последние пять лет доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры Прикладной геофизики ТИУ Аркадий Дмитриев работает над научно-экспериментальными исследованиями по созданию термоэлектрической модели магнитного поля Земли и других планет Солнечной системы.
Термоэлектрическая модель магнитного поля Земли Дмитриева
В 1915 году Альберт Энштейн выделил пять вопросов, важных для учёных всего мира, один из них – изучение магнитного поля Земли. Если кто-то изучит, освоит, поймёт это явление – это будет невероятное событие в науке, говорил он.
Впервые объяснить существование магнитных полей Земли и Солнца попытался Дж. Лармор в 1919 году, предложив концепцию динамо, согласно которой поддержание магнитного поля небесного тела происходит под действием гидродинамического движения электропроводящей среды.
Сорок с лишним лет Аркадий Дмитриев изучал все модели, предложенные американскими, европейскими, японскими специалистами в области магнитного поля. Термоэлектрическая модель Дмитриева, по его словам, достаточно проста, теория базируется на эффекте Зеебека и предусматривает направленное движение электрических токов в металлическом ядре Земли.
«Я взял в проработку все физические процессы, которые присутствуют в космосе. Наткнулся на эффект Зеебека, который заключается в том, что если к металлу (пруту) приложить с одной стороны свечку, с другой холод, то по нему побежит электрический ток, — рассказывает Аркадий Николаевич. — Я начал размышлять. Необходимые условия создаются в ядре Земли, состоящем в основном из железа и никеля при температуре порядка 4-6 тысяч кельвинов. Прикладываем эффект Зеебека – раз металл есть, значит, при разности температур электроны должны двигаться направленно от горячо нагретой части ядра к его более холодной, вследствие чего возникает электрический ток, который и приводит к возникновению магнитного поля».
Совмещение Закона термодинамики и эффекта Зеебека позволило учёному вывести и предложить первоначальную модель, на разработку механизма которой было потрачено еще много лет. Многие промежуточные достижения он подтверждал открытиями других учёных.
Откуда у Земли магнит
Магнитное поле защищает поверхность Земли от солнечного ветра и вредного космического излучения. При отсутствии магнитного поля наша атмосфера разрушилась бы. Как формируется магнитное поле и откуда в Земле магнит, профессор Дмитриев поясняет: «Меня всегда интересовали физические поля нашей планеты, тем более я как геофизик обязан применять гравитационное, магнитное, тепловое поля на практике с помощью приборов. В 70-е годы прошлого столетия меня заинтересовала книга японского астрофизика по электромагнитному полю Земли. Итальянский учёный Анзелини открыл интересное явление – теоретически рассчитал и обнаружил, что внутреннее ядро, состоящее из двух частей: внешнего – расплавленного и внутреннего – твёрдого, постепенно остывает. Другие учёные подтвердили динамику температуры. Ядро находится в динамическом температурном режиме, следовательно, обязательно должны появиться термоэлектрические токи в ядре, причем направленные».
Почему на Земле меняются полюса магнитного поля
Земля меняет свои магнитные полюса местами – северный становится южным, и наоборот. Инверсии магнитного поля происходили через интервалы времени от десятков тысяч лет до огромных промежутков спокойного магнитного поля в десятки миллионов лет, когда инверсии не происходили. В настоящее время северный полюс, по словам профессора Дмитриева, стремительно движется от Канады в сторону России, в то время как южный остаётся малоподвижным.
«Эти процессы циклические и неуправляемые. Всё зависит от внутренних свойств планеты. В представлении обывателя ось жёсткая, следовательно, полюсы должны стоять на месте, — говорит Аркадий Николаевич. — Я доказал обратное. Магнитная ось не является жёсткой, она гибкая и связана с неоднородным распределением электронов за счёт асимметрии центробежной силы. Наша Земля наклонена к орбите, и если посмотреть на ее разрезы, параллельные эклиптике, то можно заметить, что западная часть северного полушария и восточная часть южного полушария более подвержены влиянию центробежной силы. Таким образом, происходит оттягивание электронов от оси вращения планеты, в результате чего образуется смещенная примерно на 110 «пустота» — некоторое разреженное от электронов пространство. Этот канал обеспечивает более легкий выход наружу планеты полоидальному (внешнему, дипольному) магнитному полю, порождаемому тороидальным магнитным полем (внутренним), создаваемым внутри ядра термоэлектрическими токами Земли. Следовательно, полоидальное поле и есть магнитное поле нашей Земли.
Проблему смены полюсов Дмитриев объяснил через реверс токов, который происходит от холодной части ядра к более нагретой и, наоборот, за счет их поочередного перегрева джоулевым теплом. Тем самым, он нашёл ответы на вопросы, на которые теория магнитогидродинамо, разрабатываемая на протяжении ста лет, не может доказательно ответить. Также за счет гибкости магнитной оси удается объяснить и ее другие механизмы – экскурсы, джерки.
Материалы на тему научно-экспериментальных исследований по созданию термоэлектрической модели магнитного поля Земли и других планет Солнечной системы Аркадий Дмитриев начал публиковать с 2016 года, больше в зарубежных изданиях. Обоснованность этой модели привлекает ученых, в связи с чем к нему поступают запросы на публикацию статей от редакций ряда журналов Японии, Швейцарии, Швеции, Испании, Финляндии.
«На ближайшее будущее планирую провести лабораторные исследования этого планетарного события. Надеюсь на содружество с научными коллективами, занимающимися подобными задачами и имеющими техническую базу для реализации лабораторного проекта», — отметил Аркадий Дмитриев.
1 мая Аркадий Дмитриев отметит свой 83 день рождения. Он полон сил и идей. Пожелаем же ему крепкого здоровья, долгих лет жизни и новых достижений на благо отечественной науки!
Отдел медиа и внешних коммуникаций
Вконтакте
Google+
Российские исследователи получили новые данные об асимметрии магнитных полей Солнца
Ученые из Института теории прогноза землетрясений и математической геофизики РАН и факультета компьютерных наук ВШЭ показали, что асимметрия между глобальными внутренними движениями в северном и южном полушариях Солнца связана с аномалиями его магнитного поля. Исследование Елены Блантер и Михаила Шнирмана открывает новые аспекты значимости асимметрии магнитного поля Солнца для предсказания его аномальной активности. Статья опубликована в журнале Solar Physics.
Магнитное поле Солнца играет огромное влияние на человека: предсказание магнитных бурь важно для авиации, для защиты наземных технических систем, при полетах человека в космос и во время запусков научных и коммерческих спутников. Механизмы генерации магнитного поля Солнца до сих пор не являются до конца изученными в силу сложности процессов, происходящих внутри звезды и невозможности проведения прямых измерений.
Возникновение магнитного поля Солнца объясняется действием механизма динамо в зоне конвекции Солнца, где перенос энергии из внутренних районов во внешние происходит путем активного перемешивания вещества. Зона конвекции составляет чуть меньше трети солнечного радиуса и расположена у поверхности Солнца, как схематично показано на рисунке 1. Над зоной конвекции находится солнечная корона, которую можно наблюдать во время солнечного затмения. Теория динамо является одним из способов объяснения 11-летних циклов солнечной магнитной активности, которые наблюдаются по изменениям количества и положения пятен на Солнце. Крупномасштабное меридиональное течение в конвективной зоне влияет на работу механизма динамо.
Меридиональный поток (глобальное движение внутри Солнца) можно представить себе в виде двух гигантских циркуляционных ячеек, в которых происходит вращение вещества, по одной в каждом полушарии. Вблизи поверхности Солнца движение направлено от экватора к полюсам, а в глубине зоны конвекции, наоборот, потоки плазмы возвращаются обратно к экватору. Как показывают исследования, на самом деле, меридиональный поток устроен намного сложнее — в частности, единое движение может складываться из ячеек меньшего размера, наподобие системы связанных шестеренок.
Для описания системы таких связанных между собой ячеек в физике Солнца в данной работе применяется модель Курамото, названная в честь японского ученого Йошики Курамото. Классическая модель описывает синхронизацию колебаний систем, состоящих из нескольких связанных ячеек: в каких условиях они могут рассматриваться как единое целое, а в каких — распадаются на независимые и не связанные друг с другом движения.
Ранее авторы статьи уже изучали крупномасштабную эволюцию меридиональных потоков в северном и южном полушарии Солнца при помощи системы двух связанных ячеек. В данной работе была рассмотрена уже система из четырех ячеек, которая более достоверно отражает сложную структуру меридионального потока Солнца.
Таким образом ученым удалось описать изменения интенсивности циркуляции плазмы в Солнце на различных широтах. Авторы смогли связать асимметрию магнитных полей, наблюдавшаяся в солнечных циклах 19-20 и 23-24, с асимметрией меридиональных потоков в северном и южном полушариях.
Фактически предполагалось, что каждая из ячеек может быть связана только с одной другой ячейкой. Таким образом, система из четырёх ячеек может представлять собой или структуру в виде цепи, или в виде кольца, как показано на рисунке 2. Решение уравнений Курамото и изучение параметров колебаний каждой из ячеек позволило определить, при каких условиях они действительно находятся в синхронизированном состоянии и участвуют в крупномасштабных переносах потоков плазмы как единое целое.
Исследование показывает, что асимметрия между меридиональными колебаниями в северном и южном полушариях Солнца проявляется на протяжении длительных промежутков времени и может быть связана с аномалиями магнитного поля Солнца.
По мнению ученых, в модели солнечного динамо роль меридионального потока в возникновении аномальной солнечной активности в настоящее время изучена недостаточно, и их пристальному изучению необходимо уделить больше внимания в будущих исследованиях.
Кольца Сатурна помогли определить строение его ядра
Автор фото, Getty Images
Точно так же, как землетрясения сотрясают поверхность нашей планеты, колебания внутри Сатурна слегка раскачивают газовый гигант. Эти движения, в свою очередь, вызывают волнообразные возмущения в кольцах Сатурна.
Наблюдая за этими волнами, ученые из Калифорнийского технологического института сумели измерить размер и форму ядра планеты — и оно оказалось намного больше и причудливее, чем считалось ранее.
По словам ученых, природа этих возмущений предполагает, что ядро, несмотря на колебания, состоит из стабильных слоев различной плотности. Более тяжелые материалы располагаются у центра планеты и не смешиваются с более легкими материалами ближе к поверхности.
В новом исследовании использовались данные зонда НАСА «Кассини», который обращался вокруг Сатурна и его спутников в течение 13 лет — с 2004 по 2017 год. В 2013 году удалось обнаружить, что внутреннее кольцо Сатурна, D-кольцо, колеблется таким образом, что это нельзя полностью объяснить гравитационным влиянием спутников планеты.
Авторы нового исследования сосредоточились на кольцах Сатурна, чтобы получить представление о происходящих внутри планеты процессах.
Ядро
Огромное ядро Сатурна составляет до 60% диаметра планеты. По-видимому, оно состоит из льда, твердых пород и газа, смешанных в жидкий «суп» с размытыми краями.
Характеристики и размеры ядра Сатурна заставили ученых по-новому взглянуть на процессы, которые привели к образованию планеты и помогают ей генерировать свое удивительно однородное магнитное поле.
Автор фото, Caltech/R. Hurt (IPAC)
Для исследования внутреннего строения Сатурна ученые обратились к его кольцам. Они действуют как своего рода сейсмограф, регистрируя внутренние колебания и пульсации газового гиганта. Анализ этих возмущений позволил уточнить объем ядра Сатурна — примерно в 17 раз больше объема Земли, и выяснить, что это не компактная смесь камня и металла, как считалось ранее.
Теперь ученым предстоит понять, как планеты-гиганты могут дорастать до своих огромных размеров с такими подвижными ядрами. Более того, новая модель ядра Сатурна не укладывается в наши представления о том, как планета поддерживает свое загадочное магнитное поле.
Кольца
Кольца Сатурна вращаются вокруг планеты и издалека выглядят цельными. В действительности они состоят из множества ледяных осколков, некоторые размером с дома, другие меньше, чем галька. Их структура определяется гравитационным взаимодействием с планетой и ее лунами. Некоторые из этих лун «вырезают» пустоты в кольцах, другие ограничивают их рост и делают кольца похожими на, собственно, кольца — с ярко выраженными краями.
По кольцам также можно наблюдать за тем, что происходит внутри планеты. Обычно для этого ученые используют колебания гравитационного поля планеты, но с газовыми гигантами этот метод не работает. Кольца же, вернее, их колебания, дают возможность заглянуть под поверхность.
В начале 1990-х годов ученый-планетолог Марк Марли предположил, что возмущения во внутренней структуре Сатурна могут создавать наблюдаемую рябь в С-кольце планеты, представляющую собой широкое, но тусклое кольцо. Перемещающиеся относительно друг друга внутренности планеты заставляют ее пульсировать. Эти колебания взаимодействуют с кольцевыми частицами и формируют внутри С-кольца так называемые спиральные волны плотности, похожие на рябь на поверхности воды.
Все эти идеи «оказались стопроцентно правильными», говорит Манкович. Но для подтверждения предсказаний потребовалось два десятка лет и многомиллиардная космическая миссия.
Кроносейсмология
В 2013 году, изучая данные с зонда «Кассини», ученые обнаружили первые признаки сейсмических возмущений в кольцах и воспользовались этим, чтобы заглянуть внутрь планеты. Для описания этой новой области исследований был придуман термин «кроносейсмология». Ученым удалось связать большинство наблюдаемых волн с движением внутри планеты. В 2019 году с помощью методов кроносейсмологии удалось точно установить период обращения Сатурна: 10 часов 33 минуты.
Этих волн в кольцах Сатурна оказалось около двух десятков, что примерно соответствовало прогнозам. Но среди них оказалась как минимум одна «неучтенная», которую Манкович и его коллега Джим Фуллер использовали, чтобы заглянуть прямо в сердце Сатурна.
Объяснить происхождение этой дополнительной волны можно, только предположив наличие у Сатурна сложного по строению и неоднородного ядра, говорит сам Марли, который рецензировал работу Манковича и Фуллера.
Автор фото, NASA/JPL-Caltech/SSI
Подпись к фото,Этот снимок зонд «Кассини» сделал в 2012 году.
С помощью этой «ряби» на кольцах Сатурна Манкович и Фуллер установили, что ядро занимает большую часть планеты. Вопреки ожиданиям ядро представляет собой диффузную жидкую смесь водорода, гелия, льда и горных пород, а не каменно-железный монолит. Если «разрезать» Сатурн пополам, отдельных слоев, как у луковицы или ядра Земли, увидеть не получится. Ядро Сатурна не имеет четкой границы, и чем ближе к его центру, тем плотнее материал.
При исключительно высоких температурах и давлении в ядре Сатурна газы ведут себя скорее как жидкие металлы, и ядро представляет собой смесь экзотических материалов, которые трудно воспроизвести в лабораториях на Земле. Манкович говорит, что полученная ими картина оказалась столь странной, что он и Фуллер поначалу попытались найти другое объяснение сейсмическим возмущениям в кольцах.
Новая модель ядра Сатурна, однако, прекрасно сочетается с огромным количеством предыдущих наблюдений за гравитационным полем планеты и перекликается с данными с космического зонда «Юнона», согласно которым ядро Юпитера тоже может представлять собой похожую диффузную смесь ингредиентов.
У Юпитера, однако, колец нет. «Придется взорвать одну из маленьких лун Юпитера, — шутит Марли, — чтобы создать кольцо, которое будет регистрировать пульсации его ядра».
Происхождение
Как считается, жизнь газового гиганта начинается с газопылевого облака, которое становится все более массивными и компактным, пока не подберет все близлежащие «стройматериалы». Но пока не ясно, может ли у планеты, появившейся таким образом, быть такое сложное ядро.
Возможно, ядро Сатурна за 4,5 миллиарда лет жизни медленно растворялось в жидком металлическом водороде или изменялось в ходе других, пока неизвестных процессов. «Мы пока просто этого не знаем», — говорит Манкович.
Автор фото, NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Подпись к фото,Четвертый по величине спутник Сатурна, Диона, на фоне самого большого спутника планеты, Титана, и самого Сатурна. Фотографию сделал зонд «Кассини» в 2011 году
Другой сюрприз заключается в том, что, согласно выводам Манковича и Фуллера, ядро не является конвективным, что означает, что оно не переносит тепло, как ожидалось. Это может объяснить столь мощное излучение Сатурна в инфракрасном диапазоне. «Яркость Юпитера сегодня примерно такая же, как и должна быть спустя 4,5 миллиарда лет, но Сатурн слишком яркий, — говорит Марли. — Поскольку ядро не желает переносить тепло, оно замедляет охлаждение и становится ярче, чем должно быть».
Магнитное поле
В свою очередь, неконвективное ядро представляет собой серьезную проблему для понимания магнитного поля планеты. Обычно планетарные магнитные поля приводятся в действие «динамо-машиной» — вращающимся конвективным слоем электропроводящей жидкости глубоко внутри ядра планеты. Но, согласно новому исследованию, Сатурн с его неконвективным ядром, занимающим 60% планеты, на такое не способен. Ученые сейчас задаются вопросом, может ли тонкий слой жидкого металлического водорода создавать необходимые условия для возникновения магнитного поля внутри ядра или, возможно, в пограничном с ним слое.
Но даже эти гипотезы не в состоянии объяснить удивительно симметричное магнитное поле Сатурна, которое не похоже на наклонные и неправильные поля Земли и Юпитера. Сложные гипотезы, вроде гелиевого дождя, сглаживающего силовые линии магнитного поля, прежде чем они достигнут поверхности планеты, проблемы не решают.
Ответы на все эти вопросы потребуют тщательного изучения огромного количества информации, собранной зондом «Кассини», детального моделирования планетных недр с помощью суперкомпьютеров и наблюдений с помощью наземных телескопов. В будущем ученые смогут использовать эти методы для изучения колец других планет — Урана и Нептуна.
Природа пустоты не терпит
Вселенная пронизана магнитными полями, и самые сильные из них создают магнетары, которые окружены полями величиной до 1011 Тл. Для сравнения: рекордное поле, полученное людьми, было около 100 Тл, а магнитное поле Земли и вовсе составляет всего 5·10-5 Тл, но даже это еще не рекорд скромности. Самыми слабыми магнитными полями в космосе обладают войды — гигантские беззвездные пустыни, лежащие между скоплениями галактик.
«Измерения и расчеты показывают, что у войдов есть магнитные поля, но только очень маленькие, — рассказывает первый автор исследования, сотрудник ГАИШ МГУ и ИЯИ РАН Максим Пширков. — Они точно сильнее, чем 10-21 Тл, но не больше 3·10-13 Тл». Российские ученые в своем исследовании уточнили верхнюю границу этой оценки.
Для этого астрофизики посмотрели на сигналы от 4000 радиоисточников, находящихся на разных расстояниях от Земли. Каждый из них излучает электромагнитные волны с определеннойполяризацией, которая меняется при прохождении волны через магнитное поле. При этом интенсивность этого эффекта зависит не только от величины магнитного поля, но и от длины волны: чем она больше, тем больше у проходящей электромагнитной волны меняется поляризация.
Поэтому, фиксируя поляризацию приходящих на Землю радиоволн разных частот и зная примерное положение источника, можно оценить, через какие магнитные поля они проходили за свое долгое путешествие в космосе. Основной вклад в изменение поляризации радиоволн дает магнитное поле нашей Галактики, через которое излучение неминуемо проходят по пути к Земле. Оно гораздо больше полей всех встреченных войдов, а вероятность прохождения излучения через другие галактики, по словам ученых, минимальна.
Компьютерная модель распределения источников света во Вселенной. Пространство между светящимися галактиками и скоплениями галактик заполнено большими темными пустотами — войдами. Изображение: UCL Mathematical and physical sciences/Flickr
Поэтому ученые специально оценивали величину магнитного поля Млечного Пути с помощью обработки и усреднения сигналов от нескольких десятков ближайших источников и дальше вычитали эффект, связанный с нашей родной Галактикой из общего сигнала. «В результате даже в излучении источников, излучавших более 10 миллиардов лет назад, мы не увидели никакого эффекта, связанного с магнитным полем, — говорит Максим Пширков. — Никакой эволюции плоскости поляризации, и значит, радиоизлучение на своем пути не встречало полей значительной силы».
По отсутствию сигнала ученые оценили максимальное значение магнитного поля в войдах: «Да, мы не увидели никакого эффекта, но все физические наблюдения неминуемо обладают какими-то ошибками, и поэтому можно оценить, сколько магнитного поля добавить в войд, чтобы на выходе в пределах погрешностей получился нулевой эффект».
Из этих расчетов получилось, что поле в межгалактических пустотах не превышает 10-13 Тл, что как минимум в миллиард раз слабее магнитного поля на Земле.
Одним словом, оно почти неуловимо и в довесок еще не до конца объяснимо. «В этом исследовании мы выступили в некотором смысле агностиками и просто ставили наблюдение без рассуждений о природе этого поля», — рассказывает Пширков. «По современным представлениям оно могло появиться только двумя способами: либо с помощью нетрадиционной физики родиться в самой ранней Вселенной, либо возникнуть чуть-чуть позже: примерно через 500—1000 миллионов лет в астрофизических объектах вроде галактик, откуда в межгалактическое пространство его вынес сверхмощный поток вещества — джеты активных ядер галактик или сверхсильные звездные ветры».
Работа ученых, выполненная при поддержке Российского научного фонда, опубликована в журнале Physical Review Letters и попала в рубрику Editor’s Suggestion — «Выбор редакции». Ее результаты должны очень обрадовать людей, занимающихся астрофизикой космических лучей. Раньше считалось, что эти потоки высокоэнергетичных частиц отклоняются магнитными полями войдов, и потому перспективы определения источников лучей были очень туманными. Новые результаты показывают, что этот неприятный эффект можно не учитывать — магнитные поля войдов очень малы.
Что вызывает разную силу магнитов?
Обновлено 28 декабря 2020 г.
Автор: Липи Гупта
Многие люди знакомы с магнитами, потому что у них часто есть декоративные магниты на кухонном холодильнике. Однако у магнитов есть много практических целей, помимо украшения, и многие из них влияют на нашу повседневную жизнь, даже не подозревая об этом.
Есть много вопросов о том, как работают магниты, и других общих вопросов о магнетизме. Однако, чтобы ответить на большинство этих вопросов и понять, как разные магниты могут иметь разную силу магнитного поля, важно понимать, что такое магнитное поле и как оно создается.
Что такое магнитное поле?
Магнитное поле — это сила, действующая на заряженную частицу, и определяющим уравнением для этого взаимодействия является закон силы Лоренца. Полное уравнение силы электрического поля E и магнитного поля B на частицу с зарядом q и скоростью v дается выражением :
\ vec {F} = q \ vec {E} + q \ vec {v} \ times \ vec {B}.
Помните, что, поскольку сила F , поля E и B и скорость v являются векторами, операция × — это векторное произведение , а не умножение.
Магнитные поля создаются движущимися заряженными частицами, часто называемыми электрическим током . Обычными источниками магнитных полей от электрического тока являются электромагниты, такие как простой провод, провод в петле и несколько витков провода в серии, которая называется соленоидом . Магнитное поле Земли также создается движущимися заряженными частицами в ядре.
Однако у этих магнитов на вашем холодильнике, похоже, нет протекающих токов или источников питания.Как они работают?
Постоянные магниты
Постоянный магнит — это кусок ферромагнитного материала , обладающий внутренним свойством, создающим магнитное поле. Внутренний эффект, который создает магнитное поле, — это спин электрона, и выравнивание этих спинов создает магнитные домены. Эти домены образуют чистое магнитное поле.
Ферромагнитные материалы имеют тенденцию иметь высокую степень упорядочения доменов в их естественной форме, которая может быть легко полностью выровнена внешним магнитным полем.Таким образом, ферромагнитные магниты имеют тенденцию быть магнитными в природе и легко сохраняют свои магнитные свойства.
Диамагнитные материалы похожи на ферромагнитные материалы и могут создавать магнитное поле, когда они встречаются в природе, но по-разному реагируют на внешние поля. Диамагнитный материал будет создавать противоположно ориентированное магнитное поле в присутствии внешнего поля. Этот эффект может ограничить желаемую силу магнита.
Парамагнитные материалы являются магнитными только в присутствии внешнего выравнивающего магнитного поля и имеют тенденцию быть довольно слабыми.
Обладают ли большие магниты сильной магнитной силой?
Как уже упоминалось, постоянные магниты состоят из магнитных доменов, которые выстраиваются случайным образом. Внутри каждого домена существует определенная степень упорядочения, которая создает магнитное поле. Таким образом, взаимодействие всех доменов в одном куске ферромагнитного материала создает общее, или суммарное, магнитное поле для магнита.
Если домены выровнены случайным образом, вполне вероятно, что это может быть очень маленькое или фактически нулевое магнитное поле.Однако, если внешнее магнитное поле приблизить к неупорядоченному магниту, домены начнут выравниваться. Расстояние выравнивающего поля до доменов будет влиять на общее выравнивание и, следовательно, на результирующее чистое магнитное поле.
Оставление ферромагнитного материала во внешнем магнитном поле на длительный период времени может помочь выполнить заказ и увеличить создаваемое магнитное поле. Точно так же чистое магнитное поле постоянного магнита может быть уменьшено путем введения нескольких случайных или мешающих магнитных полей, которые могут смещать домены и уменьшать чистое магнитное поле.
Влияет ли размер магнита на его силу? Короткий ответ — да, но только потому, что размер магнита означает, что существует пропорционально больше доменов, которые могут выравниваться и создавать более сильное магнитное поле, чем меньший кусок того же материала. Однако, если длина магнита очень большая, существует повышенная вероятность того, что паразитные магнитные поля приведут к смещению доменов и уменьшат результирующее магнитное поле.
Что такое температура Кюри?
Еще одним фактором, влияющим на силу магнита, является температура , температура .В 1895 году французский физик Пьер Кюри определил, что магнитные материалы имеют температурную границу, при которой их магнитные свойства могут измениться. В частности, домены также больше не выстраиваются, поэтому выравнивание недельных доменов приводит к слабому чистому магнитному полю.
Для железа температура Кюри составляет около 1418 градусов по Фаренгейту. Для магнетита это около 1060 градусов по Фаренгейту. Обратите внимание, что эти температуры значительно ниже, чем их точки плавления. Таким образом, температура магнита может влиять на его силу.
Электромагниты
Другая категория магнитов — это электромагниты , которые по сути являются магнитами, которые можно включать и выключать.
Самым распространенным электромагнитом, который используется в различных промышленных приложениях, является соленоид. Соленоид — это серия токовых петель, которые создают однородное поле в центре петель. Это связано с тем, что каждая отдельная токовая петля создает вокруг провода круговое магнитное поле.При последовательном размещении нескольких магнитных полей суперпозиция магнитных полей создает прямое однородное поле через центр петель.
Уравнение для величины соленоидного магнитного поля просто: B = μ 0 nI , где μ 0 — проницаемость свободного пространства, n — количество токовых петель на единицу длины, а I — ток, протекающий через них. Направление магнитного поля определяется правилом правой руки и направлением тока, поэтому его можно изменить, изменив направление тока на противоположное.
Очень легко увидеть, что силу соленоида можно регулировать двумя основными способами. Во-первых, можно увеличить ток через соленоид. Хотя кажется, что ток можно произвольно увеличить, могут быть ограничения на источник питания или сопротивление цепи, что может привести к повреждению, если ток будет превышен.
Следовательно, более безопасным способом увеличения магнитной силы соленоида является увеличение количества токовых петель. Магнитное поле явно пропорционально увеличивается.Единственным ограничением в этом случае может быть количество доступного провода или пространственные ограничения, если соленоид слишком длинный из-за количества токовых петель.
Помимо соленоидов существует много видов электромагнитов, но все они обладают одним и тем же общим свойством: их сила пропорциональна току.
Использование электромагнитов
Электромагниты широко распространены и имеют множество применений. Распространенным и очень простым примером электромагнита, в частности соленоида, является динамик.Изменяющийся ток через динамик вызывает увеличение и уменьшение силы соленоидального магнитного поля.
Когда это происходит, другой магнит, а именно постоянный магнит, помещается на одном конце соленоида напротив вибрирующей поверхности. Поскольку два магнитных поля притягиваются и отталкиваются из-за изменяющегося соленоидального поля, вибрирующая поверхность тянется и толкается, создавая звук.
В динамиках лучшего качества используются высококачественные соленоиды, постоянные магниты и вибрирующие поверхности для создания более качественного звука.
Интересные факты о магнетизме
Самый большой магнит в мире — это сама Земля! Как уже упоминалось, у Земли есть магнитное поле, которое возникает из-за токов, создаваемых ядром Земли. Хотя это не очень сильное магнитное поле по сравнению со многими маленькими ручными магнитами или когда-то использовавшимися в ускорителях частиц, сама Земля — один из самых больших магнитов, о которых мы знаем!
Еще один интересный магнитный материал — магнетит. Магнетит — это железная руда, которая не только очень распространена, но и является минералом с самым высоким содержанием железа.Его иногда называют магнитом из-за его уникального свойства иметь магнитное поле, которое всегда совпадает с магнитным полем Земли. Таким образом, он использовался как магнитный компас еще в 300 году до нашей эры.
Вопросы и ответы — Увеличивает ли размер магнита его прочность? Как делают магниты? Как форма магнита влияет на его магнитное поле?
Делает ли размер магнита сильнее? Как делают магниты? Как форма магнита влияет на его магнитное поле?
Размер — это лишь один из способов изменить силу магнита.Однако просто сделать магнит больше может быть очень сложно и дорого. Другой способ — сделать его ЛУЧШЕ. Это может означать разные вещи. Современный метод улучшения электромагнитов — это создание сверхпроводящего магнита. То есть электрические катушки сделаны из материалов, которые потеряют все электрическое сопротивление при погружении в чрезвычайно холодное вещество, такое как жидкий гелий. В лаборатории Джефферсона есть много жидкого гелия только для достижения сверхпроводимости, хотя большая его часть предназначена не для магнитов, а для ниобиевых полостей ускорителя.Однако суть все та же. Уменьшая электрическое сопротивление, через магниты можно пропускать гораздо большее количество электрического тока, тем самым создавая гораздо более сильную магнитную силу.
Еще один способ улучшить магнит — это тщательно выбрать материал, из которого он изготовлен. Стандартный сильный магнит, используемый в лабораториях, обычно изготавливается из ALNICO — специального сплава, в котором сильномагнитные биты из сплава железа, никеля и алюминия заделаны в основу из сплава железо-кобальт.Если вам нужно что-то более легкое, что может создавать сильную магнитную силу, то можно попробовать магниты FERRITE (или керамические), которые сделаны из оксида железа плюс оксид бария, стронция или свинца. Как и другие керамические материалы (например, унитазы), они хрупкие, поэтому при обращении необходимо соблюдать осторожность. Если вы хотите ознакомиться с некоторыми разновидностями постоянных магнитов, вы можете заглянуть в онлайн-каталог Edmund Scientific. Самые сильные постоянные магниты сделаны из сплава железо-неодим-бор (Fe-Nd-B).Этот тип фактически используется как критическая часть эксперимента по ядерной физике, называемого альфа-магнитным спектрометром (AMS). Почти все без исключения эксперименты по ядерной физике требуют сильного магнита, часто сверхпроводящего. AMS был разработан как компактная система, способная запускаться в космос на борту космического челнока. Об стандартном ядерно-физическом электромагните не могло быть и речи. С новым типом постоянного магнита, изготовленным из сплава Fe-Nd-B, необходимое сильное магнитное поле может быть достигнуто в очень компактном объеме без использования электроэнергии или жидкого гелия.
Детали производства постоянных магнитов являются собственностью (т. Е. Коммерческой тайной). Однако общий метод состоит в том, чтобы взять ФЕРРОМАГНИТНЫЙ материал, такой как ALNICO, и подвергнуть его воздействию сильного магнитного поля, вероятно, генерируемого как очень короткие (в масштабе времени), но очень мощные всплески от ближайшего электромагнита. Магнитные «биты» в ферромагнетике — это небольшие совокупности материала (скажем, миллиметр или около того), называемые доменами, которые имеют определенное магнитное поле с северным и южным полюсами.Обычно эти домены ориентированы в случайных направлениях, компенсируя друг друга. Под воздействием этого мощного внешнего поля домены начинают ориентироваться в соответствии с направлением сильного внешнего поля. Новые магниты из сплава Fe-Nd-B имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что после установления поля они становятся более стабильными, чем другие типы постоянных магнитов.
Автор:
Карл Цорн, ученый-детектор (Другие ответы Карла Цорна)
Что такое магнетизм? | Магнитные поля и магнитная сила
Магнетизм — это один из аспектов комбинированной электромагнитной силы.Это относится к физическим явлениям, возникающим из-за силы, вызванной магнитами, объектами, которые создают поля, которые притягивают или отталкивают другие объекты.
Согласно веб-сайту HyperPhysics Университета штата Джорджия, магнитное поле воздействует на частицы в поле за счет силы Лоренца. Движение электрически заряженных частиц порождает магнетизм. Сила, действующая на электрически заряженную частицу в магнитном поле, зависит от величины заряда, скорости частицы и силы магнитного поля.
Все материалы обладают магнетизмом, некоторые сильнее, чем другие. Постоянные магниты, сделанные из таких материалов, как железо, испытывают сильнейшее воздействие, известное как ферромагнетизм. За редким исключением, это единственная форма магнетизма, достаточно сильная, чтобы ее могли почувствовать люди.
Противоположности притягиваются
Магнитные поля генерируются вращающимися электрическими зарядами, согласно HyperPhysics. Все электроны обладают свойством углового момента или спина. Большинство электронов имеют тенденцию образовывать пары, в которых один из них имеет «спин вверх», а другой — «спин вниз», в соответствии с принципом исключения Паули, который гласит, что два электрона не могут находиться в одном и том же энергетическом состоянии одновременно.В этом случае их магнитные поля направлены в противоположные стороны, поэтому они компенсируют друг друга. Однако некоторые атомы содержат один или несколько неспаренных электронов, спин которых может создавать направленное магнитное поле. По данным Ресурсного центра неразрушающего контроля (NDT), направление их вращения определяет направление магнитного поля. Когда значительное большинство неспаренных электронов выровнены своими спинами в одном направлении, они объединяются, чтобы создать магнитное поле, достаточно сильное, чтобы его можно было почувствовать в макроскопическом масштабе.
Источники магнитного поля биполярные, с северным и южным магнитными полюсами. По словам Джозефа Беккера из Университета Сан-Хосе, противоположные полюса (северный и южный) притягиваются, а подобные полюса (северный и северный, или южный и южный) отталкиваются. Это создает тороидальное поле или поле в форме пончика, поскольку направление поля распространяется наружу от северного полюса и входит через южный полюс.
Земля сама по себе является гигантским магнитом. Согласно HyperPhysics, планета получает свое магнитное поле от циркулирующих электрических токов внутри расплавленного металлического ядра.Компас указывает на север, потому что маленькая магнитная стрелка в нем подвешена, так что он может свободно вращаться внутри корпуса, выравниваясь с магнитным полем планеты. Как ни парадоксально, то, что мы называем Северным магнитным полюсом, на самом деле является южным магнитным полюсом, потому что он притягивает северные магнитные полюса стрелок компаса.
Ферромагнетизм
Если выравнивание неспаренных электронов сохраняется без приложения внешнего магнитного поля или электрического тока, образуется постоянный магнит.Постоянные магниты — результат ферромагнетизма. Приставка «ферро» относится к железу, потому что постоянный магнетизм впервые наблюдался в форме естественной железной руды, называемой магнетитом, Fe 3 O 4 . Кусочки магнетита можно найти разбросанными на поверхности земли или вблизи нее, и иногда они намагничиваются. Эти встречающиеся в природе магниты называются магнитными камнями. «Мы до сих пор не уверены в их происхождении, но большинство ученых считают, что магнитный камень — это магнетит, в который попала молния», — говорится в сообщении Университета Аризоны.
Вскоре люди узнали, что можно намагнитить железную иглу, поглаживая ее магнитом, в результате чего большинство неспаренных электронов в игле выстраиваются в одном направлении. По данным НАСА, примерно в 1000 году нашей эры китайцы обнаружили, что магнит, плавающий в чаше с водой, всегда выстраивался в направлении север-юг. Таким образом, магнитный компас стал огромным помощником в навигации, особенно днем и ночью, когда звезды были скрыты облаками.
Было обнаружено, что другие металлы, помимо железа, обладают ферромагнитными свойствами.К ним относятся никель, кобальт и некоторые редкоземельные металлы, такие как самарий или неодим, которые используются для создания сверхпрочных постоянных магнитов.
Другие формы магнетизма
Магнетизм принимает множество других форм, но, за исключением ферромагнетизма, они обычно слишком слабы, чтобы их можно было наблюдать за исключением чувствительных лабораторных приборов или при очень низких температурах. Диамагнетизм был впервые открыт в 1778 году Антоном Бругнамсом, который использовал постоянные магниты в поисках материалов, содержащих железо.По словам Джеральда Кюстлера, широко публикуемого независимого немецкого исследователя и изобретателя, в его статье «Диамагнитная левитация — исторические вехи», опубликованной в Румынском журнале технических наук, Бругнамс заметил: «Только темный и почти фиолетовый висмут проявлял конкретное явление в исследовании; потому что, когда я положил его кусок на круглый лист бумаги, плавающий на воде, он оттолкнулся обоими полюсами магнита ».
Было установлено, что висмут обладает самым сильным диамагнетизмом из всех элементов, но, как обнаружил Майкл Фарадей в 1845 году, это свойство всей материи отталкиваться магнитным полем.
Диамагнетизм вызван орбитальным движением электронов, создающих крошечные токовые петли, которые создают слабые магнитные поля, согласно HyperPhysics. Когда к материалу прикладывается внешнее магнитное поле, эти токовые петли имеют тенденцию выравниваться таким образом, чтобы противостоять приложенному полю. Это заставляет все материалы отталкиваться постоянным магнитом; однако результирующая сила обычно слишком мала, чтобы быть заметной. Однако есть некоторые заметные исключения.
Пиролитический углерод, вещество, похожее на графит, демонстрирует даже более сильный диамагнетизм, чем висмут, хотя и только вдоль одной оси, и фактически может подниматься над сверхсильным редкоземельным магнитом.Некоторые сверхпроводящие материалы демонстрируют еще более сильный диамагнетизм ниже своей критической температуры, поэтому над ними можно левитировать редкоземельные магниты. (Теоретически из-за их взаимного отталкивания один может левитировать над другим.)
Парамагнетизм возникает, когда материал временно становится магнитным при помещении в магнитное поле и возвращается в свое немагнитное состояние, как только внешнее поле удаляется. При приложении магнитного поля некоторые из неспаренных электронных спинов выравниваются с полем и преодолевают противоположную силу, создаваемую диамагнетизмом.Однако, по словам Дэниела Марша, профессора физики Южного государственного университета Миссури, эффект заметен только при очень низких температурах.
Другие, более сложные формы включают антиферромагнетизм, при котором магнитные поля атомов или молекул выстраиваются рядом друг с другом; и поведение спинового стекла, которое включает как ферромагнитные, так и антиферромагнитные взаимодействия. Кроме того, ферримагнетизм можно рассматривать как комбинацию ферромагнетизма и антиферромагнетизма из-за многих общих черт между ними, но, по данным Калифорнийского университета в Дэвисе, он все же имеет свою уникальность.
Электромагнетизм
Когда провод перемещается в магнитном поле, поле индуцирует в проводе ток. И наоборот, магнитное поле создается движущимся электрическим зарядом. Это соответствует закону индукции Фарадея, который лежит в основе электромагнитов, электродвигателей и генераторов. Заряд, движущийся по прямой линии, как по прямому проводу, создает магнитное поле, которое вращается вокруг провода по спирали. Когда этот провод превращается в петлю, поле приобретает форму пончика или тора.Согласно Руководству по магнитной записи (Springer, 1998) Marvin Cameras, это магнитное поле можно значительно усилить, поместив ферромагнитный металлический сердечник внутрь катушки.
В некоторых приложениях постоянный ток используется для создания постоянного поля в одном направлении, которое можно включать и выключать вместе с током. Это поле может затем отклонить подвижный железный рычаг, вызывая слышимый щелчок. Это основа телеграфа, изобретенного в 1830-х годах Сэмюэлем Ф. Б. Морзе, который позволял осуществлять связь на большие расстояния по проводам с использованием двоичного кода, основанного на импульсах большой и малой длительности.Импульсы посылались опытными операторами, которые быстро включали и выключали ток с помощью подпружиненного переключателя с мгновенным контактом или ключа. Другой оператор на принимающей стороне затем переводил слышимые щелчки обратно в буквы и слова.
Катушку вокруг магнита также можно заставить двигаться по шаблону с изменяющейся частотой и амплитудой, чтобы индуцировать ток в катушке. Это основа для ряда устройств, в первую очередь для микрофона. Звук заставляет диафрагму двигаться внутрь и наружу с волнами переменного давления.Если диафрагма соединена с подвижной магнитной катушкой вокруг магнитопровода, она будет производить переменный ток, аналогичный падающим звуковым волнам. Затем этот электрический сигнал может быть усилен, записан или передан по желанию. Крошечные сверхсильные магниты из редкоземельных элементов сейчас используются для изготовления миниатюрных микрофонов для сотовых телефонов, сообщил Марш Live Science.
Когда этот модулированный электрический сигнал подается на катушку, он создает колеблющееся магнитное поле, которое заставляет катушку входить и выходить по магнитному сердечнику по той же схеме.Затем катушка прикрепляется к подвижному диффузору динамика, чтобы он мог воспроизводить слышимые звуковые волны в воздухе. Первым практическим применением микрофона и динамика был телефон, запатентованный Александром Грэмом Беллом в 1876 году. Хотя эта технология была усовершенствована и усовершенствована, она все еще является основой для записи и воспроизведения звука.
Применения электромагнитов почти бесчисленны. Закон индукции Фарадея составляет основу многих аспектов нашего современного общества, включая не только электродвигатели и генераторы, но и электромагниты всех размеров.Тот же принцип, который используется гигантским краном для подъема старых автомобилей на свалку металлолома, также используется для выравнивания микроскопических магнитных частиц на жестком диске компьютера для хранения двоичных данных, и каждый день разрабатываются новые приложения.
Штатный писатель Таня Льюис внесла свой вклад в этот отчет.
Дополнительные ресурсы
От чего зависит сила магнита
Есть много разных видов магнитов. Они бывают разных размеров, форм, материалов и прочности.Все они создают силу, называемую магнетизмом. Эта сила позволяет им притягивать или прилипать к определенным металлам. Тем не менее, некоторые магниты не могут даже прикрепить лист бумаги к холодильнику, в то время как другие могут поднять автомобили высоко в воздух. Итак, что определяет силу магнита?
Тип материала
Каждое вещество состоит из крошечных единиц, называемых атомами. У каждого атома есть электроны. Электроны постоянно находятся в движении. Их движение генерирует электрический ток, который заставляет каждый электрон действовать как крошечный магнит.Большинство веществ имеют одинаковое количество электронов, вращающихся в противоположных направлениях, что нейтрализует их магнетизм. Но некоторые вещества обладают сильным магнитным полем, что означает, что большинство их электронов вращаются в одном направлении. Эти вещества обладают высокой магнитной проницаемостью и образуют самые сильные магниты. Среди этих веществ железо, кобальт и никель. Неодим, железо, бор (NdFeb) делает самые мощные магниты. Неодимовые магниты настолько мощны, что магнит NEO весом всего несколько граммов все еще может притягивать в 1000 раз больше своего собственного веса.
Внешнее магнитное поле
Чтобы превратить вещество в магнит, оно должно быть подвергнуто действию магнитного поля существующего магнита. Чем мощнее приложенное внешнее магнитное поле, тем сильнее будет полученный магнит.
А как насчет размера?
Больше значит сильнее? Когда вы намагничиваете кусок железа, северные полюса атомов выравниваются. Сила, создаваемая выровненными атомами, создает магнитное поле. У большего куска железа было бы больше атомов для выравнивания, что потенциально могло бы привести к более сильному магнитному полю, чем к меньшему куску того же материала.Однако в случае очень длинного куска железа существует повышенный риск того, что паразитные магнитные поля приведут к смещению атомов и фактически уменьшат силу магнитного поля магнита.
Выбор правильного магнита
Размер и форма, хотя и не являются важным фактором при определении силы магнита, могут иметь такое же значение в зависимости от области применения. Мы предлагаем полный выбор промышленных и рекламных магнитов различных размеров, форм и прочности и будем рады помочь вам найти подходящий магнит для вашего проекта.Делайте покупки в нашем интернет-магазине магнитов, позвоните нам по телефону 763-540-9497 или отправьте нам сообщение.
Электромагнетизм— как магнит может иметь большую напряженность магнитного поля, чем более крупный, тяжелый и мощный магнит, сделанный из того же материала?
Вот некоторая информация, которую я нашел о напряженности магнитного поля (также называемой «плотностью магнитного потока» или «магнитной индукцией», обычно обозначаемой как B и выражаемой в теслах или гауссах) среднего редкоземельного магнита из неодима, железа и бора.
«Современный неодим-железо-борный (NIB) редкоземельный магнит имеет силу около 1,25 Тл». http://teslaradioconspiracy.blogspot.fr/2007/11/tesla-si-unit-of-mintage-field.html
«1,25 Тл — напряженность магнитного поля на поверхности неодимового магнита» http://en.wikipedia.org/wiki/Tesla_%28unit%29#Examples
«1,25 Тл — прочность современного редкоземельного магнита неодим – железо – бор (Nd2Fe14B)». http://en.wikipedia.org/wiki/Orders_of_magnitude_%28mintage_field%29
«Магнитное поле, обычно создаваемое редкоземельными магнитами, может превышать 1.4 тесла, тогда как ферритовые или керамические магниты обычно демонстрируют поля от 0,5 до 1 тесла ». http://en.wikipedia.org/wiki/Rare-earth_magnet
Очевидно, что все эти источники согласны с тем, что средний редкоземельный магнит из неодима, железа и бора имеет напряженность магнитного поля около 1,25 Тл.
Но вот проблема: я искал на всех возможных сайтах САМЫЙ мощный магнит, который можно купить.
И САМЫЙ мощный магнит, который можно купить, это вот такой: http: // www.kjmagnetics.com/proddetail.asp?prod=BZX0ZX0Y0-N52
Он имеет размеры 4 «x 4» x 2 «, вес 138,8 унции (3934 г) и тяговое усилие 1226,5 фунтов.
И напряженность магнитного поля (поверхностное поле) 4933 Гаусс.
4933 G = 0,4933 T
Далеко от значения 1,25 Тл, которое, как предполагается, представляет собой напряженность магнитного поля обычного редкоземельного магнита …
Как это возможно?
.
И еще кое-что очень интригующее: http: // www.kjmagnetics.com/proddetail.asp?prod=BZX0Z0Y0-N52
Этот магнит имеет размеры 4 «x 3» x 2 «, вес 104,1 унции (2950 г) и тяговое усилие 1013 фунтов.
Итак, этот магнит меньше, менее тяжелый и менее мощный, чем предыдущий магнит.
Но он имеет напряженность магнитного поля (поверхностное поле) 5336 Гс = 0,5336 Тл, что больше, чем у предыдущего магнита!
Опять же, как это возможно?
Примечание: Оба магнита изготовлены из одного материала (NdFeB, марка N52).Оба магнита имеют одинаковое направление намагничивания (сквозную толщину). И оба магнита имеют одинаковое покрытие / покрытие (Ni-Cu-Ni, никель).
1 Обзор | Наука о сильном магнитном поле и ее применение в Соединенных Штатах: текущее состояние и будущие направления
локальных токов ориентированы в случайных направлениях, поэтому они не создают магнитное поле в макроскопическом масштабе. Однако в некоторых ферромагнитных материалах, таких как железо, кобальт и никель, локальные моменты могут быть выровнены путем приложения умеренного магнитного поля.Во многих случаях это выравнивание сохраняется, когда приложенное поле удаляется, и в результате получается постоянный магнит, который сам может действовать как источник магнитных полей.
Хотя постоянные магниты, изготовленные из ферромагнитных материалов, имеют много важных применений, они не подходят для создания самых сильных магнитных полей. Максимальные магнитные поля, которые в настоящее время могут быть получены от постоянных магнитов, составляют порядка 2 тесла. (Одна тесла, сокращенно Т, равна 10 000 гаусс и примерно в 50 000 раз больше магнитного поля Земли на широте 50 градусов.) Более сильные поля могут быть созданы электромагнитами.
Электромагниты могут быть изготовлены из любого материала, проводящего электричество, независимо от магнитных свойств его атомов, и они создают магнитные поля всякий раз, когда электрический ток течет по проводнику. Электромагниты обычно состоят из нескольких витков проводника. Поскольку поле, вносимое каждым витком в катушке, складывается с полем его соседей, а поле на виток увеличивается с увеличением электрического тока, чем больше витков в катушке и чем больше ток, проходящий через нее, тем сильнее возникает магнитное поле.Все сильнопольные магниты, то есть магниты, которые создают поля, значительно превышающие 2 Тл, являются электромагнитами.
ВАЖНОСТЬ СИЛЬНЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Магнитные поля играют ключевую роль в работе многих устройств, имеющих решающее значение для функционирования современного общества. Например, электродвигатели и генераторы электроэнергии используют, соответственно, силу, оказываемую магнитным полем на провод, по которому проходит электрический ток, и дополнительный процесс, при котором электроны в проводе, движущемся поперек магнитного поля, будут ощущать силу который может управлять током по проводу.Другие устройства, такие как считывающие головки в памяти на магнитных дисках, зависят от индуцированных магнитным полем изменений электрического сопротивления определенных материалов, которые используются для определения ориентации микроскопических магнитных доменов, которые кодируют цифровую информацию на диске.
Устройства магнитно-резонансной томографии (МРТ), которые сейчас широко используются в медицине, используют преимущества другого аспекта взаимодействия между полями и материей. Здесь комбинированное воздействие переменного и постоянного магнитных полей на магнитные моменты вращающихся ядер (особенно протонов) в человеческом теле используется для получения подробной информации о среде ядер, которая может различать ткани разных типов и может выявить изменения, вызванные патологическими состояниями.
Для двигателей, генераторов и многих других электромеханических устройств увеличение силы используемых магнитных полей может привести к важным улучшениям.
Магнитное поле,
Магнитный Поле,
термин магнетизм происходит из региона Магнезия, города в Западной Турции, где греки нашли магниты, которые притягивали куски железа через Космос. Также замечено, что, магниты притягивают и отталкивают.Мы может объяснить эту двойственную природу магнитной силы, предположив, что каждый магнит имеет два полюса, северный полюс (N) и южный полюс (S). Во время занятий вы заметите две вещи:
1) Когда два магнита приближаются друг к другу, как отталкивающиеся полюса; противоположные полюса привлекать.
2) Когда магнит подносят к железке, железо тоже притягивается к магнит, и он приобретает такую же способность притягивать другие железки.
ср хотелось бы представить это силовое воздействие магнита на железоподобные предметы с помощью понятие называется магнитным полем. В понятие поля можно лучше понять, если вспомнить гравитационную силу Земли на объект рядом с ней. Мы говорим что простое присутствие Земли создает гравитационное поле в окружающем пространство, и что мы можем изобразить этот гравитационный силовой эффект линиями начиная с Земли и уходя радиально в бесконечность.
Луна попадает в поле Земли. Так же, Космонавт в космическом путешествии ощущает притяжение Земли. Космический шаттл также находится в области Земли. В причина, по которой они не падают, выходит за рамки этого курса, но я объясните для полноты. Никто из них падают на Землю, потому что все они имеют достаточную горизонтальную скорость, чтобы Земля. Если бы вы могли горизонтально бросать бейсбольный мяч со скоростью 18 000 миль / ч, я бы также сделал вокруг Земля и вернуться к вам.Поэтому мы представляют притягивающую силу притяжения Земли с силовыми линиями. Направление линий поля обозначает направление силы, которое тело будет испытывать вокруг Земли, и плотность силовые линии (насколько близко они разделены) представляет силу сила. Например, вы ближе к Земля сильнее силы.
Аналогично, магнит создает магнитное поле в окружающем его пространстве, в котором он магнитно влияет на любой другой магнитный материал.Сила представлена плотностью магнитного поля. линий. Линии магнитного поля замкнуты кривые, выходящие из Северного полюса и входящие в Южный полюс, когда вы следуете за ними снаружи магнит.
А компас, который сам по себе является маленьким магнитом, расположен параллельно магнитному полюсу. линии поля в точке его размещения. Кончик стрелки — это северный магнитный полюс, а ее конец — это Южный магнитный полюс.
Строительными блоками магнитов являются атомы, которые представляют собой маленькие крошечные магниты. Что касается магнетизма, мы можем рассматривать атом как крошечный компас / магнит, указывающий на север направление. Позже мы увидим, что движение электронов (движущийся электрический заряд) — основная причина магнетизм. Для практических целей мы могут сосредоточиться на кластере атомов, называемом магнитными доменами , которые выровнен в определенном направлении. Каждый домен может состоять из миллиардов ориентированных атомов.В нормальных условиях магнитный материал, такой как железо, не ведут себя как магнит, потому что домены не имеют предпочтительного направления выравнивание. С другой стороны, домены магнита (или намагниченного железа) все выровнены в определенных направление. Домены отделены от соседние домены — доменными стенками. В общем, выравнивание внутри домена одинаково для всех атомов этого домена. домен. Однако атомы одного домена выровнены в другом направлении, чем атомы другого домен.Эта ситуация обрисована в общих чертах ниже для магнитного материала, намагниченного материала и для немагнитного материал. Немагнитный материал не имеет доменной структуры.
доменов можно вызвать выравнивание. Рассмотрим обычный железный гвоздь. Его домены ориентированы случайным образом, как на первом рисунке выше. Если вы принесете магнит, поднесите поблизости, области железного гвоздя выровняются таким образом, что северный полюс железа домены будут обращены к южному полюсу магнита и наоборот.
Когда вы снимаете магнит, гвоздь становится постоянным магнит на время. Тепловое движение (помните, чем выше температура, тем быстрее движутся атомы) атомов в конечном итоге может привести к тому, что большинство атомов вернутся к случайной ориентации. Кроме того, падение магнита не только вы нарушите его, но вы также разрушите выравнивание домена.
Другой способ сделать постоянный магнит — погладить железку (или железную стружку что вы будете делать как занятие) с помощью магнита.