Магнитомягкие материалы

Все материалы, способные к намагничиванию, можно разделить на магнитомягкие и магнитотвердые. Между ними существует значительная разница. Так, магнитомягкие материалы сохраняют магнитные свойства недолго.

Можно провести эксперимент: проведите несколько раз по сильному магниту железным брусочкам. В результате материал приобретет свойства притягивать другие металлические предметы. Однако изготовление магнита, постоянно обладающего этими способностями, в данном случае невозможно.

Магнитотвердые материалы

Подобные материалы получаются в результате намагничивания обычного куска железа. В данном случае свойства сохраняются значительно дольше. Однако они полностью исчезают при ударе предмета о достаточно твердую поверхность. Также магнитные свойства разрушаются, если нагреть материал до 60 градусов.

Что понадобится

Изготовление магнитов своими руками не отнимет много времени и не потребует особых затрат. Для этого необходимы:

• отвертка;
• промасленная бумага;
• плавкий предохранитель;
• выключатель;
• медная проволока;
• сильнейший постоянный магнит.

Способ первый

Этот метод считается самым простым. Достаточно провести в одном направлении несколько раз намагничиваемым предметом по постоянному сильному магниту. Вот и все. Однако следует учесть, что магниты, изготовленные подобным методом, держат магнитное поле недолго и очень быстро теряют свои свойства. Такие изделия подходят только для несложных манипуляций. Например, подобный магнит может помочь вынуть из щели завалившуюся иголку или притянуть болтики, но не более того. Поэтому данный метод всерьез рассматривать не стоит.

Способ второй

Изготовление постоянных магнитов можно осуществлять и другим способом. Для этого потребуется батарейка. С ее помощью можно намагнитить любой подходящий для этого материал. Делается это достаточно просто и не требует особых инструментов. Металлическому предмету магнитные свойства придает электромагнит.

Давайте рассмотрим пример с отверткой. Для начала инструмент следует обернуть изолятором, а затем намотать около 300 витков проволоки. Лучше использовать ту, что применяют для изготовления трансформаторов. После этого проволоку нужно подключить к аккумулятору или батарейке, желательно на 5-12 вольт. В результате подобных манипуляций электромагнитное поле намагнитит отвертку.

Способ третий

Изготовление магнита может показаться делом непростым. Так как вышеуказанные способы не гарантируют, что свойства будут сохраняться на протяжении длительного времени. Более сильный магнит можно создать с помощью индукторной катушки. Металлическая заготовка должна быть небольшой, так как ее нужно будет поместить внутрь катушки. После этого следует выполнить точно такой порядок действий, как указано в предыдущем способе. Единственное отличие в том, что витков проволоки нужно сделать в два раза больше, то есть 600. Только в этом случае может получиться хороший магнит.

Способ четвертый

Изготовление магнита в данном случае предусматривает использование тока из электросети. Этот метод достаточно опасен, поэтому все манипуляции следует выполнять аккуратно и осторожно. Нам потребуется плавкий предохранитель, без которого ничего не получится. Его необходимо последовательно соединить с индукторной катушкой, внутри которой находится металлическая заготовка.

Конечно, при включении подобной конструкции в сеть сгорит предохранитель. Однако за этот короткий промежуток времени металлическая заготовка успеет зарядиться, так как в данном случае создается достаточно сильное электромагнитное поле. Здесь стоит учесть один нюанс: чем выше сила тока, тем сильнее получится магнит. Для обмотки катушки стоит использовать только медную проволоку.

В заключение

Изготовление постоянных магнитов в домашних условиях — процесс достаточно простой. Однако при использовании определенных схем следует соблюдать аккуратность.

Самым мощным из постоянных магнитов считается неодимовый. Изготовить его в домашних условиях можно, однако для этого требуется заготовка из редкоземельного металла — неодима. Помимо этого, применяют сплав бора и железа. Такая заготовка намагничивается в магнитном поле. Стоит отметить, что такое изделие обладает огромной силой и теряет только 1 процент своих свойств в течение ста лет.

Процесс производства магнитов | Как делаются магниты

Есть несколько способов изготовления магнитов, но наиболее распространенный метод называется порошковой металлургией. В этом процессе подходящая композиция измельчается в мелкий порошок, уплотняется и нагревается, чтобы вызвать уплотнение посредством «жидкофазного спекания». Поэтому такие магниты чаще всего называют спеченными магнитами. Этим методом изготавливаются ферритовые, самариево-кобальтовые (SmCo) и неодим-железо-борные (нео) магниты. В отличие от феррита, который представляет собой керамический материал, все магниты из редкоземельных элементов являются металлическими сплавами.

Подходящее сырье плавится в вакууме или в инертном газе в индукционной плавильной печи. Расплавленный сплав заливается в форму на охлаждающую пластину или обрабатывается в машине для разливки ленты — устройстве, которое формирует тонкую непрерывную металлическую полосу. Эти затвердевшие металлические «куски» измельчаются и измельчаются до образования мелкого порошка диаметром от 3 до 7 микрон. Этот очень мелкодисперсный порошок химически активен, способен самовоспламеняться на воздухе и поэтому должен быть защищен от воздействия кислорода.

Существует несколько методов уплотнения порошка, и все они включают выравнивание частиц так, чтобы в готовой детали все магнитные области были направлены в заданном направлении. Первый метод называется осевым или поперечным прессованием. Здесь порошок помещается в полость инструмента на прессе, а пуансоны входят в инструмент для сжатия порошка. Непосредственно перед уплотнением наносится выравнивающее поле. Уплотнение «замораживает» это выравнивание. При осевом (параллельном) прессовании выравнивающее поле параллельно направлению уплотнения.При поперечном (перпендикулярном) прессовании поле перпендикулярно давлению уплотнения. Поскольку мелкие частицы порошка вытянуты в направлении магнитного выравнивания, поперечное прессование дает лучшее выравнивание и, следовательно, более энергоемкий продукт. Прессование порошка в гидравлических или механических прессах ограничивает форму простыми поперечными сечениями, которые можно вытолкнуть из полости матрицы.

Второй метод уплотнения называется изостатическим прессованием, при котором гибкий контейнер заполняется порошком, контейнер герметизируется, применяется выравнивающее поле и контейнер помещается в изостатический пресс.С помощью жидкости, будь то гидравлическая жидкость или вода, давление прикладывается к внешней стороне герметичного контейнера, равномерно уплотняя его со всех сторон. Основное преимущество изготовления магнитных блоков с помощью изостатического прессования заключается в том, что можно изготавливать блоки очень большого размера — часто до 100 x 100 x 250 мм, и поскольку давление прилагается одинаково со всех сторон, порошок остается в хорошем выравнивании с получением максимально возможной энергии .

Прессованные детали упаковываются в «лодочки» для загрузки в вакуумную печь для спекания.Конкретные температуры и наличие вакуума или инертного газа зависят от типа и марки производимого магнита. Оба редкоземельных материала нагревают до температуры спекания и дают возможность уплотниться. SmCo требует дополнительной обработки растворением после спекания. После достижения комнатной температуры оба материала подвергаются отпускной термообработке при более низкой температуре. Во время спекания магниты линейно сжимаются примерно на 15-20%. Готовые магниты имеют шероховатую поверхность и приблизительные размеры.У них также нет внешнего магнитного поля.

Чистовая

Спеченные магниты подвергаются некоторой обработке, которая может варьироваться от гладкого и параллельного шлифования, шлифования по внешнему или внутреннему диаметру или нарезки магнитов блоков на более мелкие детали. Материал магнита является хрупким и очень твердым (Rockwell C 57–61) и требует алмазных кругов для резки и алмазных или специальных абразивных кругов для шлифования. Нарезка ломтиками может выполняться с превосходной точностью, часто устраняя необходимость в последующей шлифовке.Все эти процессы необходимо проводить очень осторожно, чтобы свести к минимуму выкрашивание и растрескивание.

В некоторых случаях окончательная форма магнита способствует обработке фигурным алмазным шлифовальным кругом, например, дуги и буханки хлеба. Продукт приблизительно окончательной формы проходит через шлифовальный круг, который обеспечивает точные размеры. Для мелкосерийного производства этих сложных форм обычно используется электроэрозионная обработка. Простые двухмерные профили, EDM быстрее, а более сложные формы с использованием 3-5-осевых станков работают медленнее.

Цилиндрические детали могут быть запрессованы в форму, обычно в осевом направлении, или просверлены из блочного материала. Эти более длинные цилиндры, сплошные или с внутренним диаметром, позже могут быть разрезаны на тонкие магниты в форме шайб.

Для крупносерийного производства, обычно 5000 или более штук, обычно более экономично изготавливать оснастку и изготавливать по форме. Для небольших тиражей или для особых свойств может быть предпочтительнее обрабатывать магниты из блока. При прессовании минимизируется отход материала, например, мелкой стружки.Количество заказа, форма детали, размер и сложность будут влиять на решение о предпочтительном методе производства. Срок поставки также повлияет на решение, поскольку изготовление ограниченных партий из складских блоков, вероятно, будет быстрее, чем заказ инструментов для деталей, придаваемых прессованием. Расчет стоимости этих вариантов не всегда прост. Рекомендуем связаться с нами, чтобы обсудить варианты.

Хотя из этих сплавов можно производить магниты сложной формы, эти материалы лучше всего подходят для изготовления более простых форм.Отверстия, большие фаски или прорези обходятся дороже. Допуски труднее удерживать в более сложных формах, которые могут привести к вариациям поля магнитного потока и потенциальному физическому напряжению детали в сборке.

Обработанные магниты будут иметь острые края, которые склонны к сколам. Покрытие вокруг острого края также проблематично. Наиболее распространенный метод уменьшения резкости — это вибрационное хонингование, часто называемое вибрационным галтованием и выполняемое в абразивной среде. Указанное округление кромки зависит от требований последующей обработки и обработки, но чаще всего равно 0.Радиус от 005 до 0,015 дюйма (от 0,127 до 0,38 мм).

Neo, которые склонны к ржавлению или вступают в химические реакции, почти всегда имеют покрытие. Самарий-кобальт, естественно, более устойчив к коррозии, чем нео, но иногда может иметь покрытие. Наиболее распространенные защитные покрытия включают эпоксидное покрытие сухим напылением, электронное покрытие (эпоксидное), электролитический никель, алюминиевый IVD и комбинации этих покрытий. Магниты также могут быть покрыты конверсионными покрытиями, такими как фосфаты и хроматы цинка, железа или марганца.Конверсионные покрытия обычно подходят для временной защиты и могут образовывать нижний слой для эпоксидного покрытия или верхний слой для усиления защиты от алюминиевого IVD.

После завершения изготовления магниту требуется «зарядка» для создания внешнего магнитного поля. Это может быть выполнено с помощью соленоида — полого цилиндра, в который могут быть помещены магниты различных размеров и форм — или с помощью приспособлений, предназначенных для создания уникальных магнитных узоров. Также можно намагничивать большие сборки, чтобы избежать манипуляций с этими мощными магнитами и их сборки в намагниченном состоянии.Требования к намагничивающему полю значительны. Этот, как и многие другие аспекты выбора магнита, следует обсудить с нашими инженерами и производителями.

В некоторых случаях магниты требуют стабилизации или калибровки. Стабилизация — это процесс предварительной обработки магнитов внутри или вне сборки, чтобы последующее использование не привело к дополнительной потере выходного потока. Калибровка выполняется для сужения диапазона выходных характеристик группы магнитов. Эти процессы требуют обработки в печи при повышенной температуре или обратных импульсов в намагничивателе в полях ниже полной мощности сбоя.Есть несколько факторов, которые влияют на термостабилизацию, и важно очень тщательно контролировать этот процесс, чтобы гарантировать надлежащие характеристики конечного продукта.

Магнетизм для детей — Простое введение

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 25 октября 2019 г.

Наука — это наше понимание того, как мир работает — и в целом мир работает хорошо понимаем мы это или нет. Возьмем магнетизм , для пример. Люди знали о магнитах тысячи лет и они почти столько же используют их практически как компасы.Древние греки и римляне знали не хуже нас этот магнит ( богатый железом минерал) может притягивать другие куски железа, в то время как древние китайцы делали магнитные компасы с замысловатой деревянные инкрустации для практики фен-шуй (искусство тщательно обставляя комнату) за тысячи лет до интерьера к нам присоединились дизайнеры. Наука иногда может медленно догнать: мы только действительно узнали, как работает магнетизм, в прошлом веке, с тех пор как мир внутри атомов был впервые открыт и исследован.

Фото: Типичный подковообразный магнит. Видите след коричневой ржавчины на верхней части верхней «ножки» магнита? Это происходит потому, что магнит сделан из железа, которое ржавеет во влажном воздухе.

Что такое магнетизм?

Фото: Магнитное поле между противоположными полюса двух стержневых магнитов, которые сильно притягиваются друг к другу. Мы не можем обычно видны магнитные поля, но если посыпать железные опилки (крошечные кусочки, струженные напильником с железного прутка) на лист бумаги и удерживайте над магнитами вы можете видеть поле внизу.фото любезно предоставлено Wikimedia Commons (где вы найдете увеличенную версию этого изображения).

Игра с магнитами — одно из первых направлений науки. дети обнаружить. Это потому, что магниты просты в использовании, безопасны и весело. Они также довольно удивительны. Помните, когда вы впервые обнаружили, что два магнита могут соединяться и склеиваться, как клей? Помните силу, когда вы держали два магнита близко и чувствовал, что они либо притягивают (притягивают к одному другой) или репел (отталкивать)? Одна из самых удивительных вещей в магниты — это способ, которым они могут притягивать другие магниты (или другие магнитные материалов) «на расстоянии», невидимо, через то, что мы называем Магнитное поле .

Древним людям магнетизм, должно быть, казался магией. Тысячи лет спустя мы понимаем, что происходит внутри магнитного материалы, как их атомная структура вызывает их магнитные свойства, и как электричество и магнетизм действительно всего два Стороны одной монеты: электромагнетизм . Когда-то ученые сказал, что магнетизм — это странная невидимая сила притяжения между определенные материалы; сегодня мы с большей вероятностью определим это как силу создается электрическими токами (сами вызваны движущимися электронами).

Что такое магнитное поле?

Фото: красочный способ визуализировать невидимое магнитные поля с помощью программы компьютерной графики, разработанной в Лос Национальная лаборатория Аламоса. На этой трехмерной диаграмме высота а цвет пиков показывает напряженность магнитного поля в каждой точке. Фото любезно предоставлено США Министерство энергетики.

Предположим, вы поместили стержневой магнит (в форме прямоугольник, иногда с северный и южный полюса выкрашены в разные цвета) или подкова магнит (согнутый в П-образную форму) на стол и поместите рядом железный гвоздь.Если вы нажмете магнит медленно к гвоздю, наступит момент, когда гвоздь перепрыгивает и прилипает к магниту. Вот что мы подразумеваем под магниты, имеющие невидимое магнитное поле, которое распространяется на все вокруг них. Другой способ описать это — сказать, что магнит может «действовать на расстоянии»: он может вызывать толкающую или тянущую силу на другие объекты это на самом деле не трогает).

Магнитные поля могут проникать сквозь любые материалы, но не просто воздух. У вас, вероятно, есть маленькие записки, приклеенные к дверце холодильника с яркими магнитами, чтобы вы могли видеть, что магнитные поля режут через бумагу.Возможно, вы проделали фокус, используя магнит взять длинную цепочку скрепок, каждая из которых намагничивает следующий. Этот небольшой эксперимент говорит нам, что магнитное поле может проникать сквозь магнитные материалы, такие как железо.

Как мы можем измерить магнетизм?

Сила поля вокруг магнита зависит от того, насколько близко вы получить: он самый сильный в непосредственной близости от магнита и быстро падает, когда вы уходите. (Вот почему небольшой магнит на вашем столе должен быть достаточно близко к вещи, чтобы привлечь их.) Измеряем напряженность магнитного поля в единицах гаусс и тесла (современная единица СИ, названная в честь пионера электричества Николы Тесла, 1856–1943). Интересно отметить, что сила Магнитное поле Земли очень слабое — примерно в 100–1000 раз слабее типичного бара или магнита на холодильник. На Земле гравитация, а не магнетизм сила, которая прижимает вас к полу. Мы бы заметили магнетизм Земли гораздо больше, если бы его гравитация не была такой сильной.

Диаграмма: Сравнение силы некоторых «повседневных» источников магнетизма. Обратите внимание, что вертикальная шкала логарифмическая : каждый шаг вверх по шкале означает силу магнитного поля увеличилось в десять раз. Здесь главное отметить, насколько слабая Земля магнетизм (зеленый блок в крайнем левом углу) по сравнению со всем остальным, с чем мы обычно сталкиваемся (не говоря уже о гигантских магнитах, используемых в больницах и лабораториях). Рекордное лабораторное магнитное поле, показанное справа, Созданная в Японии в апреле 2018 года, она примерно в 24 миллиона раз сильнее магнитного поля Земли.Мои данные для этой диаграммы получены из следующих источников: Земля (goo.gl/TkxfO3), Солнце (goo.gl/8uigAU), бытовая техника (goo.gl/P3l487), холодильник (goo.gl/OhrDKt), небольшой неодимовый ( goo.gl/avODib), свалка (goo.gl/owWZer), МРТ (goo.gl/jQ8cTD), громкоговоритель (goo.gl/oIwNlS), самый большой МРТ (goo.gl/8zkACY), самая большая лаборатория (bit.ly / 2zvH7On). Почти все производит магнетизм — даже наше собственное тело, которое составляет примерно 0,000000001 тесла.

Что такое электромагнит?

Магнит Гомера Симпсона или Микки Мауса, который держит вещи на вашем холодильник это постоянный магнит : он держит магнетизм все время.Не все магниты работают так. Вы можете сделать временным магнит пропускает электричество через моток проволоки, намотанной вокруг железного гвоздя (устройства, которое иногда называют соленоид ). Включите ток и гвоздь становится магнитом; выключите его снова, и магнетизм исчезнет. (Это основная идея дверного звонка с электрическим перезвоном: вы создаете электромагнит, когда нажимаете кнопку, которая натягивает молоток на планку звонка — динь-дон!) Такие временные магниты называются электромагнитами — магнитами. работал электричество — и они намекают на более глубокую связь между электричеством и магнетизм, к которому мы вернемся через мгновение.

Как и постоянные магниты, временные электромагниты бывают разных размеры и сильные стороны. Вы можете сделать электромагнит достаточно мощным, чтобы скрепки с помощью одной 1,5-вольтовой батареи. Используйте гораздо больший напряжение, чтобы увеличить электрический ток, и вы можете построить электромагнит достаточно мощный, чтобы поднять машину. Вот как свалка электромагниты работают. Сила электромагнита зависит от двух главное: величина используемого вами электрического тока и количество раз вы наматываете провод.Увеличьте одно или оба из них, и вы обзавестись более мощным электромагнитом.

Для чего мы используем магниты?

Может быть, вам нравятся магниты; может ты думаешь они скучно! какой вы можете спросить, кроме как в детских фокусах и свалки?

Вы можете быть удивлены, сколько всего вокруг вас работают с помощью магнетизма или электромагнетизма. Каждый электроприбор с электродвигатель в нем (все с электрической зубной щетки на ваша газонокосилка) использует магниты для превращения электричества в движение.Двигатели используют электричество для создания временного магнетизма в катушках проводов. Создаваемое таким образом магнитное поле толкает фиксированное поле постоянного магнита, вращая внутреннюю часть двигателя вокруг на большой скорости. Вы можете использовать это вращательное движение для управления всеми видами машин.

В вашем холодильнике есть магниты удерживая дверь закрытой. Магниты читают и записывают данные (цифровую информацию) на вашем жесткий диск компьютера и на кассете кассеты в старомодных личных стереосистемах.Больше магнитов в вашем Hi-Fi громкоговорители или наушники помогают вернуть сохраненную музыку в звуки, которые вы можете слышать. Если вы больны серьезным внутренним заболеванием, вы можете есть тип сканирования тела, называемый ЯМР (ядерный магнитный резонанс), который рисует мир под вашей кожей, используя образцы магнитных полей. Магниты используются для переработки ваш металлический мусор (стальная еда банки сильно магнитные, но алюминиевые банки для напитков нет, поэтому магнит — это простой способ разделить два разных металлы).

Фото: ЯМР-сканирование, подобное этому, дает детальное изображение тела пациента (или, в данном случае, их голова) на компьютере экрана, используя магнитную активность атомов в их ткани тела.Вы можете увидеть, как пациент входит в сканер вверху. и изображение их головы на экране ниже. Фото любезно предоставлено Клинический центр Уоррена Гранта Магнусона (CC) и США Национальные институты здоровья (NIH).

Какие материалы являются магнитными?

Железо — король магнитных материалов — металл, о котором мы все думаем. когда мы думаем о магнитах. Большинство других распространенных металлов (таких как медь, золото, серебро и алюминий), на первый взгляд, немагнитные и большинство неметаллов (включая бумагу, дерево, пластик, бетон, стекло, и текстиль такой как хлопок и шерсть) тоже немагнитны.Но железо не единственное магнитный металл. Никель, кобальт и элементы, входящие в состав Периодическая таблица (упорядоченный химики используют для описания всех известных химических элементов) известный как редкоземельных металлов (особенно самарий и неодим) тоже делают добро магниты. Некоторые из лучшие магниты — это сплавы (смеси) эти элементы с одним другой и с другими элементами. Ферриты (соединения из железа, кислород и другие элементы) также делают превосходные магниты. Магнитный камень (который также называют магнетитом) является примером феррита, который обычно встречается внутри Земли (имеет химическую формулу FeO · Fe2O3).

Такие материалы, как железо, превращаются в хорошие временные магниты, когда вы кладете магнит рядом их, но, как правило, теряют часть или весь свой магнетизм, когда вы принимаете магнит снова прочь. Мы говорим, что эти материалы магнитомягкие. Напротив, сплавы железа и редкоземельных металлов сохраняют большую часть их магнетизм, даже если вы удалите их из магнитного поля, поэтому из них получаются хорошие постоянные магниты. Мы называем эти материалы магнитно жесткий .

Верно ли, что все материалы либо магнитные, либо немагнитный? Раньше люди так думали, но теперь ученые знают, что материалы, которые мы считаем немагнитными, также подвержены магнетизму, хотя крайне слабо.Степень намагничивания материала равна назвал свою восприимчивость .

Как разные материалы реагируют на магнетизм

Ученые используют несколько разных слов, чтобы описать, как материалы ведут себя когда вы подносите их к магниту (это еще один способ сказать, когда вы помещаете их в магнитное поле). Вообще говоря, мы можем разделить все материалы на два вида, называемые парамагнитными и диамагнитны, в то время как некоторые парамагнитные материалы также ферромагнитный.Важно понимать, что на самом деле означают эти сбивающие с толку слова …

Парамагнитный

Сделайте образец магнитного материала и подвесьте его на нитке так, чтобы он болтается в магнитном поле, и он намагнитится и выстроится в линию, так что его магнетизм параллелен полю. Как люди знали тысячи лет, это как именно стрелка компаса ведет себя в магнитном поле Земли. Материалы, которые такое поведение называется парамагнитным. Металлы, такие как алюминий и большинство неметаллов (которые, как вы могли подумать, вовсе не магнитные) являются на самом деле парамагнитен, но так слабо, что мы не замечаем.Парамагнетизм зависит от температуры: чем горячее материал, тем меньше вероятность его воздействия рядом магниты.

Фото: Мы думаем об алюминии (используется в напитках). такие банки) как немагнитные. Это помогает нам разделять на переработку наши алюминиевые банки (которые не прилипают к магнитам) от наших стальных (которые прилипают). По факту, оба материала магнитные. Разница в том, что алюминий очень слабо парамагнитные, а сталь сильно ферромагнитная. Фото любезно предоставлено ВВС США.

Ферромагнетик

Некоторые парамагнитные материалы, особенно железо и редкоземельные элементы. металлов, сильно намагничиваются в поле и обычно остаются намагниченный даже когда поле удалено. Мы говорим, что такие материалы ферромагнитные, что на самом деле просто означает, что они «похожи на магнитные железо ». Однако ферромагнитный материал все равно потеряет магнетизм, если вы нагреете его выше определенной точки, известной как температура Кюри. Железо имеет температуру Кюри 770 ° С (1300 ° F), а для никеля температура Кюри составляет ~ 355 ° C (~ 670 ° F).Если если нагреть железный магнит до 800 ° C (~ 1500 ° F), он перестает быть магнит. Вы также можете разрушить или ослабить ферромагнетизм, если попадете в магнит неоднократно.

Диамагнитный

Мы можем думать о парамагнитных и ферромагнитных материалах как о «любители» магнетизма: в некотором смысле они «любят» магнетизм и отзываются положительно к нему, позволяя себе быть намагниченными. Не все материалы отзываются так восторженно. Если ты повесишь материалы в магнитных полях, они довольно сильно обрабатываются внутри и сопротивляться: они превращаются в временные магниты для сопротивления намагничиванию и слабого отталкивания магнитных поля вне себя.Мы называем эти материалы диамагнитными. вода и много органических (углеродные) вещества, такие как бензол, ведут себя подобным образом. Завяжите диамагнитный материал к нити и подвесить в магнитном поле и он повернется так, что составит угол 180 ° к полю.

Что вызывает магнетизм?

В начале 20 века, прежде чем ученые правильно поняли структура атомов и как они работают, они придумали простую для понимания идею под названием доменная теория для объяснения магнетизма.Немного годы спустя, когда они лучше поняли атомы, они обнаружили, что теория домена все еще работало, но могло быть объяснено на более глубоком уровне теория атомов. Все наблюдаемые нами различные аспекты магнетизма могут можно объяснить, в конечном счете, говоря о доменах, электронах в атомах или и то, и другое. Давайте посмотрим на две теории по очереди.

Объяснение магнетизма с помощью теории доменов

Представьте себе фабрику, которая производит маленькие стержневые магниты и кораблики. их отправляли в школы на уроки естествознания.Представьте парня по имени Дэйв, у которого есть водить свой грузовик, перевозя много картонных коробок, каждая с магнитом внутри, в другую школу. Дэйв не успел подумать, в какую сторону сложены ящики, поэтому он складывает их внутри его грузовик какой-то старый как. Магнит внутри одной коробки может быть указывая на север в то время как тот, что рядом с ним, указывает на юг, восток или запад. В общем и целом, все магниты перемешаны, поэтому, несмотря на то, что магнитные поля утекают из каждого ящика они все нейтрализуют друг друга.

На той же фабрике работает еще один водитель грузовика по имени Билл, который не могло быть иначе.Ему нравится все аккуратно, поэтому он загружает свой грузовик по-другому, аккуратно сложите все коробки так, чтобы они выстроились в одну линию. Жестяная банка вы видите, что будет? Магнитное поле из одного ящика выровняется с поле из всех других ящиков … эффективно разворачивая грузовик в один гигантский магнит. Кабина будет похожа на гигантский северный полюс и в кузове грузовика огромный южный полюс!

То, что происходит внутри этих двух грузовиков, происходит в крошечном масштабе. внутри магнитных материалов. Согласно теории предметной области, что-то как железный пруток содержит множество крошечных карманов, называемых доменами.Каждый домен немного похож на коробку с магнит внутри. Видите, куда мы идем? Железный пруток такой же, как грузовая машина. Обычно все его бортовые «боксы» располагаются случайным образом. и нет общего магнетизма: железо не намагничено. Но расставьте все коробки по порядку, сделайте так, чтобы все они смотрели одинаково, и вы получаете общее магнитное поле: эй, престо, стержень намагничен. Когда вы подносите магнит к немагниченному железному пруту и ​​поглаживаете его систематически и многократно вверх и вниз, то, что вы делаете, переставив все магнитные «ящики» (домены) внутри так, чтобы они указать точно так же.

Теория доменов объясняет, что происходит внутри материалы, когда они намагничены. В немагнитном материале (слева), домены расположены случайным образом, поэтому нет общего магнитного поле. Когда вы намагничиваете материал (справа), поглаживая стержневой магнит над ним несколько раз в одном и том же направлении, домены перестраиваются так их магнитные поля выравниваются, создавая комбинированное магнитное поле в то же направление.

Эта теория объясняет, как может возникнуть магнетизм, но может ли он объяснить? несколько из что мы знаем о магнитах? Если магнит разрезать пополам, мы знайте, что у вас есть два магнита, каждый с северным и южным полюсами.Который имеет смысл согласно теории предметной области. Если разрезать магнит пополам вы получите меньший магнит, который все еще забит доменами, и их можно расположить с севера на юг, как в оригинале. магнит. Как насчет того, как магнетизм исчезает при ударе магнита или нагреть это? Это тоже можно объяснить. Представьте себе фургон, полный упорядоченного коробки снова. Управляйте им хаотично, на очень высокой скорости, и это немного хотелось встряхнуть или постучать. Все коробки будут перемешаны так они сталкиваются по-разному, и общий магнетизм исчезнет.Нагрев а магнит возбуждает его изнутри и перемешивает коробки в так же.

Объяснение магнетизма с помощью атомной теории

Теорию предметной области достаточно легко понять, но это не полный объяснение. Мы знаем, что железные прутья не полны коробок с маленькие магниты — и, если задуматься, попытка объяснить магнит говоря, что он полон более мелких магнитов, на самом деле не является объяснением все, потому что сразу возникает вопрос: какие меньшие магниты из? К счастью, есть еще одна теория, которую мы можем обратиться к.

Еще в 19 веке ученые обнаружили, что могут использовать электричество создает магнетизм, а магнетизм — электричество. Джеймс Клерк Максвелл сказал, что эти два явления действительно были разными аспектами. из то же самое — электромагнетизм — как две стороны такая же бумажка. Электромагнетизм был блестящей идеей, но он было скорее описанием, чем объяснением: он показал, как были вместо того, чтобы объяснять, почему они были туда. Это не было до 20 века, когда позже ученые пришли к пониманию мир внутри атомов, что объяснение электромагнетизм наконец появился.

Мы знаем, что все состоит из атомов, а атомы состоят из центральный кусок материи, называемый ядром. Мельчайшие частицы называют электроны вращаться вокруг ядра по орбите, немного как спутники в небе над нами, но они одновременно вращаются вокруг своей оси (просто как волчки). Мы знаем, что электроны переносят электрические токи (потоки электричества), когда они проходят материалы, такие как металлы. Электроны — это в некотором смысле крошечные частицы электричества. Теперь снова в 19 века ученые знали, что движение электричества заставляет магнетизм.В 20 веке стало ясно, что магнетизм вызванный движением электронов внутри атомов и созданием магнитных полей все вокруг них. Домены — это фактически группы атомов, в которых вращается электроны создают общее магнитное поле, указывающее в одну сторону или другой.

Работа: Магнетизм вызывается вращением и вращением электронов внутри атомов. Обратите внимание, что это изображение , а не , нарисованное в масштабе: большая часть атома — это пустое пространство, а электроны на самом деле намного дальше из ядра, чем я здесь нарисовал.

Подобно теории предметной области, атомная теория может объяснить многие вещи. мы знаем о магнитах, в том числе о парамагнетизме (способ магнитного материалы совпадают с магнитными полями). Большинство электронов в атоме существует парами, вращающимися в противоположных направлениях, поэтому магнитный эффект один электрон в паре нейтрализует влияние своего партнера. Но если в атоме есть неспаренные электроны (у атомов железа их четыре), эти создают чистые магнитные поля, которые выстраиваются друг с другом и поворачивают весь атом в мини-магнит.Когда ставишь парамагнитный материала, такого как железо, в магнитном поле, электроны меняют свое движение для создания магнитного поля, которое выравнивается с полем вне.

А как насчет диамагнетизма? В диамагнитных материалах нет неспаренных электронов, так что этого не происходит. Атомы обладают небольшим или нулевым общим магнетизмом и меньше подвержены воздействию внешних магнитных полей. Однако электроны, вращающиеся внутри они являются электрически заряженными частицами и, когда они движутся в магнитном поле, они ведут себя как любые другие электрически заряженные частицы в магнитном поле и испытать силу.Это очень незначительно меняет их орбиты, создавая некоторый чистый магнетизм, противодействующий то, что его вызывает (согласно классической теории электромагнитного поля, известной как закон Ленца, что связано с законом сохранения энергии). В результате создаваемое ими слабое магнитное поле противостоит вызывающему его магнитному полю, которое это именно то, что мы видим, когда диамагнитные материалы пытаются «бороться» с магнитным полем, в которое они помещены.

Краткая история магнетизма

• Древний мир: магнетизм известен древним грекам, римлянам, и китайский.Китайцы пользуются геомантическими компасами (с деревянными надписи в кольцах вокруг центральной магнитной стрелки) в Фэн Шуй. Магниты получили свое название от города Маниса в Турции. когда-то названный Магнезией, где магнитный магнит был найден в земле.
• 13 век: магнитные компасы впервые используются для навигации в западных странах. Француз Петрус Перигринус (также называемый Питером Марикура) проводит первые надлежащие исследования магнетизма.
• 17 век: английский врач и ученый Уильям Гилберт (1544–1603) издает «На магнитах» свою монументальное научное исследование магнетизм и предполагает, что Земля — ​​это гигантский магнит.
• 18 век: англичанин Джон Мичелл (1724–93) и Француз Шарль Огюстен де Кулон (1736–1806) изучает силы магниты могут воздействовать. Кулон также проводит важные исследования электричества, но не может соединить электричество и магнетизм как части одного и того же основное явление.
• 19 век: датчанин Ганс Кристиан Эрстед (1777–1851), французы Андре – Мари Ампер (1775–1836) и Доминик Араго (1786–1853) и англичанин Майкл Фарадей (1791–1867) исследуют тесная связь между электричеством и магнетизмом. Джеймс Клерк Максвелл (1831–1879) публикует относительно полную объяснение электричества и магнетизма (теория электромагнетизм) и предполагает, что электромагнитная энергия распространяется в волны (открывающие путь к изобретению радио). Пьер Кюри (1859–1906) демонстрирует что материалы теряют свой магнетизм выше определенной температуры (теперь известной как Кюри температура). Вильгельм Вебер (1804–1891) разрабатывает практические методы обнаружения и измерения напряженности магнитного поля.
• 20 век: Поль Ланжевен (1872–1946) подробно описывает Работа Кюри с теорией, объясняющей, как на магнетизм влияет тепло. французский язык физик Пьер Вайс (1865–1940) предлагает есть частицы, называемые магнетронами, эквивалентные электронам, которые вызывают магнитное свойства материалов и излагает теорию магнитных доменов. Два американских ученых, Самуэль Абрахам Гоудсмит (1902–78) и Джордж Юджин Уленбек (1900–88), показывают, как магнитные свойства материалы возникают в результате вращательного движения электронов внутри них.

Как изготавливаются неодимовые магниты?

Магнетизм может взаимодействовать с естественным магнитным полем Земли, однако современные магниты не образуются естественным образом. Один из единственных в природе магнитов — магнитный камень, но его сила магнита слишком мала для использования на практике. Современные магниты намного прочнее, потому что они созданы из сплавов ферромагнитных металлов, к которым относятся: железо, никель, кобальт и некоторые другие. Ферромагнетизм на самом деле означает способность определенных материалов быть магнитными или намагниченными.

Эти ферромагнитные металлы образуют сплавы, которые затем становятся различными типами постоянных магнитов. Четыре самых распространенных постоянных магнита:

• Неодим (NdFeB: неодим-железо-бор)
• Самарий-кобальт (SmCo)
• Алникос (алюминий-никель-кобальт)
• Керамика / феррит

Процесс изготовления магнита может незначительно отличаться в зависимости от типа постоянного магнита. Неодимовые магниты являются наиболее распространенными и, как правило, самыми прочными из них, поэтому в этом блоге давайте сосредоточимся на том, как они сделаны.

Конечно, начальный шаг в создании магнита включает получение с Земли всех необходимых ингредиентов — элементов, таких как неодим, железо и бор.

Плавка и фрезерование

После того, как все ингредиенты получены, их часто плавят с помощью электрического тока, чтобы сформировать слитки. Затем слитки сплава измельчают или измельчают в порошок и смешивают для подготовки к прессованию. Состав и смесь сплавов определяют прочность, марку и другие характеристики магнита.В целом процесс похож на выпечку печенья, только с более детальным и научным составом.

Нажим и центровка

Теперь магниты можно прессовать из порошка в более твердую форму и задавать предпочтительное направление намагничивания путем приложения магнитного поля. Есть несколько способов прижать магнит. После прессования производители магнита получают форму блока, которую спекают для придания ему более острых магнитных свойств.

Спекание

После прессования магниты еще не совсем твердые, поэтому здесь начинается спекание.Спекание помогает закрепить магнитные частицы на месте за счет нагрева. Смесь сплава осторожно нагревают до точки, достаточно высокой для прилипания, но достаточно низкой, чтобы избежать разжижения.

Обработка

Спекание часто приводит к усадке магнитов, которые часто должны быть определенного размера и формы для их соответствующих применений, поэтому для определения деталей используется процесс, называемый механической обработкой.

Покрытие

Неодим может подвергаться коррозии, поэтому для предотвращения коррозии на магниты наносятся покрытия.Некоторые из магнитов с пластиковым покрытием являются примерами защиты, применяемой на этом этапе.

Намагниченность

Теперь магниты почти готовы, но они еще не совсем магнитные. Другими словами, им назначены направления полюсов, но магнетизм еще не активирован, поэтому они не будут привлекать или отталкивать в полной мере. Чтобы активировать их магнетизм, часто используют промышленный намагничиватель. В него помещаются магнитные пробки, которые подвергаются воздействию сильного магнитного поля.Вы можете увидеть, как мы это делаем, в этом видео: http://youtu.be/t-UusxQ2v-Q.

Процесс создания постоянного магнита сложен и интересен. Однако важно, чтобы это выполнялось с профессиональной осторожностью, потому что то, как формируется магнит, влияет на его работу. Если у вас есть дополнительные вопросы о производстве магнитов или продукции, свяжитесь с нами!