Из чего состоят магниты — блог Мира Магнитов
В советские годы все магниты имели почти одинаковый состав. Их изготавливали из ферромагнитных сплавов, где менялось процентное соотношение материалов. Но уже тогда велись научные изыскания по изобретению новых магнитов. Сегодня магнитное производство предлагает самые разные материалы, способные сохранять магнитное поле.
Из чего состоят разные виды магнитов
Сила и свойства магнитов зависят от их состава. Распространение получили следующие виды сплавов.1. Ферриты
Это соединения оксида железа Fe2O3 с оксидами других металлов, обладающие ферромагнитными свойствами. Нашли применение в электронике, радиотехнике и прочих отраслях, где сила магнитного поля особой роли не играет. Это дешевые магниты, поэтому они используются в создании разнообразных устройств. Ферриты отличаются коррозийной стойкостью и средней температурной устойчивостью.
Ферритовые магниты устойчивы к ржавчине и высокой температуре
2. Сплавы Альнико
Представляют собой соединение железа со сплавом алюминия, никеля, меди и кобальта (AlNiCo). Магниты Альнико на основе этого сплава отличаются высокой магнитной силой и температурной устойчивостью, поэтому используются в условиях нагрева до 550 градусов по Цельсию. Однако не применяются повсеместно, поскольку отличаются высокой стоимостью. Такие сплавы незаменимы при создании других постоянных магнитов.
В школьных экспериментах обычно используют магнитные бруски и подковы из сплава Альнико
3. Неодимы
Это сплав редкоземельных металлов — неодима, бора и железа (NdFeB). Не имеют конкурентов по мощности и долговечности, так как могут удерживать предметы, тысячекратно превосходящие их по массе. Неодимовые магниты появляются в результате сложного производственного процесса, при котором используется вакуумное плавление, прессование, спекание и другие манипуляции. Единственный недостаток — плохая устойчивость к тепловому воздействию — при нагреве быстро теряют свои свойства. Если исключить тепловой удар, то служат такие магнитные элементы почти вечно — теряют не более 1% мощности за 100 лет.
Велосипед «выужен» поисковым магнитом. Поисковые магниты делают из неодима, у него максимальная грузоподъемность при минимальных размерах 4. Самарий-кобальт
Сплав двух редкоземельных металлов — кобальта и самария SmCo5 или Sm2Co17. Легируются и другими металлами — медью, цирконием, гадолинием и т.п. По мощности такие сплавы уступают неодимовым, но превосходят все остальные аналоги. Отличаются стойкостью к коррозии и температурному воздействию. Незаменимы при работе в сложных условиях, когда требуется надежность и безотказность работы. Находятся в той же ценовой категории, что и неодимовые сплавы.
Магниты SmCo5 слабее неодимовых, но мощнее остальных
5. Полимерные постоянные магниты
Производятся из композиционных материалов с включением магнитного (обычно феррит-бариевого) порошка. За основу берутся разнообразные полимерные компоненты. Магнитопласты имеют низкую магнитную силу, зато отличаются непревзойденной коррозионной стойкостью в той степени, в которой ею обладает и другие полимеры. Конечные свойства каждого полимерного магнита зависят от процентного содержания магнитной смеси. Если используется порошок редкоземельных магнитов (неодим-железо-бор, самарий-кобальт), то магнитопласт получается мощнее. Главное преимущество — невероятная пластичность, позволяющая выпускать магниты любой формы и размеров.
Магнитные параметры магнитопластов ниже, чем у спеченных магнитов
6. Магнитный винил
Являет собой смесь резины и магнитного порошка (ферритового). Процентного содержание последнего составляет 70-75% от массы. Чем больше этого порошка, тем выше магнитная сила изделия. Из преимуществ материала отличают износоустойчивость и огромный диапазон рабочих температур (от −300°C до +800°C). Магнитный винил устойчив к воздействию влаги и пластичен. За счет гибкости подходит для изготовления изделий любых конфигураций.
Сувенирные и рекламные магнитики на холодильник делают из магнитного винила
Из чего делают магниты — блог Мира Магнитов
Магниты делятся на несколько видов: постоянные, электро- и временные. Они отличаются между собой характеристиками, долговечностью и особенностью эксплуатации.
Постоянные магниты
Наибольшую популярность получили постоянные магниты — именно их мы подразумеваем, говоря о магнитах вообще. Главная их особенность в том, что они сохраняют свой магнитный заряд на протяжении долгого времени. Как долго и с какой силой прослужит этот элемент, зависит от того, из чего сделан магнит. Самые мощные магниты — неодимовые
Их изготавливают из разных сплавов металлов:
- Неодима, бора и железа. Такие элементы называют супермагнитами, поскольку они долго сохраняют эксплуатационные характеристики и размагничиваются со скоростью 1-2% за 100 лет. Размагнитить неодим почти невозможно.
- Самария и кобальта — за счет устойчивости к агрессивной среде и воздействию высоких температур, активно используется в военной промышленности. По своим эксплуатационным особенностям похож на неодимовые аналоги.
- Альнико — сплав алюминия, кобальта и никеля. Легкий и термоустойчивый материал, но быстро размагничивающийся под действием другого магнитного поля.
- Магнитопласты — состоят из полимеров, магнитного порошка и всевозможных добавок. В отличие от всех остальных видов, эти магниты легко поддаются обработке, пластичны и эластичны. Благодаря этому из них создают изделия сложной формы и экспериментируют с расположением полюсов. Мощность таких элементов зависит от количества магнитного порошка в составе магнитной смеси, которая может достигать 94% от массы готового изделия.
- Ферриты — сплав железа с другими металлами. Наиболее распространенный вид, так как недорог в производстве и имеет широкую сферу эксплуатации, однако при воздействии высоких температур довольно быстро теряет свои свойства.
Особую популярность в последнее время приобретают неодимовые магниты, поскольку они в разы превосходят стандартные ферритовые по своим возможностям. Многие интересуются, из чего делают неодимовые магниты, чтобы воспроизвести их в домашних условиях. Но без специального оборудования и знаний это невозможно.
Временные магниты
Еще один интересный вопрос — из чего делают временный магнит. Для этого используют любой металлический предмет. Например, скрепку, ножницы, отвертку и др. Если ненадолго поднести его к источнику мощного магнитного поля или другому сильному магниту, то эта металлическая деталь временно переймет его магнитные свойства. Но выходя из-под действия этого поля, свойства мгновенно теряются. Такие элементы активно используются в электромеханике и автомобилестроении.Электромагниты
В отличие от постоянных, имеют магнитное поле только при прохождении через них электричества. Такие магниты изготавливают из металлической заготовки. Подойдет любой образец железа или его сплавы, которые хорошо магнитятся — он выступает в роли сердечника. Проверить железный кусок на возможность выступить в роли источника электромагнитного поля просто — используйте стандартный магнитик с холодильника. Если он притягивается к железяке, то она подходит на роль сердечника. Этот брусок обматывают медной проволокой, изолировав предварительно один металл от другого, а потом подключается источник тока. Электромагниты легко сделать самостоятельно, следуя простой инструкции.Самый простой электромагнит делается за 5 минут из гвоздя, проволоки и батарейки
В отличие от всех остальных видов, электромагниты меняют характеристики под воздействием электрического тока — регулируется мощность устройства, направление полюсов. Его используют в электроустройствах, в моторах и генераторах, в промышленности при транспортировке металлических грузов. А народные умельцы создают множество вариантов самодельных конструкций.
Создан первый в мире жидкий постоянный магнит — Российская газета
Ученые из Национальной лаборатории им. Лоуренса (Калифорнийский университет, США) создали первый в мире жидкий постоянный магнит из наночастиц, содержащих оксид железа, сообщает журнал Science. В будущем новый материал может быть использован, например, в робототехнике.
До сих пор было известно, что только у твердых веществ может сохраняться постоянная намагниченность, поскольку их структура удерживает необходимое положение атомов. Правда, в середине прошлого века были открыты феррофлюиды — жидкости, состоящие из частиц оксида железа, которые также могут генерировать магнитное поле. Но намагниченность такие жидкости сохраняют до тех пор, пока атомы и молекулы удерживаются внешним магнитным полем. Как только внешнее магнитное поле удалено, это должно, согласно общепринятому представлению, привести к беспорядочному движению атомов, разрушающих магнитное поле.
Но американские ученые доказывают в статье, что жидкость все-таки может приобретать свойства постоянного твердого магнита.
Томас Рассел из Массачусетского университета (США) объяснил суть «простого способа преобразования парамагнитных феррофлюидов»: «Мы растворили наночастицы оксида железа в специальной масляно-полимерной смеси — так преобразовали при комнатной температуре парамагнитный феррофлюид в ферромагнитное состояние. В результате взаимодействия наночастиц с полимерной смесью была получена ультрамягкая капля, которая обладает магнитными свойствами, подобными твердым магнитам, но с характеристиками жидкости».
Таким образом, как пояснил Рассел, парамагнитные феррофлюидные капли образовали настоящий постоянный магнит. Магнитное поле сохранялось, даже если капли были впоследствии механически деформированы.
Согласно исследованию, в результаты которого ученые поначалу не могли поверить, это возможно потому, что наночастицы в капельках настолько плотно упакованы, что не могут свободно двигаться, и, таким образом, атомы вращаются сами по себе.
Как заявляют ученые, «создан совершенно новый материал, одновременно жидкий и магнитный, который открывает двери для совершенно новой области исследований в биологии, физике и химии». Ферромагнитные капли могут использоваться, например, в робототехнике или стать основой принципиально новых материалов.
Магнетизм | Примечания, видео, контроль качества и тесты | 7 класс> Наука> Магнетизм
Магнетизм
Магнетизм
Источник: www.thinglink.comРис: Магнит
Первый магнит был обнаружен из природного минерала, называемого магнетитом. Первооткрывателями магнетита были древние греки. Есть история о пастыре по имени Магнерс, чьи ногти прилипли к камню, содержащему магнетит, когда он бродил по горе.Ида. Позже выяснилось, что гора была сделана из черного камня с железом, которое обладало особым свойством притягивать железо. Это была железная руда, называемая магнетитом. Магнетит встречается по всему миру, но особенно крупные месторождения есть в Скандинавии. Впервые магнит был использован викингами в качестве практического магнитного компаса в их путешествиях по колонизации или на войне. Магнит — это вещество, сделанное из определенного материала, способное притягивать магнитные вещества, такие как железо, никель, кобальт и т. Д.Энергия, которой обладает магнит, называется магнитной энергией. Мы используем магнит в повседневной жизни. Он используется в громкоговорителях, телефонах, радио, телеграфах, динамо-машинах, игрушках, электродвигателях и т. Д. Магнит всегда имеет два полюса: южный и северный полюс. Как полюс отталкивает, а разные полюса притягивает. Самый мощный магнит во Вселенной — это звезда, называемая магнетаром. Сама Земля похожа на один большой стержневой магнит. На некоторых животных действуют магниты.
Природный магнит:
Магниты, встречающиеся в природе, называются естественными магнитами.Они бывают неправильной формы и обладают более слабой силой притяжения. Магниты и магнетит — некоторые примеры природного магнита.Искусственный магнит:
Искусственные магниты — это магниты, которые люди создают с помощью различных методов. Они бывают разных форм и размеров и обладают сильной притягательной силой. Искусственные магниты обычно изготавливаются из специальных сплавов железа или стали, которые обычно намагничиваются электрически. Это могут быть стержни, магнитные иглы в форме подковы, магнитный компас и т. Д.Существует два типа искусственных магнитов: Источник: dir.indiamart.com
Рис. Магнитный компасВременный магнит: Временные магниты — это магниты, которые могут сохранять свои магнитные свойства в течение длительного времени. короткий период времени. Они сделаны из магнитомягких материалов, таких как мягкое железо, сталь и т. Д. Они намагничиваются путем пропускания электрического тока через изолированный провод. Это создает сильное магнитное поле, благодаря которому они намагничиваются.Они теряют свой магнетизм, когда прекращается электрический ток или исчезает внешнее магнитное поле. Электромагнит — один из примеров временного магнита. Они используются в электрическом звонке, электродвигателе, электровентиляторе и т. Д.
Постоянный магнит: Эти магниты сохраняют свои магнитные свойства в течение длительного периода времени. Они сделаны из твердых магнитных материалов, таких как сталь, кобальт, железо и т. Д. Они сделаны из твердого ферромагнитного материала. Они используются в динамике, транзисторе, магнитоле, магнитофоне и т. Д.
Мероприятие 1
Принесите несколько кусков железа и стержневой магнит. Затем держите железки возле стержневого магнита. Что вы наблюдаете? Что вы сделали из этого занятия?
Мероприятие 2
Принесите стержневой магнит и свободно подвесьте его с помощью нейлоновой нити и подставки. Затем поверните магнит и наблюдайте за направлением стержневого магнита после того, как он остановится. Магнит показывает направление с севера на юг после остановки? Какие выводы вы сделали из этого эксперимента?
Способы изготовления магнитов
Существуют различные методы изготовления магнитов.Магниты желаемых форм и размеров можно сделать искусственно с помощью магнитных материалов. Ниже приведены некоторые распространенные методы изготовления магнитов:
Метод трения
Искусственный магнит можно приготовить, натерев сильный стержневой магнит по поверхности магнитных материалов несколько раз. Это можно сделать двумя способами:
Рис. Метод одиночного касания и метод двойного касания
- Метод одиночного касания : При методе одиночного касания натирается одиночный магнит по поверхности магнитного вещества только в одном направлении, используя один и тот же полюс несколько раз.Магнитные вещества, такие как лезвие, железный стержень, железные зажимы и т. Д., Могут быть намагничены.
- Метод двойного касания : При методе двойного касания для трения используются два магнита. Здесь в отличие от полюсов двух магнитов в центре натираются магнитные вещества более получаса.
Электрический метод:
Электрический метод используется для изготовления временных магнитов, таких как электромагнит. Здесь магнитные вещества намагничиваются за счет прохождения электричества.Он состоит из катушки из изолированного медного провода, намотанного на магнитное вещество. Два конца провода соединены с батареей, имеющей переключатель. Когда переключатель включен, ток проходит через катушку, и магнитное вещество становится магнитом. Когда переключатель выключен, магнитное вещество теряет магнитные свойства. Магниты, создаваемые пропусканием электричества, называются электромагнитами.
Рис. Электрический метод
Меры предосторожности при изготовлении электромагнита
- Вместо использования неизолированного провода следует использовать изолированный медный провод для предотвращения короткого замыкания.
- Намотка должна производиться только с одной стороны.
- Сила электромагнита может быть увеличена путем увеличения количества витков катушки, количества электрического тока и использования магнитомягкого вещества.
Мероприятие 3
Принесите стержневой магнит, куски железа и стальной стержень. Затем протрите поверхность стального стержня тем же полюсом стержневого магнита. Повторите это действие несколько раз в течение более получаса. Затем держите железки возле стального стержня.Что вы наблюдаете? Что вы сделали из этого занятия?
Мероприятие 4
Принесите длинный изолированный провод, куски утюга, магнитомягкое вещество (стержень), батарею и выключатель. Затем несколько раз намотайте провод на стержень, соедините оба конца провода с батареей и включите. Теперь поднесите к гвоздям железки и включите выключатель. Что происходит с железками при включении и выключении? Какие выводы вы сделали из этого эксперимента?
Применение магнитов
- Применяются в электродвигателях и генераторах.
- Применяются в электрических звонках.
- Они используются в холодильниках, чтобы держать дверь закрытой.
- Они используются в экранах телевизоров, экранах компьютеров, телефонах и магнитофонах.
- Используются в магнитном компасе.
- Магниты также используются в медицине, например, в МРТ.
- Используются для подъема тяжелых грузов.
Как используются магниты? | Вондрополис
Магниты обычно изготавливаются из железа или материала, в котором много железа, например стали.Хотя магниты отлично притягивают большинство металлических предметов, вы можете удерживать стеклянную мраморную или пластиковую ложку напротив магнита сколько угодно долго, и ничего не произойдет. Это потому, что магниты притягивают только другие металлические предметы, содержащие железо, такие как гвозди, украшения и скрепки.
Как и Земля, у магнитов есть полюсы на каждом конце: северный полюс и южный полюс. Хотя вы не сможете различить полюса магнита, они ведут себя по-разному. Если вы поместите полюс одного магнита рядом с полюсом другого магнита, произойдет одно из двух.Если полюса противоположны, они будут притягиваться и щелкаться вместе. Если полюса совпадают, они будут отталкиваться друг от друга.
Не имеет значения, какой у вас стержневой магнит прямоугольной формы или изогнутый подковообразный магнит, они оба ведут себя одинаково. Если поставить железный гвоздь на стол с магнитом и медленно подтолкнуть магнит к гвоздю, в конечном итоге гвоздь подпрыгнет и прилипнет к магниту. Вы только что открыли магнитное поле.
Магнитные поля — это невидимые зоны, окружающие магниты.Как только магнитный объект попадает в поле, он либо притягивается, либо отталкивается от магнита.
Если вы когда-нибудь наклеивали на холодильник художественный шедевр, значит, у вас уже есть некоторый опыт работы с магнитными полями. Бумага удерживается на месте притяжением дверцы холодильника и магнита. Как вы, возможно, догадались, это означает, что магнитные поля действительно могут проходить через твердые объекты, такие как бумага.
Магниты могут гораздо больше, чем просто висеть на холодильнике.Вы знали, что дверь холодильника тоже держится закрытой? Вы можете быть удивлены, узнав, сколько применений существует для магнитов.
Когда вы каждую неделю оставляете вторсырье у обочины, вы можете не осознавать этого, но у них в будущем свидание с магнитом! В центрах по переработке используются магниты, чтобы отсортировать стальные предметы, такие как жестяные банки, от других вторсырья. Однако магнит не поможет выбрать банки с газировкой, потому что алюминий не магнит.
Магниты также можно найти внутри компьютеров, дверных звонков и автоматов с газировкой.Магниты помогают электрическим консервным ножам удерживать банки на месте, а компас указывает на север. Если вы присмотритесь, вы обнаружите магниты, спрятанные в небольших карманах в нижней части большинства штор для душа. Магнитное притяжение удерживает занавеску для душа внутри ванны, поэтому пол не будет затоплен.
Когда дело доходит до самых сильных магнитов, вы не найдете их ни в центре переработки, ни на чьем-то холодильнике. Вы найдете их в больнице.
Аппарат МРТ (магнитно-резонансная томография) использует мощные магниты и радиоволны, чтобы дать врачам возможность заглянуть внутрь человеческого тела.Магнитная сила магнитного поля МРТ в 20 000 раз сильнее магнитного поля Земли. Как вы понимаете, это один серьезный магнит!
|
Что такое магниты? Урок — Дневник черепахи
Магнит — это то, что может притягивать определенные металлы.
Он обладает невидимой силой, которая притягивает к себе металлы. Эта сила называется магнетизмом.
Магниты имеют множество применений. Они наклеивают предметы, скрепляют их и заставляют машины работать.
У вас есть магниты на холодильнике?
Есть ли в ваших шкафах магниты, которые удерживают дверцы закрытыми?
У вас дома динамиков ? Они тоже сделаны на магнитах.
Знаете ли вы, что почти в каждой машине в вашем доме есть магниты?
Давайте исследуем мир магнитов!
Где взять магниты?
Некоторые камни являются естественными магнитами.
А вот и история про магниты:
Когда-то в Древней Греции мальчик прошел по большой скале.
В его обуви были железные гвозди, которые скрепляли их.Но когда он шел по скале, гвозди тут же вырвались. Его ботинки развалились, и гвозди прилипли к камню!
Мы не знаем, правда эта история или нет.
Но мы знаем, что слово «магнит» происходит от названия места, Магнезия, где были найдены некоторые из этих природных магнитных камней.
Магнит притягивает все виды металлов?
Нет, есть только определенные металлы, которые притягиваются к магниту.
Это железо, никель и кобальт. Эти металлы могут стать магнитами.
Как работают магниты?
Магниты бывают разной формы.
Это могут быть стержневые магниты , подковообразные магниты или кольцевые магниты , как показано на рисунке ниже. (Обратите внимание на северный и южный полюса каждого типа магнита.)
У магнита два конца. Они называются полюсами магнита. Один называется северным полюсом, а другой — южным.
На картинке ниже вы можете видеть, что разные полюса подковообразного магнита притягиваются друг к другу.
Северный полюс магнита притягивает южный полюс другого магнита. (Это означает, что он притягивает к себе магнит.)
А южный полюс одного магнита притягивает северный полюс другого магнита.
Но магниты не просто притягивают. Они также могут отталкивать или отталкивать вещи.
Одинаковые полюса отталкивают друг друга.
Итак, северный полюс оттолкнет другой северный полюс, а южный полюс оттолкнет другой южный полюс, как вы можете видеть ниже.
Что такое магнитное поле?
Притяжение и отталкивание магнита происходит из-за невидимого поля вокруг него, называемого магнитным полем.
Сила этого магнитного поля одинакова везде в магните?
Давайте выясним это, поднеся несколько металлических опилок к стержневому магниту.Теперь внимательно наблюдайте.
Вы можете видеть, что больше железных опилок притягивается к концам магнита, тогда как меньше стальных опилок притягивается к его центру.
Это показывает, что сила этого магнитного поля больше на концах и меньше в центре.
Земля как магнит
Вы когда-нибудь видели компас ?
Компас — это инструмент, который помогает людям узнать, в каком направлении они движутся.
У компаса есть игла, превращенная в магнит. (Вы можете превратить что-нибудь в магнит, потерев его магнитом.)
Стрелка компаса может вращаться.
Игла вращается так, что один конец магнита указывает на север, а другой — на юг.
Это работает, потому что Земля похожа на большой магнит!
Внутри земли железо. Это дает нашей планете ее магнитное поле.
Вы знаете о северном и южном сиянии?
Они демонстрируют естественный свет в небе, почти как фейерверк!
Их можно увидеть в районах вокруг северного и южного полюса.Они вызваны магнитным полем Земли.
Иногда солнце выбрасывает прилив энергии.
Эти всплески захватываются магнитным полем вокруг Земли.
Они излучают красивые яркие цвета.
Северное и Южное сияние — один из способов узнать, что Земля — это большой магнит!
Магниты могут тянуть твердые тела, жидкости и газы.
Магниты могут проходить сквозь атмосферу Земли.
Он также может протягивать твердые частицы, такие как бумага, и жидкости, например вода.
Как мы видели, магниты полезны, мощны, а иногда и удивительны. Посмотрите вокруг и посмотрите, сколько способов используются магниты!
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.Возьмите 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.Иногда наука медленно догоняет узнал, 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 «ножке» 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 веселье. 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 притяжения других магнитов (или других магнитных 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 был странной невидимой силой 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 окрашены в разные цвета) или подкова магнит (согнутый в U-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 на самом деле это не касается).
Магнитные поля могут проникать сквозь все виды материалов, но не просто воздух. У вас, вероятно, есть небольшие записки, приклеенные к дверце холодильника с яркими магнитами, чтобы вы могли видеть, что магнитные поля разрезают через бумагу.Возможно, вы проделали фокус, используя магнит взять длинную цепочку скрепок, каждый 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, называемых 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 типичный бар или магнит 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 является логарифмической : 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 наши собственные тела, которые составляют примерно 0,000000001 тесла.
Что такое электромагнит?
Магнит Гомера Симпсона или Микки Мауса, который держит вещи на вашем холодильник это постоянный магнит : он удерживает магнетизм все время.Не все магниты работают так. Вы можете сделать временным магнит , пропускающий 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 тянет молоток по планке 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, вы думаете, что магниты интересны; может ты думаешь они скучно! какая 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 считывают 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) известен как редкоземельный металл (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 его восприимчивость .
Как разные материалы реагируют на магнетизм
Ученые используют несколько разных слов, чтобы описать, как материалы ведут себя когда вы кладете их рядом с магнитом (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 четко 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 несколько раз.
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 вы повесите 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 теория домена для объяснения магнетизма.Несколько 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 по очереди рассмотрим две теории.
Объяснение магнетизма с помощью теории доменов
Представьте себе фабрику где-нибудь, 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 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. Мочь 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 задняя часть 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 грузовик. Обычно все его бортовые «ящики» 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 стержню и поглаживаете его систематически и многократно вверх и вниз, то, что вы делаете, переставив все магнитные «коробки» (домены) внутри так, чтобы они указать точно так же.
Доменная теория 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.Тот имеет смысл согласно теории предметной области. Если вы разрежете 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 же 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 что 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 магниты — и, если подумать, 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 для создания магнетизма и магнетизм для создания электричества. Джеймс Клерк Максвелл сказал, что эти два явления действительно были разными аспектами. из то же самое — электромагнетизм — как две стороны та же бумажка. Электромагнетизм был блестящей идеей, но он было скорее описанием, чем объяснением: он показал, как были вместо того, чтобы объяснять, почему они сюда. 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 перемещаться 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 еще один.
Работа: Магнетизм вызывается вращением электронов внутри атомов. Обратите внимание, что это изображение , а не 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 у атома есть неспаренные электроны (у атомов железа их четыре), эти создают чистые магнитные поля, которые выстраиваются друг с другом и 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 снаружи.
А как насчет диамагнетизма? В диамагнитных материалах нет неспаренных электронов, так что этого не происходит. Атомы обладают небольшим или нулевым общим магнетизмом и меньше под воздействием 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 чистый магнетизм, противодействующий именно 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 магнитному полю, которое его вызывает, что 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.
- XIX 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 Секретарь 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.
На что способны магниты?
Mystery Science уважает права интеллектуальной собственности владельцев визуальных активов. Мы прилагаем все усилия, чтобы использовать изображения и видео по соответствующим лицензиям от владельца или обращение к владельцу за явным разрешением. Если вы являетесь владельцем визуального и полагаю, мы используем его без разрешения, пожалуйста свяжитесь с нами — мы оперативно ответим и сделаем все в порядке.
Исследование
глобус Селестия , используется согласно CC BY
сандалии лунтблог , используется согласно CC BY
Горный массив Лефка Ори Мигель Вирккунен Карвалью , используется согласно CC BY
гвозди Андрва , используется согласно CC BY-SA
магнит скалы Рок , используется согласно CC BY-SA
горизонт с винтами — пользователем Саймон Хэдли-Спаркс , используется согласно CC BY
Или Венесуэла Дидье Дескуэн , используется согласно CC BY-SA
минеральная медь Даниэль Штухт , используется согласно CC BY-SA
серебро от Институт геологической разведки и информации о полезных ископаемых США
гладить Сийм Сепп , используется согласно CC BY-SA
скрепка Брэндон Баунах , используется согласно CC BY
порошковая сталь Эней , используется согласно CC BY-SA
порошковая сталь на магните Эней , используется согласно CC BY-SA
глупая замазка Детство 101 , используется согласно CC BY
100 фунтов магнитной замазки от НДС19.com , используется согласно CC BY
saftey Ink — пользователем Крис Лотт , используется согласно CC BY
феррожидкость в бутылке Vat19.com
тренироваться Макс Талбот-Минкин , используется согласно CC BY
танцевальный клип кинчанг , используется согласно CC BY
Деятельность
подкова Ajcann , используется согласно CC BY-SA
барный магнит — пользователем Эней , используется согласно CC BY-SA
.