При выборе магнитов для различных целей следует обращать внимание на основные характеристики, влияющие на их эксплуатационные качества. К данным характеристикам относятся:
- Магнитная индукция (В). Единицами измерения служат Тесла или Гауссы. Данный параметр находится путем измерения гауссметром индукции на поверхности магнита. Результат измерения зависит от многих факторов, таких, как форма магнита, точка измерения, свойства измерительного датчика и прочие. В связи с этим, величина магнитной индукции не является надежным способом сравнения силы магнитов.
- Остаточная магнитная индукция (Br ). Единицами измерения служат Тесла или Гауссы. Данная величина показывает максимальную силу магнитного поля, которую может создать магнит в замкнутой магнитной системе. Является достаточно хорошим способом сравнивать силу различных магнитов, но при этом нужно учесть, что магниты в замкнутой системе практически нигде не используются
- Коэрцитивная магнитная сила (Нс ). Единицами измерения являются Ампер/метр или Эрстед. Коэрцитивная сила характеризует стойкость магнита к размагничиванию под воздействием внешнего магнитного поля. Чем выше данный показатель, тем надежнее магнитный материал сохраняет остаточную намагниченность.
- Магнитная энергия (ВН)max . Измеряется в МГаусс*Эрстед. Этот показатель определяет силу магнита. Чем больше величина магнитной энергии, тем мощнее магнит. Например, неодимовые магниты N45 имеют силу 45МГсЭ, а ферритовые С8 – 8 МГсЭ.
- Температурный коэффициент остаточной магнитной индукции (ТсBr ). Измеряется в %/0С. Параметр, показывающий степень изменения магнитной индукции под влиянием температуры. Например, если магнит имеет величину коэффициента -0,20, это значит, что при увеличении температуры на 100 градусов уменьшение магнитной индукции составит 20%.
- Максимальная рабочая температура (Tmax ). Измеряется в градусах Цельсия. Это значение показывает, при какой максимальной температуре магнит временно и частично потеряет свои магнитные свойства. После снижения температуры магнитные свойства будут полностью восстановлены.
- Температура Кюри (Tcur ). Также измеряется в градусах Цельсия. Представляет собой предел температуры, при достижении которого магнит безвозвратно теряет свои магнитные свойства.
Чтобы понять, как увеличить силу магнита, нужно разобраться в процессе намагничивания. Это произойдет, если магнит расположить во внешнем магнитном поле противоположной стороной к исходной. Увеличение же мощности электромагнита происходит тогда, когда увеличивается подача тока или умножаются витки обмотки.
Увеличить силу магнита можно с помощью стандартного набора необходимого оборудования: клея, набора магнитов (нужны именно постоянные), источника тока и изолированного провода. Они понадобятся для осуществления тех способов увеличения силы магнита, которые представлены ниже.
Усиление с помощью более мощного магнита
Этот способ заключается в использовании более мощного магнита для усиления исходного. Для осуществления надо поместить один магнит во внешнее магнитное поле другого, обладающего большей мощностью. Также с этой же целью применяют электромагниты. После удержания магнита в поле другого, произойдет усиление, но специфика заключается в непредсказуемости результатов, поскольку для каждого элемента такая процедура будет работать индивидуально.
Усиление с помощью добавления других магнитов
Известно, что каждый магнит имеет два полюса, причем каждый притягивает противоположный знак других магнитов, а соответствующий – не притягивает, лишь отталкивает. Как увеличить мощность магнита, используя клей и дополнительные магниты. Здесь предполагается добавление других магнитов с целью увеличения итоговой мощности. Ведь, чем больше магнитов, тем, соответственно, будет больше сила. Единственное, что нужно учесть, - это присоединение магнитов одноименными полюсами. В процессе они будут отталкиваться, согласно законам физики. Но задача состоит в склеивании, несмотря на сложности в физическом плане. Лучше использовать клей, который предназначен для склеивания металлов.
Метод усиления с использованием точки Кюри
В науке есть понятие точки Кюри. Усиление или ослабление магнита можно произвести, нагревая или охлаждая его относительно самой этой точки. Так, нагревание выше точки Кюри или сильное охлаждение (гораздо ниже нее) приведет к размагничиванию.
Надо заметить, что свойства магнита при нагревании и охлаждении относительно точки Кюри имеют скачкообразное свойство, то есть, добившись правильной температуры можно усилить его мощность.
Метод №1
Если возник вопрос, как сделать магнит сильнее, если его сила регулируется электрическим током, то сделать это можно с помощью увеличения тока, который подается на обмотку. Здесь идет пропорциональное увеличение мощности электромагнита и подачи тока. Главное, ⸺ постепенная подача, чтобы не допустить перегорания.
Метод №2
Для осуществления этого метода надо увеличить количество витков, но длина должна оставаться неизменной. То есть, можно сделать один-два дополнительных ряда провода, чтобы общее количество витков стало больше.
В этом разделе рассмотрены способы, как увеличить силу магнита в домашних условиях, для экспериментов можно заказать на сайте МирМагнитов .
Усиление обычного магнита
Множество вопросов возникает, когда обычные магниты перестают выполнять свои прямые функции. Это часто происходит из-за того, что бытовые магниты таковыми не являются, ведь, по сути, они намагниченные металлические части, которые теряют свойства с течением времени. Усилить мощность таких деталей или вернуть им свойства, которые были изначально, невозможно.
Надо заметить, что прикреплять к ним магниты, даже более мощные, не имеет смысла, поскольку, при их соединении обратными полюсами, внешнее поле становится гораздо слабее или вообще нейтрализуется.
Это можно проверить с помощью обычной бытовой занавески-москитки, которая должна закрываться посередине при помощи магнитов. Если на слабые исходные магниты сверху прикрепить более мощные, то в результате штора вообще потеряет свойства соединения с помощью притяжения, потому что противоположные полюса нейтрализуют внешние поля друг друга на каждой из сторон.
Эксперименты с неодимовыми магнитами
Неомагнит довольно популярен, его состав: неодим, бор, железо. Такой магнит обладает высокой мощностью и отличается стойкостью к размагничиванию.
Как усилить неодим? Неодим очень подвержен коррозии, то есть быстро ржавеет, поэтому неодимовые магниты покрывают никелем, чтобы повысить срок службы. Также они напоминают керамику, их легко разбить или расколоть.
Но пытаться увеличивать его мощность искусственным способом нет смысла, потому что это постоянный магнит, он имеет определенный для себя уровень силы. Поэтому, если вам необходимо иметь более мощный неодим, лучше приобрести его, учитывая нужную силу нового.
Заключение: в статье рассмотрена тема, как увеличить силу магнита, в том числе, как увеличить мощность неодимового магнита. Получается, что существует несколько способов увеличить свойства магнита. Потому что бывает просто намагниченный металл, увеличить силу которого невозможно.
Наиболее простые способы: с помощью клея и других магнитиков (они должны быть приклеены идентичными полюсами), а также – более мощного, во внешнем поле которого должен находится исходный магнит.
Рассмотрены способы увеличения силы электромагнита, которые заключаются в дополнительной обмотке проводами или усилении поступления тока. Единственное, что нужно учитывать - это силу поступления тока в целях безопасности и сохранности аппарата.
Обычные и неодимовые магниты не способны поддаваться на увеличение собственной мощности.
Данная страница пока только на русском языке.
1. Магнетизм
2. Магнитное поле
3. Постоянный магнит
1. Магнетизм - форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, осуществляемая на расстоянии посредством магнитного поля. , атомов и молекул, а в макроскопическом масштабе - электрический ток и постоянные магниты. Наряду с электричеством, магнетизм - одно из проявлений электромагнитного взаимодействия. Основной характеристикой магнитного поля является вектор индукции, совпадающий в вакууме с вектором напряженности магнитного поля.
Магнитный момент, магнитный дипольный момент - основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Источником магнетизма, согласно классической теории электромагнитных явлений, являются электрические макро- и микротоки. Элементарным источником магнетизма считают замкнутый ток. Магнитным моментом обладают элементарные частицы, атомные ядра, электронные оболочки атомов и молекул. Магнитный момент элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и других), как показала квантовая механика, обусловлен существованием у них собственного механического момента - спина. Магнитный момент измеряется в А*м2 или Дж/Тл (СИ).
Формулы для вычисления магнитного момента
В случае плоского контура с электрическим током магнитный момент вычисляется как
, где I - сила тока в контуре, S - площадь контура, n
- единичный вектор нормали к плоскости контура. Направление магнитного момента обычно находится по правилу буравчика: если вращать ручку буравчика в направлении тока, то направление магнитного момента будет совпадать с направлением поступательного движения буравчика.
где r
- радиус-вектор проведенный из начала координат до элемента длины контура dl
где j
- плотность тока в элементе объёма dV.
2. Магнитное поле - составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции B . В СИ магнитная индукция измеряется в Тесла (Тл).
Магнитное поле - это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.
Можно также рассматривать магнитное поле, как релятивистскую составляющую электрического поля. Точнее, магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей и специальной теории относительности. Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются свет и прочие электромагнитных волны.
Проявление магнитного поля
Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к вектору v
где a
- угол между направлением вектора скорости частицы v
v и направлением вектора магнитного поля B
Также магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник будет называться силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действущих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.
Взаимодействие двух магнитов
Наиболее часто встречаемое проявление магнитного поля - взаимодействие двух магнитов: подобные полюса отталкиваются, противоположные притягиваются. Представляется заманчивым описать взаимодействие между магнитами, как взаимодействие между двумя монополями, но эта идея не приводит к правильному описанию явления.
Правильнее будет сказать, что на магнитный диполь помещённый в неоднородное поле действует сила, которая стремится повернуть его так, чтобы магнитный момент диполя был сонаправлен с магнитным полем.
Сила, действующая на магнитный диполь с магнитным моментом m
выражается по формуле: 
Сила, действующую на магнит со стороны неоднородного магнитного поля, может быть также определенна суммированием всех сил, действующих на элементарные диполи, составляющие магнит.
Энергию магнитного поля можно найти по формуле:
где: Ф - магнитный поток, I - ток, L - индуктивность катушки или витка с током.
3. Постоянный магнит - изделие различной формы из жёсткого материала с высокой остаточной магнитной индукцией, сохраняющие состояние намагниченности в течение длительного времени. Постоянные магниты применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля.
Свойства магнита определяются характеристиками размагничивающего участка петли магнитного гистерезиса материала магнита: чем выше остаточная индукция Br и коэрцитивная сила Hc, тем выше намагниченность и стабильность магнита.
Индукция постоянного магнита Bd не может превышать Br: равенство Bd = Br возможно лишь в том случае, если магнит представляет собой замкнутый магнитопровод, то есть не имеет воздушного промежутка, однако постоянные магниты, как правило, используются для создания магнитного поля в воздушном (или заполненном другой средой) зазоре, в этом случае Bd
Для производства постоянных магнитов используются четыре основных класса материалов:
керамические (ферриты)
неодим-железо-бор (Nd-Fe-B, NdFeB, NIB)
самарий-кобальт (SmCo)
альнико (Alnico)
Для применений при обычных температурах самые сильные постоянные магниты делаются из сплавов, содержащих неодим. Они используются в таких областях, как магнитно-резонансная томография, сервоприводы жёстких дисков и создание высококачественных динамиков.
Постоянные магниты на уроках физики обычно демонстрируются в виде подковы, полюса которой окрашены в синий и красный цвет.
Отдельные шарики и цилиндры с сильными магнитными свойствами используются в качестве хай-тек украшений/игрушек - они без дополнительных креплений собираются в цепочки, которые можно носить как браслет. Так же в продаже есть конструкторы, состоящие из набора цилиндрических магнитных палочек и стальных шариков. Из них можно собирать множество конструкций, в основном фермового типа.
Кроме того, существуют гибкие плоские магниты на полимерной основе с магнитными добавками, которые используются например, для изготовления декоративных магнитов на холодильники, оформительских и прочих работ. Выпускаются в виде лент и листов, обычно с нанесённым клеевым слоем и плёнкой, его защищающей. Магнитное поле у такого плоского магнита полосатое - с шагом около двух миллиметров по всей поверхности чередуются положительные и отрицательные полюса.
Сила притяжения постоянного магнита (или мощность постоянного магнита) зависит от множества параметров таких как.
Ладонь левой руки расположите таким образом, чтобы линии магнитной индукции как бы входили в нее, а четыре вытянутых пальца, сложенных параллельно друг другу, обозначали направление движения положительного . В результате большой палец левой руки, отогнутый на угол в 90 , укажет направление силы Лоренца. Если правило буравчика применяется для отрицательных зарядов, то четыре вытянутых пальца расположите скорости движения заряженных .
Индукцию магнитного поля, которая и является силовой характеристикой поля, образованного электрическим током, можно найти по приведенной формуле. Здесь rₒ - это радиус-вектор. Он указывает точку, в которой мы находим силу магнитного поля. Dl – длина участка, образующего магнитное поле, а I – соответственно, сила тока. В системе СИ µₒ - постоянная магнитная, равная произведения 4π на 10 в - .
Модуль силы Лоренца определите как произведение следующих величин: модуля заряда носителя, скорости упорядоченного движения носителя по проводнику, модуля индукции магнитного поля, угла между векторами указанной скорости и магнитной индукции. Эта справедлива при всех значениях скорости заряженной .
Запишите выражение и сделайте необходимые расчеты.
Видео по теме
Обратите внимание
Если заряженная частица осуществляет движение в магнитном поле, характеризующемся однородностью, то при действии на нее силы Лоренца вектор скорости этой частицы будет лежать в плоскости, перпендикулярной вектору магнитной индукции. В результате заряженный объект станет двигаться по окружности. В таких случаях магнитная сила Лоренца становится центростремительной силой.
Направление силы Лоренца перпендикулярно направлению векторов скорости и магнитной индукции. В момент движения в магнитном поле заряженной частицы эта сила никакой работы не совершает. Следовательно, модуль вектора скорости в это время сохраняется, а изменяется лишь направление этого вектора.
Источники:
- Магнитное взаимодействие токов
Совет 2: Напряженность магнитного поля и его основные характеристики
Магнитное поле - это одна из форм материи, объективной реальности. Оно невидимо для человеческого глаза, но его существование проявляется в виде магнитных сил, оказывающих воздействие на заряженные частицы и постоянные магниты.
Графическое изображение магнитного поля
Магнитное поле невидимо по своей природе. Для удобства был разработан способ его графического изображения в виде силовых линий. Их направление должно совпадать с направлением сил магнитного поля. Силовые линии не имеют начала и конца: они замкнуты. Это отражает одно из уравнений Максвелла в теории электромагнитного взаимодействия. Ученым сообществом принято, что силовые линии «начинаются» на северном полюсе магнита и «заканчиваются» на южном. Это дополнение было сделано исключительно для условного задания направления вектора силы магнитного поля.
В замкнутости силовых линий магнитного поля можно убедиться при помощи простого опыта. Нужно постоянный магнит и область вокруг него железными опилками. Они будут располагаться таким образом, что вы сможете увидеть сами силовые линии.
Напряженность магнитного поля
Вектор напряженности магнитного поля и есть тот самый вектор, описанный в предыдущем разделе. Именно его направление должно совпадать с направлением силовых линий. Это сила, с которой поле действует на постоянный магнит, помещенный в него. Напряженность характеризует взаимодействие магнитного поля с окружающим веществом. Существует специальная , с помощью которой можно определить модуль ее вектора в любой точке пространства (закон Био-Савара-Лапласа). Напряженность не зависит от магнитных свойств среды и измеряется в эрстедах (в системе СГС) и в А/м (СИ).
Индукция магнитного поля и магнитный поток
Индукция магнитного поля характеризует его интенсивность, т.е. способность производить работу. Чем выше эта способность, тем сильнее поле и выше концентрация силовых линий в 1 м2. Магнитный поток есть произведение индукции на площадь, на которую воздействует поле. Численно эту величину принято приравнивать к количеству силовых линий, пронизывающих определенную площадь. Поток максимален, если площадка расположена перпендикулярно к направлению вектора напряженности. Чем меньше этот угол, тем слабее воздействие.
Магнитная проницаемость
Действие магнитного поля в определенной среде зависит от ее магнитной проницаемости. Эта величина характеризует величину индукции в среде. Воздух и некоторые вещества имеют магнитную проницаемость вакуума (значение берется из таблицы физических постоянных). В ферромагнетиках она в тысячи раз больше.
Широко используются в электротехнике, машиностроении и многих других отраслях. Следует помнить, что свойства и характеристики неодимовых магнитов зависят от целого ряда факторов. Для их эффективного практического применения важно учитывать размер, форму и мощность изделий. Также следует предусмотреть и их слабые стороны, включая эксплуатационные ограничения по температуре. Только учитывая характеристики и классы неодимовых магнитов, удается подобрать оптимальные по цене и магнитной силе варианты изделий.
Как определить мощность неодимового магнита
Ключевая характеристика для магнита - его мощность. Этот параметр следует учитывать при выборе подходящих изделий для решения конкретных прикладных задач. Самый простой способ, как определить мощность неодимового магнита и его соответствие планируемому использованию – обратить внимание на такие параметры:
1) Сила сцепления. В описании магнитов указывают показатель усилия отрыва. По этой характеристике удается судить о массе объектов, которые могут удерживаться, а также о необходимом усилии для их отсоединения. Мощность неодимовых магнитов обычно указывают в килограммах и иногда в ньютонах.
2) Номер сплава. Свойства материала на основе соединения неодима, железа и бора зависят от дополнительных включений. На основе того, как показывает себя кривая размагничивания неодимовых магнитов при использовании определенного сплава, он получает свой конкретный номер. Например, N 38 или неодимовые магниты N 45 . Величина номера сплава напрямую пропорциональна усилию отрыва. Таким образом, по этому показателю можно судить про мощность неодимового магнита.
3) Индукция. Если планируется использование материала для решения сложных технических задач, то учета усилия отрыва или номера сплава будет недостаточно. Дополнительно должна быть известна индукция неодимового магнита. В частности, этот показатель имеет ключевое значение при выборе материалов для активации холловских датчиков или герконовых реле. Магнитная индукция неодимовых магнитов определяет силу и направленность поля в конкретной точке, находящейся возле магнита. Ее измерение выполняется в Гаусс и Тесла (1 Тесла=10 000 Гаусс).
Какие параметры определяют свойства неодимовых магнитов
Как грамотно выбрать мощный неодимовый магнит
В большинстве случаев для бытового использования хватает мощности самых простых и недорогих магнитов. Но в ситуации, когда на первое место выходит сила сцепления неодимовых магнитов следует учитывать определенные характеристики изделий и условия их использования:
