Τοποθετήστε την παλάμη του αριστερού σας χεριού με τέτοιο τρόπο ώστε οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής να φαίνονται να εισέρχονται σε αυτήν και τέσσερα εκτεταμένα δάχτυλα, διπλωμένα παράλληλα μεταξύ τους, δείχνουν την κατεύθυνση κίνησης του θετικού. Ως αποτέλεσμα, ο αντίχειρας του αριστερού χεριού, λυγισμένος υπό γωνία 90, θα υποδεικνύει την κατεύθυνση της δύναμης Lorentz. Εάν ο κανόνας του gimlet εφαρμόζεται στα αρνητικά φορτία, τότε τέσσερα τεντωμένα δάχτυλα τοποθετούν την ταχύτητα κίνησης των φορτισμένων.
Επαγωγή μαγνητικό πεδίο, που είναι η χαρακτηριστική δύναμη του πεδίου που σχηματίζεται από ένα ηλεκτρικό ρεύμα, μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας τον δεδομένο τύπο. Εδώ το rₒ είναι το διάνυσμα ακτίνας. Δείχνει το σημείο στο οποίο βρίσκουμε την ισχύ του μαγνητικού πεδίου. Dl είναι το μήκος του τμήματος που σχηματίζει το μαγνητικό πεδίο και το I είναι, κατά συνέπεια, η ένταση του ρεύματος. Στο σύστημα SI, το μₒ είναι μια μαγνητική σταθερά ίση με το γινόμενο 4π επί 10 v - .
Ορίστε το μέτρο δύναμης Lorentz ως το γινόμενο των ακόλουθων μεγεθών: συντελεστής φόρτισης φορέα, ταχύτητα διατεταγμένης κίνησης του φορέα κατά μήκος του αγωγού, συντελεστής επαγωγής μαγνητικού πεδίου, γωνία μεταξύ των διανυσμάτων της υποδεικνυόμενης ταχύτητας και μαγνητικής επαγωγής. Αυτό ισχύει για όλες τις τιμές της ταχύτητας φόρτισης.
Καταγράψτε την έκφραση και κάντε τους απαραίτητους υπολογισμούς.
Βίντεο σχετικά με το θέμα
Σημείωση
Εάν ένα φορτισμένο σωματίδιο κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο που χαρακτηρίζεται από ομοιομορφία, τότε όταν η δύναμη Lorentz επιδρά σε αυτό, το διάνυσμα ταχύτητας αυτού του σωματιδίου θα βρίσκεται σε ένα επίπεδο κάθετο στο διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής. Ως αποτέλεσμα, το φορτισμένο αντικείμενο θα κινηθεί σε κύκλο. Σε τέτοιες περιπτώσεις, η μαγνητική δύναμη Lorentz γίνεται κεντρομόλος δύναμη.
Η κατεύθυνση της δύναμης Lorentz είναι κάθετη προς την κατεύθυνση των διανυσμάτων ταχύτητας και μαγνητικής επαγωγής. Τη στιγμή της κίνησης ενός φορτισμένου σωματιδίου σε ένα μαγνητικό πεδίο, αυτή η δύναμη δεν λειτουργεί. Κατά συνέπεια, το μέγεθος του διανύσματος της ταχύτητας διατηρείται αυτή τη στιγμή και μόνο η κατεύθυνση αυτού του διανύσματος αλλάζει.
Πηγές:
- Μαγνητική αλληλεπίδραση ρευμάτων
Συμβουλή 2: Η ένταση του μαγνητικού πεδίου και τα κύρια χαρακτηριστικά του
Το μαγνητικό πεδίο είναι μια από τις μορφές της ύλης, η αντικειμενική πραγματικότητα. Είναι αόρατο στο ανθρώπινο μάτι, αλλά η ύπαρξή του εκδηλώνεται με τη μορφή μαγνητικών δυνάμεων που επηρεάζουν φορτισμένα σωματίδια και μόνιμους μαγνήτες.
Γραφική αναπαράσταση μαγνητικού πεδίου
Το μαγνητικό πεδίο είναι αόρατο από τη φύση του. Για ευκολία, έχει αναπτυχθεί μια μέθοδος γραφική εικόναμε τη μορφή ηλεκτρικών γραμμών. Η κατεύθυνσή τους πρέπει να συμπίπτει με την κατεύθυνση των δυνάμεων του μαγνητικού πεδίου. Οι γραμμές δύναμης δεν έχουν αρχή και τέλος: είναι κλειστές. Αυτό αντανακλά μια από τις εξισώσεις του Maxwell στη θεωρία της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης. Είναι αποδεκτό από την επιστημονική κοινότητα ότι οι γραμμές δύναμης «αρχίζουν» από τον βόρειο πόλο του μαγνήτη και «τελειώνουν» στον νότιο πόλο. Αυτή η προσθήκη έγινε αποκλειστικά για να προσδιοριστεί υπό όρους η κατεύθυνση του διανύσματος δύναμης μαγνητικού πεδίου.
Η κλειστότητα των γραμμών του μαγνητικού πεδίου μπορεί να επαληθευτεί χρησιμοποιώντας ένα απλό πείραμα. Πρέπει να μόνιμος μαγνήτηςκαι η περιοχή γύρω από αυτό με ρινίσματα σιδήρου. Θα τοποθετηθούν με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορείτε να βλέπετε τις γραμμές της δύναμης.
Ισχύς μαγνητικού πεδίου
Το διάνυσμα έντασης μαγνητικού πεδίου είναι το ίδιο διάνυσμα που περιγράφηκε στην προηγούμενη ενότητα. Είναι η κατεύθυνσή του που πρέπει να συμπίπτει με την κατεύθυνση των γραμμών δύναμης. Αυτή είναι η δύναμη με την οποία το πεδίο δρα σε έναν μόνιμο μαγνήτη που βρίσκεται σε αυτό. Η τάση χαρακτηρίζει την αλληλεπίδραση του μαγνητικού πεδίου με την περιβάλλουσα ύλη. Υπάρχει ένα ειδικό με το οποίο μπορείτε να προσδιορίσετε το μέτρο του διανύσματός του σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου (νόμος Biot-Savart-Laplace). Η τάση δεν εξαρτάται από τις μαγνητικές ιδιότητες του μέσου και μετράται σε oersteds (στο σύστημα CGS) και σε A/m (SI).
Επαγωγή μαγνητικού πεδίου και μαγνητική ροή
Η επαγωγή του μαγνητικού πεδίου χαρακτηρίζει την έντασή του, δηλ. ικανότητα παραγωγής έργου. Όσο μεγαλύτερη είναι αυτή η ικανότητα, τόσο ισχυρότερο είναι το πεδίο και τόσο μεγαλύτερη είναι η συγκέντρωση των γραμμών πεδίου σε 1 m2. Μαγνητική ροήείναι το προϊόν της επαγωγής και της περιοχής που επηρεάζεται από το πεδίο. Αριθμητικά, αυτή η τιμή συνήθως ισοδυναμεί με τον αριθμό των γραμμών δύναμης που διεισδύουν ορισμένη περιοχή. Η ροή είναι μέγιστη εάν η θέση βρίσκεται κάθετα προς την κατεύθυνση του διανύσματος τάσης. Όσο μικρότερη είναι αυτή η γωνία, τόσο πιο αδύναμη είναι η πρόσκρουση.
Μαγνητική διαπερατότητα
Η επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου σε ένα συγκεκριμένο μέσο εξαρτάται από τη μαγνητική του διαπερατότητα. Αυτή η τιμή χαρακτηρίζει το μέγεθος της επαγωγής στο μέσο. Ο αέρας και ορισμένες ουσίες έχουν μαγνητική διαπερατότητα κενού (η τιμή λαμβάνεται από τον πίνακα των φυσικών σταθερών). Στους σιδηρομαγνήτες είναι χιλιάδες φορές μεγαλύτερος.
Μαζί με κομμάτια κεχριμπαριού που ηλεκτρίζονται από την τριβή, οι μόνιμοι μαγνήτες ήταν τα πρώτα υλικά στοιχεία για τους αρχαίους ανθρώπους ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα(στην αυγή της ιστορίας, ο κεραυνός αποδόθηκε οπωσδήποτε στη σφαίρα εκδήλωσης των άυλων δυνάμεων). Η εξήγηση της φύσης του σιδηρομαγνητισμού απασχόλησε πάντα τα περίεργα μυαλά των επιστημόνων, αλλά ακόμα και τώρα φυσική φύσηΗ μόνιμη μαγνήτιση ορισμένων ουσιών, τόσο φυσικών όσο και τεχνητών, δεν έχει ακόμη αποκαλυφθεί πλήρως, αφήνοντας ένα σημαντικό πεδίο δραστηριότητας για σύγχρονους και μελλοντικούς ερευνητές.
Παραδοσιακά υλικά για μόνιμους μαγνήτες
Χρησιμοποιούνται ενεργά στη βιομηχανία από το 1940 με την εμφάνιση του κράματος alnico (AlNiCo). Προηγουμένως, μόνιμοι μαγνήτες από διάφορους τύπους χάλυβα χρησιμοποιούνταν μόνο σε πυξίδες και μαγνήτες. Η Alnico κατέστησε δυνατή την αντικατάσταση ηλεκτρομαγνητών με αυτούς και τη χρήση τους σε συσκευές όπως κινητήρες, γεννήτριες και μεγάφωνα.
Αυτή είναι η διείσδυσή τους στο δικό μας καθημερινή ζωήέλαβε νέα ώθηση με τη δημιουργία μαγνητών φερρίτη και από τότε οι μόνιμοι μαγνήτες έχουν γίνει συνηθισμένοι.
Η επανάσταση στα μαγνητικά υλικά ξεκίνησε γύρω στο 1970, με τη δημιουργία της οικογένειας σκληρών μαγνητικών υλικών σαμάριου-κοβαλτίου με πρωτόγνωρες μαγνητικές πυκνότητες ενέργειας. Στη συνέχεια ανακαλύφθηκε μια νέα γενιά μαγνητών σπάνιων γαιών, με βάση το νεοδύμιο, τον σίδηρο και το βόριο, με πολύ υψηλότερη μαγνητική πυκνότητα ενέργειας από το κοβάλτιο σαμαριού (SmCo) και με αναμενόμενα χαμηλό κόστος. Αυτές οι δύο οικογένειες μαγνητών σπάνιων γαιών έχουν τόσο υψηλές ενεργειακές πυκνότητες που μπορούν όχι μόνο να αντικαταστήσουν τους ηλεκτρομαγνήτες, αλλά να χρησιμοποιηθούν σε περιοχές που δεν είναι προσβάσιμες σε αυτούς. Παραδείγματα περιλαμβάνουν τον μικροσκοπικό βηματικό κινητήρα μόνιμου μαγνήτη στα ρολόγια χειρός και τους μετατροπείς ήχου στα ακουστικά τύπου Walkman.
Η σταδιακή βελτίωση των μαγνητικών ιδιοτήτων των υλικών φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα.
Μόνιμοι μαγνήτες νεοδυμίου
Αντιπροσωπεύουν την τελευταία και πιο σημαντική εξέλιξη στον τομέα αυτό τις τελευταίες δεκαετίες. Η ανακάλυψή τους ανακοινώθηκε για πρώτη φορά σχεδόν ταυτόχρονα στα τέλη του 1983 από ειδικούς μετάλλων από τη Sumitomo και τη General Motors. Βασίζονται στη διαμεταλλική ένωση NdFeB: ένα κράμα νεοδυμίου, σιδήρου και βορίου. Από αυτά, το νεοδύμιο είναι ένα στοιχείο σπανίων γαιών που εξάγεται από το ορυκτό μοναζίτη.
Το τεράστιο ενδιαφέρον που έχουν δημιουργήσει αυτοί οι μόνιμοι μαγνήτες προκύπτει επειδή για πρώτη φορά έχει παραχθεί ένα νέο μαγνητικό υλικό που δεν είναι μόνο ισχυρότερο από προηγούμενης γενιάς, αλλά είναι πιο οικονομικό. Αποτελείται κυρίως από σίδηρο, που είναι πολύ φθηνότερο από το κοβάλτιο, και νεοδύμιο, που είναι ένα από τα πιο κοινά υλικά σπάνιων γαιών και έχει περισσότερα αποθέματα στη Γη από ό,τι ο μόλυβδος. Τα κύρια ορυκτά σπάνιων γαιών μοναζίτης και βαστανεσίτης περιέχουν πέντε έως δέκα φορές περισσότερο νεοδύμιο από το σαμάριο.
Φυσικός μηχανισμός μόνιμης μαγνήτισης
Για να εξηγήσουμε τη λειτουργία ενός μόνιμου μαγνήτη, πρέπει να κοιτάξουμε μέσα του μέχρι την ατομική κλίμακα. Κάθε άτομο έχει ένα σύνολο σπιν των ηλεκτρονίων του, τα οποία μαζί σχηματίζουν τη μαγνητική του ροπή. Για τους σκοπούς μας, μπορούμε να θεωρήσουμε κάθε άτομο ως έναν μικρό μαγνήτη ράβδων. Όταν ένας μόνιμος μαγνήτης απομαγνητίζεται (είτε θερμαίνοντάς τον σε υψηλή θερμοκρασία είτε με εξωτερικό μαγνητικό πεδίο), κάθε ατομική ροπή προσανατολίζεται τυχαία (βλ. παρακάτω σχήμα) και δεν παρατηρείται κανονικότητα.
Όταν μαγνητίζεται σε ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο, όλες οι ατομικές ροπές είναι προσανατολισμένες προς την κατεύθυνση του πεδίου και, όπως λέμε, συμπλέκονται μεταξύ τους (βλ. παρακάτω σχήμα). Αυτή η σύζευξη επιτρέπει τη διατήρηση του μόνιμου μαγνητικού πεδίου όταν αφαιρείται το εξωτερικό πεδίο και επίσης αντιστέκεται στον απομαγνητισμό όταν αλλάζει η κατεύθυνσή του. Ένα μέτρο της συνεκτικής δύναμης των ατομικών ροπών είναι το μέγεθος της δύναμης καταναγκασμού του μαγνήτη. Περισσότερα για αυτό αργότερα.
Σε μια πιο εμπεριστατωμένη παρουσίαση του μηχανισμού μαγνήτισης, δεν λειτουργούν με τις έννοιες των ατομικών ροπών, αλλά χρησιμοποιούν ιδέες για μικροσκοπικές (της τάξης του 0,001 cm) περιοχές μέσα στον μαγνήτη, οι οποίες αρχικά έχουν μόνιμη μαγνήτιση, αλλά είναι τυχαία. προσανατολισμένο ελλείψει εξωτερικού πεδίου, ώστε ένας αυστηρός αναγνώστης, εάν το επιθυμεί, να μπορεί να αναφερθεί στα παραπάνω φυσικός μηχανισμόςόχι στον μαγνήτη γενικά. αλλά στον ξεχωριστό τομέα του.
Επαγωγή και μαγνήτιση
Οι ατομικές ροπές αθροίζονται και σχηματίζουν τη μαγνητική ροπή ολόκληρου του μόνιμου μαγνήτη και η μαγνήτισή του M δείχνει το μέγεθος αυτής της ροπής ανά μονάδα όγκου. Η μαγνητική επαγωγή Β δείχνει ότι ένας μόνιμος μαγνήτης είναι το αποτέλεσμα μιας εξωτερικής μαγνητικής δύναμης (ισχύς πεδίου) H που εφαρμόζεται κατά τη διάρκεια της πρωτεύουσας μαγνήτισης, καθώς και μιας εσωτερικής μαγνήτισης Μ λόγω του προσανατολισμού των ατομικών (ή του πεδίου) ροπών. Η τιμή του στη γενική περίπτωση δίνεται από τον τύπο:
Β = μ0 (Η + Μ),
όπου το µ 0 είναι σταθερά.
Σε έναν μόνιμο δακτύλιο και έναν ομοιογενή μαγνήτη, η ένταση πεδίου H στο εσωτερικό του (ελλείψει εξωτερικού πεδίου) είναι ίση με μηδέν, αφού, σύμφωνα με το νόμο του συνολικού ρεύματος, το ολοκλήρωμα του κατά μήκος οποιουδήποτε κύκλου μέσα σε έναν τέτοιο πυρήνα δακτυλίου είναι ίσο με:
H∙2πR = iw=0, από όπου H=0.
Επομένως, η μαγνήτιση σε έναν μαγνήτη δακτυλίου είναι:
Σε έναν ανοιχτό μαγνήτη, για παράδειγμα, στον ίδιο μαγνήτη δακτυλίου, αλλά με διάκενο αέρα πλάτους l σε πυρήνα μήκους l γκρι, απουσία εξωτερικού πεδίου και της ίδιας επαγωγής Β μέσα στον πυρήνα και στο διάκενο, Σύμφωνα με το νόμο του συνολικού ρεύματος, λαμβάνουμε:
H ser l ser + (1/μ0)Bl zaz = iw=0.
Δεδομένου ότι B = μ 0 (H ser + M ser), τότε, αντικαθιστώντας την έκφρασή του στην προηγούμενη, έχουμε:
H ser (l ser + l zaz) + M ser l zaz =0,
H ser = ─ M ser l zaz (l ser + l zaz).
Στο διάκενο αέρα:
H zaz = B/μ 0,
όπου το Β προσδιορίζεται από το δεδομένο M ser και το ευρεθέν H ser.
Καμπύλη μαγνήτισης
Ξεκινώντας από τη μη μαγνητισμένη κατάσταση, όταν το H αυξάνεται από το μηδέν, λόγω του προσανατολισμού όλων των ατομικών ροπών προς την κατεύθυνση του εξωτερικού πεδίου, τα M και B αυξάνονται γρήγορα, αλλάζοντας κατά μήκος του τμήματος «a» της κύριας καμπύλης μαγνήτισης (βλ. παρακάτω σχήμα) .
Όταν εξισωθούν όλες οι ατομικές ροπές, το M φτάνει στην τιμή κορεσμού του και μια περαιτέρω αύξηση στο B συμβαίνει αποκλειστικά λόγω του εφαρμοζόμενου πεδίου (τμήμα b της κύριας καμπύλης στο παρακάτω σχήμα). Όταν το εξωτερικό πεδίο μειώνεται στο μηδέν, η επαγωγή Β μειώνεται όχι κατά μήκος της αρχικής διαδρομής, αλλά κατά μήκος του τμήματος «c» λόγω της σύζευξης των ατομικών ροπών, τείνοντας να τις διατηρεί στην ίδια κατεύθυνση. Η καμπύλη μαγνήτισης αρχίζει να περιγράφει τον λεγόμενο βρόχο υστέρησης. Όταν το H (εξωτερικό πεδίο) πλησιάζει το μηδέν, η επαγωγή προσεγγίζει μια υπολειμματική τιμή που καθορίζεται μόνο από ατομικές ροπές:
B r = μ 0 (0 + M g).
Αφού αλλάξει η κατεύθυνση του H, τα H και M ενεργούν σε αντίθετες κατευθύνσεις και το B μειώνεται (μέρος της καμπύλης «d» στο σχήμα). Η τιμή του πεδίου στο οποίο το Β μειώνεται στο μηδέν ονομάζεται δύναμη καταναγκασμού του μαγνήτη B H C . Όταν το μέγεθος του εφαρμοζόμενου πεδίου είναι αρκετά μεγάλο ώστε να σπάσει τη συνοχή των ατομικών ροπών, αυτές προσανατολίζονται στη νέα κατεύθυνση του πεδίου και η κατεύθυνση του M αντιστρέφεται. Η τιμή πεδίου στην οποία συμβαίνει αυτό ονομάζεται εσωτερική δύναμη καταναγκασμού του μόνιμου μαγνήτη M H C . Έτσι, υπάρχουν δύο διαφορετικές αλλά σχετικές δυνάμεις καταναγκασμού που σχετίζονται με έναν μόνιμο μαγνήτη.
Το παρακάτω σχήμα δείχνει τις βασικές καμπύλες απομαγνητισμού διαφόρων υλικών για μόνιμους μαγνήτες.
Μπορεί να φανεί από αυτό ότι οι μαγνήτες NdFeB έχουν την υψηλότερη υπολειπόμενη επαγωγή Br και δύναμη καταναγκασμού (τόσο ολική όσο και εσωτερική, δηλ. προσδιορίζονται χωρίς να λαμβάνεται υπόψη η ισχύς H, μόνο από τη μαγνήτιση M).
Επιφανειακά (αμπέρ) ρεύματα
Τα μαγνητικά πεδία των μόνιμων μαγνητών μπορούν να θεωρηθούν ως τα πεδία ορισμένων σχετικών ρευμάτων που ρέουν κατά μήκος των επιφανειών τους. Αυτά τα ρεύματα ονομάζονται ρεύματα Ampere. Με τη συνήθη έννοια της λέξης, δεν υπάρχουν ρεύματα μέσα στους μόνιμους μαγνήτες. Ωστόσο, συγκρίνοντας τα μαγνητικά πεδία των μόνιμων μαγνητών και τα πεδία των ρευμάτων σε πηνία, ο Γάλλος φυσικός Ampere πρότεινε ότι η μαγνήτιση μιας ουσίας μπορεί να εξηγηθεί από τη ροή μικροσκοπικών ρευμάτων, σχηματίζοντας μικροσκοπικά κλειστά κυκλώματα. Και πράγματι, η αναλογία μεταξύ του πεδίου ενός σωληνοειδούς και ενός μακριού κυλινδρικού μαγνήτη είναι σχεδόν πλήρης: υπάρχει ένας βόρειος και νότιος πόλος ενός μόνιμου μαγνήτη και οι ίδιοι πόλοι του σωληνοειδούς, και τα σχέδια των γραμμών δύναμης των πεδίων τους είναι επίσης πολύ παρόμοια (δείτε το παρακάτω σχήμα).
Υπάρχουν ρεύματα μέσα σε έναν μαγνήτη;
Ας φανταστούμε ότι ολόκληρος ο όγκος κάποιου μόνιμου μαγνήτη ράβδου (με αυθαίρετο σχήμα) διατομή) είναι γεμάτο με μικροσκοπικά ρεύματα Ampere. Μια διατομή ενός μαγνήτη με τέτοια ρεύματα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Κάθε ένα από αυτά έχει μια μαγνητική ροπή. Με τον ίδιο προσανατολισμό προς την κατεύθυνση του εξωτερικού πεδίου, σχηματίζουν μια προκύπτουσα μαγνητική ροπή που είναι διαφορετική από το μηδέν. Προσδιορίζει την ύπαρξη μαγνητικού πεδίου σε εμφανή απουσία διατεταγμένης κίνησης φορτίων, απουσία ρεύματος μέσω οποιασδήποτε διατομής του μαγνήτη. Γίνεται επίσης εύκολα κατανοητό ότι μέσα σε αυτό αντισταθμίζονται τα ρεύματα γειτονικών κυκλωμάτων (σε επαφή). Μόνο τα ρεύματα στην επιφάνεια του σώματος, που σχηματίζουν το επιφανειακό ρεύμα ενός μόνιμου μαγνήτη, δεν αντισταθμίζονται. Η πυκνότητά του αποδεικνύεται ίση με τη μαγνήτιση M.
Πώς να απαλλαγείτε από τις μετακινούμενες επαφές
Το πρόβλημα της δημιουργίας μιας ανέπαφης σύγχρονης μηχανής είναι γνωστό. Ο παραδοσιακός σχεδιασμός του με ηλεκτρομαγνητική διέγερση από τους πόλους ενός ρότορα με πηνία περιλαμβάνει την παροχή ρεύματος σε αυτούς μέσω κινητών επαφών - δακτυλίων ολίσθησης με βούρτσες. Τα μειονεκτήματα μιας τέτοιας τεχνικής λύσης είναι γνωστά: είναι δυσκολίες στη συντήρηση, χαμηλή αξιοπιστία και μεγάλες απώλειες στις κινούμενες επαφές, ειδικά όταν πρόκειται για ισχυρές γεννήτριες στροβιλοκινητήρα και υδρογόνο, τα κυκλώματα διέγερσης των οποίων καταναλώνουν σημαντική ηλεκτρική ισχύ.
Εάν φτιάξετε μια τέτοια γεννήτρια χρησιμοποιώντας μόνιμους μαγνήτες, τότε το πρόβλημα επαφής εξαφανίζεται αμέσως. Ωστόσο, υπάρχει πρόβλημα αξιόπιστης στερέωσης μαγνητών σε περιστρεφόμενο ρότορα. Εδώ μπορεί να φανεί χρήσιμη η εμπειρία που αποκτήθηκε στην κατασκευή τρακτέρ. Χρησιμοποιούν εδώ και πολύ καιρό μια γεννήτρια επαγωγής με μόνιμους μαγνήτες που βρίσκονται σε υποδοχές ρότορα γεμάτες με ένα κράμα χαμηλής τήξης.
Μοτέρ μόνιμου μαγνήτη
Τις τελευταίες δεκαετίες, οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένοι. Μια τέτοια μονάδα αποτελείται από τον ίδιο τον ηλεκτροκινητήρα και έναν ηλεκτρονικό μεταγωγέα για την περιέλιξη του οπλισμού του, ο οποίος εκτελεί τις λειτουργίες ενός συλλέκτη. Ο ηλεκτροκινητήρας είναι ένας σύγχρονος κινητήρας με μόνιμους μαγνήτες που βρίσκονται στον ρότορα, όπως στο Σχ. πάνω, με μια σταθερή περιέλιξη οπλισμού στον στάτορα. Το κύκλωμα ηλεκτρονικού διακόπτη είναι ένας μετατροπέας συνεχούς τάσης (ή ρεύματος) του δικτύου τροφοδοσίας.
Το κύριο πλεονέκτημα ενός τέτοιου κινητήρα είναι η φύση του χωρίς επαφή. Το ειδικό στοιχείο του είναι ένας αισθητήρας θέσης ρότορα φωτογραφίας, επαγωγής ή Hall που ελέγχει τη λειτουργία του μετατροπέα.
Ακόμη και στην αρχαιότητα, οι άνθρωποι ανακάλυψαν μοναδικές ιδιότητεςορισμένες πέτρες - ελκυστικό μέταλλο. Στις μέρες μας, συναντάμε συχνά αντικείμενα που έχουν αυτές τις ιδιότητες. Τι είναι ο μαγνήτης; Ποια είναι η δύναμή του; Θα μιλήσουμε για αυτό σε αυτό το άρθρο.
Ένα παράδειγμα προσωρινού μαγνήτη είναι συνδετήρες, κουμπιά, καρφιά, ένα μαχαίρι και άλλα είδη οικιακής χρήσης από σίδερο. Η δύναμή τους έγκειται στο γεγονός ότι έλκονται από έναν μόνιμο μαγνήτη και όταν εξαφανιστεί το μαγνητικό πεδίο, χάνουν τις ιδιότητές τους.
Το πεδίο ενός ηλεκτρομαγνήτη μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό ρεύμα. Πώς συμβαίνει αυτό? Ένα σύρμα τυλιγμένο σε έναν πυρήνα σιδήρου αλλάζει την ισχύ του μαγνητικού πεδίου και την πολικότητα του όταν παρέχεται και αλλάζει ρεύμα.
Τύποι μόνιμων μαγνητών
Οι μαγνήτες φερρίτη είναι οι πιο διάσημοι και χρησιμοποιούνται ενεργά στην καθημερινή ζωή. Αυτό το μαύρο υλικό μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συνδετήρες για διάφορα αντικείμενα, όπως αφίσες, σανίδες τοίχου που χρησιμοποιούνται στο γραφείο ή στο σχολείο. Δεν χάνουν τις ελκυστικές τους ιδιότητες σε θερμοκρασίες όχι χαμηλότερες από 250 o C.
Το Alnico είναι ένας μαγνήτης που αποτελείται από ένα κράμα αλουμινίου, νικελίου και κοβαλτίου. Αυτό του έδωσε το όνομά του. Είναι πολύ ανθεκτικό στις υψηλές θερμοκρασίες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί στους 550 o C. Το υλικό είναι ελαφρύ, αλλά χάνει εντελώς τις ιδιότητές του όταν εκτίθεται σε ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο. Χρησιμοποιείται κυρίως στην επιστημονική βιομηχανία.
Τα μαγνητικά κράματα σαμαριού είναι υλικά υψηλής απόδοσης. Η αξιοπιστία των ιδιοτήτων του επιτρέπει στο υλικό να χρησιμοποιηθεί σε στρατιωτικές εξελίξεις. Είναι ανθεκτικό σε επιθετικά περιβάλλοντα, υψηλές θερμοκρασίες, οξείδωση και διάβρωση.
Τι είναι ένας μαγνήτης νεοδυμίου; Είναι το πιο δημοφιλές κράμα σιδήρου, βορίου και νεοδυμίου. Ονομάζεται επίσης υπερμαγνήτης, καθώς έχει ισχυρό μαγνητικό πεδίο με υψηλή καταναγκαστική δύναμη. Παρατηρώντας ορισμένες συνθήκες κατά τη λειτουργία, ένας μαγνήτης νεοδυμίου μπορεί να διατηρήσει τις ιδιότητές του για 100 χρόνια.
Χρήση μαγνητών νεοδυμίου
Αξίζει να ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο τι είναι ένας μαγνήτης νεοδυμίου; Πρόκειται για ένα υλικό που είναι ικανό να καταγράφει την κατανάλωση νερού, ρεύματος και αερίου σε μετρητές και όχι μόνο. Αυτός ο τύπος μαγνήτη ανήκει σε μόνιμα και σπάνια υλικά. Είναι ανθεκτικό σε πεδία άλλων κραμάτων και δεν υπόκειται σε απομαγνητισμό.
Τα προϊόντα νεοδυμίου χρησιμοποιούνται στην ιατρική και τη βιομηχανική βιομηχανία. Επίσης σε οικιακές συνθήκες χρησιμοποιούνται για την τοποθέτηση κουρτινών, διακοσμητικών στοιχείων και αναμνηστικών. Χρησιμοποιούνται σε όργανα αναζήτησης και ηλεκτρονικά.
Για να παρατείνουν τη διάρκεια ζωής τους, οι μαγνήτες αυτού του τύπου επικαλύπτονται με ψευδάργυρο ή νικέλιο. Στην πρώτη περίπτωση, ο ψεκασμός είναι πιο αξιόπιστος, καθώς είναι ανθεκτικός σε επιθετικούς παράγοντες και αντέχει σε θερμοκρασίες πάνω από 100 o C. Η ισχύς του μαγνήτη εξαρτάται από το σχήμα, το μέγεθος και την ποσότητα νεοδυμίου που περιλαμβάνεται στο κράμα.
Εφαρμογές Μαγνητών Φερρίτη
Οι φερρίτες θεωρούνται οι πιο δημοφιλείς μόνιμοι μαγνήτες. Χάρη στο στρόντιο που περιλαμβάνεται στη σύνθεση, το υλικό δεν διαβρώνεται. Τι είναι λοιπόν ένας μαγνήτης φερρίτη; Πού χρησιμοποιείται; Αυτό το κράμα είναι αρκετά εύθραυστο. Γι' αυτό λέγεται και κεραμικό. Οι μαγνήτες φερρίτη χρησιμοποιούνται σε αυτοκινητοβιομηχανίες και βιομηχανικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται σε διάφορους εξοπλισμούς και ηλεκτρικές συσκευές, καθώς και σε οικιακές εγκαταστάσεις, γεννήτριες και ακουστικά συστήματα. Στην αυτοκινητοβιομηχανία, οι μαγνήτες χρησιμοποιούνται σε συστήματα ψύξης, ανυψωτικά παραθύρων και ανεμιστήρες.
Ο σκοπός του φερρίτη είναι να προστατεύει τον εξοπλισμό από εξωτερικές παρεμβολές και να αποτρέπει τη ζημιά στο σήμα που λαμβάνεται μέσω του καλωδίου. Χάρη σε αυτό, χρησιμοποιούνται στην παραγωγή πλοηγών, οθονών, εκτυπωτών και άλλου εξοπλισμού όπου είναι σημαντικό να αποκτήσετε ένα καθαρό σήμα ή εικόνα.
Μαγνητοθεραπεία
Μια διαδικασία που ονομάζεται μαγνητική θεραπεία χρησιμοποιείται συχνά και πραγματοποιείται για θεραπευτικούς σκοπούς. Η δράση αυτής της μεθόδου είναι να επηρεάζει το σώμα του ασθενούς χρησιμοποιώντας μαγνητικά πεδία κάτω από εναλλασσόμενα ή χαμηλής συχνότητας DC. Αυτή η μέθοδος θεραπείας βοηθά να απαλλαγείτε από πολλές ασθένειες, να ανακουφίσετε τον πόνο, να ενισχύσετε ανοσοποιητικό σύστημα, βελτιώνουν τη ροή του αίματος.
Πιστεύεται ότι οι ασθένειες προκαλούνται από διαταραχές στο ανθρώπινο μαγνητικό πεδίο. Χάρη στη φυσιοθεραπεία, το σώμα επανέρχεται σε φυσιολογικά επίπεδα και η γενική κατάσταση βελτιώνεται.
Από αυτό το άρθρο μάθατε τι είναι ο μαγνήτης και μελετήσατε επίσης τις ιδιότητες και τις εφαρμογές του.
Χρησιμοποιείται ευρέως στην ηλεκτρική μηχανική, τη μηχανολογία και πολλές άλλες βιομηχανίες. Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι οι ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά των μαγνητών νεοδυμίου εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες. Για την αποτελεσματικότητά τους Πρακτική εφαρμογηΕίναι σημαντικό να λάβετε υπόψη το μέγεθος, το σχήμα και την ισχύ των προϊόντων. Θα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη οι αδυναμίες τους, συμπεριλαμβανομένων των περιορισμών θερμοκρασίας λειτουργίας. Μόνο λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά και τις κατηγορίες μαγνητών νεοδυμίου είναι δυνατό να επιλέξετε επιλογές προϊόντων που είναι βέλτιστες σε τιμή και μαγνητική αντοχή.
Πώς να προσδιορίσετε την ισχύ ενός μαγνήτη νεοδυμίου
Το βασικό χαρακτηριστικό ενός μαγνήτη είναι η δύναμή του. Αυτή η παράμετρος θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την επιλογή κατάλληλων προϊόντων για την επίλυση συγκεκριμένων προβλημάτων. εφαρμοσμένα προβλήματα. Ο ευκολότερος τρόπος για να προσδιορίσετε την ισχύ ενός μαγνήτη νεοδυμίου και τη συμμόρφωσή του με την προγραμματισμένη χρήση είναι να δώσετε προσοχή στις ακόλουθες παραμέτρους:
1) Δύναμη λαβής.Η περιγραφή των μαγνητών υποδεικνύει τον δείκτη δύναμης έλξης. Με βάση αυτό το χαρακτηριστικό, είναι δυνατό να κριθεί η μάζα των αντικειμένων που μπορούν να συγκρατηθούν, καθώς και η απαιτούμενη δύναμη για την αποκόλλησή τους. Η ισχύς των μαγνητών νεοδυμίου συνήθως υποδεικνύεται σε κιλά και μερικές φορές σε νιούτον.
2) Αριθμός κράματος.Οι ιδιότητες ενός υλικού που βασίζεται σε μια ένωση νεοδυμίου, σιδήρου και βορίου εξαρτώνται από πρόσθετα εγκλείσματα. Με βάση τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί η καμπύλη απομαγνητισμού των μαγνητών νεοδυμίου όταν χρησιμοποιείται ένα συγκεκριμένο κράμα, λαμβάνει τον συγκεκριμένο αριθμό του. Για παράδειγμα, Ν 38 ή μαγνήτες νεοδυμίου Ν 45. Ο αριθμός του κράματος είναι ευθέως ανάλογος με τη δύναμη έλξης. Έτσι, με αυτόν τον δείκτη μπορεί κανείς να κρίνει την ισχύ ενός μαγνήτη νεοδυμίου.
3) Επαγωγή.Εάν σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε το υλικό για την επίλυση σύνθετων τεχνικών προβλημάτων, τότε δεν θα είναι αρκετό να λάβετε υπόψη τη δύναμη σχίσιμου ή τον αριθμό του κράματος. Επιπλέον, η επαγωγή του μαγνήτη νεοδυμίου πρέπει να είναι γνωστή. Ειδικότερα, αυτός ο δείκτης έχει καίρια σημασία κατά την επιλογή υλικών για την ενεργοποίηση αισθητήρων Hall ή ρελέ καλαμιού. Η μαγνητική επαγωγή των μαγνητών νεοδυμίου καθορίζει την ένταση και την κατεύθυνση του πεδίου σε ένα συγκεκριμένο σημείο που βρίσκεται κοντά στον μαγνήτη. Η μέτρησή του πραγματοποιείται σε Gauss και Tesla (1 Tesla=10.000 Gauss).
Ποιες παράμετροι καθορίζουν τις ιδιότητες των μαγνητών νεοδυμίου
Πώς να επιλέξετε τον σωστό ισχυρό μαγνήτη νεοδυμίου
Στις περισσότερες περιπτώσεις, η ισχύς των απλούστερων και φθηνότερων μαγνητών είναι επαρκής για οικιακή χρήση. Αλλά σε μια κατάσταση όπου η δύναμη πρόσφυσης των μαγνητών νεοδυμίου έρχεται πρώτη, ορισμένα χαρακτηριστικά των προϊόντων και οι συνθήκες χρήσης τους θα πρέπει να ληφθούν υπόψη:
Όταν επιλέγετε μαγνήτες για διάφορους σκοπούς, θα πρέπει να δώσετε προσοχή στα κύρια χαρακτηριστικά που επηρεάζουν την απόδοσή τους. Αυτά τα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν:
- Μαγνητική επαγωγή(ΣΕ). Οι μονάδες μέτρησης είναι ο Τέσλα ή ο Γκάους. Αυτή η παράμετρος βρίσκεται μετρώντας την επαγωγή στην επιφάνεια του μαγνήτη με ένα γκισόμετρο. Το αποτέλεσμα της μέτρησης εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως το σχήμα του μαγνήτη, το σημείο μέτρησης, τις ιδιότητες του αισθητήρα μέτρησης και άλλους. Εξαιτίας αυτού, η πυκνότητα της μαγνητικής ροής δεν είναι ένας αξιόπιστος τρόπος σύγκρισης της ισχύος των μαγνητών.
- Υπολειμματική μαγνητική επαγωγή(Br). Οι μονάδες μέτρησης είναι ο Τέσλα ή ο Γκάους. Αυτή η τιμή δείχνει τη μέγιστη ένταση μαγνητικού πεδίου που μπορεί να δημιουργήσει ένας μαγνήτης σε ένα κλειστό μαγνητικό σύστημα. Είναι αρκετό σε ένα καλό δρόμοσυγκρίνετε την ισχύ διαφορετικών μαγνητών, αλλά πρέπει να λάβετε υπόψη ότι οι μαγνήτες σε ένα κλειστό σύστημα ουσιαστικά δεν χρησιμοποιούνται πουθενά
- Καταναγκαστική μαγνητική δύναμη(NS). Οι μονάδες μέτρησης είναι Ampere/meter ή Oersted. Η δύναμη καταναγκασμού χαρακτηρίζει την αντίσταση ενός μαγνήτη στην απομαγνήτιση υπό την επίδραση ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Όσο υψηλότερος είναι αυτός ο δείκτης, τόσο πιο αξιόπιστα το μαγνητικό υλικό διατηρεί την υπολειπόμενη μαγνήτισή του.
- Μαγνητική ενέργεια(VN)μέγ. Μετρήθηκε σε MGauss*Oersted. Αυτός ο δείκτης καθορίζει την ισχύ του μαγνήτη. Όσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα της μαγνητικής ενέργειας, τόσο πιο ισχυρός είναι ο μαγνήτης. Για παράδειγμα, οι μαγνήτες νεοδυμίου N45 έχουν ισχύ 45 MGse και οι μαγνήτες φερρίτη C8 έχουν ισχύ 8 MGse.
- Συντελεστής θερμοκρασίας υπολειπόμενης μαγνητικής επαγωγής(ТсBr). Μετριέται σε %/0С. Μια παράμετρος που δείχνει το βαθμό μεταβολής της μαγνητικής επαγωγής υπό την επίδραση της θερμοκρασίας. Για παράδειγμα, εάν ένας μαγνήτης έχει τιμή συντελεστή -0,20, αυτό σημαίνει ότι με αύξηση της θερμοκρασίας κατά 100 μοίρες, η μείωση της μαγνητικής επαγωγής θα είναι 20%.
- Μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας(Tmax). Μετρήθηκε σε βαθμούς Κελσίου. Αυτή η τιμή υποδεικνύει σε ποια μέγιστη θερμοκρασία ο μαγνήτης θα χάσει προσωρινά και μερικώς τις μαγνητικές του ιδιότητες. Μετά τη μείωση της θερμοκρασίας, οι μαγνητικές ιδιότητες θα αποκατασταθούν πλήρως.
- Θερμοκρασία Κιουρί(Tcur). Μετρήθηκε επίσης σε βαθμούς Κελσίου. Αντιπροσωπεύει το όριο θερμοκρασίας στο οποίο ένας μαγνήτης χάνει μη αναστρέψιμα τις μαγνητικές του ιδιότητες.
