EingangArten und Arten von Magneten. Permanentmagnete
Jeder hatte als Kind einen Magneten in der Hand und spielte damit. Magnete können in Form und Größe sehr unterschiedlich sein, aber alle Magnete sind unterschiedlich allgemeines Eigentum- Sie ziehen Eisen an. Es scheint, dass sie selbst aus Eisen bestehen, zumindest aus einer Art Metall. Es gibt jedoch „schwarze Magnete“ oder „Steine“, die auch Eisenstücke und insbesondere einander stark anziehen.
Aber sie sehen nicht aus wie Metall; sie brechen leicht, wie Glas. Magnete haben viele nützliche Einsatzmöglichkeiten, zum Beispiel ist es mit ihrer Hilfe praktisch, Papierbögen an Eisenoberflächen zu „heften“. Ein Magnet ist praktisch, um verlorene Nadeln einzusammeln, also ist dies, wie wir sehen, eine absolut nützliche Sache.
Wissenschaft 2.0 – Der große Sprung nach vorn – Magnete
Magnet in der Vergangenheit
Vor mehr als 2000 Jahren wussten die alten Chinesen von Magneten, zumindest dass dieses Phänomen genutzt werden konnte, um beim Reisen eine Richtung zu wählen. Das heißt, sie haben einen Kompass erfunden. Philosophen in antikes Griechenland, neugierige Menschen, die verschiedene sammeln Faszinierende Fakten, kollidierte mit Magneten in der Nähe der Stadt Magnessa in Kleinasien. Dort entdeckten sie seltsame Steine, die Eisen anziehen konnten. Das war damals nicht weniger erstaunlich, als Außerirdische in unserer Zeit sein konnten.
Umso überraschender erschien es, dass Magnete nicht alle Metalle anziehen, sondern nur Eisen, und Eisen selbst zu einem Magneten werden kann, wenn auch nicht so stark. Wir können sagen, dass der Magnet nicht nur Eisen, sondern auch die Neugier von Wissenschaftlern anzog und eine Wissenschaft wie die Physik stark voranbrachte. Thales von Milet schrieb über die „Seele eines Magneten“, und der Römer Titus Lucretius Carus schrieb in seinem Aufsatz „Über die Natur der Dinge“ über die „rasende Bewegung von Eisenspänen und Ringen“. Er bemerkte bereits das Vorhandensein zweier Pole des Magneten, die später, als Seeleute begannen, den Kompass zu benutzen, nach den Himmelsrichtungen benannt wurden.
Was ist ein Magnet? In einfachen Worten. Ein Magnetfeld
Wir haben den Magneten ernst genommen
Die Natur von Magneten lange Zeit Konnte es nicht erklären. Mit Hilfe von Magneten wurden neue Kontinente entdeckt (Seeleute behandeln den Kompass immer noch mit großem Respekt), aber noch wusste niemand etwas über die Natur des Magnetismus. Es wurde lediglich daran gearbeitet, den Kompass zu verbessern, was auch der Geograph und Seefahrer Christoph Kolumbus tat.
Im Jahr 1820 machte der dänische Wissenschaftler Hans Christian Oersted eine bedeutende Entdeckung. Er stellte die Wirkung eines Drahtes mit elektrischem Strom auf eine Magnetnadel fest und fand als Wissenschaftler durch Experimente heraus, wie dies geschieht unterschiedliche Bedingungen. Im selben Jahr stellte der französische Physiker Henri Ampere eine Hypothese über elementare Kreisströme auf, die in Molekülen fließen magnetische Substanz. Im Jahr 1831 führte der Engländer Michael Faraday mit einer Spule aus isoliertem Draht und einem Magneten Experimente durch, die dies zeigten mechanische Arbeit kann in elektrischen Strom umgewandelt werden. Er begründete auch das Gesetz der elektromagnetischen Induktion und führte das Konzept des „Magnetfeldes“ ein.
Das Faradaysche Gesetz legt die Regel fest: Für einen geschlossenen Kreis ist die elektromotorische Kraft gleich der Änderungsrate des magnetischen Flusses, der durch diesen Kreis fließt. Nach diesem Prinzip arbeiten alle elektrischen Maschinen – Generatoren, Elektromotoren, Transformatoren.
Im Jahr 1873 kombinierte der schottische Wissenschaftler James C. Maxwell magnetische und elektrische Phänomene in einer Theorie, der klassischen Elektrodynamik.
Stoffe, die magnetisiert werden können, nennt man Ferromagnete. Dieser Name bringt Magnete mit Eisen in Verbindung, aber darüber hinaus findet sich die Fähigkeit zur Magnetisierung auch in Nickel, Kobalt und einigen anderen Metallen. Da das Magnetfeld bereits in die Region vorgedrungen ist praktischer Nutzen, dann sind magnetische Materialien Gegenstand großer Aufmerksamkeit geworden.
Es begannen Experimente mit Legierungen aus magnetischen Metallen und verschiedenen Zusätzen darin. Die daraus resultierenden Materialien waren sehr teuer, und wenn Werner Siemens nicht auf die Idee gekommen wäre, den Magneten durch Stahl zu ersetzen, der durch einen relativ kleinen Strom magnetisiert wird, hätte die Welt die elektrische Straßenbahn und die Firma Siemens nie gesehen. Siemens arbeitete auch an Telegrafengeräten, doch hier hatte er viele Konkurrenten, und die elektrische Straßenbahn brachte dem Unternehmen viel Geld und zog letztlich alles andere mit sich.
Elektromagnetische Induktion
Grundlegende Größen im Zusammenhang mit Magneten in der Technik
Wir werden uns hauptsächlich für Magnete, also Ferromagnete, interessieren und den verbleibenden, sehr weiten Bereich magnetischer (besser gesagt elektromagnetischer, in Erinnerung an Maxwell) Phänomene etwas außer Acht lassen. Unsere Maßeinheiten sind die in SI akzeptierten Einheiten (Kilogramm, Meter, Sekunde, Ampere) und deren Ableitungen:
l Feldstärke, H, A/m (Ampere pro Meter).
Diese Größe charakterisiert die Feldstärke zwischen parallelen Leitern, deren Abstand 1 m beträgt und der durch sie fließende Strom 1 A beträgt. Die Feldstärke ist eine vektorielle Größe.
l Magnetische Induktion, B, Tesla, magnetische Flussdichte (Weber/m2)
Dies ist das Verhältnis des Stroms durch den Leiter zur Länge des Kreises bei dem Radius, bei dem wir an der Größe der Induktion interessiert sind. Der Kreis liegt in der Ebene, die der Draht senkrecht schneidet. Dazu gehört auch ein Faktor namens magnetische Permeabilität. Dies ist eine Vektorgröße. Wenn Sie gedanklich auf das Ende des Drahtes schauen und davon ausgehen, dass der Strom von uns weg fließt, dann „drehen“ sich die Magnetkraftkreise im Uhrzeigersinn, und der Induktionsvektor wird an die Tangente angelegt und stimmt in der Richtung mit ihnen überein.
l Magnetische Permeabilität, μ (relativer Wert)
Wenn wir die magnetische Permeabilität des Vakuums mit 1 annehmen, erhalten wir für andere Materialien die entsprechenden Werte. So erhalten wir beispielsweise für Luft einen Wert, der fast derselbe ist wie für Vakuum. Für Eisen bekommen wir deutlich große Mengen, also können wir im übertragenen Sinne (und sehr genau) sagen, dass Eisen magnetische Kraftlinien in sich „zieht“. Wenn die Feldstärke in einer Spule ohne Kern gleich H ist, dann erhalten wir mit Kern μH.
l Zwangsgewalt, Bin.
Die Koerzitivkraft misst, wie stark ein magnetisches Material der Entmagnetisierung und Ummagnetisierung widersteht. Wenn der Strom in der Spule vollständig entfernt wird, bleibt im Kern eine Restinduktion bestehen. Um es zu schaffen gleich Null, müssen Sie ein Feld mit einer gewissen Intensität erzeugen, aber umgekehrt, das heißt, den Strom in die entgegengesetzte Richtung fließen lassen. Diese Spannung wird Zwangskraft genannt.
Da Magnete in der Praxis immer in Verbindung mit Elektrizität verwendet werden, sollte es nicht verwundern, dass zur Beschreibung ihrer Eigenschaften eine elektrische Größe wie Ampere verwendet wird.
Aus dem Gesagten folgt, dass es beispielsweise möglich ist, dass ein Nagel, auf den ein Magnet einwirkt, selbst zu einem Magneten wird, wenn auch zu einem schwächeren. In der Praxis zeigt sich, dass selbst Kinder, die mit Magneten spielen, davon wissen.
Je nachdem, wo diese Materialien eingesetzt werden, werden in der Technik unterschiedliche Anforderungen an Magnete gestellt. Ferromagnetische Materialien werden in „weich“ und „hart“ unterteilt. Die ersten werden zur Herstellung von Kernen für Geräte verwendet, bei denen der Magnetfluss konstant oder variabel ist. Aus weichen Materialien kann man keinen guten unabhängigen Magneten herstellen. Sie entmagnetisieren sich zu leicht, und genau das ist ihre wertvolle Eigenschaft, denn bei Stromabschaltung muss das Relais „auslösen“ und der Elektromotor darf sich nicht erwärmen – für die Ummagnetisierung wird überschüssige Energie aufgewendet, die in der Form freigesetzt wird von Hitze.
Wie sieht ein magnetisches Feld wirklich aus? Igor Beletsky
Permanentmagnete, also solche, die Magnete genannt werden, benötigen zu ihrer Herstellung harte Materialien. Unter Steifigkeit versteht man magnetisch, also eine große Restinduktion und eine große Koerzitivkraft, da diese Größen, wie wir gesehen haben, eng miteinander verbunden sind. Solche Magnete werden in Kohlenstoff-, Wolfram-, Chrom- und Kobaltstählen verwendet. Ihre Koerzitivfeldstärke erreicht Werte von etwa 6500 A/m.
Es gibt spezielle Legierungen namens Alni, Alnisi, Alnico und viele andere, darunter Aluminium, Nickel, Silizium und Kobalt verschiedene Kombinationen, die eine größere Koerzitivkraft haben – bis zu 20.000...60.000 A/m. Ein solcher Magnet lässt sich nicht so leicht vom Eisen abreißen.
Es gibt Magnete, die speziell für den Betrieb bei höheren Frequenzen entwickelt wurden. Dies ist der bekannte „Rundmagnet“. Es wird aus einem unbrauchbaren Lautsprecher einer Stereoanlage, einem Autoradio oder sogar einem Fernseher von gestern „abgebaut“. Dieser Magnet wird durch Sintern von Eisenoxiden und speziellen Zusätzen hergestellt. Dieses Material wird Ferrit genannt, aber nicht jedes Ferrit ist auf diese Weise speziell magnetisiert. Und in Lautsprechern wird es verwendet, um unnötige Verluste zu reduzieren.
Magnete. Entdeckung. Wie es funktioniert?
Was passiert im Inneren eines Magneten?
Aufgrund der Tatsache, dass Atome einer Substanz besondere „Klumpen“ von Elektrizität sind, können sie ihr eigenes Magnetfeld erzeugen, aber nur bei einigen Metallen, die eine ähnliche Atomstruktur haben, kommt diese Fähigkeit sehr stark zum Ausdruck. Und Eisen, Kobalt und Nickel kosten Periodensystem Mendeleev ist in der Nähe und hat ähnliche Strukturen elektronische Muscheln, das die Atome dieser Elemente in mikroskopisch kleine Magnete verwandelt.
Da Metalle als gefrorene Mischung verschiedener sehr kleiner Kristalle bezeichnet werden können, ist es klar, dass solche Legierungen viele magnetische Eigenschaften haben können. Viele Atomgruppen können unter dem Einfluss von Nachbarn und äußeren Feldern ihre eigenen Magnete „entfalten“. Solche „Gemeinschaften“ werden magnetische Domänen genannt und bilden sehr bizarre Strukturen, die von Physikern immer noch mit Interesse untersucht werden. Dies ist von großer praktischer Bedeutung.
Wie bereits erwähnt, können Magnete nahezu atomar groß sein, sodass die kleinste Größe einer magnetischen Domäne durch die Größe des Kristalls begrenzt ist, in dem die magnetischen Metallatome eingebettet sind. Dies erklärt beispielsweise die geradezu phantastische Aufzeichnungsdichte auf modernen Computerfestplatten, die offenbar weiter zunehmen wird, bis die Laufwerke ernsthaftere Konkurrenten haben.
Schwerkraft, Magnetismus und Elektrizität
Wo werden Magnete eingesetzt?
Deren Kerne sind Magnete, die aus Magneten hergestellt werden. Obwohl sie normalerweise einfach als Kerne bezeichnet werden, haben Magnete noch viel mehr Verwendungsmöglichkeiten. Es gibt Schreibwarenmagnete, Magnete zum Verriegeln von Möbeltüren und Schachmagnete für Reisende. Das sind Magnete, die jeder kennt.
Zu mehr seltene Spezies Dazu gehören Magnete für Beschleuniger geladener Teilchen; dabei handelt es sich um sehr beeindruckende Strukturen, die mehrere zehn Tonnen oder mehr wiegen können. Zwar ist die Experimentalphysik inzwischen mit Gras überwuchert, mit Ausnahme des Teils, der sofort Supergewinne auf den Markt bringt, aber selbst fast nichts kostet.
Ein weiterer interessanter Magnet ist in einem schicken medizinischen Gerät namens Magnetresonanztomograph eingebaut. (Eigentlich heißt die Methode NMR, nuklear Magnetresonanz, aber um die Leute nicht zu erschrecken, die sich in der Physik im Allgemeinen nicht gut auskennen, wurde es umbenannt.) Das Gerät erfordert, dass das beobachtete Objekt (der Patient) in ein starkes Magnetfeld gebracht wird, und der entsprechende Magnet hat eine erschreckende Größe und das Form eines Teufelssargs.
Eine Person wird auf eine Couch gelegt und in diesem Magneten durch einen Tunnel gerollt, während Sensoren den für Ärzte interessanten Bereich abtasten. Im Allgemeinen ist das nichts Schlimmes, aber manche Menschen leiden unter Klaustrophobie bis hin zur Panik. Solche Menschen lassen sich gerne bei lebendigem Leib aufschneiden, sind aber nicht mit einer MRT-Untersuchung einverstanden. Doch wer weiß, wie sich ein Mensch in einem ungewöhnlich starken Magnetfeld mit einer Induktion von bis zu 3 Tesla fühlt, nachdem er dafür gutes Geld bezahlt hat.
Um ein so starkes Feld zu erreichen, wird häufig die Supraleitung genutzt, indem eine Magnetspule mit flüssigem Wasserstoff gekühlt wird. Dadurch ist es möglich, das Feld „aufzupumpen“, ohne befürchten zu müssen, dass die Erwärmung der Drähte mit einem starken Strom die Leistungsfähigkeit des Magneten einschränkt. Dies ist überhaupt kein billiges Setup. Allerdings sind Magnete aus Speziallegierungen, die keine Stromvorspannung erfordern, deutlich teurer.
Auch unsere Erde ist ein großer, wenn auch nicht sehr starker Magnet. Es hilft nicht nur den Besitzern des Magnetkompasses, sondern rettet uns auch vor dem Tod. Ohne sie würden wir durch Sonnenstrahlung getötet werden. Das von Computern anhand von Beobachtungen aus dem Weltraum simulierte Bild des Erdmagnetfeldes sieht sehr beeindruckend aus.
Hier ist eine kurze Antwort auf die Frage, was ein Magnet in Physik und Technik ist.
Seit der Erfindung des Neodym-Magneten in den frühen 80er-Jahren hat sich sein Einsatz in fast allen Bereichen der Industrie ausgeweitet – von der Bekleidungs- und Lebensmittelindustrie bis hin zu Werkzeugmaschinen und der Raumfahrt. Heutzutage gibt es praktisch keine Industrie mehr, in der solche Geräte eingesetzt werden. Darüber hinaus haben sie in den meisten Fällen herkömmliche Ferrimagnete praktisch ersetzt, die in ihren Eigenschaften deutlich schlechter sind.
Was ist der Grund für die Beliebtheit von Neodym-Produkten?
Lassen Sie uns in wenigen Worten darüber sprechen, was ein Neodym-Magnet ist und wo er verwendet wird.
Die magnetischen Eigenschaften von Neodym wurden erst vor relativ kurzer Zeit entdeckt und die ersten daraus hergestellten Produkte erschienen erst 1982. Trotzdem begann sie sofort an Popularität zu gewinnen. Der Grund dafür sind die erstaunlichen Eigenschaften der Legierung, die in der Lage ist, Eisenobjekte um das Hundertfache ihres Eigengewichts anzuziehen und um das Zehnfache stärker als ferromagnetische Geräte. Dadurch sind Geräte mit Neodym-Magneten kleiner, aber gleichzeitig wesentlich effizienter geworden.
Die Legierung enthält neben Neodym auch Eisen und Bor. Um das gewünschte Produkt zu erhalten, werden diese Substanzen in Pulverform nicht geschmolzen, sondern gesintert, was zu einem wesentlichen Nachteil führt – der Zerbrechlichkeit. Eine Schicht aus einer Kupfer-Nickel-Legierung hilft, Späne und Korrosion zu beseitigen, wodurch das Produkt vollständig einsatzbereit ist.
Neodym-Magnete – Einsatz im Alltag
Heutzutage kann jeder Neodym-Stäbe, -Scheiben oder -Ringe kaufen und im Haushalt verwenden. Je nach Aufgabenstellung können Sie je nach Geldbeutel die gewünschte Größe, das Gewicht und die Form des Produkts wählen. Im Folgenden stellen wir mehrere Möglichkeiten für den Einsatz magnetischer Geräte vor, wobei der Einsatzbereich in Wirklichkeit nahezu grenzenlos ist und nur durch die Vorstellungskraft des Besitzers begrenzt wird.
Wo wird ein Neodym-Magnet im Alltag eingesetzt?
Suche und Sammlung von Metallgegenständen
Jetzt werden Sie keine Probleme mehr haben, Eisengegenstände zu finden, die unter Möbel gerollt oder in einen Brunnen gefallen sind. Befestigen Sie einfach zum Beispiel eine Magnetscheibe am Ende eines Stocks oder binden Sie sie an eine Schnur und bewegen Sie dieses einfache Gerät über die Stelle, an der der Gegenstand fallen könnte. In nur wenigen Minuten ist das, was Sie verloren haben, sicher und unversehrt in Ihren Händen.
Die Verwendung eines Neodym-Magneten hilft auch dabei, Metallspäne oder verstreute Schrauben aufzufangen. Wickeln Sie den Neodym-Artikel der Einfachheit halber in ein Tuch, eine Socke oder eine Plastiktüte. Dies hilft einerseits, die Arbeitsfläche vor dem Anhaften von Eisenresten zu schützen, und andererseits, alles, was festsitzt, auf einmal zu entfernen und nicht jede Schraube einzeln zu trennen.
Inhaber
Wenn wir über die Bereiche sprechen, in denen Neodym-Magnete im täglichen Leben eingesetzt werden, erwähnen wir verschiedene Arten von Befestigungselementen. Mit ihrer Hilfe können Sie alle eisenhaltigen Gegenstände an senkrechten Flächen aufhängen: Küchen- oder Sanitärutensilien, Gartengeräte und andere Werkzeuge. Montieren Sie einfach die Neodym-Platten in einer bestimmten Reihenfolge auf dem Ständer und befestigen Sie diese bei Bedarf beispielsweise mit Messern oder Schraubenziehern.
Der Einsatz eines Neodym-Magneten im Alltag ist auch zum Aufhängen von nicht-eisernen Gegenständen möglich: Gemälde, Spiegel, Regale, Moskitonetze usw. Befestigen Sie dazu eine Magnetplatte am Gegenstand und ein kleines Eisenblech an der Oberfläche, an der Sie es anbringen möchten.
Wie bereits erwähnt, ist die Neodymlegierung ziemlich zerbrechlich, daher ist es unerwünscht, ihre Integrität durch Bohren oder Schneiden zu verletzen, wodurch die Eigenschaften des Metalls erheblich beeinträchtigt werden. Als Aufhängung ist es besser, Neodym-Magnete zu wählen, deren Verwendung keine zusätzliche Bearbeitung erfordert. Glücklicherweise bieten Online-Shops Produkte in den unterschiedlichsten Konfigurationen mit Löchern im erforderlichen Durchmesser, mit verschiedenen Befestigungselementen und Ausschnitten an. Daher können Sie ganz einfach das Gerät mit der gewünschten Konfiguration auswählen. Sie können magnetische Elemente ebenso erfolgreich als Türriegel, zum Anbringen eines Abzeichens oder zum Gestalten Ihres eigenen Kühlschrankmagneten einsetzen. Das ist noch lange nicht der Fall volle Liste Bereiche, in denen Neodym-Magnete verwendet werden.
Klemmen
Wenn Sie zwei Flächen verkleben müssen, aber aufgrund der Komplexität der Form die Verwendung eines Schraubstocks nicht möglich ist, helfen magnetische Teile wiederum bei der Lösung des Problems. Legen Sie einfach die zu verklebenden Gegenstände dazwischen, die durch die Anziehungskraft von Neodym fest aneinander gepresst werden.
Mit dieser Art von Klammern können Sie Oberflächen, die völlig unzugänglich schienen, problemlos reinigen oder waschen. Wo werden Neodym-Magnete konkret eingesetzt? Zum Waschen der Außenflächen von Balkonglas, zum Reinigen eines Aquariums und anderer schwer zugänglicher Glasbehälter. Legen Sie den Magnetstab in den Waschlappen, den Sie an der Außenseite des Balkons befestigen, und halten Sie ihn von innen mit einem weiteren Magneten fest. Auf diese Weise können Sie den Außenschwamm dorthin richten, wo Sie möchten, und das Glas perfekt reinigen.
Auto
Späne und andere Metallreste im Motoröl können Sie mit einem Neodym-Magneten entfernen, dazu gibt es im Internet ein Video. Befestigen Sie ein magnetisches Gerät an der Ablassschraube des Kurbelgehäuses. Neodym zieht Eisenmikropartikel an und diese gelangen nicht in die Arbeitsmechanismen des Autos.
Mit Hilfe einer kleinen Neodym-Platte können Sie außerdem beliebige Gegenstände an der Karosserie befestigen und mit Hilfe großer Magnetscheiben oder -stäbe können Sie kleine Dellen ausgleichen.
Neodym-Magnet – Einsatz im Alltag. Unerforschte Momente
Viele Wissenschaftler glauben, dass elektromagnetische Wellen positive Auswirkungen auf lebende Organismen haben. In diesem Zusammenhang sind viele Geräte aufgetaucht, von denen angenommen wird, dass sie das Pflanzenwachstum fördern und die Gesundheit des Körpers verbessern. Viele Gärtner kleben Magnetstäbe in die Nähe ihrer Pflanzen und Viehzüchter legen Gegenstände in Käfige mit Haustieren. Darüber hinaus erfreuen sich mittlerweile diverse Magnetarmbänder, Neodym-Veredelung von Kleidung, Wasserreinigung und vieles mehr großer Beliebtheit.
Natürlich haben wir in dem Artikel nur einen kleinen Teil der Anwendungsbereiche von Neodym-Magneten angesprochen; Videos und Artikel mit anderen Einsatzmöglichkeiten dieser Produkte finden Sie im Internet.
KOMPASS Der Kompass ist ein Gerät, das die Navigation im Gelände erleichtert. Vermutlich wurde der Kompass in China erfunden. In Europa geht die Erfindung des Kompasses auf das 12.-13. Jahrhundert zurück, seine Struktur blieb jedoch sehr einfach – eine Magnetnadel, die an einem Stopfen montiert und in ein Gefäß mit Wasser abgesenkt wurde. Das Funktionsprinzip eines Magnetkompasses basiert auf der Anziehung und Abstoßung zweier Magnete. Gegensätzliche Pole von Magneten ziehen sich an, ebenso wie sich Pole abstoßen.
Dank der Einführung einer Legierung auf Basis von Nd-Fe-B (Neodym, Eisen und Bor) wurde der Einsatz von Magneten in der Industrie deutlich ausgeweitet. Zu den wesentlichen Vorteilen dieses Seltenerdmagneten im Vergleich zu den bisher verwendeten SmCo und Fe-P zählt vor allem seine Verfügbarkeit. Kombinieren hohe Festigkeit Kupplungen mit kompakten Abmessungen und langer Lebensdauer sind am gefragtesten verschiedene Bereiche Wirtschaftstätigkeit.
Einsatz von Neodym-Magneten in verschiedenen Industriebereichen
Einschränkungen bei der Verwendung von Seltenerdmagneten auf Neodymbasis sind mit ihrer Anfälligkeit für Überhitzung verbunden. Oberer Indikator Betriebstemperatur für Standardprodukte beträgt +80⁰C und für modifizierte hitzebeständige Legierungen - +200⁰C. Unter Berücksichtigung dieser Eigenschaft deckt der Einsatz von Neodym-Magneten in der Industrie folgende Bereiche ab:
Es gibt zwei Haupttypen von Magneten: Permanentmagnete und Elektromagnete. Sie können anhand seiner Haupteigenschaften bestimmen, was ein Permanentmagnet ist. Ein Permanentmagnet hat seinen Namen, weil sein Magnetismus immer „an“ ist. Im Gegensatz zu einem Elektromagneten, der aus einem um einen Eisenkern gewickelten Draht besteht und Stromfluss benötigt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, erzeugt er ein eigenes Magnetfeld.
Geschichte der Untersuchung magnetischer Eigenschaften
Vor Jahrhunderten entdeckten die Menschen, dass es bestimmte Arten gibt Felsen haben originelle Eigenschaften: Sie fühlen sich zu Eisengegenständen hingezogen. Magnetit wird in alten historischen Chroniken erwähnt: vor mehr als zweitausend Jahren in Europa und viel früher in Ostasien. Zunächst galt es als merkwürdiges Objekt.
Später wurde Magnetit zur Navigation verwendet, wobei sich herausstellte, dass es dazu neigt, eine bestimmte Position einzunehmen, wenn man ihm die Freiheit gibt, sich zu drehen. Wissenschaftliche Forschung Die von P. Peregrine im 13. Jahrhundert durchgeführte Untersuchung zeigte, dass Stahl diese Eigenschaften nach dem Einreiben mit Magnetit annehmen konnte.
Magnetisierte Objekte hatten zwei Pole: „Nord“ und „Süd“, relativ zum Erdmagnetfeld. Wie Peregrine herausfand, war es nicht möglich, einen der Pole zu isolieren, indem man ein Magnetitfragment in zwei Teile schnitt – jedes einzelne Fragment hatte schließlich ein eigenes Polpaar.
Nach heutigen Vorstellungen ist das Magnetfeld von Permanentmagneten die resultierende Ausrichtung der Elektronen in eine Richtung. Nur bestimmte Arten von Materialien interagieren mit Magnetfelder Eine deutlich geringere Anzahl von ihnen ist in der Lage, einen konstanten MP aufrechtzuerhalten.
Eigenschaften von Permanentmagneten
Die Haupteigenschaften von Permanentmagneten und dem von ihnen erzeugten Feld sind:
- die Existenz zweier Pole;
- Gegenpole ziehen sich an und gleiche Pole stoßen sich ab (wie positive und negative Ladungen);
- magnetische Kraft breitet sich unmerklich im Raum aus und dringt durch Gegenstände (Papier, Holz);
- In der Nähe der Pole ist ein Anstieg der MF-Intensität zu beobachten.
Permanentmagnete unterstützen den MP ohne fremde Hilfe. Abhängig von ihren magnetischen Eigenschaften werden Materialien in Haupttypen eingeteilt:
- Ferromagnete – leicht magnetisierbar;
- paramagnetische Materialien – lassen sich nur schwer magnetisieren;
- Diamagnete neigen dazu, äußere Magnetfelder zu reflektieren, indem sie in die entgegengesetzte Richtung magnetisieren.
Wichtig! Weichmagnetische Materialien wie Stahl leiten den Magnetismus, wenn er an einem Magneten befestigt wird, dieser hört jedoch auf, wenn er entfernt wird. Permanentmagnete werden aus hartmagnetischen Materialien hergestellt.
Wie funktioniert ein Permanentmagnet?
Seine Arbeit beschäftigt sich mit der atomaren Struktur. Alle Ferromagnete erzeugen dank der Elektronen, die die Atomkerne umgeben, ein natürliches, wenn auch schwaches Magnetfeld. Diese Atomgruppen können sich in die gleiche Richtung ausrichten und werden magnetische Domänen genannt. Jede Domäne hat zwei Pole: Nord und Süd. Wenn ein ferromagnetisches Material nicht magnetisiert ist, sind seine Bereiche in zufälligen Richtungen ausgerichtet und ihre Magnetfelder heben sich gegenseitig auf.
Zur Herstellung von Permanentmagneten werden Ferromagnete auf sehr hohe Temperaturen erhitzt. hohe Temperaturen und sind starker äußerer MF ausgesetzt. Dies führt dazu, dass einzelne magnetische Domänen im Inneren des Materials beginnen, sich in Richtung des äußeren Magnetfelds auszurichten, bis alle Domänen ausgerichtet sind und den Punkt der magnetischen Sättigung erreichen. Das Material wird dann abgekühlt und die ausgerichteten Domänen werden in ihrer Position fixiert. Sobald der externe MF entfernt wird, behalten hartmagnetische Materialien die meisten ihrer Domänen und erzeugen einen Permanentmagneten.
Eigenschaften von Permanentmagneten
- Die Magnetkraft wird durch die magnetische Restinduktion charakterisiert. Designierter Br. Dies ist die Kraft, die nach dem Verschwinden des externen Abgeordneten bestehen bleibt. Gemessen in Tests (T) oder Gauß (G);
- Koerzitivfeldstärke oder Entmagnetisierungswiderstand – Ns. Gemessen in A/m. Zeigt an, wie groß die externe MF-Intensität sein sollte, um das Material zu entmagnetisieren.
- Maximale Energie – BHmax. Berechnet durch Multiplikation der remanenten Magnetkraft Br und der Koerzitivfeldstärke Hc. Gemessen in MGSE (Megaussersted);
- Temperaturkoeffizient der Restmagnetkraft – Тс von Br. Charakterisiert die Abhängigkeit von Br vom Temperaturwert;
- Tmax – Höchster Wert Temperatur, bei der Permanentmagnete ihre Eigenschaften verlieren und die Möglichkeit einer umgekehrten Wiederherstellung besteht;
- Tcur ist der höchste Temperaturwert, bei dem das magnetische Material seine Eigenschaften irreversibel verliert. Dieser Indikator wird Curie-Temperatur genannt.
Die Eigenschaften einzelner Magnete ändern sich je nach Temperatur. Bei unterschiedliche Bedeutungen Abhängig von den Temperaturen funktionieren verschiedene Arten magnetischer Materialien unterschiedlich.
Wichtig! Alle Permanentmagnete verlieren mit steigender Temperatur einen gewissen Prozentsatz an Magnetismus, jedoch mit mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten je nach Typ.
Arten von Permanentmagneten
Es gibt fünf Arten von Permanentmagneten, die jeweils unterschiedlich aus Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden:
- Alnico;
- Ferrite;
- Seltenerd-SmCo auf Basis von Kobalt und Samarium;
- Neodym;
- Polymer.
Alnico
Hierbei handelt es sich um Permanentmagnete, die hauptsächlich aus einer Kombination von Aluminium, Nickel und Kobalt bestehen, aber auch Kupfer, Eisen und Titan enthalten können. Aufgrund der Eigenschaften von Alnico-Magneten können sie bei höchsten Temperaturen betrieben werden und behalten dabei ihren Magnetismus, sie entmagnetisieren sich jedoch leichter als Ferrit oder Seltenerd-SmCo. Sie waren die ersten in Massenproduktion hergestellten Permanentmagnete und ersetzten magnetisierte Metalle und teure Elektromagnete.
Anwendung:
- Elektromotoren;
- Wärmebehandlung;
- Lager;
- Luft- und Raumfahrtfahrzeuge;
- militärische Ausrüstung;
- Be- und Entladegeräte für hohe Temperaturen;
- Mikrofone.
Ferrite
Zur Herstellung von Ferritmagneten, auch Keramik genannt, werden Strontiumcarbonat und Eisenoxid im Verhältnis 10/90 verwendet. Beide Materialien sind reichlich vorhanden und wirtschaftlich verfügbar.
Aufgrund ihrer geringen Produktionskosten, Hitzebeständigkeit (bis 250°C) und Korrosion gehören Ferritmagnete zu den beliebtesten Magneten für den täglichen Gebrauch. Sie haben eine größere innere Koerzitivfeldstärke als Alnico, aber eine geringere magnetische Stärke als ihre Neodym-Gegenstücke.
Anwendung:
- Tonlautsprecher;
- Sicherheitssysteme;
- große Plattenmagnete zum Entfernen von Eisenverunreinigungen aus Prozessleitungen;
- Elektromotoren und Generatoren;
- medizinische Instrumente;
- Hebemagnete;
- Magnete für die Meeressuche;
- Geräte, die auf dem Betrieb von Wirbelströmen basieren;
- Schalter und Relais;
- Bremsen
Seltenerd-SmCo-Magnete
Kobalt- und Samarium-Magnete arbeiten in einem weiten Temperaturbereich, haben hohe Temperaturkoeffizienten und eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Diese Ansicht speichert magnetische Eigenschaften selbst bei Temperaturen unter dem absoluten Nullpunkt, was sie für den Einsatz in kryogenen Anwendungen beliebt macht.
Anwendung:
- Turbo-Technologie;
- Pumpenkupplungen;
- feuchte Umgebungen;
- Hochtemperaturgeräte;
- Miniatur-Elektrorennwagen;
- Funkelektronische Geräte für den Betrieb unter kritischen Bedingungen.
Neodym-Magneten
Die stärksten existierenden Magnete, bestehend aus einer Legierung aus Neodym, Eisen und Bor. Dank ihrer enormen Kraft sind selbst Miniaturmagnete wirksam. Dies sorgt für Vielseitigkeit in der Anwendung. Jede Person befindet sich ständig in der Nähe eines der Neodym-Magnete. Sie befinden sich beispielsweise in einem Smartphone. Die Herstellung von Elektromotoren, medizinischen Geräten und Funkelektronik setzt auf ultrastarke Neodym-Magnete. Aufgrund ihrer Ultrafestigkeit, enormen Magnetkraft und Entmagnetisierungsresistenz sind Proben bis zu 1 mm möglich.
Anwendung:
- Festplatten;
- Tonwiedergabegeräte – Mikrofone, akustische Sensoren, Kopfhörer, Lautsprecher;
- Prothesen;
- magnetisch gekoppelte Pumpen;
- Türschließer;
- Motoren und Generatoren;
- Schlösser für Schmuck;
- MRT-Scanner;
- Magnetfeldtherapie;
- ABS-Sensoren in Autos;
- Hebezeuge;
- Magnetabscheider;
- Reedschalter usw.
Flexible Magnete enthalten magnetische Partikel in einem Polymerbindemittel. Wird für einzigartige Geräte verwendet, bei denen die Installation solider Analoga nicht möglich ist.
Anwendung:
- Display-Werbung – schnelle Befestigung und schnelle Entfernung auf Messen und Veranstaltungen;
- Fahrzeugschilder, Schultafeln, Firmenlogos;
- Spielzeug, Puzzles und Spiele;
- Abdeckflächen zum Malen;
- Kalender und magnetische Lesezeichen;
- Fenster- und Türdichtungen.
Die meisten Permanentmagnete sind spröde und sollten nicht als Strukturbauteile verwendet werden. Sie werden in Standardformen hergestellt: Ringe, Stäbe, Scheiben und einzeln: Trapeze, Bögen usw. Neodym-Magnete sind aufgrund ihres hohen Eisengehalts anfällig für Korrosion und werden daher mit Nickel, Edelstahl, Teflon und Titan beschichtet , Gummi und andere Materialien.
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