Магнітні ланцюги із постійними магнітами. Постійні магніти Складання магнітних полів постійних магнітів

Новини
21.11.2021

а) Загальні відомості.Для створення постійного магнітного поля в ряді електричних апаратів використовуються постійні магніти, які виготовляються з магнітно-твердих матеріалів, що мають широку петлю гістерезису (рис.5.6).

Робота постійного магніту відбувається на ділянці від H = 0до H = - Н с.Ця частина петлі називається кривою розмагнічування.

Розглянемо основні співвідношення у постійному магніті, що має форму тороїда з одним малим зазором б(Рис.5.6). Завдяки формі тороїда і невеликому зазору потоками розсіювання в такому магніті можна знехтувати. Якщо зазор малий, магнітне поле в ньому можна вважати однорідним.


Рис.5.6. Крива розмагнічування постійного магніту

Якщо знехтувати витріщанням, то індукції в зазорі В &і всередині магніту Уоднакові.

На підставі закону повного струму при інтегруванні по замкнутому контуру 1231 Мал. отримаємо:


Рис.5.7. Постійний магніт, що має форму тороїда

Таким чином, напруженість поля в зазорі спрямована зустрічно напруженості в тілі магніту. Для електромагніту постійного струму, що має аналогічну форму магнітного ланцюга, не враховуючи насичення можна написати: .

Порівнюючи можна бачити, що у випадку із постійним магнітом н. с, що створює потік у робочому зазорі, є добуток напруженості в тілі магніту на його довжину зі зворотним знаком Hl.

Скориставшись тим, що

, (5.29)

, (5.30)

де S-Площа полюса; - Проводимість повітряного зазору.

Рівняння є рівняння прямої, що проходить через початок координат у другому квадранті під кутом а до осі Н. З урахуванням масштабу індукції т вта напруженості т нкут а визначається рівністю

Так як індукція і напруженість магнітного поля в тілі постійного магніту пов'язані кривою розмагнічування, перетин зазначеної прямої з кривою розмагнічування (точка Ана рис.5.6) і визначає стан осердя при заданому зазорі.

При замкнутому ланцюгу та

Зі зростанням бпровідність робочого зазору та tgaзменшуються, індукція у робочому зазорі падає, а напруженість поля усередині магніту збільшується.

Однією з важливих характеристик постійного магніту є енергія магнітного поля у робочому зазорі Wt.Враховуючи, що поле в зазорі однорідне,

Підставляючи значення Н ьотримаємо:

, (5.35)

де V M – обсяг тіла магніту.

Таким чином, енергія у робочому зазорі дорівнює енергії всередині магніту.

Залежність твору В(-Н)у функції індукції показано на рис.5.6. Очевидно, що для точки С, в якій В(-Н)досягає максимального значення, енергія в повітряному зазорі також досягає найбільшої величини, і з точки зору використання постійного магніту ця точка оптимальна. Можна показати, що точка С, що відповідає максимуму твору, є точка перетину з кривою розмагнічування променя О К,проведеного через точку з координатами та .

Розглянемо докладніше вплив зазору бна величину індукції У(Рис.5.6). Якщо намагнічування магніту проводилося під час зазору б, то після зняття зовнішнього поля в тілі магніту встановиться індукція, що відповідає точці А.Положення цієї точки визначається зазором б.

Зменшимо зазор до значення , тоді

. (5.36)

При зменшенні зазору індукція в тілі магніту зростає, проте процес зміни індукції йде не кривою розмагнічування, а гілкою приватної петлі гістерезису AMD.Індукція У 1 визначається точкою перетину цієї гілки з променем, проведеним під кутом до осі. - Н(крапка D).

Якщо ми знову збільшимо зазор до значення б, Індукція буде падати до значення В,причому залежність В (Н)визначатиметься гілкою DNAприватної петлі гістерези. Зазвичай приватна петля гістерезису AMDNAдосить вузька і її замінюють прямою AD,яку називають прямий повернення. Нахил до горизонтальної осі (+ Н) цієї прямої називається коефіцієнтом повернення:

. (5.37)

Характеристика розмагнічування матеріалу зазвичай не наводиться повністю, а задаються лише величини індукції насичення B s ,залишкової індукції У р,коерцитивної сили Н с. Для розрахунку магніту необхідно знати всю криву розмагнічування, яка для більшості магнітно-твердих матеріалів добре апроксимується формулою

Крива розмагнічування, що виражається (5.30), може бути легко збудована графічно, якщо відомі B s , r .

б) Визначення потоку в робочому зазорі для заданого магнітного ланцюга. У реальній системі з постійним магнітом потік у робочому зазорі відрізняється від потоку в нейтральному перерізі (середині магніту) через наявність потоків розсіювання та витріщення (рис.).

Потік у нейтральному перерізі дорівнює:

, (5.39)

де потік у нейтральному перерізі;

Потік витріщання біля полюсів;

Потік розсіювання;

Робочий потік.

Коефіцієнт розсіювання визначається рівною

Якщо прийняти, що потоки створюються однією і тією ж різницею магнітних потенціалів,

. (5.41)

Індукцію в нейтральному перерізі знайдемо, визначивши:

,

та скориставшись кривою розмагнічування рис.5.6. Індукція у робочому зазорі дорівнює:

оскільки потік у робочому зазорі в раз менше, ніж потік в нейтральному перерізі.

Найчастіше намагнічування системи відбувається у незібраному стані, коли провідність робочого зазору зменшена через відсутність деталей з феромагнітного матеріалу. І тут розрахунок ведеться з допомогою прямої повернення. Якщо потоки розсіювання значні, то розрахунок рекомендується вести дільницями, як і у разі електромагніта.

Потоки розсіювання у постійних магнітах відіграють значно більшу роль, ніж у електромагнітах. Справа в тому, що магнітна проникність магнітно-твердих матеріалів значно нижча, ніж у магнітно-м'яких, з яких виготовляються системи електромагнітів. Потоки розсіювання викликають значне падіння магнітного потенціалу вздовж постійного магніту та зменшують зв. з, отже, і потік у робочому зазорі.

Коефіцієнт розсіювання виконаних систем коливається у досить широких межах. Розрахунок коефіцієнта розсіювання та потоків розсіювання пов'язаний з великими труднощами. Тому при розробці нової конструкції величину коефіцієнта розсіювання рекомендується визначити на спеціальній моделі, де постійний магніт замінений електромагнітом. Обмотка, що намагнічує, вибирається такою, щоб отримати в робочому зазорі необхідний потік.


Рис.5.8. Магнітного ланцюга з постійним магнітом і потоками розсіювання та витріскування

в) Визначення розмірів магніту необхідної індукції в робочому зазорі.Це завдання є ще важчим, ніж визначення потоку при відомих розмірах. При виборі розмірів магнітного ланцюга зазвичай прагнуть до того, щоб індукція У 0та напруженість Н 0у нейтральному перерізі відповідали максимальному значенню твору Н 0 В 0 .При цьому обсяг магніту буде мінімальним. Надаються такі рекомендації щодо вибору матеріалів. Якщо потрібно при великих проміжках отримати велике значення індукції, то найбільш підходящим матеріалом є магніко. Якщо за великому зазорі необхідно створити невеликі індукції, можна рекомендувати альниси. При малих робочих проміжках і великому значенні індукції доцільно застосування альні.

Перетин магніту вибирається з таких міркувань. Індукція в нейтральному перерізі вибирається рівною 0 .Тоді потік у нейтральному перерізі

,

звідки перетин магніту

.
Величини індукції у робочому зазорі У рта площа полюса є заданими величинами. Найбільш важким є визначення значення коефіцієнта розсіювання.Величина його залежить від конструкції та індукції в осерді. Якщо перетин магніту вийшов великим, застосовують кілька магнітів, включених паралельно. Довжина магніту визначається за умови створення необхідної н. у робочому зазорі при напруженості в тілі магніту Н 0:

де бр – величина робочого зазору.

Після вибору основних розмірів та конструювання магніту проводиться перевірочний розрахунок за методикою, описаною раніше.

г) Стабілізація показників магніту.У процесі роботи магніту спостерігається зменшення потоку робочому зазорі системи - старіння магніту. Розрізняють структурне, механічне та магнітне старіння.

Структурне старіння настає внаслідок того, що після загартування матеріалу в ньому виникають внутрішні напруження, матеріал набуває неоднорідної структури. У процесі роботи матеріал стає більш однорідним, внутрішні напруження зникають. При цьому залишкова індукція В тта коерцитивна сила Н ззменшуються. Для боротьби зі структурним старінням матеріал піддається термообробці як відпустки. При цьому внутрішні напруження в матеріалі зникають. Його характеристики стають стабільнішими. Алюмінієво-нікелеві сплави (альни та ін.) не вимагають структурної стабілізації.

Механічне старіння настає при ударах та вібраціях магніту. Для того, щоб зробити магніт нечутливим до механічних впливів, його піддають штучному старінню. Зразки магніту перед установкою в апарат зазнають таких ударів та вібрації, які мають місце в експлуатації.

Магнітне старіння – зміна властивостей матеріалу під дією зовнішніх магнітних полів. Позитивне зовнішнє поле збільшує індукцію по прямий поворот, а негативне знижує її по кривій розмагнічування. Для того щоб зробити магніт більш стабільним, його піддають дії поля, що розмагнічує, після чого магніт працює на прямий повернення. Через меншу крутість прямого повернення вплив зовнішніх полів зменшується. При розрахунку магнітних систем із постійними магнітами необхідно враховувати, що у процесі стабілізації магнітний потік зменшується на 10-15%.

Існує два основних типи магнітів: постійні та електромагніти. Визначити, що таке постійний магніт, можна виходячи з головного його властивості. Постійний магніт отримав свою назву через те, що його магнетизм завжди «включений». Він генерує власне магнітне поле, на відміну від електромагніту, зробленого з дроту, оберненого навколо залізного сердечника, і струму, що вимагає протікання, для створення магнітного поля.

Історія вивчення магнітних властивостей

Століття тому люди відкрили, що деякі типи гірських порід мають оригінальні особливості: притягуються до залізних предметів. Згадка про магнетит зустрічається в давніх історичних літописах: більше двох тисячоліть тому в європейських і набагато раніше в східноазіатських. Спочатку він оцінювався як цікавий предмет.

Пізніше магнетит почали використовувати для навігації, виявивши, що він прагне зайняти певне становище, коли йому надано свободу обертання. Наукове дослідження, проведене П. Перегріном у 13-му столітті, показало, що сталь може придбати ці особливості після потирання магнетитом.

Намагнічені предмети мали два полюси: «північний» і «південний», щодо магнітного поля Землі. Як виявив Перегрін, ізоляція одного з полюсів не була можливою, якщо розрізати уламок магнетиту надвоє, – кожен окремий фрагмент мав у результаті власну пару полюсів.

Відповідно до сьогоднішніх уявлень магнітне поле постійних магнітів – це результуюча орієнтація електронів у єдиному напрямку. Тільки деякі різновиди матеріалів взаємодіють з магнітними полями, значно менша кількість здатна зберігати постійне МП.

Властивості постійних магнітів

Основними властивостями постійних магнітів та створюваного ними поля є:

  • існування двох полюсів;
  • протилежні полюси притягуються, а однойменні відштовхуються (як позитивні та негативні заряди);
  • магнітна сила непомітно поширюється у просторі і проходить через об'єкти (папір, дерево);
  • спостерігається посилення інтенсивності МП поблизу полюсів.

Постійні магніти підтримують МП без зовнішньої допомоги. Матеріали залежно від магнітних властивостей поділяються на основні види:

  • феромагнетики - легко намагнічуються;
  • парамагнетики – намагнічуються з великими труднощами;
  • діамагнетики – схильні відбивати зовнішнє МП шляхом намагнічування у протилежному напрямі.

Важливо!Магніто-м'які матеріали, такі як сталь, проводять магнетизм при кріпленні до магніту, але це припиняється при його видаленні. Постійні магніти виготовляються із магніто-твердих матеріалів.

Як працює постійний магніт

Його робота пов'язана з атомною структурою. Усі феромагнетики створюють природне, хоч і слабке, МП, завдяки електронам, що оточують ядра атомів. Ці групи атомів здатні орієнтуватися у єдиному напрямі і називаються магнітними доменами. Кожен домен має два полюси: північний і південний. Коли феромагнітний матеріал не намагнічений, його області орієнтовані у випадкових напрямках, які МП компенсують одне одного.

Щоб створити постійні магніти, феромагнетики нагріваються за дуже високих температур і піддаються впливу сильного зовнішнього МП. Це призводить до того, що окремі магнітні домени всередині матеріалу починають орієнтуватися у напрямку зовнішнього МП доти, поки всі домени не вирівняються, досягнувши точки магнітного насичення. Потім матеріал охолоджують і вирівняні домени блокуються в потрібному положенні. Після видалення зовнішнього МП магніто-тверді матеріали утримуватимуть більшу частину своїх доменів, створюючи постійний магніт.

Характеристики постійного магніту

  1. Магнітну силу характеризує залишкова магнітна індукція. позначається Br. Це сила, яка залишається після зникнення зовнішнього МП. Вимірюється у тестах (Тл) або гаусах (Гс);
  2. Коерцитивність чи опір розмагнічування – Нс. Вимірюється А/м. Показує, якою має бути напруженість зовнішнього МП у тому, щоб розмагнітити матеріал;
  3. Максимальна енергія – BHmax. Розраховується шляхом множення залишкової магнітної сили Br та коерцитивності Нс. Вимірюється в МГСЕ (мегагаусерстед);
  4. Коефіцієнт температури залишкової магнітної сили Тс of Br. характеризує залежність Br від температурного значення;
  5. Tmax - найвище значення температури, при досягненні якого постійні магніти втрачають властивості з можливістю зворотного відновлення;
  6. Tcur – найвище значення температури, коли магнітний матеріал безповоротно втрачає характеристики. Цей показник називається температурою Кюрі.

Індивідуальні характеристики магніту змінюються залежно від температури. За різних значеннях температури різні типи магнітних матеріалів працюють по-різному.

Важливо!Усі постійні магніти втрачають відсоток магнетизму під час підйому температури, але з різною швидкістю, що залежить від їх типу.

Типи постійних магнітів

Всього існує п'ять типів постійних магнітів, кожен з яких виготовляється по-різному на основі матеріалів з властивостями:

  • альник;
  • ферити;
  • рідкісноземельні SmCo на основі кобальту та самарію;
  • неодимові;
  • полімерні.

Альнико

Це постійні магніти, що складаються в основному з комбінації алюмінію, нікелю та кобальту, але можуть також включати мідь, залізо та титан. Завдяки властивостям магнітів альнико, вони можуть працювати за найвищих температур, зберігаючи свій магнетизм, проте вони легше розмагнічуються, ніж феритові або рідкоземельні SmCo. Вони були першими постійними серійними магнітами, що заміняли намагнічені метали і дорогі електромагніти.

Застосування:

  • електродвигуни;
  • термічна обробка;
  • підшипники;
  • аерокосмічні апарати;
  • військова техніка;
  • високотемпературне вантажно-розвантажувальне обладнання;
  • мікрофони.

Феріти

Для виготовлення феритових магнітів, відомих ще як керамічні, застосовуються карбонат стронцію та оксид заліза, у співвідношенні 10/90. Обидва матеріали удосталь та економічно доступні.

Через низькі витрати виробництва, стійкості до нагрівання (до 250 ° C) і корозії феритові магніти - одні з найпопулярніших для повсякденного застосування. Вони мають більшу внутрішню коерцитивність, ніж альник, але меншу магнітну силу, ніж неодимові аналоги.

Застосування:

  • звукові колонки;
  • охоронні системи;
  • великі пластинчасті магніти видалення забруднення залізом технологічних ліній;
  • електродвигуни та генератори;
  • медичні інструменти;
  • підйомні магніти;
  • морські пошукові магніти;
  • пристрої, що ґрунтуються на роботі вихрових струмів;
  • вимикачі та реле;
  • гальма.

Рідкоземельні магніти SmCo

Магніти з кобальту та самарію працюють у широкому температурному діапазоні, мають високі температурні коефіцієнти та високу корозійну стійкість. Цей вид зберігає магнітні властивості навіть за температур нижче абсолютного нуля, що робить їх популярними для використання в кріогенних установках.

Застосування:

  • турботехніка;
  • насосні муфти;
  • вологі середовища;
  • високотемпературні пристрої;
  • мініатюрні гоночні автомобілі з електроприводом;
  • радіоелектронні пристрої для роботи у критичних умовах.

Неодимові магніти

Найсильніші існуючі магніти, що складаються зі сплаву неодиму, заліза та бору. Завдяки їхній величезній силі, навіть мініатюрні магніти ефективні. Це забезпечує універсальність використання. Кожна людина постійно знаходиться поряд з одним із неодимових магнітів. Вони є, наприклад, у смартфоні. Виготовлення електродвигунів, медтехніка, радіоелектроніка спираються на надміцні неодимові магніти. Через їх надміцність, величезну магнітну силу і стійкість до розмагнічування можливе виготовлення зразків до 1 мм.

Застосування:

  • жорсткі диски;
  • звуковідтворювальні пристрої – мікрофони, акустичні датчики, навушники, гучномовці;
  • протези;
  • насоси з магнітним зв'язком;
  • дверні доводчики;
  • двигуни та генератори;
  • замки на ювелірних виробах;
  • сканери МРТ;
  • магнітотерапія;
  • датчики ABS у автомобілях;
  • підйомне обладнання;
  • магнітні сепаратори;
  • герконові перемикачі і т.д.

Гнучкі магніти містять магнітні частинки, що знаходяться всередині сполучного полімерного. Використовуються для унікальних пристроїв, де неможливе встановлення твердих аналогів.

Застосування:

  • дисплейна реклама – швидка фіксація та швидке видалення на виставках та заходах;
  • знаки транспортних засобів, навчальні шкільні панелі, логотипи компаній;
  • іграшки, головоломки та ігри;
  • маскування поверхонь для фарбування;
  • календарі та магнітні закладки;
  • віконні та дверні ущільнення.

Більшість постійних магнітів є крихкими і не повинні використовуватися як структурні елементи. Вони виготовляються у стандартних формах: кільця, стрижні, диски, та індивідуальних: трапеції, дуги та ін. Неодимові магніти через високий вміст заліза схильні до корозії, тому покриваються зверху нікелем, нержавіючою сталлю, тефлоном, титаном, каучуком.

Відео

Трансгенерація енергії електромагнітного поля

Сутність досліджень:

Основним напрямом досліджень є вивчення теоретичної та технічної можливості створення пристроїв, що генерують електроенергію за рахунок відкритого автором фізичного процесу трансгенерації енергії електромагнітного поля. Суть ефекту у тому, що з складанні електромагнітних полів (постійних і змінних) складаються не енергії, а амплітуди поля. Енергія поля пропорційна квадрату амплітуди сумарного електромагнітного поля. В результаті, при простому складанні полів енергія сумарного поля може багаторазово перевищувати енергія всіх вихідних полів окремо. Така властивість електромагнітного поля називається неаддитивністю енергії поля. Наприклад, при складанні в стопку трьох плоских постійних дискових магнітів енергія сумарного магнітного поля зростає в дев'ять разів! Аналогічний процес відбувається при складанні електромагнітних хвиль у фідерних лініях та резонансних системах. Енергія сумарної стоячої електромагнітної хвилі може у багато разів перевершувати енергію хвиль та електромагнітного поля до складання. Через війну сумарна енергія системи зростає. Процес описується простою формулою енергії поля:

При додаванні трьох постійних дискових магнітів обсяг поля зменшується втричі, а об'ємна щільність енергії магнітного поля зростає в дев'ять разів. У результаті енергія сумарного поля трьох магнітів разом виявляється втричі більшою за енергію трьох роз'єднаних магнітів.

При складанні в одному обсязі електромагнітних хвиль (у фідерних лініях, резонаторах, котушках також відбувається збільшення енергії електромагнітного поля в порівнянні з вихідною).

Теорія електромагнітного поля демонструє можливість генерації енергії за рахунок перенесення (транс-) та складання електромагнітних хвиль, полів. Розроблена автором теорія трансгенерації енергії електромагнітних полів не суперечить класичній електродинаміці. Уявлення про фізичний континуум, як про надщільне діелектричне середовище з величезною прихованою енергією маси призводить до того, що фізичний простір має енергію і трансгенерація не порушує повний закон збереження енергії (з урахуванням енергії середовища). Неаддитивність енергії електромагнітного поля демонструє, що з електромагнітного поля просте виконання закону збереження енергії немає. Наприклад, теоретично вектора Умова-Пойтинга складання векторів Пойтинга призводить до того, що складається електричне і магнітне поля одночасно. Тому, наприклад, при додаванні трьох векторів Пойтинга, загальний вектор Пойтинга зростає в дев'ять разів, а не втричі, як здається на перший погляд.

Результати досліджень:

Можливість отримання енергії за рахунок складання електромагнітних хвиль досліджень досліджувалися експериментально у різних типах фідерних ліній – хвилеводах, двопровідних, смужкових, коаксіальних. Діапазон частот становить від 300 МГц до 125 ГГц. Потужність вимірювалася як прямо - ватметрами, так і побічно - детекторними діодами та вольтметрами. В результаті при виконанні певних налаштувань у фідерних лініях отримані позитивні результати. При складанні амплітуд полів (у навантаженнях) потужність, що виділяється, в навантаженні перевищує потужність, що подається з різних каналів (використовувалися дільники потужності). Найпростішим досвідом, що ілюструє принцип складання амплітуд, є експеримент, в якому три вузьконаправлені антени синфазно працюють на одну приймальню, до якої підключено ватметр. Результат цього досвіду: потужність, що фіксується на приймальній антені в дев'ять разів більше ніж дає кожна передаюча антена окремо. На приймальній антені складаються амплітуди (три) від трьох передаючих антен, а потужність прийому пропорційна квадрату амплітуди. Тобто при складанні трьох синфазних амплітуд потужність прийому зростає у дев'ять разів!

Слід зауважити, що інтерференції в повітрі (вакуумі) є багатофазною, по ряду ознак відрізняється від інтерференції у фідерних лініях, об'ємних резонаторах, стоячих хвилях у котушках та ін. . Тому, загалом, за багатофазної інтерференції порушення закону збереження енергії носить локальний характер. У резонаторі або за наявності стоячих хвиль у фідерних лініях накладання електромагнітних хвиль не супроводжується перерозподілом електромагнітного поля в просторі. При цьому в чверть та напівхвильових резонаторах відбувається лише додавання амплітуд полів. Енергія складених одному обсязі хвиль відбувається енергію що від генератора в резонатор.

Експериментальні дослідження повністю підтверджують теорію трансгенерації. З практики НВЧ відомо, що навіть при звичайному електричному пробої у фідерних лініях потужність перевищує потужність, що подається від генератора. Наприклад хвилевід, розрахований на потужність НВЧ 100 МВт, пробивається додаванням двох НВЧ потужності по 25 МВт кожна, - при складанні двох зустрічних хвиль НВЧ у хвилеводі. Це може статися при відображенні потужності НВЧ кінця лінії.

Розроблено низку оригінальних принципових схем для генерації енергії з використанням різних типів інтерференції. Основний діапазон частот – це метровий та дециметровий (НВЧ), аж до сантиметрового. На основі трансгенерації можна створити компактні автономні джерела електроенергії.

Зараз поясню: За життя так уже повелося, що особливо сильно не можна, - то особливо (просто жах, як) і хочеться ... А справа тут у наступному. Якийсь рок долі навис над «постійниками», аура таємниці та недомовленості. Всі фізики (дядьки і тітки різні) у постійних магнітах зовсім не рубають (перевірено неодноразово, особисто), і все, напевно, тому, що у всіх підручниках фізики це питання обходиться стороною. Електромагнетизм - це так, це, будь ласка, а ось про постійників ні слова.

Подивимося, що можна вичавити з найрозумнішої книжки «І.В.Савельєв. Курс загальної фізики. Том 2. Електрика і магнетизм», - крутіше цієї макулатури, ви навряд чи зможете щось відкопати. Значить так, в 1820 році якийсь чувак під прізвищем Ерстед зробив досвід з провідником, і поруч компасної стрілкою, що стояла з ним. Нехай електричний струм по провіднику в різних напрямках, він переконався, що стрілка чітко зорієнтується зрозуміло з чим. З досвіду баклан зробив висновок, що магнітне поле має спрямований характер. У пізніший час з'ясували (цікаво, як?), що магнітне поле на відміну від електричного не впливає на заряд, що лежить. Сила виникає лише тоді, коли заряд рухається (беремо на замітку). Заряди (струми), що рухаються, змінюють властивості навколишнього їх простору і створюють у ньому магнітне поле. Тобто звідси випливає, що магнітне поле породжується зарядами, що рухаються.

Ось бачите, все далі в електрику ухиляємось. Адже в магніті ні дуля не рухається і струм у ньому не тече. Ось що з цього приводу зморозив Ампер: він припустив, що в молекулах речовини циркулюють кругові струми (молекулярні струми). Кожен такий струм має магнітний момент і створює в навколишньому просторі магнітне поле. Без зовнішнього поля молекулярні струми спрямовані безладно, внаслідок чого обумовлене ними результуюче поле дорівнює нулю (прикольно, так?). Але цього мало: В силу хаотичної орієнтації магнітних моментів окремих молекул сумарний магнітний момент тіла також дорівнює нулю. - Відчуваєте, як брехня все міцніє і міцніє? ? Під дією поля магнітні моменти молекул набувають переважну орієнтацію в одному напрямку, внаслідок чого магнетик намагнічується – його сумарний магнітний момент стає відмінним від нуля. Магнітні поля окремих молекулярних струмів у разі вже не компенсують одне одного і виникає поле. Ура!

Ну, як?! - Виявляється матеріал магнетика постійно намагнічений (!), лише хаотично. Тобто, якщо почати ділити великий шматок на більш маленькі, і діставшись до самих мікро-при-мікро дребенів, отримаємо нормально працюючі магніти (намагнічені) без будь-якого намагнічування!!! - Ось, марення.

Невелика довідка для загального розвитку: Намагнічення магнетика характеризується магнітним моментом одиниці об'єму. Цю величину називають намагніченістю та позначають буквою «J».

Продовжимо наше занурення. Маленько з електрики: А ви знаєте, що лінії магнітної індукції поля прямого струму є системою охоплюючих провід концентричних кіл? Ні? – Тепер знайте, але не вірте. Просто якщо сказати, то уявіть парасольку. Ручка парасольки це напрям струму, тоді як край самого парасольки (наприклад), тобто. коло - це, типу, лінія магнітної індукції. Причому починається така лінія з повітря і закінчується, зрозуміло, теж ніде! - Ви собі це марення фізично уявляєте? Під цю справу підписали аж трьох чоловіків: закон Біо-Савара-Лапласа називається. Вся запарка йде від того, що десь неправильно уявили саму сутність поля, - чому воно з'являється, що воно є, власне, де починається, куди і як поширюється.

Навіть у абсолютно простих речах вони (ці злісні фізики) морочать всім голови: Спрямованість магнітного поля характеризують векторною величиною (В - вимірюється в теслах). Логічно було б за аналогією з напруженістю електричного поля «Е» назвати «В» напруженістю магнітного поля (типу, функції у них схожі). Однак (увага!) основну силову характеристику магнітного поля назвали магнітною індукцією… Але й цього їм здалося мало, і щоб остаточно все заплутати назву «напруженість магнітного поля» привласнили допоміжній величині «Н», аналогічній допоміжній характеристиці «D» електричного поля. Яке…

Далі з'ясовуючи силу Лоренца, приходять до висновку, що магнітна сила слабша за кулонівську на множник, що дорівнює квадрату відношення швидкості заряду до швидкості світла (тобто магнітна складова сили менша за електричну складову). Таким чином приписуючи магнітним взаємодіям релятивістський ефект! Для зовсім маленьких поясню: Жив на початку століття дядько Ейнштейн і придумав він теорію відносності, прив'язавши всі процеси до швидкості світла (чисте марення). Тобто, якщо розігнатися до швидкості світла, час зупиниться, а якщо перевищити її, то піде назад… Всім уже давно зрозуміло, що це була просто світова наколка жартівника Ейнштейна, і що все це, м'яко сказати, - неправда. Ось тепер ще й магніти з їхніми властивостями до цієї лабудятини прикували, - за що їх так?

Ще маленька довідка: Пан Ампер вивів чудову формулу, і виявилося, що якщо до магніту піднести провід, ну чи залізяку яку, то магніт не провід притягувати буде, а заряди, які рухаються провідником. Назвали це пафосно: «Закон Ампера»! Мало не врахували, що якщо провідник до батареї не підключений і струм не тече, то він все одно до магніту прилипає. Відмазку таку вигадали, що, мовляв, заряди все одно є, тільки рухаються хаотично. Ось вони до магніту і липнуть. Цікаво, це ж звідки там, у мікрообсягах ЕРС береться, щоби ці заряди хаотично ковбасити. Це просто вічний двигун! І не нагріваємо нічого, - енергією не накачуємо… Або ще прикол: Наприклад, алюміній - теж метал, а от зарядів у нього, чомусь, хаотичних немає. Ну не липне алюміній до магніту! … або зроблений він із дерева…

Ах да! Я ще не розповів, як спрямований вектор магнітної індукції (таке треба знати). Так ось, згадавши нашу парасольку, уявімо, що по колу (край парасольки) ми пустили струм. Внаслідок цієї простенької операції вектор спрямований нашою думкою у бік ручки точно по центру палички. Якщо ж провідник зі струмом має неправильні контури, то все зникло, - простота випаровується. З'являється додатковий вектор під назвою дипольний магнітний момент (у разі парасольки він теж є, просто направлений туди ж, куди і вектор магнітної індукції). Починається страшний розколбас у формулах, - усілякі інтеграли за контуром, синуси-косинуси і т.д. – Кому треба, може сам поцікавитись. І варто згадати, що струм треба пускати за правилом правого буравчика, тобто. за годинниковою стрілкою тоді вектор буде від нас. Це з поняттям позитивної нормалі. Гаразд, їдемо далі…

Товариш Гаус подумав трохи і вирішив, що відсутність у природі магнітних зарядів (насправді Дірак припустив, що вони є, тільки їх ще не виявили) призводить до того, що лінії вектора «В» не мають ні початку, ні кінця. Тому кількість перетинів, що виникають при виході ліній «В» з об'єму, обмеженого деякою поверхнею «S», завжди дорівнює кількості перетинів, що виникають при вході ліній у цей обсяг. Отже, потік вектора магнітної індукції через будь-яку замкнуту поверхню дорівнює нулю. Інтерпретуємо тепер все в нормальну російську мову: Будь-яка поверхня, як легко уявити, десь закінчується, а отже, є замкнутою. "Рівний нулю" - це означає, що його немає. Робимо не складний висновок: "Потоку ніколи ніде немає" !!! - Правда круто! (Насправді це означає лише те, що потік рівномірний). Я думаю, що на цьому слід зупинитися, оскільки далі йдуть ТАКІ дрібниці та глибина, що… Такі штуки, як дивергенція, ротор, векторний потенціал глобально складні і навіть у цій мега-праці розбираються не повністю.

Тепер трохи про форму магнітного поля у провідниках зі струмом (як база для нашої подальшої розмови). Ця тема буває набагато туманніше, ніж ми звикли щось думати. Про прямий провідник я вже написав, - поле у ​​формі тонкого циліндра вздовж провідника. Якщо намотати котушку на циліндричній картонці і пустити струм, то поле у ​​такій конструкції (а називається вона розумно, - соленоїд) буде таким самим, як і у аналогічного циліндричного магніту, тобто. лінії виходять з торця магніту (або передбачуваного циліндра) і входять до іншого торця, утворюючи в просторі подібність еліпсів. Чим довша котушка або магніт, тим більш плоскі та витягнуті еліпси виходять. У кільця з напругою прикольне поле: саме у формі тора (представте поле прямого провідника згорнутого в калачик). З тороїдом взагалі хохма (це тепер уже соленоїд, згорнутий у бублик), - у нього поза ним самої магнітної індукції немає (!). Якщо взяти нескінченно довгий соленоїд, то та ж фігня. Тільки ми знаємо, що нескінченного нічого не буває, ось тому у соленоїда з торців і бризкає, фонтанує типу;))) . А ще, - усередині соленоїда та тороїда поле однорідне. ВО як.

Ну що ще корисно знати? - Умови на межі двох магнетиків виглядають точно, як промінь світла на межі двох середовищ (заломлюється і змінює свій напрямок), тільки у нас не промінь, а вектор магнітної індукції та різна магнітна проникність (а не оптична) наших магнетиків (серед). Або ще: маємо сердечник і котушку на ньому (електромагніт, типу), як ви думаєте, де тусуються лінії магнітної індукції? - В основному зосереджені всередині сердечника, тому, що у нього магнітна проникність шалена, та й ще щільно так упаковані в повітряний зазор між сердечником і котушкою. Ось тільки в самій обмотці ні дуля немає. Тому бічною поверхнею котушки ви нічого не примагнітите, - а тільки сердечником.

Хей, ви ще не заснули? Ні? Тоді продовжимо. Виявляється, всі матеріали в природі діляться не на два класи: магнітні і не магнітні, а на три (залежно від знака та величини магнітної сприйнятливості): 1. Діамагнетики, у яких вона мала і негативна за величиною (коротше, практично нульова, і намагнітити їх ні за що не зможете), 2. Парамагнетики, у яких вона теж невелика але позитивна (теж близько нуля; намагнітити можна маленько, але ви це все одно не відчуєте, так що один фіг), 3. Феромагнетики, у яких вона позитивна і досягає просто гігантських значень (у 1010 разів більше ніж у парамагнетиків!), Крім того, у феромагнетиків сприйнятливість є функцією напруженості магнітного поля. Насправді є ще один вид речовин, це діелектрики, у них зовсім зворотні властивості і вони нам не цікаві.

Нас, звичайно, цікавлять феромагнетики, які називаються так через включення заліза (ферум). Залізо може бути замінено на аналогічні за властивостями хім. елементи: нікель, кобальт, гадоліній, їх сплави та сполуки, а також деякі сплави та сполуки марганцю та хрому. Вся ця байда з намагніченістю працює тільки якщо речовина в кристалічному стані. (Намагніченість залишається завдяки ефекту під назвою «Петля Гістерезису», - ну це ви всі і так знаєте). Цікаво дізнатися, що є якась «температура Кюрі», причому це не якась певна температура, а для кожного матеріалу своя, при перевищенні якої всі феромагнітні властивості зникають. Дуже шалено дізнатися, що існують речовини і п'ятої групи, - називаються антиферомагнетики (ербій, диспозій, сплави марганцю та МЕДІ!!!). У цих спец матеріалів є ще одна температура: «антиферомагнітна точка Кюрі» або «точка Нееля», - нижче за яку стійкі властивості цього класу також зникають. (Вище верхньої точки речовина поводиться як парамагнетик, а при температурах, менших нижньої точки Нееля, стає феромагнетиком).

Я чому це так спокійно розповідаю? - Звертаю вашу увагу, що я ніколи не казав, що хімія - неправильна наука (тільки фізика), - а це чиста хімія. Уявіть собі: берете мідь, охолоджуєте її нехило, намагнічуєте, - і у вас в руках (у рукавичках? лежить магніт. А мідь то не магнітна!!! - Правда, кльово.

Ще нам з цієї книжки можуть знадобитися кілька речей чисто електромагнітних, для створення альтернативи, наприклад. Явище номер 1: У 1831 році Фарадей виявив, що в замкнутому контурі, що проводить, при зміні потоку магнітної індукції через поверхню, обмежену цим контуром, виникає електричний струм. Це явище називають електромагнітною індукцією, а струм, що виникає, індукційним. А тепер найголовніше: Величина ЕРС індукції не залежить від способу, яким здійснюється зміна магнітного потоку, та визначається лише швидкістю зміни потоку! - Дозріває думка: Чим швидше крутиться ротор зі шторками, тим більшого значення досягає наведена ЕРС, і тим більше напруга, що знімається з вторинного ланцюга альтернатора (з котушок). Щоправда, дядько Ленц нагадував нам своїм «Правилом Ленца»: індукційний струм завжди спрямований так, щоб протидіяти причині, що його викликає. Пізніше поясню, як це діло в альтернаторі (та й інших моделях) обходиться.

Явление номер 2: Індукційні струми можуть збуджуватися і суцільних потужних провідниках. В цьому випадку їх називають струмами Фуко або вихровими струмами. Електричний опір потужного провідника мало, тому струми Фуко можуть досягати дуже великої сили. Відповідно до правила Ленца струми Фуко вибирають усередині провідника такі шляхи та напрями, щоб своєю дією можливо сильніше чинити опір причині, яка їх викликає. Тому поле, що рухається в сильному магніті, хороші провідники відчувають сильне гальмування, обумовлене взаємодією струмів Фуко з магнітним полем. Це треба знати та враховувати. Наприклад, в альтернативі, якщо зробити за загальноприйнятою неправильною схемою, то в шторках, що рухаються, виникають струми Фуко, та й гальмують процес, звичайно. Про це, наскільки я розумію, взагалі ніхто не думав. (Примітка: Єдиним винятком є ​​уніполярна індукція, відкрита Фарадеєм та вдосконалена Теслой, за якої не виникає шкідливого впливу самоіндукції).

Явище номер 3: Електричний струм, що тече у будь-якому контурі, створює пронизуючий цей контур магнітний потік. При змінах струму змінюється також магнітний потік, внаслідок чого в контурі індукується ЕРС. Це називається самоіндукцією. У статті про альтернаторів розповім і про це явище.

До речі, про струми Фуко. Можна провести прикольний досвід. Легкий до неподобства. Візьмемо великий, товстий (товщиною не менше 2 мм) мідний або алюмінієвий лист і поставимо його під кутом до підлоги. Пустимо вільно ковзати вниз його похилою поверхні «сильний» постійний магніт. І … Дивно! Постійний магніт ніби притягується до листа і ковзає помітно повільніше, ніж, наприклад, по дерев'яній поверхні. Чому? Типу, «фахівець» відразу відповість - «У листовому провіднику, при русі магніту, виникають вихрові електричні струми (струми Фуко), які перешкоджають зміні магнітного поля, а отже, і перешкоджають переміщенню постійного магніту вздовж поверхні провідника». Але замислимося! Вихровий електричний струм, це вихровий рух електронів провідності. Що заважає вільному переміщенню вихору електронів провідності вздовж поверхні провідника? Інертна маса електронів провідності? Втрати енергії при зіткненні електронів із кристалічними ґратами провідника? Ні, цього не спостерігається, і взагалі не може бути. То що заважає вільному руху вихрових струмів уздовж провідника? Не знаєте? І ніхто відповісти не зможе, тому що вся фізика брехня.

Тепер парочка цікавих думок щодо сутності постійних магнітів. У машині Говарда Р. Джонсона, точніше в патентній документації до неї, висловлено ось яка ідея: «Даний винахід відноситься до методу використання спинів непарних електронів у феромагнетиці та інших матеріалах, які є джерелами магнітних полів, для виробництва потужності без потоку електронів, як це відбувається у звичайних електричних провідниках і до моторів з постійними магнітами для використання даного методу при створенні джерела потужності. У практиці даного винаходу спини непарних електронів, що знаходяться всередині постійних магнітів, використовуються для того, щоб створити джерело рушійної потужності єдино шляхом надпровідних характеристик постійних магнітів і магнітного потоку, створеного магнітами, який керується і концентрується таким чином, щоб орієнтувати магнітні сили для постійного виробництва корисної роботи, такий як усунення ротора щодо статора». Зазначимо, що Джонсон пише у своєму патенті про постійний магніт, як про систему зі «надпровідними характеристиками»! Струм електронів у постійному магніті - прояв реальної надпровідності, для якої не потрібна система охолодження провідників, щоб забезпечити нульовий опір. Більше того, «опір» має бути негативним, щоб магніт міг зберігати та відновлювати свій намагнічений стан.

А що, ви думаєте, що все про "постійників" знаєте? Ось просте питання: - А як виглядає картина силових ліній простого феромагнітного кільця (магніт від звичайного динаміка)? Чомусь, тільки всі вважають, що так само, як і в будь-якого кільцевого провідника (а в книгах, звичайно, в жодній не намальовано). І ось тут ви і помиляєтеся!

Насправді (див. малюнок) в області, що прилягає до отвору кільця, з лініями відбувається щось незрозуміле. Замість того, щоб безперервно пронизувати його, вони розходяться, окреслюючи фігуру, що нагадує туго набитий мішок. Він має, як би дві зав'язки - вгорі і внизу (особливі точки 1 і 2) - магнітне поле в них змінює напрямок.

Можна зробити класний досвід (типу, нормально не зрозумілий;), - піднесемо знизу до феритового кільця сталеву кульку, а до його нижньої частини металеву гайку. Вона одразу притягнеться до нього (рис. а). Тут все зрозуміло - кулька, потрапивши в магнітне поле кільця, стала магнітом. Далі станемо вносити кульку знизу вгору в кільце. Тут гайка відвалиться і впаде на стіл (рис. б). Ось вона, нижня особлива точка! У ній змінився напрямок поля, кулька стала перемагнічуватись і перестала притягувати гайку. Піднявши кульку вище за особливу точку, гайку знову можна примагнітити до неї (рис. в). Цю приколку з магнітними лініями першим виявив М.Ф. Востриків.

PS: І насамкінець постараюся сформулювати свою позицію по відношенню до сучасної фізики. Я не проти досвідчених даних. Якщо піднесли магніт, і він притяг залізяку, значить притяг. Якщо магнітний потік наводить ЕРС, значить наводить. З цим не посперечаєшся. Але (!) Ось висновки, які роблять вчені, … їх пояснення цих та інших процесів, часом просто смішні (м'яко сказати). І не часом, а часто. Практично завжди…

Щоб зрозуміти, як збільшити силу магніту, потрібно розібратися у процесі намагнічування. Це станеться, якщо магніт розташувати у зовнішньому магнітному полі протилежною стороною до вихідної. Збільшення потужності електромагніта відбувається тоді, коли збільшується подача струму або множаться витки обмотки.


Збільшити силу магніту можна за допомогою стандартного набору необхідного обладнання: клею, набору магнітів (потрібні саме постійні), джерела струму та ізольованого дроту. Вони знадобляться для тих способів збільшення сили магніту, які представлені нижче.

Посилення за допомогою потужнішого магніту

Цей спосіб полягає у використанні потужнішого магніту для посилення вихідного. Для здійснення треба помістити один магніт у зовнішнє магнітне поле іншого, що має більшу потужність. Також із цією ж метою застосовують електромагніти. Після утримання магніту в полі іншого, станеться посилення, але специфіка полягає у непередбачуваності результатів, оскільки для кожного елемента така процедура працюватиме індивідуально.



Посилення за допомогою додавання інших магнітів

Відомо, кожен магніт має два полюси, причому кожен притягує протилежний знак інших магнітів, а відповідний – не притягує, лише відштовхує. Як збільшити потужність магніту, використовуючи клей та додаткові магніти. Тут передбачається додавання інших магнітів для збільшення підсумкової потужності. Адже чим більше магнітів, тим, відповідно, буде більша сила. Єдине, що потрібно врахувати, – це приєднання магнітів однойменними полюсами. У процесі вони відштовхуватимуться, відповідно до законів фізики. Але завдання полягає у склеюванні, незважаючи на складності у фізичному плані. Найкраще використовувати клей, який призначений для склеювання металів.

Метод посилення з використанням точки Кюрі

У науці є поняття точки Кюрі. Посилення або ослаблення магніту можна зробити, нагріваючи або охолоджуючи його щодо цієї точки. Так, нагрівання вище точки Кюрі або сильне охолодження (набагато нижче за неї) призведе до розмагнічування.

Слід зазначити, що властивості магніту при нагріванні та охолодженні щодо точки Кюрі мають стрибкоподібну властивість, тобто, досягнувши правильної температури, можна посилити його потужність.

Метод №1

Якщо виникло питання, як зробити магніт сильнішим, якщо його сила регулюється електричним струмом, зробити це можна за допомогою збільшення струму, який подається на обмотку. Тут йде пропорційне збільшення потужності електромагніту та подачі струму. Головне, ⸺ поступове подання, щоб не допустити перегорання.

Метод №2

Для цього треба збільшити кількість витків, але довжина повинна залишатися незмінною. Тобто, можна зробити один-два додаткові ряди дроту, щоб загальна кількість витків побільшала.

У цьому розділі розглянуті способи, як збільшити силу магніту в домашніх умовах, для експериментів можна замовити на сайті МирМагнітів.

Посилення звичайного магніту

Безліч питань виникає, коли звичайні магніти перестають виконувати свої прямі функції. Це часто відбувається через те, що побутові магніти такими не є, адже, по суті, вони намагнічені металеві частини, що втрачають властивості з часом. Посилити потужність таких деталей або повернути їм властивості, які були спочатку неможливо.

Треба зауважити, що прикріплювати до них магніти, навіть потужніші, не має сенсу, оскільки, при їх з'єднанні зворотними полюсами, зовнішнє поле стає слабшим або взагалі нейтралізується.

Це можна перевірити за допомогою звичайної побутової фіранки-москітки, яка має закриватися посередині за допомогою магнітів. Якщо на слабкі вихідні магніти зверху прикріпити потужніші, то в результаті штора взагалі втратить властивості з'єднання за допомогою тяжіння, тому що протилежні полюси нейтралізують зовнішні поля один одного на кожній із сторін.

Експерименти з неодимовими магнітами

Неомагніт досить популярний, його склад: неодим, бор, залізо. Такий магніт має високу потужність і відрізняється стійкістю до розмагнічування.

Як посилити неодим? Неодим дуже схильний до корозії, тобто швидко іржавіє, тому неодимові магніти покривають нікелем, щоб підвищити термін служби. Також вони нагадують кераміку, їх легко розбити чи розколоти.

Але намагатися збільшувати його потужність штучним способом немає сенсу, тому що це постійний магніт, він має певний рівень сили. Тому, якщо вам необхідно мати більш потужний неодим, краще придбати його з огляду на потрібну силу нового.


Висновок: у статті розглянуто тему, як збільшити силу магніту, зокрема, як збільшити потужність неодимового магніту. Виходить, що є кілька способів збільшити властивості магніту. Тому що буває просто намагнічений метал, збільшити силу якого неможливо.

Найбільш прості способи: за допомогою клею та інших магнітиків (вони повинні бути приклеєні ідентичними полюсами), а також більш потужного, у зовнішньому полі якого повинен знаходиться вихідний магніт.

Розглянуто способи збільшення сили електромагніту, які полягають у додатковій обмотці проводами або посилення надходження струму. Єдине, що потрібно враховувати - це силу надходження струму з метою безпеки та безпеки апарату.

Звичайні та неодимові магніти не здатні піддаватися на збільшення власної потужності.