От какво са направени магнитите?

Съдържание

• TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
• Определяне на магнити и магнетизъм
• Видове магнити
• Постоянни магнити
• Временни магнити
• Електромагнити
• Най-големият магнит в света

Магнитите изглеждат загадъчни. Невидимите сили изтеглят магнитните материали заедно или с преобръщане на един магнит ги избутват. Колкото по-силни са магнитите, толкова по-силно е привличането или отблъскването. И, разбира се, самата Земя е магнит. Докато някои магнити са направени от стомана, други видове магнити съществуват.

TL; DR (Твърде дълго; Не четях)

Магнетитът е естествен магнитен минерал. Въртящото се земно ядро ​​генерира магнитно поле. Магнитите Alnico са изработени от алуминий, никел и кобалт с по-малки количества алуминий, мед и титан. Керамичните или феритовите магнити са направени или от бариев оксид, или от стронциев оксид, легиран с железен оксид. Два рядкоземен магнит са самариев кобалт, който съдържа сплав на самарий-кобалт с микроелементи (желязо, мед, циркон) и неодимови железни борни магнити.

Определяне на магнити и магнетизъм

Всеки обект, който произвежда магнитно поле и взаимодейства с други магнитни полета, е магнит. Магнитите имат положителен край или полюс и отрицателен край или полюс. Линиите на магнитното поле се движат от положителния полюс (наричан още северен полюс) към отрицателния (южния) полюс. Магнетизмът се отнася до взаимодействието между два магнита. Противоположностите привличат, така че положителният полюс на магнит и отрицателният полюс на друг магнит се привличат един друг.

Видове магнити

Съществуват три основни типа магнити: постоянни магнити, временни магнити и електромагнити. Постоянните магнити запазват магнитното си качество за дълги периоди от време. Временните магнити бързо губят магнетизма си. Електромагнитите използват електрически ток за генериране на магнитно поле.

Постоянни магнити

Постоянните магнити запазват магнитните си свойства за дълги периоди от време. Промените в постоянните магнити зависят от силата на магнита и състава на магнитите. Промените обикновено се случват поради промени в температурата (обикновено повишаване на температурата). Магнитите, загряти до температурата на Кюри, трайно губят магнитното си свойство, защото атомите се изместват извън конфигурацията, която причинява магнитния ефект. Температурата на Кюри, наречена за откривателя Пиер Кюри, варира в зависимост от магнитния материал.

Магнетитът, естествено срещащ се постоянен магнит, е слаб магнит. По-силни постоянни магнити са алино, неодимов железен бор, самарий-кобалт и керамични или феритни магнити. Всички тези магнити отговарят на изискванията на определението за постоянен магнит.

магнетит

Магнетитът, наричан още лодстоун, предоставя игли за компас от изследователи, вариращи от китайски ловци на нефрит до световни пътешественици. Минералният магнетит се образува при нагряване на желязо в атмосфера с ниско съдържание на кислород, което води до съединението на железния оксид Fe₃О₄, Слипове от магнетит служат като компаси. Компасите датират от около 250 г. пр.н.е. в Китай, където бяха наречени южни указатели.

Магнити от сплав Alnico

Алнико магнити обикновено се използват магнити, произведени от съединение от 35 процента алуминий (Al), 35 процента никел (Ni) и 15 процента кобалт (Co) със 7 процента алуминий (Al), 4 процента мед (Cu) и 4 процента титан ( Ti). Тези магнити са разработени през 30-те години и стават популярни през 40-те години. Температурата има по-малък ефект върху магнитите Alnico в сравнение с другите изкуствено създадени магнити. Магнитите на Alnico обаче могат да бъдат демагнетизирани по-лесно, така че магнитите Alnico и подкови трябва да се съхраняват правилно, за да не се демагнетизират.

Alnico магнити се използват по много начини, особено в аудио системи като високоговорители и микрофони. Предимствата на магнитите Alnico включват висока устойчивост на корозия, висока физическа здравина (не се струпва, не се напуква и не се счупва лесно) и устойчивост на висока температура (до 540 градуса по Целзий). Недостатъците включват по-слабо магнитно дърпане от другите изкуствени магнити.

Керамични (феритни) магнити

През 50-те години е разработена нова група магнити. Твърдите шестоъгълни ферити, наричани още керамични магнити, могат да бъдат нарязани на по-тънки филийки и да бъдат изложени на ниско ниво на демагнетизиране на полета, без да губят магнитните си свойства. Те също са евтини за изработка. Молекулярната шестоъгълна феритна структура се среща както в бариев оксид, легиран с железен оксид (BaO ∙ 6Fe₂О₃) и стронциев оксид, легиран с железен оксид (SrO ∙ 6Fe₂О₃). Феритът на стронций (Sr) има малко по-добри магнитни свойства. Най-често използваните постоянни магнити са феритни (керамични) магнити. Освен цената, предимствата на керамичните магнити включват добра устойчивост на демагнетизация и висока устойчивост на корозия. Те обаче са чупливи и се чупят лесно.

Самариум-кобалтови магнити

Самориево-кобалтовите магнити са разработени през 1967 г. Тези магнити с молекулен състав на SmCo₅, се превърнаха в първите търговски постоянни магнити от рядкоземен и преходен метал. През 1976 г. е разработена сплав от самариев кобалт с микроелементи (желязо, мед и циркон) с молекулна структура на Sm₂(Co, Fe, Cu, Zr)₁₇, Тези магнити имат голям потенциал за използване при приложения с по-висока температура, до около 500 С, но високата цена на материалите ограничава използването на този тип магнити. Самарият е рядък дори сред редкоземните елементи, а кобалтът е класифициран като стратегически метал, така че доставките се контролират.

Самариум-кобалтовите магнити работят добре при влажни условия. Други предимства включват висока топлоустойчивост, устойчивост на ниски температури (-273 C) и висока устойчивост на корозия. Подобно на керамичните магнити обаче, самарий-кобалтовите магнити са крехки. Те са, както беше посочено, по-скъпи.

Неодимови железни борови магнити

Неодимовите железни борове (NdFeB или NIB) са изобретени през 1983 г. Тези магнити съдържат 70 процента желязо, 5 процента бор и 25 процента неодим, рядкоземен елемент. NIB магнитите корозират бързо, така че те получават защитно покритие, обикновено никел, по време на производствения процес. Вместо никел могат да се използват покрития от алуминий, цинк или епоксидна смола.

Въпреки че NIB магнитите са най-силните известни постоянни магнити, те имат и най-ниската температура на Кюри, около 350 C (някои източници казват, че е 80 ° C), на други постоянни магнити. Тази ниска температура на Кюри ограничава тяхното промишлено използване. Неодимовите железни борови магнити се превърнаха в съществена част от домакинската електроника, включително мобилни телефони и компютри. Неодимовите железни борови магнити се използват и в апаратите за магнитно-резонансно изображение (MRI).

Предимствата на NIB магнитите включват съотношение мощност / тегло (до 1300 пъти), висока устойчивост на демагнетизация при удобни за човека температури и икономическа ефективност. Недостатъците включват загуба на магнетизъм при по-ниски температури на Кюри, ниска устойчивост на корозия (ако покритието е повредено) и крехкост (може да се счупи, да се напука или да се счупи при внезапни сблъсъци с други магнити или метали. (Вижте ресурси за магнитни плодове, дейност, използваща NIB магнити .)

Временни магнити

Временните магнити се състоят от така наречените материали от меко желязо. Мекото желязо означава, че атомите и електроните са в състояние да се подравнят вътре в желязото, като се държат като магнит за известно време. Списъкът с магнитни метали включва пирони, хартиени щипки и други материали, съдържащи желязо. Временните магнити стават магнити, когато са изложени на магнитно поле или са поставени в него. Например иглата, втрита от магнит, става временен магнит, защото магнитът кара електроните да се подравняват в иглата. Ако магнитното поле или излагането на магнита е достатъчно силно, меките ютии могат да станат постоянни магнити, поне докато топлина, шок или време не причинят атомите да загубят подравняването си.

Електромагнити

Третият вид магнит възниква, когато електричеството преминава през жица. Увиването на жицата около мека желязна сърцевина усилва силата на магнитното поле. Увеличаването на електричеството увеличава силата на магнитното поле. Когато токът тече през жицата, магнитът работи. Спрете потока на електроните и магнитното поле се срива. (Вижте Ресурси за PhET симулация на електромагнетизъм.)

Най-големият магнит в света

Най-големият магнит в света е всъщност Земята. Земното твърдо желязо-никелово вътрешно ядро, въртящо се в течното желязо-никелово външно ядро, се държи като динамо, генериращо магнитно поле. Слабото магнитно поле действа като магнит, наклонен на около 11 градуса от оста на Земята. Северният край на това магнитно поле е южният полюс на магнита на лентата. Тъй като противоположни магнитни полета се привличат взаимно, северният край на магнитен компас сочи към южния край на магнитното поле на Земята, разположен близо до северния полюс (казано по друг начин, магнитният полюс на Земята всъщност е разположен близо до географския северен полюс , въпреки че често виждате този южен магнитен полюс, обозначен като северния магнитен полюс).

Земното магнитно поле генерира магнитосферата, която заобикаля Земята. Взаимодействието на слънчевия вятър с магнитосферата причинява северната и южната светлина, известна като Aurora Borealis и Aurora Australis.

Магнитното поле на Земята също влияе на минералите от желязо в потоците от лава. Минералите на желязото в лавата се изравняват с магнитното поле на Земята. Тези подравнени минерали „замръзват“ на мястото си, когато лавата се охлажда. Проучванията на магнитните изравнения в базалтовите потоци от двете страни на средноатлантическия хребет дават доказателства не само за обръщане на магнитното поле на Земята, но и за теорията на тектониката на плочите.