Obsah
- TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
- Definovanie magnetov a magnetizmu
- Druhy magnetov
- Permanentné magnety
- Dočasné magnety
- elektromagnety
- Najväčší magnet na svete
Magnety vyzerajú záhadne. Neviditeľné sily ťahajú magnetické materiály k sebe, alebo ich preklápajú jedným magnetom. Čím silnejšie magnety, tým silnejšie príťažlivosť alebo odpor. A samozrejme, Zem samotná je magnet. Zatiaľ čo niektoré magnety sú vyrobené z ocele, existujú aj iné druhy magnetov.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
Magnetit je prírodný magnetický minerál. Pradenie Zeme vytvára magnetické pole. Alnico magnety sú vyrobené z hliníka, niklu a kobaltu s menším množstvom hliníka, medi a titánu. Keramické alebo feritové magnety sú vyrobené buď z oxidu bárnatého, alebo z oxidu strontnatého legovaného s oxidom železa. Dva magnety vzácnych zemín sú samarium-kobalt, ktorý obsahuje zliatinu samarium-kobaltu so stopovými prvkami (železo, meď, zirkón) a neodymové železité bóry.
Definovanie magnetov a magnetizmu
Akýkoľvek predmet, ktorý vytvára magnetické pole a interaguje s inými magnetickými poľami, je magnet. Magnety majú kladný koniec alebo pól a záporný koniec alebo pól. Čiary magnetického poľa sa pohybujú od kladného pólu (nazývaného aj severný pól) k zápornému (južnému) pólu. Magnetizmus sa týka interakcie medzi dvoma magnetmi. Protiklady priťahujú, takže kladný pól magnetu a záporný pól iného magnetu navzájom priťahujú.
Druhy magnetov
Existujú tri všeobecné typy magnetov: permanentné magnety, dočasné magnety a elektromagnetické magnety. Permanentné magnety si dlhodobo udržiavajú svoju magnetickú kvalitu. Dočasné magnety rýchlo strácajú svoj magnetizmus. Elektromagnety používajú elektrický prúd na generovanie magnetického poľa.
Permanentné magnety
Permanentné magnety si dlhodobo udržiavajú svoje magnetické vlastnosti. Zmeny permanentných magnetov závisia od sily magnetu a zloženia magnetov. K zmenám zvyčajne dochádza v dôsledku zmien teploty (zvyčajne stúpajúcich teplôt). Magnety zohriaty na svoju Curieho teplotu trvalo strácajú svoje magnetické vlastnosti, pretože atómy sa posunú z konfigurácie, ktorá spôsobuje magnetický efekt. Teplota Curie, pomenovaná podľa objaviteľa Pierra Curie, sa líši v závislosti od magnetického materiálu.
Magnetit, prirodzene sa vyskytujúci permanentný magnet, je slabý magnet. Silnejšími permanentnými magnetmi sú Alnico, neodýmový železný bór, samarium-kobalt a keramické alebo feritové magnety. Všetky tieto magnety spĺňajú požiadavky definície permanentných magnetov.
magnetit
Magnetit, tiež nazývaný lodestone, poskytoval ihly kompasu od prieskumníkov od čínskych lovcov nefritov po svetových cestovateľov. Minerálny magnetit sa tvorí, keď sa železo zahrieva v atmosfére s nízkym obsahom kyslíka, čo vedie k zlúčenine oxidu železa Fe3O4, Ako kompasy slúžia kúsky magnetitu. Kompasy sa datujú okolo 250 ° C. v Číne, kde sa nazývali južné ukazovatele.
Alnico Alloy Magnets
Alnico magnety sú bežne používané magnety vyrobené zo zmesi 35% hliníka (Al), 35% niklu (Ni) a 15% kobaltu (Co) so 7% hliníka (Al), 4% medi (Cu) a 4% titánu ( ti). Tieto magnety boli vyvinuté v 30. rokoch 20. storočia a populárnejšie v 40. rokoch 20. storočia. Teplota má menší vplyv na Alnico magnety ako iné umelo vytvorené magnety. Alnico magnety sa však môžu ľahšie odmagnetovať, takže Alnico tyčové a podkovové magnety sa musia správne skladovať, aby sa nestali demagnetizované.
Alnico magnety sa používajú mnohými spôsobmi, najmä vo zvukových systémoch, ako sú reproduktory a mikrofóny. Medzi výhody magnetov Alnico patrí vysoká odolnosť proti korózii, vysoká fyzikálna pevnosť (ľahko sa nedeformuje, neláma alebo neláma) a vysoká teplotná odolnosť (do 540 stupňov Celzia). Nevýhody zahŕňajú slabší magnetický ťah ako iné umelé magnety.
Keramické (feritové) magnety
V 50-tych rokoch bola vyvinutá nová skupina magnetov. Tvrdé šesťuholníkové ferity, tiež nazývané keramické magnety, môžu byť rozrezané na tenšie plátky a vystavené nízkoúrovňovým demagnetizačným poliam bez straty ich magnetických vlastností. Sú tiež lacné robiť. Molekulárna hexagonálna feritová štruktúra sa vyskytuje v oboch oxidoch bárnatých legovaných s oxidom železa (BaO ∙ 6Fe2O3) a oxid strontnatý legovaný s oxidom železa (SrO ∙ 6Fe2O3). Feron stroncia (Sr) má o niečo lepšie magnetické vlastnosti. Najčastejšie používanými permanentnými magnetmi sú feritové (keramické) magnety. K výhodám keramických magnetov patrí okrem nákladov dobrá odolnosť proti demagnetizácii a vysoká odolnosť proti korózii. Sú však krehké a ľahko sa zlomia.
Samarium-kobaltové magnety
Samarium-kobaltové magnety boli vyvinuté v roku 1967. Tieto magnety majú molekulové zloženie SmCo5, sa stal prvým komerčným permanentným magnetom vzácnych zemín a prechodných kovov. V roku 1976 bola vyvinutá zliatina kobaltu samária so stopovými prvkami (železo, meď a zirkón) s molekulovou štruktúrou Sm2(Co, Fe, Cu, Zr)17, Tieto magnety majú veľký potenciál na použitie v aplikáciách pri vyšších teplotách, až do približne 500 ° C, ale vysoké náklady na materiály obmedzujú použitie tohto typu magnetov. Samárium je zriedkavé aj medzi prvkami vzácnych zemín a kobalt je klasifikovaný ako strategický kov, takže zásoby sú kontrolované.
Samarium-kobaltové magnety dobre fungujú vo vlhkých podmienkach. Medzi ďalšie výhody patrí vysoká tepelná odolnosť, odolnosť voči nízkym teplotám (-273 ° C) a vysoká odolnosť proti korózii. Rovnako ako keramické magnety, sú však samarium-kobaltové magnety krehké. Ako je uvedené, sú drahšie.
Neodymové magnety z bóru železa
Neodymové železité bóry (NdFeB alebo NIB) boli vyvinuté v roku 1983. Tieto magnety obsahujú 70 percent železa, 5 percent bóru a 25 percent neodym, prvok vzácnych zemín. NIB magnety rýchlo korodujú, takže počas výrobného procesu dostávajú ochranný povlak, zvyčajne nikel. Namiesto niklu sa môžu použiť povlaky z hliníka, zinku alebo epoxidovej živice.
Hoci sú NIB magnety najsilnejšie známe permanentné magnety, majú tiež najnižšiu Curieovu teplotu, asi 350 ° C (niektoré zdroje hovoria o nízkej teplote ako 80 ° C), iných permanentných magnetov. Táto nízka teplota Curie obmedzuje ich priemyselné použitie. Neodymové železité bórové magnety sa stali nevyhnutnou súčasťou domácej elektroniky vrátane mobilných telefónov a počítačov. Neodymové železité bórové magnety sa používajú aj v strojoch na zobrazovanie pomocou magnetickej rezonancie (MRI).
Medzi výhody magnetov NIB patrí pomer výkonu k hmotnosti (až 1 300-krát), vysoká odolnosť proti demagnetizácii pri teplotách príjemných pre človeka a nákladová efektívnosť. Nevýhody zahŕňajú stratu magnetizmu pri nízkych teplotách Curie, nízku odolnosť proti korózii (ak je pokovovanie poškodené) a krehkosť (pri prudkých kolíziách s inými magnetmi alebo kovmi môže dôjsť k prasknutiu, prasknutiu alebo odštiepeniu). .)
Dočasné magnety
Dočasné magnety pozostávajú z tzv. Materiálov z mäkkého železa. Mäkké železo znamená, že atómy a elektróny sa dokážu v železe vyrovnať a na určitú dobu sa správajú ako magnet. Zoznam magnetických kovov zahŕňa nechty, kancelárske sponky a iné materiály obsahujúce železo. Dočasné magnety sa stanú magnetmi, keď sú exponované alebo umiestnené v magnetickom poli. Napríklad ihla, ktorá sa trie magnetom, sa stane dočasným magnetom, pretože magnet spôsobuje, že elektróny sa zarovnajú v ihle. Ak je magnetické pole alebo vystavenie magnetu dostatočne silné, mäkké žehličky sa môžu stať permanentnými magnetmi, aspoň pokiaľ teplo, náraz alebo čas nespôsobí stratu ich vzájomného vyrovnania.
elektromagnety
Tretí typ magnetu sa vyskytuje, keď elektrina prechádza drôtom. Omotanie drôtu okolo mäkkého železného jadra zosilňuje silu magnetického poľa. Zvýšenie elektriny zvyšuje silu magnetického poľa. Keď elektrina preteká drôtom, magnet pracuje. Zastavte tok elektrónov a magnetické pole sa zrúti. (Pozri Zdroje pre simuláciu elektromagnetizmu PhET.)
Najväčší magnet na svete
Najväčší magnet na svete je v skutočnosti Zem. Vnútorné jadro Zeme pevné železo-nikel, ktoré sa otáča vo vonkajšom jadre tekutého železo-niklu, sa správa ako dynamo a vytvára magnetické pole. Slabé magnetické pole pôsobí ako tyčový magnet naklonený asi 11 stupňov od zemskej osi. Severný koniec tohto magnetického poľa je južný pól tyčového magnetu. Pretože protiľahlé magnetické polia sa navzájom priťahujú, severný koniec magnetického kompasu ukazuje na južný koniec magnetického poľa Zeme, ktorý sa nachádza blízko severného pólu (aby sme to povedali inak, južný magnetický pól Zeme sa skutočne nachádza blízko geografického severného pólu). , ale často uvidíte ten južný magnetický pól označený ako severný magnetický pól).
Magnetické pole Zeme vytvára magnetosféru, ktorá obklopuje Zem. Interakcia slnečného vetra s magnetosférou spôsobuje polárne a južné svetlá známe ako Aurora Borealis a Aurora Australis.
Magnetické pole Zeme tiež ovplyvňuje minerály železa v lávových tokoch. Železné minerály v láve sú v súlade s magnetickým poľom Zeme. Tieto zarovnané minerály „zamrznú“ na miesto, keď láva vychladne. Štúdie magnetického usporiadania v čadičových tokoch na oboch stranách stredoatlantického hrebeňa svedčia nielen o obrátkach magnetického poľa Zeme, ale aj o teórii tektonických platní.