Чтобы понять, как увеличить силу магнита, нужно разобраться в процессе намагничивания. Это произойдет, если магнит расположить во внешнем магнитном поле противоположной стороной к исходной. Увеличение же мощности электромагнита происходит тогда, когда увеличивается подача тока или умножаются витки обмотки.
Увеличить силу магнита можно с помощью стандартного набора необходимого оборудования: клея, набора магнитов (нужны именно постоянные), источника тока и изолированного провода. Они понадобятся для осуществления тех способов увеличения силы магнита, которые представлены ниже.
Усиление с помощью более мощного магнита
Этот способ заключается в использовании более мощного магнита для усиления исходного. Для осуществления надо поместить один магнит во внешнее магнитное поле другого, обладающего большей мощностью. Также с этой же целью применяют электромагниты. После удержания магнита в поле другого, произойдет усиление, но специфика заключается в непредсказуемости результатов, поскольку для каждого элемента такая процедура будет работать индивидуально.
Усиление с помощью добавления других магнитов
Известно, что каждый магнит имеет два полюса, причем каждый притягивает противоположный знак других магнитов, а соответствующий – не притягивает, лишь отталкивает. Как увеличить мощность магнита, используя клей и дополнительные магниты. Здесь предполагается добавление других магнитов с целью увеличения итоговой мощности. Ведь, чем больше магнитов, тем, соответственно, будет больше сила. Единственное, что нужно учесть, - это присоединение магнитов одноименными полюсами. В процессе они будут отталкиваться, согласно законам физики. Но задача состоит в склеивании, несмотря на сложности в физическом плане. Лучше использовать клей, который предназначен для склеивания металлов.
Метод усиления с использованием точки Кюри
В науке есть понятие точки Кюри. Усиление или ослабление магнита можно произвести, нагревая или охлаждая его относительно самой этой точки. Так, нагревание выше точки Кюри или сильное охлаждение (гораздо ниже нее) приведет к размагничиванию.
Надо заметить, что свойства магнита при нагревании и охлаждении относительно точки Кюри имеют скачкообразное свойство, то есть, добившись правильной температуры можно усилить его мощность.
Метод №1
Если возник вопрос, как сделать магнит сильнее, если его сила регулируется электрическим током, то сделать это можно с помощью увеличения тока, который подается на обмотку. Здесь идет пропорциональное увеличение мощности электромагнита и подачи тока. Главное, ⸺ постепенная подача, чтобы не допустить перегорания.
Метод №2
Для осуществления этого метода надо увеличить количество витков, но длина должна оставаться неизменной. То есть, можно сделать один-два дополнительных ряда провода, чтобы общее количество витков стало больше.
В этом разделе рассмотрены способы, как увеличить силу магнита в домашних условиях, для экспериментов можно заказать на сайте МирМагнитов .
Усиление обычного магнита
Множество вопросов возникает, когда обычные магниты перестают выполнять свои прямые функции. Это часто происходит из-за того, что бытовые магниты таковыми не являются, ведь, по сути, они намагниченные металлические части, которые теряют свойства с течением времени. Усилить мощность таких деталей или вернуть им свойства, которые были изначально, невозможно.
Надо заметить, что прикреплять к ним магниты, даже более мощные, не имеет смысла, поскольку, при их соединении обратными полюсами, внешнее поле становится гораздо слабее или вообще нейтрализуется.
Это можно проверить с помощью обычной бытовой занавески-москитки, которая должна закрываться посередине при помощи магнитов. Если на слабые исходные магниты сверху прикрепить более мощные, то в результате штора вообще потеряет свойства соединения с помощью притяжения, потому что противоположные полюса нейтрализуют внешние поля друг друга на каждой из сторон.
Эксперименты с неодимовыми магнитами
Неомагнит довольно популярен, его состав: неодим, бор, железо. Такой магнит обладает высокой мощностью и отличается стойкостью к размагничиванию.
Как усилить неодим? Неодим очень подвержен коррозии, то есть быстро ржавеет, поэтому неодимовые магниты покрывают никелем, чтобы повысить срок службы. Также они напоминают керамику, их легко разбить или расколоть.
Но пытаться увеличивать его мощность искусственным способом нет смысла, потому что это постоянный магнит, он имеет определенный для себя уровень силы. Поэтому, если вам необходимо иметь более мощный неодим, лучше приобрести его, учитывая нужную силу нового.
Заключение: в статье рассмотрена тема, как увеличить силу магнита, в том числе, как увеличить мощность неодимового магнита. Получается, что существует несколько способов увеличить свойства магнита. Потому что бывает просто намагниченный металл, увеличить силу которого невозможно.
Наиболее простые способы: с помощью клея и других магнитиков (они должны быть приклеены идентичными полюсами), а также – более мощного, во внешнем поле которого должен находится исходный магнит.
Рассмотрены способы увеличения силы электромагнита, которые заключаются в дополнительной обмотке проводами или усилении поступления тока. Единственное, что нужно учитывать - это силу поступления тока в целях безопасности и сохранности аппарата.
Обычные и неодимовые магниты не способны поддаваться на увеличение собственной мощности.
Сейчас объясню: По жизни так уж повелось, что особо сильно нельзя, - то особо (просто жуть, как) и хочется… А дело здесь в следующем. Какой-то рок судьбы навис над «постоянниками», аура тайны и недоговорённости. Все физики (дядьки и тётки разные) в постоянных магнитах совершенно не рубят (проверенно неоднократно, лично), и всё, наверное, потому, что во всех учебниках физики этот вопросик обходится стороной. Электромагнетизм - это да, это, пожалуйста, а вот о постоянниках ни слова…
Посмотрим, что можно выжать из самой умной книжки «И.В.Савельев. Курс общей физики. Том 2. Электричество и магнетизм», - круче этой макулатуры, вы вряд ли сможете что-либо откопать. Значит так, в 1820 году некий чувак под фамилией Эрстед замутил опыт с проводником, и рядом стоящей с ним компасной стрелкой. Пуская электрический ток по проводнику в разных направлениях, он убедился в том, что стрелка чётко сориентируется понятно с чем. Из опыта баклан заключил, что магнитное поле имеет направленный характер. В более позднее время выяснили (интересно, как?), что магнитное поле в отличие от электрического не оказывает действия на покоящийся заряд. Сила возникает лишь тогда, когда заряд движется (возьмём на заметку). Движущиеся заряды (токи) изменяют свойства окружающего их пространства и создают в нём магнитное поле. То есть отсюда следует, что магнитное поле порождается движущимися зарядами.
Вот видите, всё дальше в электричество уклоняемся. Ведь в магните-то ни фига не двигается и ток в нём не течёт. Вот, что по этому поводу сморозил Ампер: он предположил, что в молекулах вещества циркулируют круговые токи (молекулярные токи). Каждый такой ток обладает магнитным моментом и создаёт в окружающем пространстве магнитное поле. В отсутствие внешнего поля молекулярные токи ориентированы беспорядочным образом, вследствие чего обусловленное ими результирующее поле равно нулю (прикольно, да?). Но этого мало: В силу хаотической ориентации магнитных моментов отдельных молекул суммарный магнитный момент тела также равен нулю. - Чувствуете, как ересь всё крепчает и крепчает? ? Под действием поля магнитные моменты молекул приобретают преимущественную ориентацию в одном направлении, вследствие чего магнетик намагничивается - его суммарный магнитный момент становится отличным от нуля. Магнитные поля отдельных молекулярных токов в этом случае уже не компенсируют друг друга и возникает поле. Ура!
Ну, каково?! - Оказывается материал магнетика всё время намагничен (!), только хаотично. То есть, если начать делить большой кусок на более маленькие, и добравшись до самых микро-при-микро дребеней, получим таки нормально работающие магниты (намагниченные) без какого бы то ни было намагничивания!!! - Вот, ведь бред.
Небольшая справка, так, для общего развития: Намагничение магнетика характеризуется магнитным моментом единицы объёма. Эту величину называют намагниченностью и обозначают буквой «J».
Продолжим наше погружение. Маленько из электричества: А вы знаете, что линии магнитной индукции поля прямого тока представляют собой систему охватывающих провод концентрических окружностей? Нет? - Теперь знайте, но не верьте. По-простому если сказать, то представьте зонтик. Ручка зонтика это направление тока, а вот край самого зонтика (к примеру), т.е. окружность - это, типа, линия магнитной индукции. Причём начинается такая линия из воздуха, и заканчивается, понятно, тоже нигде! - Вы себе этот бред физически представляете? Под это дело подписали целых трех мужиков: закон Био-Савара-Лапласа называется. Вся запарка идёт оттого, что где-то неправильно представили саму сущность поля, - почему оно появляется, что оно есть, собственно, где начинается, куда и как распространяется.
Даже в абсолютно простых вещах они (эти злобные физики) морочат всем головы: Направленность магнитного поля характеризуют векторной величиной («В» - измеряется в теслах). Логично бы было по аналогии с напряжённостью электрического поля «Е» назвать «В» напряжённостью магнитного поля (типа, функции у них похожие). Однако (внимание!) основную силовую характеристику магнитного поля назвали магнитной индукцией… Но и этого им показалось мало, и чтобы окончательно всё запутать, название «напряжённость магнитного поля» присвоили вспомогательной величине «Н», аналогичной вспомогательной характеристике «D» электрического поля. Каково…
Далее выясняя силу Лоренца, приходят к выводу, что магнитная сила слабее кулоновской на множитель, равный квадрату отношения скорости заряда к скорости света (т.е. магнитная составляющая силы меньше электрической составляющей). Таким образом приписывая магнитным взаимодействиям релятивистский эффект!!! Для совсем маленьких поясню: Жил в начале века дядя Эйнштейн и придумал он теорию относительности, привязав все процессы к скорости света (чистейший бред). То есть, если разогнаться до скорости света, то время остановится, а если превысить её, то пойдёт вспять… Всем уже давно понятно, что это была просто мировая наколка шутника Эйнштейна, и что всё это, мягко сказать, - неправда. Вот теперь ещё и магниты с их свойствами к этой лабудятине приковали, - за что же их так?…
Ещё маленькая справка: Господин Ампер вывел замечательную формулу, и оказалось, что если к магниту поднести провод, ну или железяку, какую, то магнит не провод притягивать будет, а заряды, которые движутся по проводнику. Назвали это пафосно: «Закон Ампера» ! Маленько не учли, что если проводник к батарейке не подключён и ток по нему не течёт, то он всё равно к магниту прилипает. Отмазку такую придумали, что, мол, заряды всё равно есть, только двигаются хаотично. Вот они-то к магниту и липнут. Интересно, это же откуда там, в микрообъёмах ЭДС берётся, чтобы эти заряды хаотично колбасить. Это же просто вечный двигатель! И ведь не нагреваем ничего, - энергией не накачиваем… Или вот ещё прикол: К примеру, алюминий - тоже металл, а вот зарядов у него, почему-то, хаотичных нет. Ну НЕ ЛИПНЕТ алюминий к магниту!!! … или сделан он из дерева…
Ах, да! Я же ещё не рассказал, как направлен вектор магнитной индукции (такое надо знать). Так вот, вспомнив наш зонтик, представим, что по окружности (край зонта) мы пустили ток. В результате этой простенькой операции вектор направлен нашей мыслью в сторону ручки точно по центру палочки. Если же проводник с током имеет неправильные очертания, то всё пропало, - простота испаряется. Появляется дополнительный векторок под названием дипольный магнитный момент (в случае с зонтиком он тоже есть, просто направлен туда же, куда и вектор магнитной индукции). Начинается страшный расколбас в формулах, - всякие интегралы по контуру, синусы-косинусы и т.д. - Кому надо, может сам поинтересоваться. И ещё стоит упомянуть, что ток надо пускать по правилу правого буравчика, т.е. по часовой стрелке, тогда вектор будет от нас. Это связано с понятием положительной нормали. Ладно, едем дальше…
Товарищ Гаусс подумал маленько и решил, что отсутствие в природе магнитных зарядов (на самом деле Дирак предположил, что они есть, только их ещё не обнаружили) приводит к тому, что линии вектора «В» не имеют ни начала, ни конца. Поэтому число пересечений, возникающих при выходе линий «В» из объёма, ограниченного некоторой поверхностью «S», всегда равно числу пересечений, возникающих при входе линий в этот объём. Следовательно, поток вектора магнитной индукции через любую замкнутую поверхность равен нулю. Интерпретируем теперь всё в нормальный русский язык: Любая поверхность, как легко представить, где-то оканчивается, и следовательно, является замкнутой. «Равен нулю» - это значит, что его нет. Делаем не сложный вывод: «Потока никогда нигде нет» !!! - Правда круто! (На самом деле это значит только то, что поток равномерен). Я думаю, что на этом следует остановиться, так как дальше идут ТАКИЕ дребеня и глубиня, что… Такие штуки, как дивергенция, ротор, векторный потенциал глобально сложны и даже в этом мега-труде разбираются не полностью.
Теперь немного о форме магнитного поля в проводниках с током (как база для нашего дальнейшего разговора). Эта тема бывает гораздо туманнее, чем мы привыкли то думать. Про прямой проводник я уже написал, - поле в форме тонкого цилиндра вдоль проводника. Если намотать катушечку на цилиндрической картонке и пустить ток, то поле у такой конструкции (а называется она умно, - соленоид) будет таким же, как и у аналогичного цилиндрического магнита, т.е. линии выходят с торца магнита (или предполагаемого цилиндра) и входят в другой торец, образуя в пространстве подобие эллипсов. Чем длиннее катушка или магнит, тем более плоские и вытянутые эллипсы получаются. У кольца с напругой прикольное поле: а именно в форме тора (представьте поле прямого проводника свёрнутого в калачик). С тороидом вообще хохма (это теперь уже соленоид, свёрнутый в бублик), - у него вне него самого магнитной индукции нет (!). Если взять бесконечно длинный соленоид, - то та же фигня. Только мы знаем, что бесконечного ничего не бывает, вот поэтому у соленоида-то с торцов и брызжет, фонтанирует типа;))) . А еще, - внутри соленоида и тороида поле однородно. Во как.
Ну, что ещё полезно знать? - Условия на границе двух магнетиков выглядят в точности, как луч света на границе двух сред (преломляется и изменяет своё направление), только у нас не луч, а вектор магнитной индукции и разная магнитная проницаемость (а не оптическая) наших магнетиков (сред). Или вот ещё: имеем сердечник и катушечку на нём (электромагнит, типа), как вы думаете, где тусуются линии магнитной индукции? - В основном сосредоточенны внутри сердечника, потому, что у него магнитная проницаемость обалденная, ну и ещё плотно так упакованы в воздушный зазор между сердечником и катушечкой. Вот только в самой обмотке ни фига нет. Поэтому боковой поверхностью катушки вы ничегошеньки не примагнитите, - а только сердечником.
Хей, вы ещё не уснули? Нет? Тогда продолжим. Оказывается, все материалы в природе делятся не на два класса: магнитные и не магнитные, а на три (в зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости): 1. Диамагнетики, у которых она мала и отрицательна по величине (короче, практически нулевая, и намагнитить их ни за что не сможете), 2. Парамагнетики, у которых она тоже невелика но положительна (тоже около нуля; намагнитить можно маленько, но вы это всё равно не почувствуете, так что один фиг), 3. Ферромагнетики, у которых она положительна и достигает просто гигантских значений (в 1010 раз больше чем у парамагнетиков!), кроме того у ферромагнетиков восприимчивость является функцией напряжённости магнитного поля. На самом деле есть ещё один вид веществ, - это диэлектрики, у них совершенно обратные свойства и они нам не интересны.
Нас, конечно, интересуют ферромагнетики, которые называются так из за включений железа (феррум). Железо может быть заменено на аналогичные по свойствам хим. элементы: никель, кобальт, гадолиний, их сплавы и соединения, а также некоторые сплавы и соединения марганца и хрома. Вся эта байда с намагниченностью работает, только если вещество в кристаллическом состоянии. (Намагниченность остаётся благодаря эффекту под названием «Петля Гистерезиса», - ну это вы все и так знаете). Интересно узнать, что существует некая «температура Кюри», причём это не какая-то определённая температура, а для каждого материала своя, при превышении которой все ферромагнитные свойства исчезают. Совсем обалденно узнать, что существуют вещества и пятой группы, - называются антиферромагнетики (эрбий, диспозий, сплавы марганца и МЕДИ!!!). У этих спец материалов есть ещё одна температура: «антиферромагнитная точка Кюри» или «точка Нееля», - ниже которой устойчивые свойства этого класса также исчезают. (Выше верхней точки вещество ведёт себя, как парамагнетик, а при температурах, меньших нижней точки Нееля, становится ферромагнетиком).
Я почему это всё так спокойно рассказываю? - Обращаю ваше внимание, что я никогда не говорил, что химия неправильная наука (только физика), - а это чистейшая химия. Представьте себе: берёте медь, охлаждаете её нехило, намагничиваете, - и у вас в руках (в варежках? лежит магнит. А ведь медь то не магнитная!!! - Правда, клёво.
Ещё нам из этой книжки могут понадобиться парочка вещей чисто электромагнитных, для создания альтернатора, например. Явление номер 1: В 1831 году Фарадей обнаружил, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток. Это явление называют электромагнитной индукцией, а возникающий ток индукционным. А теперь самое главное: Величина ЭДС индукции не зависит от способа, которым осуществляется изменение магнитного потока, и определяется лишь скоростью изменения потока! - Созревает мысль: Чем быстрее крутится ротор со шторками, тем большего значения достигает наведённая ЭДС, и тем больше снимаемое напряжение со вторичной цепи альтернатора (с катушек). Правда, дядя Ленц нагадил нам своим «Правилом Ленца»: индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. Позже объясню, как это дело в альтернаторе (да и в других моделях) обходится.
Явление номер 2: Индукционные токи могут возбуждаться и в сплошных массивных проводниках. В этом случае их называют токами Фуко или вихревыми токами. Электрическое сопротивление массивного проводника мало, поэтому токи Фуко могут достигать очень большой силы. В соответствии с правилом Ленца токи Фуко выбирают внутри проводника такие пути и направления, чтобы своим действием возможно сильнее противиться причине, которая их вызывает. Поэтому движущиеся в сильном магните поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием токов Фуко с магнитным полем. Это надо знать и учитывать. К примеру, в альтернаторе, если сделать по общепринятой неправильной схеме, то в движущихся шторках возникают токи Фуко, ну и тормозят процесс, конечно. Об этом, на сколько я понимаю, вообще никто не задумывался. (Примечание: Единственным исключением является униполярная индукция, открытая Фарадеем и усовершенствованная Теслой, при которой не возникает вредного влияния самоиндукции).
Явление номер 3: Электрический ток, текущий в любом контуре, создаёт пронизывающий этот контур магнитный поток. При изменениях тока изменяется также и магнитный поток, вследствие чего в контуре индуцируется ЭДС. Это явление называется самоиндукцией. В статье об альтернаторах расскажу и об этом явлении.
Кстати, о токах Фуко. Можно провести один прикольный опыт. Лёгкий до безобразия. Возьмем большой, толстый (толщиной не менее 2 мм) медный или алюминиевый лист и поставим его под углом к полу. Пустим свободно скользить вниз по его наклонной поверхности «сильный» постоянный магнит. И … Странно!!! Постоянный магнит как будто притягивается к листу и скользит заметно медленнее чем, например, по деревянной поверхности. Почему? Типа, «специалист» сразу ответит - «В листовом проводнике, при движении магнита, возникают вихревые электрические токи (токи Фуко), которые препятствуют изменению магнитного поля, а, следовательно, и препятствуют перемещению постоянного магнита вдоль поверхности проводника». Но задумаемся! Вихревой электрический ток, это вихревое движение электронов проводимости. Что мешает свободному перемещению вихря электронов проводимости вдоль поверхности проводника? Инертная масса электронов проводимости? Потери энергии при столкновении электронов с кристаллической решеткой проводника? Нет, этого не наблюдается, и вообще быть не может. Так, что мешает свободному движению вихревых токов вдоль проводника? Не знаете? И никто ответить не сможет, - потому, что вся физика - брехня.
Теперь парочка интересных мыслей по поводу сущности постоянных магнитов. В машине Говарда Р. Джонсона, точнее в патентной документации к ней, высказана вот какая идея: «Данное изобретение относится к методу использования спинов непарных электронов в ферромагнетике и других материалах, которые являются источниками магнитных полей, для производства мощности без потока электронов, как это происходит в обычных электрических проводниках, и к моторам с постоянными магнитами для использования данного метода при создании источника мощности. В практике данного изобретения спины непарных электронов, находящихся внутри постоянных магнитов, используются для того, чтобы создать источник движущей мощности единственно путем сверхпроводящих характеристик постоянных магнитов и магнитного потока, созданного магнитами, который управляется и концентрируется таким образом, чтобы ориентировать магнитные силы для постоянного производства полезной работы, такой как смещение ротора относительно статора». Отметим, что Джонсон пишет в своем патенте о постоянном магните, как о системе со «сверхпроводящими характеристиками» ! Токи электронов в постоянном магните - проявление реальной сверхпроводимости, для которой не требуется система охлаждения проводников, чтобы обеспечить нулевое сопротивление. Более того, «сопротивление» должно быть отрицательным, чтобы магнит мог сохранять и возобновлять свое намагниченное состояние.
А что, вы думаете, что всё о «постоянниках» знаете? Вот простой вопрос: - А как выглядит картина силовых линий простого ферромагнитного кольца (магнит от обычного динамика) ? Почему-то, исключительно все полагают, что также, как и у любого кольцевого проводника (а в книжках, естественно, ни в одной не нарисовано). И вот тут то вы и ошибаетесь!
На самом деле (см. рисунок) в области, прилегающей к отверстию кольца, с линиями происходит что-то непонятное. Вместо того чтобы непрерывно пронизывать его, они расходятся, очерчивая фигуру, напоминающую туго набитый мешок. Он имеет, как бы две завязки – вверху и внизу (особые точки 1 и 2), - магнитное поле в них меняет направление.
Можно проделать классный опыт (типа, нормально не объяснимый;), - поднесём снизу к ферритовому кольцу стальной шарик, а к его нижней части металлическую гайку. Она тут же притянется к нему (рис. а). Здесь все понятно – шарик, попав в магнитное поле кольца, стал магнитом. Далее станем вносить шарик снизу вверх в кольцо. Здесь гайка отвалится и упадёт на стол (рис. б). Вот она, нижняя особая точка! В ней изменилось направление поля, шарик стал перемагничиваться и перестал притягивать гайку. Подняв шарик выше особой точки, гайку вновь можно примагнитить к нему (рис. в). Эту приколку с магнитными линиями первым обнаружил М.Ф. Остриков.
P.S.: И в заключение постараюсь почётче сформулировать свою позицию по отношению к современной физике. Я не против опытных данных. Если поднесли магнит, и он притянул железяку, - значит притянул. Если магнитный поток наводит ЭДС, - значит наводит. С этим не поспоришь. Но (!) вот выводы, которые делают учёные, … их объяснения этих и других процессов, порой просто смешны (мягко сказать). И не порой, а частенько. Практически всегда…
Системы переключающихся магнитных потоков основаны на переключении магнитного потока относительно съёмных катушек.
Суть рассматривающихся в интернете СЕ устройств состоит в том, что есть магнит, за который мы платим один раз, а есть магнитное поле магнита, за который никто денег не платит.
Вопрос состоит в том, что необходимо в трансформаторах с переключающимися магнитными потоками создать такие условия при которых поле магнита становится управляемым и мы его направляем. прерываем. перенаправляем так. чтобы при этом энергия на переключения была минимальной или беззатратной
Для того, чтобы рассматривать варианты этих систем, решил заняться изучением и приведением своих мыслей относительно свежих представлений.
Для начала хотелось заглянуть какими магнитными свойствами обладает ферромагнитный материал и т.д. Магнитные материалы обладают коэрцитивной силой.
Соответственно рассматривают коэрцитивную силу , полученную по циклу , или по циклу . Обозначают соответственно и
Коэрцитивная сила всегда больше . Этот факт объясняется тем, что в правой полуплоскости графика гистерезиса значение больше, чем , на величину:
В левой полуплоскости, наоборот, меньше, чем , на величину . Соответственно, в первом случае кривые будут располагаться выше кривых , а во втором — ниже. Это делает цикл гистерезиса уже цикла .
Коэрцитивная сила
Коэрцитивная сила — (от лат. coercitio — удерживание), значение напряженности магнитного поля, необходимое для полного размагничивания ферро- или ферримагнитного вещества. Измеряется в Ампер/метр (в системе СИ). По величине коэрцитивной силы различают следующие магнитные материалы
Магнитомягкие материалы — материалы с низкой коэрцитивной силой, которые намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в относительно слабых магнитных полях напряжённостью около 8—800 а/м. После перемагничивания внешне они не проявляют магнитных свойств, так как состоят из хаотически ориентированных намагниченных до насыщения областей. Примером могут служить различные стали. Чем больше коэрцитивной силой обладает магнит, тем он устойчивее к размагничивающим факторам. Магнитотвердые материалы — материалы с высокой коэрцитивной силой, которые намагничиваются до насыщения и перемагничиваются в сравнительно сильных магнитных полях напряжённостью в тысячи и десятки тысяч а/м. После намагничивания магнитно-твердые материалы остаются постоянными магнитами из-за высоких значений коэрцитивной силы и магнитной индукции. Примерами являются редкоземельные магниты NdFeB и SmCo, бариевые и стронциевые магнитотвердые ферриты.
С увеличением массы частицы радиус кривизны траектории увеличивается, а согласно первому закону Ньютона, увеличивается её инертность.
С увеличением магнитной индукции радиус кривизны траектории уменьшается, т.е. увеличивается центростремительное ускорение частицы. Следовательно, под действием одной и той же силы изменение скорости частицы будет меньше, а радиус кривизны траектории больше.
С увеличением заряда частицы увеличивается сила Лоренца (магнитная составляющая), следовательно, увеличивается и центростремительное ускорение.
При изменении скорости движения частицы изменяется радиус кривизны её траектории, меняется центростремительное ускорение, что следует из законов механики.
Если частица влетает в однородное магнитное поле индукцией В под углом, отличным от 90°, то горизонтальная составляющая скорости не меняется, а вертикальная составляющая под действием силы Лоренца приобретает центростремительное ускорение, и частица будет описывать окружность в плоскости, перпендикулярной вектору магнитной индукции и скорости. Благодаря одновременному перемещению вдоль направления вектора индукции частица описывает винтовую линию, причём будет возвращаться к исходной горизонтали через равные промежутки времени, т.е. пересекать её на равных расстояниях.
Тормозящее взаимодействие магнитных полей евзываются токами Фуко
Как только цепь в катушке индуктивности замкнута, вокруг проводника начинают действовать два встречно направленных потока.По закону Ленца, положительные заряды электрогаза (эфира) начинают своё винтовое движение приводя в действие атомы, по которому установлена электрическая связь. Отсюда моно объяснить наличие магнитного действия и противодействия.
Этим я объясняю торможение возбуждающего магнитного поля и противодействие ему при замкнутой цепи, тормозящим эффектом в электрогенераторе (механическое торможение или противодействие ротору электрогенератора механически прикладываемой силе и противодействие (торможение) тока Фуко падающему неодимовому магниту, падающему в медной трубке.
Немного о магнитных двигателях
Здесь так же применён принцип переключающихся магнитных потоков.
Но проще перейти к рисункам.
Как работать должна эта система.
Средняя катушка съёмная и работает на относительно широкой длине импульса, который создаётся прохождением магнитных потоков от магнитов изображенных на схеме.
Длинна импульса определяется индуктивностью катушки и сопротивлением нагрузки.
Как только время истекает и сердечник становится намагниченным, необходимо прерывать, размагничивать или перемагничивать сам сердечник. чтобы продолжать работу с нагрузкой.
Что же такое постоянный магнит? Постоянным магнитом называется тело, способное долгое время сохранять намагничивание. В результате многократных исследований, проведенных многочисленных опытов, мы можем сказать, что только три вещества на Земле могут быть постоянными магнитами (рис. 1).
Рис. 1. Постоянные магниты. ()
Только эти три вещества и их сплавы могут быть постоянными магнитами, только они могут намагничиваться и сохранять такое состояние долгое время.
Постоянные магниты использовались очень давно, и в первую очередь это приборы ориентирования в пространстве - первый компас был изобретен в Китае для того, чтобы ориентироваться в пустыне. На сегодняшний день о магнитных стрелках, о постоянных магнитах уже никто не спорит, их используют повсеместно в телефонах и в радиопередатчиках и просто в различных электротехнических изделиях. Они могут быть разными: есть полосовые магниты (рис. 2)
Рис. 2. Полосовой магнит ()
А есть магниты, которые называются дугообразными или подковообразными (рис. 3)
Рис. 3. Дугообразный магнит ()
Исследование постоянных магнитов связано исключительно с их взаимодействием. Магнитное поле может создаваться электрическим током и постоянным магнитом, поэтому первое, что было проведено, - это исследования с магнитными стрелками. Если поднести магнит к стрелке, то мы увидим взаимодействие - одноименные полюса будут отталкиваться, а разноименные будут притягиваться. Такое взаимодействие наблюдается со всеми магнитами.
Расположим вдоль полосового магнита маленькие магнитные стрелки (Рис. 4), южный полюс будет взаимодействовать с северным, а северный будет притягивать южный. Магнитные стрелки будут располагаться вдоль линии магнитного поля. Принято считать, что магнитные линии направлены вне постоянного магнита от северного полюса к южному, а внутри магнита от южного полюса к северному. Таким образом, магнитные линии замкнуты точно так же, как и у электрического тока, это концентрические окружности, они замыкаются внутри самого магнита. Получается, что вне магнита магнитное поле направлено от севера к югу, а внутри магнита от юга к северу.
Рис. 4. Лини магнитного поля полосового магнита ()
Для того чтобы пронаблюдать форму магнитного поля полосового магнита, форму магнитного поля дугообразного магнита, воспользуемся следующими приборами или деталями. Возьмем прозрачную пластину, железные опилки и проведем эксперимент. Посыплем железными опилками пластину, находящуюся на полосовом магните (рис. 5):
Рис. 5. Форма магнитного поля полосового магнита ()
Мы видим, что линии магнитного поля выходят из северного полюса и входят в южный полюс, по густоте линий можно судить о полюсах магнита, где линии гуще - там находятся полюса магнита (рис. 6).
Рис. 6. Форма магнитного поля дугообразного магнита ()
Аналогичный опыт проведем с дугообразным магнитом. Мы видим, что магнитные линии начинаются на северном и заканчиваются на южном полюсе по всему магниту.
Нам уже известно, что магнитное поле образуется только вокруг магнитов и электрических токов. Как же нам определить магнитное поле Земли? Любая стрелка, любой компас в магнитном поле Земли строго ориентированы. Раз магнитная стрелка строго ориентируется в пространстве, следовательно, на нее действует магнитное поле, и это магнитное поле Земли. Можно сделать вывод о том, что наша Земля - это большой магнит (Рис. 7) и, соответственно, этот магнит создает в пространстве достаточно мощное магнитное поле. Когда мы смотрим на стрелку магнитного компаса, мы знаем, что красная стрелочка показывает на юг, а синяя на север. Как же располагаются магнитные полюсы Земли? В этом случае необходимо помнить о том, что на северном географическом полюсе Земли располагается южный магнитный полюс и на южном географическом полюсе располагается северный магнитный полюс Земли. Если рассмотреть Землю как тело, находящееся в пространстве, то можно говорить о том, что, когда мы идем по компасу на север, мы придем на южный магнитный полюс, а когда идем на юг - мы попадем на северный магнитный полюс. На экваторе стрелочка компаса будет располагаться практически горизонтально относительно поверхности Земли, и чем ближе мы будем находиться к полюсам, тем вертикальнее будет расположение стрелки. Магнитное поле Земли могло изменяться, были времена, когда полюсы менялись относительно друг друга, то есть южный был там, где северный, и наоборот. По предположению ученых, это было предвестником больших катастроф на Земле. Последние несколько десятков тысячелетий этого не наблюдалось.
Рис. 7. Магнитное поле Земли ()
Магнитные и географические полюса не совпадают. Внутри самой Земли тоже существует магнитное поле, и, как в постоянном магните, оно направлено от южного магнитного полюса к северному.
Откуда же берется магнитное поле в постоянных магнитах? Ответ на этот вопрос дал французский ученый Андре-Мари Ампер. Он высказал идею о том, что магнитное поле постоянных магнитов объясняется элементарными, простейшими токами, протекающими внутри постоянных магнитов. Эти простейшие элементарные токи определенным образом усиливают друг друга и создают магнитное поле. Отрицательно заряженная частица - электрон - движется вокруг ядра атома, это движение можно считать направленным, и, соответственно, вокруг такого движущегося заряда создается магнитное поле. Внутри любого тела количество атомов и электронов просто огромно, соответственно, все эти элементарные токи принимают упорядоченное направление, и мы получаем достаточно значительное магнитное поле. То же самое мы можем сказать о Земле, то есть магнитное поле Земли очень напоминает магнитное поле постоянного магнита. А постоянный магнит - это достаточно яркая характеристика любого проявления магнитного поля.
Кроме существования магнитных бурь, существуют еще магнитные аномалии. Они связаны с солнечным магнитным полем. Когда на Солнце происходят достаточно мощные взрывы или выбросы, они происходят не без помощи проявления магнитного поля Солнца. Это эхо достигает Земли и сказывается на ее магнитном поле, в результате мы с вами наблюдаем магнитные бури. Магнитные аномалии связаны с залежами железных руд в Земле, огромные залежи в течение долгого времени намагничиваются магнитным полем Земли, и все тела, находящиеся вокруг, будут испытывать действие магнитного поля со стороны этой аномалии, стрелки компасов будут показывать неправильное направление.
На следующем уроке мы с вами рассмотрим другие явления, связанные с магнитными действиями.
Список литературы
- Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. - М.: Мнемозина.
- Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.
- Class-fizika.narod.ru ().
- Class-fizika.narod.ru ().
- Files.school-collection.edu.ru ().
Домашнее задание
- Какой из концов стрелки компаса притягивается к северному полюсу Земли?
- В каком месте Земли нельзя верить магнитной стрелке?
- О чем говорит густота линий на магните?
а) Общие сведения. Для создания постоянного магнитного поля в целом ряде электрических аппаратов используются постоянные магниты, которые изготавливаются из магнитно-твердых материалов, имеющих широкую петлю гистерезиса (рис.5.6).
Работа постоянного магнита происходит на участке отH= 0 до H = - Н с. Эта часть петли называется кривой размагничивания.
Рассмотрим основные соотношения в постоянном магните, имеющем форму тороида с одним малым зазором б (рис.5.6). Благодаря форме тороида и небольшому зазору потоками рассеяния в таком магните можно пренебречь. Если зазор мал, то магнитное поле в нем можно считать однородным.
Рис.5.6. Кривая размагничивания постоянного магнита
Если пренебречь выпучиванием, то индукции в зазоре В & и внутри магнита В одинаковы.
На основании закона полного тока при интегрировании по замкнутому контуру 1231 рис. получим:
Рис.5.7. Постоянный магнит, имеющий форму тороида
Таким образом, напряженность поля в зазоре направлена встречно напряженности в теле магнита. Для электромагнита постоянного тока, имеющего аналогичную форму магнитной цепи, без учета насыщения можно написать: .
Сравнивая можно видеть, что в случае с постоянным магнитом н. с, создающей поток в рабочем зазоре, является произведение напряженности в теле магнита на его длину с обратным знаком -Hl.
Воспользовавшись тем, что
, (5.29)
, (5.30)
где S -площадь полюса; - проводимость воздушного зазора.
Уравнение есть уравнение прямой, проходящей через начало координат во втором квадранте под углом а к оси Н . С учетом масштаба индукции т в и напряженности т н угол а определяется равенством
Так как индукция и напряженность магнитного поля в теле постоянного магнита связаны кривой размагничивания, то пересечение указанной прямой с кривой размагничивания (точка А на рис.5.6) и определяет состояние сердечника при заданном зазоре.
При замкнутой цепи и
С ростом б проводимость рабочего зазора и tga уменьшаются, индукция в рабочем зазоре падает, а напряженность поля внутри магнита увеличивается.
Одной из важных характеристик постоянного магнита является энергия магнитного поля в рабочем зазоре W t . Учитывая, что поле в зазоре однородно,
Подставляя значение Н ь получим:
, (5.35)
где V M - объем тела магнита.
Таким образом, энергия в рабочем зазоре равна энергии внутри магнита.
Зависимость произведения В(-Н) в функции индукции показана на рис.5.6 . Очевидно, что для точки С, в которой В(-Н) достигает максимального значения, энергия в воздушном зазоре также достигает наибольшей величины, и с точки зрения использования постоянного магнита эта точка является оптимальной. Можно показать, что точка С, соответствующая максимуму произведения , есть точка пересечения с кривой размагничивания луча О К, проведенного через точку с координатами и .
Рассмотрим более подробно влияние зазора б на величину индукции В (рис.5.6). Если намагничивание магнита производилось при зазоре б , то после снятия внешнего поля в теле магнита установится индукция, соответствующая точке А. Положение этой точки определяется зазором б.
Уменьшим зазор до значения , тогда
. (5.36)
При уменьшении зазора индукция в теле магнита возрастает, однако процесс изменения индукции идет не по кривой размагничивания, а по ветви частной петли гистерезиса AMD. Индукция В 1 определяется точкой пересечения этой ветви с лучом, проведенным под углом к оси - Н (точка D).
Если мы снова увеличим зазор до значения б , то индукция будет падать до значения В, причем зависимость В (Н) будет определяться ветвью DNA частной петли гистерезиса. Обычно частная петля гистерезиса AMDNA достаточно узка и ее заменяют прямой AD, которую называют прямой возврата. Наклон к горизонтальной оси (+ Н) этой прямой называется коэффициентом возврата:
. (5.37)
Характеристика размагничивания материала обычно не приводится полностью, а задаются только величины индукции насыщения B s , остаточной индукции В г, коэрцитивной силы Н с. Для расчета магнита необходимо знать всю кривую размагничивания, которая для большинства магнитно-твердых материалов хорошо аппроксимируется формулой
Кривая размагничивания, выражаемая (5.30), может быть легко построена графически, если известны B s , В r .
б) Определение потока в рабочем зазоре для заданной магнитной цепи . В реальной системе с постоянным магнитом поток в рабочем зазоре отличается от потока в нейтральном сечении (середине магнита) из-за наличия потоков рассеяния и выпучивания (рис.).
Поток в нейтральном сечении равен:
, (5.39)
где поток в нейтральном сечении;
Поток выпучивания у полюсов;
Поток рассеяния;
Рабочий поток.
Коэффициент рассеяния о определяется равенством
Если принять, что потоки 
создаются одной и той же разностью магнитных потенциалов, то
. (5.41)
Индукцию в нейтральном сечении найдем, определив :
,
и воспользовавшись кривой размагничивания рис.5.6. Индукция в рабочем зазоре равна:
поскольку поток в рабочем зазоре в раз меньше, чем поток в нейтральном сечении.
Очень часто намагничивание системы происходит в несобранном состоянии, когда проводимость рабочего зазора уменьшена из-за отсутствия деталей из ферромагнитного материала. В этом случае расчет ведется с использованием прямой возврата. Если потоки рассеяния значительны, то расчет рекомендуется вести по участкам, так же как и в случае электромагнита.
Потоки рассеяния в постоянных магнитах играют значительно большую роль, чем в электромагнитах. Дело в том, что магнитная проницаемость магнитно-твердых материалов значительно ниже, чем у магнитно-мягких, из которых изготавливаются системы для электромагнитов. Потоки рассеяния вызывают значительное падение магнитного потенциала вдоль постоянного магнита и уменьшают н. с, а следовательно, и поток в рабочем зазоре.
Коэффициент рассеяния выполненных систем колеблется в довольно широких пределах. Расчет коэффициента рассеяния и потоков рассеяния связан с большими трудностями. Поэтому при разработке новой конструкции величину коэффициента рассеяния рекомендуется определить на специальной модели, в которой постоянный магнит заменен электромагнитом. Намагничивающая обмотка выбирается такой, чтобы получить в рабочем зазоре необходимый поток.
Рис.5.8. Магнитной цепи с постоянным магнитом и потоками рассеяния и выпучивания
в) Определение размеров магнита по требуемой индукции в рабочем зазоре. Эта задача является еще более трудной, чем определение потока при известных размерах. При выборе размеров магнитной цепи обычно стремятся к тому, чтобы индукция В 0 и напряженность Н 0 в нейтральном сечении соответствовали максимальному значению произведения Н 0 В 0 . При этом объем магнита будет минимальным. Даются следующие рекомендации по выбору материалов. Если требуется при больших зазорах получить большое значение индукции, то наиболее подходящим материалом является магнико. Если при большом зазоре необходимо создать небольшие индукции, то можно рекомендовать альниси. При малых рабочих зазорах и большом значении индукции целесообразно применение альни.
Сечение магнита выбирается из следующих соображений. Индукция в нейтральном сечении выбирается равной В 0 . Тогда поток в нейтральном сечении
,
откуда сечение магнита
.
Величины индукции в рабочем зазоре В р
и площадь полюса являются заданными величинами. Наиболее трудным является определение значения коэффициента рассеяния.
Величина его зависит от конструкции и индукции в сердечнике. Если сечение магнита получилось большим, то применяют несколько магнитов, включенных параллельно. Длина магнита определяется из условия создания необходимой н.с. в рабочем зазоре при напряженности в теле магнита Н 0:
где б р - величина рабочего зазора.
После выбора основных размеров и конструирования магнита проводится поверочный расчет по методике, описанной ранее.
г) Стабилизация характеристик магнита. В процессе работы магнита наблюдается уменьшение потока в рабочем зазоре системы - старение магнита. Различают структурное, механическое и магнитное старение.
Структурное старение наступает вследствие того, что после закалки материала в нем возникают внутренние напряжения, материал приобретает неоднородную структуру. В процессе работы материал становится более однородным, внутренние напряжения исчезают. При этом остаточная индукция В т и коэрцитивная сила Н с уменьшаются. Для борьбы со структурным старением материал подвергается термообработке в виде отпуска. При этом внутренние напряжения в материале исчезают. Его характеристики становятся более стабильными. Алюминиево-никелевые сплавы (альни и др.) не требуют структурной стабилизации.
Механическое старение наступает при ударах и вибрациях магнита. Для того чтобы сделать магнит нечувствительным к механическим воздействиям, его подвергают искусственному старению. Образцы магнита перед установкой в аппарат подвергаются таким ударам и вибрации, которые имеют место в эксплуатации.
Магнитное старение - изменение свойств материала под действием внешних магнитных полей. Положительное внешнее поле увеличивает индукцию по прямой воз врата, а отрицательное снижает ее по кривой размагничивания. Для того чтобы сделать магнит более стабильным, его подвергают действию размагничивающего поля, после чего магнит работает на прямой возврата. Из-за меньшей крутизны прямой возврата влияние внешних полей уменьшается. При расчете магнитных систем с постоянными магнитами необходимо учитывать, что в процессе стабилизации магнитный поток уменьшается на 10-15%.
