Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Magnetide ja magnetismi määratlemine
- Magnetide tüübid
- Püsimagnetid
- Ajutised magnetid
- Elektromagnetid
- Maailma suurim magnet
Magnetid tunduvad salapärased. Nähtamatud jõud tõmbavad magnetilisi materjale kokku või suruvad need ühe magnetiga ümber. Mida tugevamad magnetid, seda tugevam on atraktiivsus või tõrjuvus. Ja muidugi, Maa ise on magnet. Kuigi mõned magnetid on valmistatud terasest, on olemas teist tüüpi magnetid.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Magnetiit on looduslik magnetiline mineraal. Keerlev Maa tuum tekitab magnetvälja. Alnico magnetid on valmistatud alumiiniumist, niklist ja koobaltist, väiksemates kogustes alumiiniumi, vaske ja titaani. Keraamilised või ferriitmagnetid on valmistatud kas baariumoksiidist või raudoksiidiga legeeritud strontsiumoksiidist. Kaks haruldaste muldmetallide magneteid on samariumi koobalt, mis sisaldab samarium-koobalti sulamit koos mikroelementidega (raud, vask, tsirkoon), ja neodüümi raudboormagnetid.
Magnetide ja magnetismi määratlemine
Iga objekt, mis tekitab magnetvälja ja interakteerub teiste magnetväljadega, on magnet. Magnetidel on positiivne ots või poolus ja negatiivne ots või poolus. Magnetvälja jooned liiguvad positiivsest poolusest (nimetatakse ka põhjapooluseks) negatiivse (lõunapooluse) poolusele. Magnetism viitab kahe magneti koostoimele. Vastandid tõmbavad ligi, seega tõmbavad magneti positiivne pool ja teise magneti poolus üksteist.
Magnetide tüübid
On olemas kolme tüüpi magnetid: püsimagnetid, ajutised magnetid ja elektromagnetid. Püsimagnetid säilitavad pika aja jooksul oma magnetilise kvaliteedi. Ajutised magnetid kaotavad oma magnetilisuse kiiresti. Elektromagnetid kasutavad magnetvälja tekitamiseks elektrivoolu.
Püsimagnetid
Püsimagnetid hoiavad oma magnetomadusi pikka aega. Püsimagnetite muutused sõltuvad magneti tugevusest ja selle koostisest. Muutused toimuvad tavaliselt temperatuuri muutumise tõttu (tavaliselt temperatuuri tõus). Curie temperatuurini kuumutatud magnetid kaotavad jäädavalt oma magnetilise omaduse, kuna aatomid nihkuvad konfiguratsioonist, mis põhjustab magnetilist efekti. Avastaja Pierre Curie nimeliseks nimetatud Curie temperatuur varieerub sõltuvalt magnetilisest materjalist.
Looduslikult esinev püsimagnet on nõrk magnet. Tugevamad püsimagnetid on Alnico, neodüümraudboor, samarium-koobalt ja keraamilised või ferriitmagnetid. Need magnetid vastavad kõik püsimagnetite määratluse nõuetele.
Magnetiit
Magnetiit, mida nimetatakse ka lodestoneks, varustas kompassinõelu maadeavastajatelt alates Hiina jadetide jahimeestest kuni maailmaränduriteni. Mineraalne magneiit moodustub raua kuumutamisel madala hapnikusisaldusega keskkonnas, mille tulemuseks on raudoksiidi ühend Fe3O4. Magnetiidi liistud toimivad kompassidena. Kompassid pärinevad umbes 250 B.C. Hiinas, kus neid nimetati lõunapoolikuteks.
Alnico sulamist magnetid
Alnico magnetid on tavaliselt kasutatavad magnetid, mis on valmistatud ühendist, mis koosneb 35% alumiiniumist (Al), 35% niklist (Ni) ja 15% koobaltist (Co), 7% alumiiniumist (Al), 4% vasest (Cu) ja 4% titaanist ( Ti). Need magnetid töötati välja 1930ndatel ja said populaarseks 1940ndatel. Temperatuur mõjutab Alnico magneteid vähem kui teised kunstlikult loodud magnetid. Alnico magneteid saab aga hõlpsamini demagnetiseerida, nii et Alnico baari- ja hobuseraua magneteid tuleb hoida õigesti, et need ei demagneeruks.
Alnico magneteid kasutatakse mitmel viisil, eriti helisüsteemides nagu kõlarid ja mikrofonid. Alnico magnetide eeliste hulka kuulub kõrge korrosioonikindlus, suur füüsiline tugevus (ärge kiibistage, pragunege ega purune kergesti) ja kõrge temperatuuritaluvus (kuni 540 kraadi Celsiuse järgi). Puuduste hulka kuulub nõrgem magnetiline tõmme kui teistel kunstmagnetitel.
Keraamilised (ferriidist) magnetid
1950ndatel töötati välja uus magnetrühm. Kõvasid kuusnurkseid ferriite, mida nimetatakse ka keraamilisteks magnetideks, saab lõigata õhukesteks viiludeks ja neid võib mõjutada madala magnetilisusega väljad, kaotamata nende magnetilisi omadusi. Neid on ka odavalt valmistada. Molekulaarne kuusnurkne ferriitstruktuur toimub mõlemas raudoksiidiga legeeritud baariumoksiidis (BaO ∙ 6Fe)2O3) ja raudoksiidiga legeeritud strontsiumoksiid (SrO = 6Fe2O3). Strontsium (Sr) ferriidil on pisut paremad magnetilised omadused. Kõige sagedamini kasutatavad püsimagnetid on ferriidist (keraamilised) magnetid. Lisaks kuludele on keraamiliste magnetide eelisteks hea demagnetiseerumiskindlus ja kõrge korrosioonikindlus. Need on siiski haprad ja murduvad kergesti.
Samarium-Cobalt magnetid
Samarium-koobaltmagnetid töötati välja 1967. aastal. Need magnetid on SmCo molekulaarse koostisega5, sai esimesteks kaubanduslike haruldaste muldmetallide ja siirdemetalli püsimagnetiteks. 1976. aastal töötati välja samariumkoobalti sulam mikroelementidega (raud, vask ja tsirkoon), mille molekulaarstruktuur on Sm2(Co, Fe, Cu, Zr)17. Nendel magnetitel on suur potentsiaal kasutamiseks kõrgematel temperatuuridel, kuni umbes 500 ° C, kuid materjalide kõrge hind piirab seda tüüpi magneti kasutamist. Samarium on haruldaste muldmetallide hulgas haruldane ja koobaltit klassifitseeritakse strateegiliseks metalliks, nii et tarned on kontrollitud.
Samarium-koobaltmagnetid toimivad hästi niisketes tingimustes. Muud eelised on kõrge kuumuskindlus, vastupidavus madalatele temperatuuridele (-273 C) ja kõrge korrosioonikindlus. Nagu keraamilised magnetid, on ka samarium-koobaltmagnetid haprad. Nagu öeldud, on need kallimad.
Neodüümi raudboormagnetid
Neodüümi raudboori (NdFeB või NIB) magnetid leiutati 1983. aastal. Need magnetid sisaldavad 70 protsenti rauda, 5 protsenti boori ja 25 protsenti neodüümi, haruldaste muldmetallide elementi. NIB-magnetid söövitavad kiiresti, seetõttu saavad nad tootmisprotsessi käigus kaitsekihi, tavaliselt nikli. Nikli asemel võib kasutada alumiiniumi, tsingi või epoksüvaigu katteid.
Ehkki NIB-magnetid on tugevaimad teadaolevad püsimagnetid, on ka teistel püsimagnetitel kõige madalam Curie temperatuur - umbes 350 ° C (mõnede allikate sõnul on temperatuur kuni 80 ° C). Madal Curie temperatuur piirab nende tööstuslikku kasutamist. Neodüümi raudboormagnetid on muutunud olmeelektroonika, sealhulgas mobiiltelefonide ja arvutite, oluliseks osaks. Neodüümi raudboormagneteid kasutatakse ka magnetresonantstomograafias (MRI).
NIB-magnetide eeliste hulka kuulub võimsuse ja massi suhe (kuni 1300 korda), kõrge vastupidavus demagnetiseerimisele inimestele mugavatel temperatuuridel ja kulutõhusus. Puuduste hulka kuuluvad magnetilisuse kadu madalamal Curie temperatuuril, madal korrosioonikindlus (kui plaadistus on kahjustatud) ja rabedus (võib ootamatute kokkupõrgete korral teiste magnetide või metallidega puruneda, praguneda või praguneda (vt NIB-magneteid kasutav tegevus Magnetviljade allikad). .)
Ajutised magnetid
Ajutised magnetid koosnevad nn rauast materjalidest. Pehme raud tähendab, et aatomid ja elektronid on võimelised raua sees joonduma, käitudes mõnda aega magnetiga. Magnetmetallide loend sisaldab naelu, kirjaklambreid ja muid rauda sisaldavaid materjale. Ajutised magnetid muutuvad magnetiteks, kui need puututakse kokku magnetväljaga või asetatakse sinna. Näiteks muutub magnetiga hõõrutud nõel ajutiseks magnetiks, kuna magnet põhjustab elektronide nõelte joondamist. Kui magnetväli või kokkupuude magnetiga on piisavalt tugev, võivad pehmed triikrauad muutuda püsimagnetiteks vähemalt seni, kuni kuumus, löök või aeg põhjustavad aatomite joondamise kadumise.
Elektromagnetid
Kolmas tüüpi magnet tekib siis, kui elekter läbib traati. Traadi mähkimine pehme rauasüdamiku ümber võimendab magnetvälja tugevust. Elektrienergia suurendamine suurendab magnetvälja tugevust. Kui elekter voolab läbi traadi, töötab magnet. Peatage elektronide voog ja magnetväli variseb kokku. (Elektromagnetilisuse PhET-simulatsiooni leiate allikast.)
Maailma suurim magnet
Maailma suurim magnet on tegelikult Maa. Maakera tahke raud-nikkel-sisemine tuum, mis pöörleb vedelas raud-nikkel-välistuumas, käitub nagu dünamo, tekitades magnetvälja. Nõrk magnetväli toimib nagu baarimagnet, mis on kallutatud Maa teljest umbes 11 kraadi. Selle magnetvälja põhjaosa on tulpmagneti lõunapoolus. Kuna vastassuunalised magnetväljad meelitavad üksteist, osutab magnetilise kompassi põhjaosa Maa poolse magnetvälja lõunapoolsele otsale, mis asub põhjapooluse lähedal (teisiti öeldes, Maakera lõunapoolne magnetpoolus asub tegelikult geograafilise põhjapooluse lähedal , kuigi näete sageli seda lõunapoolset magnetilist poolust, mis on tähistatud kui põhjamagnetiline poolus).
Maakera magnetväli genereerib magnetosfääri, mis ümbritseb Maad. Päikesetuule interaktsioon magnetosfääriga põhjustab põhja- ja lõunaosa tulesid, mida tuntakse aurora Borealise ja aurora australise nime all.
Maa magnetväli mõjutab ka laavavooludes leiduvaid raua mineraale. Laavas olevad mineraalid vastavad Maa magnetväljale. Need joondatud mineraalid "külmuvad" paika jahtudes oma kohale. Kesk-Atlandi katuseharja mõlemal küljel asuvate basaltvoogude magnetiliste joonduste uuringud pakuvad tõestust mitte ainult Maa magnetvälja ümberpööramise kohta, vaid ka plaatide tektoonika teooria kohta.