Магниттер - ғасырлар бойы адамның қиялын жаулап алған қызықты заттар. Ежелгі гректерден қазіргі ғалымдарға дейін адамдарды магниттердің жұмыс істеу тәсілі және олардың көптеген қолданбалы мүмкіндіктері қызықтырды. Тұрақты магниттер сыртқы магнит өрісі болмаған кезде де өзінің магниттік қасиеттерін сақтайтын магнит түрі болып табылады. Біз тұрақты магниттер мен магнит өрістерінің артындағы ғылымды, оның ішінде олардың құрамын, қасиеттерін және қолданылуын зерттейтін боламыз.
1-бөлім: Магнитизм дегеніміз не?
Магнитизм деп белгілі бір материалдардың магнит өрісі бар басқа материалдарды тартуға немесе кері қайтаруға мүмкіндік беретін физикалық қасиетін айтады. Бұл материалдар магнитті немесе магниттік қасиеттерге ие деп аталады.
Магниттік материалдар магниттік домендердің болуымен сипатталады, олар жеке атомдардың магнит өрістері тураланған микроскопиялық аймақтар. Бұл домендер дұрыс реттелген кезде, олар материалдан тыс анықталатын макроскопиялық магнит өрісін жасайды.
Магниттік материалдарды екі топқа бөлуге болады: ферромагниттік және парамагниттік. Ферромагниттік материалдар күшті магнитті, оларға темір, никель және кобальт кіреді. Олар сыртқы магнит өрісі болмаған кезде де өздерінің магниттік қасиеттерін сақтай алады. Парамагниттік материалдар, керісінше, әлсіз магнитті және алюминий мен платина сияқты материалдарды қамтиды. Олар тек сыртқы магнит өрісінің әсерінен магниттік қасиеттерді көрсетеді.
Магнитизм біздің күнделікті өмірімізде, соның ішінде электр қозғалтқыштарында, генераторларда және трансформаторларда көптеген практикалық қолданбаларға ие. Магниттік материалдар қатты дискілер сияқты деректерді сақтау құрылғыларында және магнитті-резонансты бейнелеу (МРТ) сияқты медициналық бейнелеу технологияларында да қолданылады.
2-бөлім: Магниттік өрістер
Магниттік өрістер магнетизмнің негізгі аспектісі болып табылады және магнитті немесе магниттік күшті анықтауға болатын ток өткізетін сымды қоршап тұрған аумақты сипаттайды. Бұл өрістер көрінбейді, бірақ олардың әсерін магниттік материалдардың қозғалысы немесе магниттік және электрлік өрістер арасындағы өзара әрекеттесу арқылы байқауға болады.
Магниттік өрістер сымдағы электрондардың ағыны немесе атомдағы электрондардың айналуы сияқты электр зарядтарының қозғалысы арқылы жасалады. Магнит өрісінің бағыты мен күші осы зарядтардың бағыты мен қозғалысымен анықталады. Мысалы, штрих магнитте магнит өрісі полюстерде ең күшті және центрде ең әлсіз, ал өрістің бағыты солтүстік полюстен оңтүстік полюске қарай.
Магнит өрісінің күші әдетте тесла (T) немесе гаусс (G) бірліктерімен өлшенеді және өрістің бағытын оң қол ережесі арқылы сипаттауға болады, ол егер оң қолдың бас бармағын көрсетсе токтың бағыты, содан кейін саусақтар магнит өрісінің бағытына қарай бұрылады.
Магниттік өрістердің көптеген практикалық қолданбалары бар, соның ішінде қозғалтқыштар мен генераторларда, магнитті резонансты бейнелеу (МРТ) машиналарында және қатты дискілер сияқты деректерді сақтау құрылғыларында. Олар сондай-ақ бөлшектердің үдеткіштері мен магниттік левитация пойыздары сияқты әртүрлі ғылыми және инженерлік қолданбаларда қолданылады.
Магниттік өрістердің мінез-құлқы мен қасиеттерін түсіну көптеген зерттеу салаларында, соның ішінде электромагнетизм, кванттық механика және материалтану үшін өте маңызды.
3-бөлім: Тұрақты магниттердің құрамы
Тұрақты магнит, сондай-ақ «тұрақты магниттік материал» немесе «тұрақты магнит материалы» ретінде белгілі, әдетте ферромагниттік немесе ферримагниттік материалдардың қосындысынан тұрады. Бұл материалдар магнит өрісін сақтау қабілеті үшін таңдалады, бұл оларға уақыт өте келе тұрақты магниттік әсерді жасауға мүмкіндік береді.
Тұрақты магниттерде қолданылатын ең көп таралған ферромагниттік материалдар темір, никель және кобальт болып табылады, олардың магниттік қасиеттерін жақсарту үшін басқа элементтермен легирлеуге болады. Мысалы, неодим магниттері неодим, темір және бордан тұратын сирек жер магниттерінің бір түрі, ал самарий кобальт магниттері самарий, кобальт, темір және мыстан тұрады.
Тұрақты магниттердің құрамына олар қолданылатын температура, магнит өрісінің қажетті күші мен бағыты және мақсатты қолдану сияқты факторлар да әсер етуі мүмкін. Мысалы, кейбір магниттер жоғары температураға төтеп беруге арналған болуы мүмкін, ал басқалары белгілі бір бағытта күшті магнит өрісін шығаруға арналған.
Бастапқы магниттік материалдардан басқа, тұрақты магниттер коррозияны немесе зақымдануды болдырмау үшін жабындарды немесе қорғаныс қабаттарын, сондай-ақ әртүрлі қолданбаларда пайдалану үшін арнайы пішіндер мен өлшемдерді жасау үшін пішіндеу мен өңдеуді қамтуы мүмкін.
4-бөлім: Тұрақты магниттердің түрлері
Тұрақты магниттер құрамына, магниттік қасиеттеріне және өндіріс процесіне байланысты бірнеше түрге жіктелуі мүмкін. Міне, тұрақты магниттердің кейбір кең таралған түрлері:
1. Неодим магниттері: Бұл сирек кездесетін жер магниттері неодим, темір және бордан тұрады және тұрақты магниттердің ең күшті түрі болып табылады. Олар жоғары магниттік энергияға ие және әртүрлі қосымшаларда, соның ішінде қозғалтқыштарда, генераторларда және медициналық жабдықтарда қолданылуы мүмкін.
2.Самарий кобальт магниттері: Бұл сирек кездесетін жер магниттері самарийден, кобальттан, темірден және мыстан тұрады және олардың жоғары температура тұрақтылығымен және коррозияға төзімділігімен танымал. Олар аэроғарыш және қорғаныс сияқты қолданбаларда, сондай-ақ өнімділігі жоғары қозғалтқыштар мен генераторларда қолданылады.
3.Феррит магниттері: Керамикалық магниттер ретінде де белгілі, феррит магниттері темір оксидімен араласқан керамикалық материалдан тұрады. Олардың магниттік энергиясы сирек жер магниттеріне қарағанда төмен, бірақ қол жетімді және үндеткіштер, қозғалтқыштар және тоңазытқыш магниттері сияқты қолданбаларда кеңінен қолданылады.
4.Alnico магниттері: Бұл магниттер алюминийден, никельден және кобальттан тұрады және олардың жоғары магниттік күші мен температура тұрақтылығымен танымал. Олар көбінесе сенсорлар, есептегіштер және электр қозғалтқыштары сияқты өнеркәсіптік қосымшаларда қолданылады.
5. Байланысты магниттер: Бұл магниттер магниттік ұнтақты байланыстырғышпен араластыру арқылы жасалады және оларды күрделі пішіндер мен өлшемдерде жасауға болады. Олар көбінесе сенсорлар, автомобиль компоненттері және медициналық жабдықтар сияқты қолданбаларда қолданылады.
Тұрақты магнит түрін таңдау арнайы қолдану талаптарына, соның ішінде қажетті магниттік беріктікке, температураның тұрақтылығына, құнына және өндірістік шектеулерге байланысты.
5-бөлім: Магниттер қалай жұмыс істейді?
Магниттер басқа магниттік материалдармен немесе электр тогымен әрекеттесетін магнит өрісін жасау арқылы жұмыс істейді. Магнит өрісі магниттік күш тудыратын микроскопиялық солтүстік және оңтүстік полюстер болып табылатын материалдағы магниттік моменттердің туралануы арқылы жасалады.
Тұрақты магнитте, мысалы, штрих магнитінде, магниттік моменттері белгілі бір бағытта теңестіріледі, сондықтан магнит өрісі полюстерде ең күшті және орталықта ең әлсіз. Магниттік материалдың жанында орналастырған кезде магнит өрісі материалға магниттік моменттердің бағытына байланысты оны тартатын немесе кері қайтаратын күш береді.
Электромагнитте магнит өрісі сым катушкасы арқылы өтетін электр тогы арқылы жасалады. Электр тогы ток ағынының бағытына перпендикуляр магнит өрісін жасайды, ал магнит өрісінің күші катушка арқылы өтетін ток мөлшерін реттеу арқылы реттелуі мүмкін. Электромагниттер қозғалтқыштар, үндеткіштер және генераторлар сияқты қосымшаларда кеңінен қолданылады.
Магниттік өрістер мен электр тогы арасындағы өзара әрекеттесу генераторларды, трансформаторларды және электр қозғалтқыштарын қоса алғанда, көптеген технологиялық қосымшалар үшін де негіз болып табылады. Генераторда, мысалы, сым катушкасының жанында магниттің айналуы сымдағы электр тогын тудырады, оны электр қуатын өндіруге пайдалануға болады. Электр қозғалтқышында қозғалтқыштың магнит өрісі мен сым катушкасы арқылы өтетін ток арасындағы өзара әрекеттесу қозғалтқыштың айналуын басқаратын момент жасайды.
Осы сипаттамаға сәйкес, біз Халбек сияқты жұмыс кезінде арнайы аймақта магнит өрісінің күшін арттыру үшін жалғау үшін арнайы магниттік полюстің орналасуын жобалай аламыз.
Хабарлама уақыты: 24 наурыз 2023 ж