Вообразить современный мир без магнитов невозможно. Производственные станки, электронное и электрическое оборудование, домашний декор, застежки на одежде и обуви – их способность к притягиванию металлических элементов, формированию вокруг себя магнитного поля, ценится везде. Чем именно она объясняется? Как они работают?
Общее понятие
Магниты представлены двумя главными категориями, постоянными и электрическими. Наибольшее распространение, благодаря простоте, получили первые, для образования магнитного поля им не требуется электроэнергия. Основа таких элементов – специальные металлы и сплавы, обладающие соответствующими свойствами, например, магнетиты или неодим. Названы изделия в честь места, где впервые были обнаружены магнетиты. Таковым стал город Магнезия.
Конечные свойства детали определяются ее составом. Путем многочисленных исследований было установлено, что максимальной выраженности магнитных характеристик, способности детали сохранять изначальные параметры в течение продолжительного времени, можно добиться использованием неодима, специального сплава, состоящего не только из этого редкоземельного металла, но и вспомогательных компонентов, например, бора.
У каждого постоянного магнита есть пара полюсов, положительно заряженный, южный, и отрицательно заряженный, северный. Наружные магнитные линии направлены с севера на юг, внутренние – наоборот. Интересно, что даже разделение элемента на две части приведет к тому, что у него сразу сформируются два противоположных полюса.
Притягивающая способность
Магнитная сила зависит от того, какой именно материал использован при производстве изделия, а также процессов его намагничивания, естественных или искусственных. Согласно уравнениям Максвелла, магнитное поле может быть сформировано исключительно подвижным зарядом. Сила этого поля, в контексте постоянных магнитов, определяется интенсивностью движения электронов вокруг атомов.
Чтобы материал приобрел магнитные свойства, ему требуется внешнее воздействие, в частности – воздействие мощного электрического разряда. В природе это возможно, например, за счет удара молнии. В искусственных условиях получить мощный элемент гораздо проще, процесс можно контролировать, добиваться строго определенных характеристик, соответствующих дальнейшей специфике эксплуатации. Методик множество – через заготовку из ферромагнитного сплава можно пропускать ток, поместить ее в поле, создаваемое постоянным или электрическим магнитом.
При использовании магнита нужно учитывать, что его изначальные свойства постепенно снижаются из-за естественного старения, могут резко ухудшиться из-за ряда воздействий:
- Интенсивный нагрев, из-за которых разрушаются атомы;
- Выраженная статическая или динамическая нагрузка, приводящая к структурным повреждениям;
- Выраженное внешнее магнитное поле с обратным направлением;
- Внешнее электромагнитное поле;
- Воздействие влаги или химического раствора. Все это провоцирует окислительные процессы, металл ржавеет и разрушается.
Нужно учитывать, что сила магнитного поля не равняется мощности детали. Если первый показатель стабилен, может быть точно измерен и зафиксирован, то второй – переменчив, определяется чистотой контактной поверхности металла, наличием на ней дефектов, трещин, следов коррозии, углом, под которым приложена сила, внешними условиями, влажностью и температурой.
Взаимодействие с другими объектами
Способность магнитной руды притягивать другие объекты была обнаружена еще учеными из Древней Греции. Речь, впрочем, идет далеко не обо всех материалах, а только о некоторых металлах. Например, выраженное притяжение наблюдается при взаимодействии с чугуном или сталью, меньшее – с никелем, отсутствующее – с цветными, медью.
Алгоритм взаимодействия с другим магнитом определяется полюсами. На идентичных полюсах элементы будут отталкиваться друг от друга, на противоположных – отталкиваться.
Указанные алгоритмы позволяют решать множество задач:
- Трансформация энергии из механической в механическую. Например, грамотным расположением магнитов можно создать маятник, функционирующий постоянно, без электроэнергии. Поддерживать интенсивность колебаний будут магнитные поля, притяжением и отталкиванием.
- Трансформация энергии из механической в электрическую. Такой принцип используется, например, в микрофонах. Механические колебания формируются акустическими волнами и превращаются в сигнал.
- Трансформация энергии из электрической в механическую. Наглядный пример – наушники. Тут действует принцип, обратный микрофону.
Свойства магнита притягивать и отталкивать окружающие объекты можно использовать не только в сложных механизмах и машинах, но и в быту. Например, им можно быстро отыскать иголку, случайно упавшую на ковер с длинным ворсом, собрать рассыпавшиеся гвоздики или закрепить на холодильнике фотографию!