Magnetid on põnevad objektid, mis on sajandeid inimese kujutlusvõimet köitnud. Alates iidsetest kreeklastest kuni tänapäevaste teadlasteni on inimesi huvitanud magnetite tööviis ja nende mitmed rakendused. Püsimagnetid on teatud tüüpi magnetid, mis säilitavad oma magnetilised omadused isegi siis, kui see ei ole välise magnetvälja juures. Uurime püsimagnetite ja magnetväljade taga olevat teadust, sealhulgas nende koostist, omadusi ja rakendusi.
1. jaotis: Mis on magnetism?
Magnetism viitab teatud materjalide füüsilisele omadusele, mis võimaldab neil magnetväljaga teisi materjale ligi tõmmata või tõrjuda. Need materjalid on väidetavalt magnetilised või neil on magnetilised omadused.
Magnetmaterjale iseloomustab magnetdomeenide olemasolu, mis on mikroskoopilised piirkonnad, milles üksikute aatomite magnetväljad on joondatud. Kui need domeenid on õigesti joondatud, loovad nad makroskoopilise magnetvälja, mida saab tuvastada väljaspool materjali.
Magnetmaterjalid võib jagada kahte kategooriasse: ferromagnetilised ja paramagnetilised. Ferromagnetilised materjalid on tugevalt magnetilised ja nende hulka kuuluvad raud, nikkel ja koobalt. Nad suudavad säilitada oma magnetilised omadused isegi välise magnetvälja puudumisel. Paramagnetilised materjalid on seevastu nõrgalt magnetilised ja hõlmavad selliseid materjale nagu alumiinium ja plaatina. Neil on magnetilised omadused ainult siis, kui need on allutatud välisele magnetväljale.
Magnetismil on meie igapäevaelus palju praktilisi rakendusi, sealhulgas elektrimootorites, generaatorites ja trafodes. Magnetmaterjale kasutatakse ka andmesalvestusseadmetes, nagu kõvakettad, ja meditsiinilistes pilditehnoloogiates, nagu magnetresonantstomograafia (MRI).
2. jaotis: Magnetväljad
Magnetväljad on magnetismi põhiaspekt ja kirjeldavad magneti või voolu juhtivat traati ümbritsevat ala, kus magnetjõudu saab tuvastada. Need väljad on nähtamatud, kuid nende mõju on võimalik jälgida magnetiliste materjalide liikumise või magnet- ja elektrivälja vastasmõju kaudu.
Magnetväljad tekivad elektrilaengute liikumisel, näiteks elektronide voolul juhtmes või elektronide pöörlemisel aatomis. Magnetvälja suuna ja tugevuse määrab nende laengute orientatsioon ja liikumine. Näiteks varrasmagnetis on magnetväli tugevaim poolustel ja nõrgim keskel ning välja suund on põhjapoolusest lõunapoolusele.
Magnetvälja tugevust mõõdetakse tavaliselt tesla (T) või gaussi (G) ühikutes ning välja suunda saab kirjeldada parema käe reegli abil, mis ütleb, et kui parema käe pöial osutab voolu suunda, siis kõverduvad sõrmed magnetvälja suunas.
Magnetväljadel on palju praktilisi rakendusi, sealhulgas mootorites ja generaatorites, magnetresonantstomograafia (MRI) seadmetes ja andmesalvestusseadmetes, nagu kõvakettad. Neid kasutatakse ka mitmesugustes teaduslikes ja insenerirakendustes, näiteks osakeste kiirendites ja magnetlevitatsioonirongides.
Magnetväljade käitumise ja omaduste mõistmine on oluline paljudes uurimisvaldkondades, sealhulgas elektromagnetismi, kvantmehaanika ja materjaliteaduse jaoks.
3. jaotis: Püsimagnetite koostis
Püsimagnet, tuntud ka kui "püsimagnetmaterjal" või "püsimagnetmaterjal", koosneb tavaliselt ferromagnetiliste või ferrimagnetiliste materjalide kombinatsioonist. Need materjalid on valitud nende võime järgi säilitada magnetvälja, võimaldades neil aja jooksul tekitada ühtlast magnetefekti.
Kõige levinumad püsimagnetites kasutatavad ferromagnetilised materjalid on raud, nikkel ja koobalt, mida saab nende magnetiliste omaduste parandamiseks legeerida teiste elementidega. Näiteks neodüümmagnetid on haruldaste muldmetallide magnetid, mis koosnevad neodüümist, rauast ja boorist, samas kui samariumi koobaltmagnetid koosnevad samariumist, koobaltist, rauast ja vasest.
Püsimagnetite koostist võivad mõjutada ka sellised tegurid nagu temperatuur, mille juures neid kasutatakse, soovitud magnetvälja tugevus ja suund ning kavandatud rakendus. Näiteks võivad mõned magnetid olla projekteeritud taluma kõrgeid temperatuure, teised aga tekitama kindlas suunas tugevat magnetvälja.
Lisaks esmastele magnetilistele materjalidele võivad püsimagnetid sisaldada ka katteid või kaitsekihte, et vältida korrosiooni või kahjustusi, samuti vormimist ja töötlemist, et luua eri rakendustes kasutatavaid konkreetseid kujusid ja suurusi.
4. jaotis: Püsimagnetite tüübid
Püsimagneteid saab nende koostise, magnetiliste omaduste ja tootmisprotsessi põhjal liigitada mitut tüüpi. Siin on mõned levinumad püsimagnetite tüübid:
1. Neodüümmagnetid: need haruldaste muldmetallide magnetid koosnevad neodüümist, rauast ja boorist ning on tugevaim saadaolevate püsimagnetite tüüp. Neil on kõrge magnetenergia ja neid saab kasutada mitmesugustes rakendustes, sealhulgas mootorites, generaatorites ja meditsiiniseadmetes.
2. Samariumi koobaltmagnetid: need haruldaste muldmetallide magnetid koosnevad samariumist, koobaltist, rauast ja vasest ning on tuntud oma kõrge temperatuuri stabiilsuse ja korrosioonikindluse poolest. Neid kasutatakse sellistes rakendustes nagu lennundus ja kaitse ning suure jõudlusega mootorid ja generaatorid.
3. Ferriitmagnetid: tuntud ka kui keraamilised magnetid, ferriitmagnetid koosnevad keraamilisest materjalist, mis on segatud raudoksiidiga. Neil on madalam magnetenergia kui haruldaste muldmetallide magnetitel, kuid need on taskukohasemad ja neid kasutatakse laialdaselt sellistes rakendustes nagu kõlarid, mootorid ja külmikumagnetid.
4. Alnico magnetid: need magnetid koosnevad alumiiniumist, niklist ja koobaltist ning on tuntud oma suure magnetilise tugevuse ja temperatuuristabiilsuse poolest. Neid kasutatakse sageli tööstuslikes rakendustes, nagu andurid, arvestid ja elektrimootorid.
5. Ühendatud magnetid: need magnetid valmistatakse magnetpulbri segamisel sideainega ning neid saab valmistada keeruka kuju ja suurusega. Neid kasutatakse sageli sellistes rakendustes nagu andurid, autokomponendid ja meditsiiniseadmed.
Püsimagneti tüübi valik sõltub konkreetsetest rakendusnõuetest, sealhulgas nõutavast magnetilisest tugevusest, temperatuuri stabiilsusest, maksumusest ja tootmispiirangutest.
5. jaotis: Kuidas magnetid töötavad?
Magnetid töötavad, luues magnetvälja, mis interakteerub teiste magnetiliste materjalidega või elektrivooludega. Magnetväli tekib materjalis olevate magnetmomentide joondamisel, mis on mikroskoopilised põhja- ja lõunapoolused, mis genereerivad magnetjõudu.
Püsimagnetis, näiteks varrasmagnetis, on magnetmomendid joondatud kindlas suunas, seega on magnetväli tugevaim poolustel ja nõrgim keskel. Magnetmaterjali lähedusse asetamisel avaldab magnetväli materjalile jõudu, mis tõmbab või tõrjub seda sõltuvalt magnetmomentide orientatsioonist.
Elektromagnetis loob magnetvälja läbi juhtmepooli voolav elektrivool. Elektrivool tekitab magnetvälja, mis on risti voolu liikumise suunaga ja magnetvälja tugevust saab reguleerida läbi mähise voolava vooluhulga reguleerimisega. Elektromagneteid kasutatakse laialdaselt sellistes rakendustes nagu mootorid, kõlarid ja generaatorid.
Magnetväljade ja elektrivoolude vastastikmõju on aluseks ka paljudele tehnoloogilistele rakendustele, sealhulgas generaatoritele, trafodele ja elektrimootoritele. Näiteks generaatoris indutseerib magneti pöörlemine juhtmepooli lähedal juhtmes elektrivoolu, mida saab kasutada elektrienergia genereerimiseks. Elektrimootoris tekitab mootori magnetvälja ja traadipooli läbiva voolu vaheline koostoime pöördemomendi, mis juhib mootori pöörlemist.
Selle omaduse järgi saame luua splaissimiseks spetsiaalse magnetpooluste paigutuse, et suurendada magnetvälja tugevust töö ajal spetsiaalses piirkonnas, näiteks Halbeck
Postitusaeg: 24. märts 2023