Магнит (физика)

Почему у постоянного магнита имеется магнитное поле

В 1820 г. датский физик Ханс Эрстед при исследовании электрических явлений обнаружил, что если вблизи металлического провода разместить магнитную стрелку компаса, то при включении электрического тока стрелка отклонялась на заметный угол. Хотя он и не смог объяснить это явление, но после опубликования этих результатов французский ученый Андре-Мари Ампер высказал предположение, что движение электрических зарядов в проводе — электрический ток, приводит к появлению магнитного поля. Происходит взаимодействие, и на практике стрелка отклоняется.

Рис. 2. Гипотеза Ампера. Модель Ампера для внутренних токов в магнитах

Эту же идею Ампер использовал для объяснения природы магнитного поля постоянных магнитов. Согласно его теории магнитное поле появляется из-за наличия в магнитах непрерывно циркулирующих круговых токов, которые эквивалентны небольшим магнитикам. Эти токи складываются, усиливают друг друга и создают общее магнитное поле внутри и вне магнита. Магнит в целом представляет собой набор (сумму) этих магнитиков.

Наша планета представляет собой огромный постоянный магнит. Принципиальная схема постоянного магнита Земли, который создает ее магнитное поле, аналогична природе обычного, природного магнита. Ядро Земли имеет внешнюю оболочку из расплавленных металлов (железа, никеля и ряда примесей) при температуре более 4000 К0. Раскаленная масса, состоящая из смеси заряженных частиц, вращается вместе с Землей. В результате возникают непрерывно циркулирующие потоки и вихри, которые являются главной причиной появления магнитного поля Земли.

Преимущества и недостатки очень мощных поисковых магнитов

Мощные (особенно двусторонние) магниты для поиска, как уже ясно из вышеизложенного материала, для поисков куда более интересны. Их главное преимущество — это мощность. Достать более ценную находку (особенно если говорить о драгметаллах которые магнитятся) с его помощью много выше.

Однако у мощных магнитов есть свои недостатки

1. Очень мощный магнит (на 500 кг и более) будет тяжело закидывать на большое расстояние, так как он весит более 4 килограммов.

2. Отрывная нагрузка при качественном зацеплении гораздо больше физических возможностей человека.

3. Качество верёвки должно быть на высоте и иметь 2-ух кратный запас прочности. Это необходимо для того, чтобы была возможность выдернуть зацепившийся поисковый магнит из затопленного дерева либо расщелины.

4. Очень утомляет перенос тяжёлого предмета длительное время.

По типу крепления рем-болта делятся на два типа: с вертикальным креплением и боковым. Для умеренных результатов вполне достаточно двустороннего магнита на 140-200кг силы притяжения и боковым креплением рем-болта. Такой магнит вполне реально протаскать целый день, хотя не исключено что на следующий день вы ощутите небольшую боль в мышцах (без специальной подготовки).

Показания и противопоказания

Магнитная физиотерапия оказывает на организм болеутоляющий, седативный, противовоспалительный и противоотечный эффекты. Магнитные процедуры дают практически тот же эффект, что и медикаментозное лечение. Эта методика способствует рассасыванию гематом. Способ состоит в улучшении микроциркуляции крови, а также устранения тромбов в тканях. Используют эту методику в следующих случаях:

• сердечно-сосудистые заболевания;
• мочеполовые заболевания;
• заболевания органов дыхательных путей;
• наркологическая зависимость;
• гнойные воспалительные процессы;
• поражения кожи и мягких тканей;
• болезни нервной системы;
• болезни опорно-двигательного аппарата;
• нарушения в работе ЖКТ.

Лечение магнитотерапией суставов показало высокую эффективность, особенно артрита артроза. Метод магнитотерапии дает возможность быстро убрать очаги воспаления и болевой синдром. Если есть необходимость восстановить хрящевые ткани, эта методика помогает в улучшении подвижности сустава и уровне его образования. Также эта методика позволяет убрать отёчность и быстро вернуть нормальное функционирование суставов. В Юсуповской больнице врачи параллельно проводят лечение магнитной терапией и медикаментами, в результате, эффективность лечения усиливается в разы.Использование метода магнитотерапии в физиотерапии запрещается только в тех случаях, если у больного:

• беременность;
• индивидуальная непереносимость;
• истощение организма;
• гипертония III степени;
• опухоли и новообразования;
• нарушения свойств кровяного состава с патологическим характером;
• абсцессы и гнойные процессы в тканях;
• сердечная недостаточность II, III стадий.

Такое ограничение касается в основном больных с тяжелыми патологическими состояниями либо тех, для кого риск развития осложнений считается не оправданным.

Как делают магниты разными способами

Прессованные магнитопласты – это магниты, полученные путем смешивания специального вида порошка NdFeB с полимерными связывающими материалами. Затем эта масса прессуется в форму и нагревается.

Магнитные изделия, получаемые таким способом, могут быть сложных форм, и обычно не требуют дополнительной обработки. Они имеют более низкую энергию продукта, чем спеченные магниты, до 10 МГсЭ.

При использовании специальных соленоидов можно получить многополюсные магниты или магниты со специальной формой магнитного поля.

Разумеется, такие сложные соленоиды могут стоить очень дорого в зависимости от сложности конструкции и требуемой производительности.

Литые магнитопласты – при этом способе производства магнитов порошок NdFeB смешивается с полимерным материалом и выдавливается в форму. Получающиеся магнитные изделия имеют энергию продукта до 5 МГсЭ, но могут быть сделаны замысловатых форм.

Спеченные неомагниты – мелкий порошок NdFeB запрессовывается в форму, затем спекается и обрабатывается до нужного размера (шлифуется).

Производство неодимовых магнитов – сложный высокотехнологичный процесс, требующий соблюдения состава, содержания примесей. Все операции, кроме шлифовки в размер, проводятся без доступа кислорода в вакууме или атмосфере инертных газов. Направление намагниченности задается текстурой магнитного поля во время прессования.

Функции магнитов на холодильник

• украшение кухни в целом и двери холодильника в частности,
• памятный сувенир с отпуска,
• рекламная продукция,
• подарок друзьям, родным и коллегам по возвращении с поездки,
• дополнительные полезные функции магнитиков в кухне (календарики, термометры, блокнотики). 

Наверное, редко у кого холодильник в кухне в наше время свободен от различного рода магнитиков. Это стало своего рода традицией — привозить друг другу откуда бы то ни было именно такие сувениры напамять. Ассортимент, разновидности, тематика, материалы могут быть самые разные, а суть остаётся одна — привезти с собой частичку той радости, что была получена на отдыхе и поделиться ею с окружающими…

Магнит в прошлом

Ещё древние китайцы более 2000 лет назад знали о магнитах, по крайней мере то, что это явление можно использовать для выбора направления при путешествиях. То есть придумали компас. Философы в древней Греции, люди любопытные, собирая различные удивительные факты, столкнулись с магнитами в окрестностях города Магнесса в Малой Азии. Там и обнаружили странные камни, которые могли притягивать железо. По тем временам, это было не менее удивительным, чем могли бы стать в наше время инопланетяне.

Еще более удивительным казалось, что магниты притягивают далеко не все металлы, а только железо, и само железо способно становиться магнитом, хотя и не таким сильным. Можно сказать, что магнит притягивал не только железо, но и любопытство ученых, и сильно двигал вперед такую науку, как физика. Фалес из Милета писал о «душе магнита», а римлянин Тит Лукреций Кар – о «бушующем движении железных опилок и колец», в своем сочинении «О природе вещей». Уже он мог заметить наличие двух полюсов у магнита, которые потом, когда компасом начали пользоваться моряки, получили названия в честь сторон света.

Что такое магнит. Простыми словами. Магнитное поле

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ТИБЕТСКОЙ МЕДИЦИНЫ

Для чего нужна магнитотерапия?

Магнитотерапия – это терапевтическое воздействие на организм человека для лечения или профилактики ряда заболеваний. Такие процедуры проводятся с помощью влияния магнитного поля на патологические участки, отличаются безопасностью и высокой эффективностью воздействия и на кожу, и на внутренние органы. О положительном воздействии магнитных полей на организм человека писали еще древние китайские ученые, греческие философы и врачи. В России магниты начал применять Боткин С.П. – для лечения нервных заболеваний, нарушений опорно-двигательного аппарата.

Особенности воздействия магнитотерапии на организм человека

Классический магнит – это сплав, который состоит из железа, кобальта и никеля. И в крови человека также находится определенное количество железа, частицы которого переносят кислород по кровотоку, улучшая усвояемость питательных веществ и гормонов организмом. При дефиците железа человек начинает чувствовать хроническую усталость и недомогание, страдает от бессонницы, снижается уровень гемоглобина.

Наличие в крови кобальта, меди, марганца улучшает усвоение железа организмом. При воздействии магнита одинаковые химические элементы притягиваются друг к другу. То есть, при воздействии магнита на человеческий организм в этом месте кровоток активизируется, и уровень кислорода значительно увеличивается.

Особенности магнитотерапии:

Методики магнитологии основаны на исследованиях реакций организма на магнитное поле. Магнитные поля с сильной интенсивностью (индукцией) вызывают стресс, средней – активацию внутренних процессов, малой – реакцию тренировки. При использовании высокочастотного влияния необходимо проведение процедуры квалифицированным специалистом, низкочастотные воздействия могут осуществляться пациентами самостоятельно, с помощью особых аппликаторов. Низкочастотная магнитотерапия применяется для лечения и профилактики различных заболеваний, хорошо переносится и молодыми, и пожилыми людьми. Для такой терапии применяются специальные приборы и аппликаторы, место и время воздействия которых должно быть рекомендовано врачом. Магнитотерапия успешно применяется для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта, нарушения работы опорно-двигательного аппарата, проблем, связанных с низким уровнем гемоглобина и мн.др.

Магнитное влияние может оказываться на весь организм, на определенный участок тела, в котором возникла патология, или на рефлекторные зоны, связанные с заболевшим органом. В некоторых случаях очень эффективно применение омагниченной воды.

Как действует магнитотерапия на человека

По мнению немецких ученых, терапия, основанная на воздействии магнитным полем, стимулирует не только материальную структуру организма, но, в большей степени, воздействует на биополе человека. За счет биологического резонансного эффекта стимулируется поступление кислорода в ткани, ускоряется выведение молочной кислоты и токсинов. Благодаря увеличению поступления кислорода к поврежденным тканям они начинают восстанавливаться, снимается болевой синдром. По результатам многочисленных исследований было установлено, что магнитотерапия по своей эффективности приближена к результативности гомеопатии.

Воздействие магнитного поля дает высокие результаты в процессе восстановления поврежденных тканей – за счет синтеза белков и углеводов, которые образуются в магнитном поле. Таким образом, происходит быстрое заживление ран – при наружных и внутренних повреждениях (переломы, гематомы, язвы). Низкочастотная магнитотерапия повышает иммунитет, насыщает кровь лимфоцитами.

История изучения магнитных свойств

Столетия назад люди открыли, что некоторые типы горных пород обладают оригинальными особенностями: притягиваются к железным предметам. Упоминание о магнетите встречается в древних исторических летописях: больше двух тысячелетий назад в европейских и намного ранее в восточноазиатских. Сначала он оценивался как любопытный предмет.

Позже магнетит стали использовать для навигации, обнаружив, что он стремится занять определенное положение, когда ему предоставлена свобода вращения. Научное исследование, проведенное П. Перегрином в 13-м веке, показало, что сталь может приобрести эти особенности после потирания магнетитом.

У намагниченных предметов было два полюса: «северный» и «южный», относительно магнитного поля Земли. Как обнаружил Перегрин, изоляция одного из полюсов не представлялась возможной, если разрезать осколок магнетита надвое, – каждый отдельный фрагмент имел в результате собственную пару полюсов.

В соответствии с сегодняшними представлениями магнитное поле постоянных магнитов – это результирующая ориентация электронов в едином направлении. Только некоторые разновидности материалов взаимодействуют с магнитными полями, значительно меньшее их количество способно сохранять постоянное МП.

Ace Frehley с хамбакерами Dimarzio Super Distortion

Керамика — ферритовые магниты этого типа делаются из химической смеси керамики и оксида железа. Существует миф, что керамические магниты — это дешевая версия альнико. Цитируя известного гуру звукоснимателей Билла Лоуренса, “бывают паршивые резкие альнико датчики и очень мягкие керамические. А бывает и наоборот!”

Керамические магниты очень популярны. Их применяют в не только в гитарных звукоснимателях, но и в акустических системах, в домашних аудио-системах. Там почти везде стоят керамические магниты.

На звучании звукоснимателей это сказывается следующим образом. Более мощная атака, более чистый звук, часто с компрессированным характером. Именно поэтому керамические магниты используются в хамбакерах, которые по своей природе имеют большее сопротивление и звучат более тускло. Впервые я услышал керамический магнит, когда установил на свою первую гитару звукосниматель Dimarzio Super Distortion. Этот датчик, уже ставший легендой, имеет сопротивление примерно 13 КОм, ярок выраженную середину и кусачий характер звука в целом. Если вы любите классический рок, скорее всего вы слышали на ваших любимых записях, начиная аж с 1972 года, когда он был выпущен. Этот датчик активно использовали Jimmy Page, Ace Frehley и тысячи других музыкантов. Это был один из первых звукоснимателей, который можно было купить отдельно от гитары и установить в качестве замены. Лично для меня — это один из любимых хамбакеров для бриджа. Очень хорошо добавляет атаки и яркости при игре.

Что касается сингловых датчиков, изучив предложение, вы поймёте, что на рынке доминирует Alnico V. Хотя, например, у компании G&L есть очень удачная керамическая альтернатива — их звукосниматели MFD (Magnetic Field Design). Преимущество их в том, что высоту каждого магнита можно регулировать. Это невозможно сделать с датчиками винтажного дизайна, где высота магнитов установлена по умолчанию. Они звучат очень чисто, а уровень шума очень низкий, что совсем не похоже на сингловые датчики. Лично я был очень впечатлён гитарой G&L ASAT. Очень резвая палка!

Разновидности магнитов

Форма и размер будущего магнита закладывается еще на стадии производства. Неодим, железо и бром перемалывают в порошок, затем засыпают в специальные формы.

Полученные неодимовые сплавы проходят процесс намагничивания. После чего покрываются никелем, и получаются супермощные изделия.

Различают несколько видов магнитов, отличающиеся размерами, а соответственно, и мощностью сцепления:

1. Малогабаритные
   – магниты малых размеров. Они используются в производстве сувениров, игрушек и даже украшений. Маленькие магниты встречаются в некоторых исполнительных аппаратах, линейных двигателях, в магнитных замках. Магниты небольших размеров обладают высокой степенью сцепляемости.
2. Крупногабаритные
   магниты могут быть достаточно больших размеров. Например, прямоугольные достигают размеров от 5 см в длину и ширину и 2,5 см в высоту. Такой магнит способен выдержать груз в 125 кг. Их активно используют в промышленности и в быту. Магниты в виде дисков и колец используют в качестве держателей и магнитов.

Причины возникновения индукционного тока в движущихся и неподвижных проводниках

Причин, по которым может происходить изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, две:

1. Изменение магнитного потока вследствие перемещения всего контура или отдельных его частей в магнитном поле, которое не изменяется со временем;
2. Изменение магнитного поля при неподвижном контуре.

Перейдем к рассмотрению этих случаев подробнее.

Перемещение контура или его частей в неизменном магнитном поле

При движении проводников и свободных носителей заряда в магнитном поле возникает ЭДС индукции. Объяснить возникновение δинд можно действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца здесь – это сторонняя сила.

Пример 2

На рисунке мы изобразили пример индукции, когда прямоугольный контур помещен в однородное магнитное поле B→ направленное перпендикулярно плоскости контура. Одна из сторон контура перемещается по двум другим сторонам с некоторой скоростью.

Рисунок 1.20.3. Возникновение ЭДС индукции в движущемся проводнике. Отражена составляющая силы Лоренца, которая действует на свободный электрон

На свободные заряды подвижной части контура воздействует сила Лоренца. Основная составляющая силы Лоренца в данном случае направлена вдоль проводника и связана с переносной скоростью зарядов υ→. Модуль этой сторонней силы равен:

FЛ=eυ→B.

Работа силы FЛ на пути l равна:

A=FЛ·l=eυBl.

По определению ЭДС: 

δинд=Ae=υBl.

Значение сторонней силы для неподвижных частей контура равно нулю. Для соотношения δинд можно записать другой вариант формулы. Площадь контура с течением времени изменяется на ΔS=lυΔt. Соответственно, магнитный поток тоже будет с течением времени изменяться: ΔΦ=BlυΔt.

Следовательно, 

δинд=∆Φ∆t.

Знаки в формуле, которая связывает δинд и ∆Φ∆t, можно установить в зависимости от того, какие направления нормали и направления контура будут выбраны. В случае выбора согласованных между собой по правилу правого буравчика направлений нормали n→ и положительного направления обхода контура l→ можно прийти к формуле Фарадея.

При условии, что сопротивление всей цепи – это R, то по ней будет протекать индукционный ток, который равен Iинд=δиндR. За время Δt на сопротивлении R выделится джоулево тепло:

∆Q=RIинд2∆t=υ2B2l2R∆t

Парадокса здесь нет. Мы просто не учли воздействие на систему еще одной силы. Объяснение заключается в том, что при протекании индукционного тока по проводнику, расположенному в магнитном поле, на свободные заряды действует еще одна составляющая силы Лоренца, которая связана с относительной скоростью движения зарядов вдоль проводника. Благодаря этой составляющей появляется сила Ампера FА→.

Для рассмотренного выше примера модуль силы Ампера равен FA =IBl. Направление силы Ампера таково, что она совершает отрицательную механическую работу Aмех. Вычислить эту механическую работу за определенный период времени можно по формуле:

Aмех=-Fυ∆t=-IBlυ∆t=-υ2B2l2R∆t

Проводник, перемещающийся в магнитном поле, испытывает магнитное торможение. Это приводит к тому, что полная работа силы Лоренца равна нулю. Джоулево тепло может выделяться либо за счет уменьшения кинетической энергии движущегося проводника, либо за счет энергии, которая поддерживает скорость перемещения проводника в пространстве.

Изменение магнитного поля при неподвижном контуре

Определение 3

Вихревое электрическое поле – это электрическое поле, которое вызывается изменяющимся магнитным полем.

В отличие от потенциального электрического поля работа вихревого электрического поля при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому проводящему контуру равна δинд в неподвижном проводнике.

В неподвижном проводнике электроны могут приводиться в движение только под действием электрического поля. А возникновение δинд нельзя объяснить действием силы Лоренца.

Первым, кто ввел понятие вихревого электрического поля, был английский физик Джон Максвелл. Случилось это в 1861 году.

Фактически, явления индукции в подвижных и неподвижных проводниках протекают одинаково. Так что в этом случае мы тоже можем использовать формулу Фарадея. Отличия касаются физической причины возникновения индукционного тока: в движущихся проводниках δинд обусловлена силой Лоренца, в неподвижных – действием на свободные заряды вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля.

Рисунок 1.20.4. Модель электромагнитной индукции

Рисунок 1.20.5. Модель опытов Фарадея

Рисунок 1.20.6. Модель генератора переменного тока

Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться

Все услуги

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

Какие бывают магниты

Магниты – то, с чем мы сталкиваемся каждый день. От банальных застежек или игрушек до мощных кранов и сложных компьютерных технологий – все это существует благодаря магнитным свойствам определенных металлов. Вещь, отличающаяся собственным магнитным полем, может иметь разные формы и размеры. Состав сплава также отличается. От наличия тех или иных компонентов, меняется мощность, полярность, долговечность, и другие свойства магнитов.

По принципу действия выделяют три подгруппы:

• Постоянные изготавливаются из разных металлов и минералов. Их главное отличие – способность оставаться в намагниченном состоянии очень долгое время. Размагничивание происходит с разной скоростью, степень зависит от конкретных условий: температуры, целостности. Эти характеристики зависят от способа изготовления и наличия тех или иных компонентов в сплаве.
• Временные приобретают силу сцепления в определенных условиях. Чаще всего это предметы из мягкого железа, которые помещаются в зону действия сильного магнитного поля. Их магнетизм временный.
• Электромагниты представляют собой железный сердечник, на который плотно наматываются металлические нити. Когда по проводам идет ток, появляется магнетизм. Его сила и полярность зависят от того, какую величину имеет электрический импульс и в какую сторону он течет.

У каждого из перечисленных типов есть преимущества и недостатки. Применение магнитов определяет то, к какому типу они относятся. Постоянные магниты используются чаще остальных. Они универсальны и встречаются во всех сферах жизни: от быта до промышленных производств.

Геомагнитные вариации.

Изменение магнитного поля Земли во времени под действием различных факторов называются геомагнитными вариациями. Разность между наблюдаемой величиной напряженности магнитного поля и средним ее значением за какой-либо длительный промежуток времени, например, месяц или год, называется геомагнитной вариацией. Согласно наблюдениям, геомагнитные вариации непрерывно изменяются во времени, причем такие изменения часто носят периодический характер.

Cуточные вариации. Cуточные вариации геомагнитного поля возникают регулярно в основном за счет токов в ионосфере Земли, вызванных изменениями освещенности земной ионосферы Солнцем в течение суток.

Нерегулярные вариации. Нерегулярные вариации магнитного поля возникают вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечноговетра) на магнитосферу Земли, а так же изменений внутри магнитосферы и взаимодействия магнитосферы с ионосферой.

27-дневные вариации. 27-дневные вариации существуют как тенденция к повторению увеличения геомагнитной активности через каждые 27 дней, соответствующих периоду вращения Солнца относительно земного наблюдателя. Эта закономерность связана с существованием долгоживущих активных областей на Солнце, наблюдаемых в течении нескольких оборотов Солнца. Эта закономерность проявляется в виде 27-дневной повторяемости магнитной активности и магнитных бурь.

Сезонные вариации. Сезонные вариации магнитной активности уверенно выявляются на основании среднемесячных данных о магнитной активности, полученных путем обработки наблюдений за несколько лет. Их амплитуда увеличивается с ростом общей магнитной активности. Найдено, что сезонные вариации магнитной активности имеют два максимума, соответствующие периодам равноденствий, и два минимума, соответствующие периодам солнцестояний. Причиной этих вариаций является образование активных областей на Солнце, которые группируются в зонах от 10 до 30° северной и южной гелиографических широт. Поэтому в периоды равноденствий, когда плоскости земного и солнечного экваторов совпадают, Земля наиболее подвержена действию активных областей на Солнце.

11-летние вариации. Наиболее ярко связь между солнечной активностью и магнитной активностью проявляется при сопоставлении длинных рядов наблюдений, кратных 11 летним периодам солнечной активности. Наиболее известной мерой солнечной активности является число солнечных пятен. Найдено, что в годы максимального количества солнечных пятен магнитная активность также достигает наибольшей величины, однако возрастание магнитной активности несколько запаздывает по отношению к росту солнечной, так что в среднем это запаздывание составляет один год.

Вековые вариации – медленные вариации элементов земного магнетизма с периодами от нескольких лет и более. В отличии от суточных, сезонных, и других вариаций внешнего происхождения, вековые вариации связаны с источниками, лежащими внутри земного ядра. Амплитуда вековых вариаций достигает десятков нТл/год, изменения среднегодовых значений таких элементов, названы вековым ходом. Изолинии вековых вариаций концентрируются вокруг нескольких точек – центры или фокусы векового хода, в этих центрах величина векового хода достигает максимальных значений.

Похожие записи:

Как пользоваться осциллографом Текстовый экран 8×2: инструкция по подключению и примеры использования Потери напряжения в электрических сетях 10(6)/0,4/0,23 кв Как расположить светильники на натяжном потолке ? язык программирования ардуино c++ Виды и типы современных тепловых электростанций (тэс)