20 Магніти

20.1 Постійні магніти

Тіла, які постійно притягують до себе залізо, нікель, кобальт тощо, називаються постійними магнітами. Залізна руда, яка називається магнітним залізняком, володіє властивостями притягувати до себе залізні предмети. Кусок такої руди є природним постійним магнітом. Залізо, нікель, кобальт, сталь, хром та деякі сплави у присутності цієї руди придбають магнітні властивості. Постійний магніт можна отримати шляхом введення стального стрижня усередину котушки, по якій протікає струм. Але усі переліченні тіла, за виключенням сталі та спеціальних сплавів, втрачають магнітні властивості при віддалені тіла, яке їх намагнітило. А в сталі за рахунок перемагнічування доменів у напрямку зовнішнього магнітного поля вісі обертання електронів стають паралельні один одному. Взаємодія між доменами може зберігатися довго і після вилучення стального осердя з котушки. Таке осердя буде постійним магнітом й утворить навколо себе сильне магнітне поле. Тому сталь, особлива вольфрамова, хромова та кобальтова, є матеріалом для виготовлення штучних магнітів. Магнітні властивості магніту можуть бути визначені по вазі усіх залізних предметів, які він утримує після притяжіння. Магніт володіє найбільшою силою притяжіння на кінцях, які називаються полюсами магніту. По мірі приближення до середини середньої частини магніту ця сила зменшується й посередині дорівнює нулю, так звана нейтральна лінія.

Якщо підвісити магніт на нитці, то він встановлюється так, що один кінець його буде звернений на північ (цей кінець називають північним магнітним полюсом), а інший - на південь (цей кінець називають південним магнітним полюсом). Для зручності використовують стрілку, яка вільно обертається навколо вертикальної вісі (наприклад, у компасі). Дослідно встановлено, що однойменні полюса магнітів взаємно відштовхуються, а різнойменні - взаємно притягуються. Стрілка компаса повсюдно приймає певний напрямок (приблизно уздовж географічного меридіана), отож, Земля є надвеликим магнітом. Її південний магнітний полюс знаходиться поблизу північного географічного полюсу, а північний магнітний полюс - біля південного географічного полюсу. Тому, стрілка компасу увесь час встановлюється своїм північним полюсом на географічний північ й навпаки.

Постійні магніти використовуються для створення магнітного поля у пристроях автоматики, телемеханіки, зв’язку, вимірювальної техніки тощо. Виготовляють їх з магніто – твердих феромагнітних матеріалів, які володіють високою залишковою індукцією й великою коерцитивною силою. Його властивості характеризуються ділянкою петлі гістерезису при та , яку називають кривою розмагнічування гістерезисного циклу. Якість матеріалу для виготовлення магнітів визначається добутком залишкової індукції (В_З) й коерцитивної сили (Н_К). Чим більше цей добуток, тим краще матеріал для виготовлення магнітів. Отримують криву розмагнічування при розмагнічуванні попередньо намагніченого до стану насищення замкненого магнітопроводу з феромагнітного матеріалу, але звичайно коло постійного магніту не замкнено. Воно складається з магніту, приєднаної до його кінців арматури з магніто – м’якої сталі, й повітряних зазорів, які викликають зменшення залишкової індукції при зрівнянні з тою, яку отримали би при замкненому магнітному колі. Введення повітряного зазору у магнітне коло еквівалентно розмагніченій дії деякого уявного струму, направленого зворотно струму в обмотці при намагнічуванні без зазору. Тобто, повітряний зазор викликає розмагнічену дію.

Рисунок20.1 - Крива розмагнічення матеріалу магніту

Знаючи коефіцієнт розмагнічення, за кривою розмагнічення матеріалу магніту (рис.20.1) можна визначити магнітну індукцію у магніті, тобто у точці А. Тангенс кута α визначає коефіцієнт розмагнічення:

,

де та - масштаби напруженості та магнітної індукції,

- довжина повітряного зазору, м

- довжина магніту, м

Таким чином, коефіцієнт розмагнічення прямо пропорційний довжині повітряного зазору й зворотно пропорційний довжині магніту.