Kestomagneetti , tai yksinkertaisesti magneetti yleisessä kielenkäytössä, on kohde, joka on valmistettu kovaa magneettista materiaalia , joka on yksi jonka remanenssin magnetoinnin ja koersiivikentän ovat suuria (katso alla). Tämä antaa sille erityisiä ominaisuuksia, jotka liittyvät magneettikentän olemassaoloon, kuten vetovoiman kohdistaminen mihin tahansa ferromagneettiseen materiaaliin .
Sana magneetti on, kuten sana timantti , peräisin antiikin Kreikan ἀδάμας, Adámas ( "erityisen kova rautaa tai timantti"), jotka liittyvät adjektiivi ἀδάμαστος, adámastos, ( "lannistumaton"), koska kovuus kiven magneetin .
Magneettien historia alkaa antiikista.
Vuonna Kiina , sitten vähän myöhemmin Kreikassa , miehet löytää mustan kiven, The magneetti kivi , jolla on valta houkutella rauta . Lisäksi tällä kivellä on kyky välittää voimansa rautaan. Muinoin mukaan Plutarkhos , kiven magneetin kutsuttiin luu Horus ja raudan luuta Typhon .
Plinius Vanhin kirjoitti: ” Indus- joen lähellä on kaksi vuorta, joista toinen pitää kiinni ja toinen työntää kaikenlaista rautaa (XXXVI, 25); tällä tavalla, jos käytät nauloja kengissäsi, toisessa et voi poistaa jalkaa, toisessa et voi laittaa sitä päälle. "
Aina kun nämä magnetiitin hämmästyttävät ominaisuudet havaitaan, ilmeni kiusaus yhdistää se taikuuteen : "Uskottoman vaimon tyynyn alle asetetulla magneettikivillä oli valta sanoa, että hän tunnusti. Luullaan johtuvan magneetti lujuudel että yksittäinen fragmentti riitti parantaa kaikenlaisia vaivoja ja jopa toimia ehkäisymenetelmää” .
Noin vuonna 1000 Kiinassa kompassi (nimeltään "eteläneula"), magnetisointiominaisuuden ensimmäinen sovellus, ilmestyi merenkulkussa. Tämä kompassi tai marinetti, joka koostuu rautaneulasta, joka on magnetoitu kosketuksessa magneettikiven kanssa, tuodaan Eurooppaan noin kaksi vuosisataa myöhemmin kosketuksessa arabien kanssa. Maanpäälliset magneettikenttä on alkuperä magneetin magnetiitti sallittu mies varustettu marinette paremmin sijoitetaan avaruudessa ja siksi tutkia sitä. Sana magnetismi tulee Magnesian kaupungista Vähä-Aasiassa. Vuonna XIII : nnen vuosisadan pioneeritoiminta Pierre of Maricourt , Picard asuu Pariisissa ja puhutun ihaillen fransiskaani fyysikko Roger Bacon , sävelsi tutkielma De Magnete , jossa hän kuvailee Magneetin ominaisuudet. Kristoffer Kolumbus , käyttäen hänen kompassi , voi siis mennä suoraan ”Cipangu”.
Samuel ost huomauttaa, tuskin sata vuotta Kolumbuksen kuoleman, että 'kivi magnetismin on kulmakivi, juuri siemen, josta löytö on syntynyt . '
William Gilbert teoksessa De Magnete (1600) erottaa ensimmäistä kertaa sähköisen (hän esittelee tämän termin) ja magneettikappaleen välillä. Hän omaksuu maapallon magneetiksi, huomaa magneettien karkotuksen ja vetovoiman laakerit niiden navalla ja lämmön vaikutuksella raudan magnetismiin. Siinä annetaan myös ensimmäiset käsitteet sähköstä, mukaan lukien luettelo kitkasta sähköistetyistä kappaleista. Magneettisuusominaisuudet liitetään sitten erottamattomasti magnetiittiin.
Viime aikoihin asti magneetti määriteltiin "luonnolliseksi rautaoksidiksi, joka houkuttelee rautaa ja joitain metalleja" .
Magnetiittia (Fe 3 O 4 ), ei ole ainoa materiaali tehdä magneetteja. Samat ominaisuudet on löydetty monista muista mineraaliyhdisteistä. Sovellukset ovat lisääntyneet. Nykyään magneetteja löytyy niin erilaisilta aloilta kuin terveys , sähkömoottorit, jotka ovat itse asiassa magneettimoottoreita, tietoliikennettä jne.
Magneettien myynnin määrä länsimaissa, joka ylitti kymmenen miljardia frangia (1,5 miljardia euroa) vuodessa vuonna 1994, heijastaa niiden merkitystä nykymaailmassa.
Magnetoinnin materiaalin tai väliaineen on sen tilavuus tiheys on magneettinen momentti (indusoitu tai pysyvä):
missä tarkoittaa magneettista momenttia ja tilavuutta.
SI yksikkö magnetoinnin on ampeeri per metri (A / m).
Magneettinavat on nimetty "pohjoiseksi" ja "eteläksi" sen mukaan, mihin maantieteelliseen pylvääseen ne ovat kiinnittyneet. Kun vastakkaisen napaisuuden magneettiset napat houkuttelevat toisiaan, päätellään, että maapallon maantieteellisillä napoilla on magneettinen napaisuus, joka on tosiasiallisesti päinvastainen kuin niiden maantieteellinen napaisuus: Maan maantieteellinen pohjoisnapa on magneettinen etelänapa ja päinvastoin.
Nämä kaksi napaa ovat erottamattomia, toista ei ole olemassa ilman toista ( Maxwell-yhtälön perusteella, joka osoittaa tuotetun magneettikentän jatkuvuuden). Pylväät osoittavat yhden akselin suunnan, joka kulkee keskipisteen läpi ja jota pitkin kenttäviivat kohdistuvat (kentän suunnan äkillisellä kääntymisellä tämän keskuksen läheisyydessä): näiden kahden navan ympärillä magneettinen kenttä on suurin ja suunnattu akselin suuntaisesti, samalla kun se pienenee etäisyyden kanssa magneetista; Kahden pylvään yhdistetty vaikutus muodostaa tältä akselilta magneettikentän suuntaviivat, jotka on suunnattu kahden pylvään välisen magneettikeskuksen läpi kulkevien ympyröiden suuntaan, nämä saman kenttävoimakkuuden ympyrät on järjestetty keskimagneetin läpi kulkevaan torukseen.
Mikä tahansa magneettitanko suuntautuu luonnollisesti pohjoisen ja etelän suuntaan maanpäällisen magneettikentän viivoja seuraten , kunhan se on jättänyt pyörimisakselin vapaaksi kaikista rajoituksista. Tätä ominaisuutta käytetään kompassien valmistuksessa . Niitä on esimerkiksi kaiuttimissa, tietyt oven lukot monissa muodoissa ja kooissa (pienistä 4 mg: n magneeteista (koboltti-harvinaiset maametallit) esimerkiksi sähkökelloissa, jopa 40 kg: n magneetteihin, valetut Ticonal 600 (esim. Magneetti) staattori ja sähkögeneraattorin ).
1970-luvun alussa, suuria tehtaita voisi tuottaa jopa useita satoja miljoonia vuodessa.
Magneetteja käytetään laajalti tasavirta- tai synkronikoneiden (esim. Pienitehoisten moottoreiden) ja erilaisten elektronisten ja sähköteknisten laitteiden valmistukseen.
Magneettikentän olemassaoloa virran puuttuessa hyödynnetään erottimien ja antureiden , esimerkiksi läheisyysantureiden, NMR: n ja siten MRI: n, tuotannossa .
Magneetteja käytetään myös dipolilähteiden suunnittelussa mikroaaltoplasmojen tuottamiseen. Tämän on kuitenkin varmistettava RCE: n (elektroninen syklotroniresonanssi) kytkentäolosuhteet, toisin sanoen 0,0875 teslaa pyörivän sähkökentän ollessa 2,45 GHz . Yleensä käytettävät magneetit ovat koboltti samariumia tai boori rauta neodyymi .
Magneetteja käytetään eri esineissä. Magneettipidikkeet ovat toimistotarvikkeita, joiden avulla voit kiinnittää paperiarkkia taululle, kuten leikkeen tai tappi; näitä samoja kiinnikkeitä käytetään valokuvapidikkeisiin, jotka korvaavat liiman tai teipin. " magneeteiksi " kutsutut koriste- ja utilitaristiset esineet on kiinnitetty tiettyihin tukiin (esim. jääkaappi). Jotkut leikkikappaleet toimivat magneettien kanssa, mukaan lukien rakennuspelit.
Pysyvät magneetit sisältävät melkein aina ainakin yhden seuraavista kemiallisista alkuaineista : rauta , koboltti tai nikkeli tai lantanidiperheen ( harvinaiset maametallit ) atomeja . Näillä elementeillä on magneettisia ominaisuuksia, mutta niitä ei välttämättä voida käyttää yksinään kestomagneetteina. Siksi käytetään seoksia, joilla on kovia ferromagneettisia ominaisuuksia (laaja hystereesisykli). Synteettiset magneetit valmistetaan sintraamalla harvinaisten maametallien jauheiden seos, joka sitten muodostaa polarisoidun keraamisen aineen sähkömagneetin voimakkaan kentän alla . Luonnollinen magneetit ovat sekoitettu oksideja raudan II ja rauta III päässä ferriitin perhe (sekaoksideja kahdenarvoisen metallin ja rauta III). On myös molekyylimagneetteja, kuten koordinaatiokemiamagneetit, organometalliset magneetit ja puhtaasti orgaaniset magneetit ( C H N O ). Niillä kaikilla on erittäin alhaiset Curie- lämpötilat lukuun ottamatta V ( TCNE ) 2: ta (vanadiumdi-tetrasyanoetyylenidi).
Kovat materiaalit ovat mielenkiintoisia kestomagneettien valmistuksessa, koska niillä on suuret hystereesisyklit. Tärkeimmät huomioon otettavat määrät ovat B r : remanenttinen induktio, verrannollinen materiaalin magnetoitumiseen, ja H cM , joka mittaa materiaalin kykyä pitää tämä magnetointi.
Materiaalit | Br teslassa | Hc yksikköinä kA / m | Curie T ° ° C: ssa | Erilaisia huomautuksia |
---|---|---|---|---|
Teräkset | 0,001 - 0,02 | 6-19 | 750 | Vanhat magneetit |
Ferriitit | 0,2 - 0,4 | 200 | 300 | Halvin |
Alnico | 1.2 | 50 | 750 - 850 | Poista magnetointi helposti |
Samarium-koboltti | 1.1 | 800 | 700-800 | Korkea hinta koboltin takia |
Neodyymi-rauta-boori | 1.3 | 1500 | 310 | Hintojen nousu (harvinaiset maametallit), hapettumisvaara |
Jos tiedämme magneetin induktion B voimakkuuden (Teslassa), jonka magneetti tuottaa pinnalleen, voimme laskea hyvän likiarvon voimasta, joka tarvitaan sen poistamiseksi rautapinnalta. Pidämme voimaa F välttämättömänä magneetin erottamiseksi etäisyydellä ε rautapinnasta . Etäisyys ε on hyvin pieni, niin että voimme hyväksyä, että koko tilavuus välillä magneetin ja rauta, magneettinen induktio on yhtä suuri kuin B . Voiman F tekemä työ on
Tämä työ muuttui magneettikentän energiaksi magneetin ja raudan välisessä tilavuudessa. Magneettikentän aiheuttama energian tiheys tilavuusyksikköä kohden on:
J . m −3Tässä μ on läpäisevyys ilman, lähes yhtä kuin tyhjiö: μ 0 = 4π 10 -7 H ⋅ m -1 .
Magneetin ja raudan väliin luodun tilan tilavuus on yhtä suuri kuin S ε, jossa S on rautaan tarttuneen magneetin pinta-ala. Tehty työ muuttui energiaksi:
Voidaan päätellä kosketusvoiman arvo:
Magneetin käyttö 2,54 cm (1 tuumaa) ja magneettisen induktion yhtä kuin 1 Tesla on magneettisen piirin , joka on muodostettu metallista, joka on kosketuksessa, joiden kanssa se on kosketuksissa, voima saatu 205 newtonia , eli l 'vastaa noin 21 kg : n massan aiheuttama voima (paino) maapallon keskimääräisessä painovoimakentässä .
Ja päinvastoin, ja jos tiedämme magneetin kosketusvoiman, tällä kaavalla voimme saada likimääräisen magneetin lähellä syntyvän magneettisen induktion arvon.
Täten 2 cm: n säteellä toimivaan neodyymi-rauta-booriin perustuva kestomagneetti, jonka tartuntavoima on 2 kg (tai noin 20 newtonia ), tuottaa magneettisen induktion lähellä pintaa noin 0,2 teslaa tai 2000 gaussia .