Од чега су направљени магнети?

Магнети делују тајанствено. Невидљиве силе повлаче магнетне материјале заједно или их, једним додиром једног магнета, раздвајају. Што су магнети јачи, то је јача привлачност или одбојност. И, наравно, сама Земља је магнет. Док су неки магнети израђени од челика, постоје и друге врсте магнета.

ТЛ; ДР (предуго; Нисам прочитао)

Магнетит је природни магнетни минерал. Предело Земљине језгре генерише магнетно поље. Алницо магнети су направљени од алуминијума, никла и кобалта са мањим количинама алуминијума, бакра и титана. Керамички или феритни магнети су направљени или од баријум-оксида или од стронцијум-оксида легираног оксидом гвожђа. Два магнета од ретке земље су самаријум кобалт који садржи легуру самаријум-кобалта са елементима у траговима (гвожђе, бакар, циркон) и неодимијум гвожђе борни магнети.

Сваки предмет који производи магнетно поље и комуницира са другим магнетним пољима је магнет. Магнети имају позитиван крај или пол и негативни крај или пол. Линије магнетног поља се крећу од позитивног пола (који се назива и северни пол) до негативног (јужног) пола. Магнетизам се односи на интеракцију између два магнета. Супротности се привлаче, па се позитивни пол магнета и негативни пол другог магнета међусобно привлаче.

Постоје три опште врсте магнета: трајни магнети, привремени магнети и електромагнети. Стални магнети задржавају свој магнетни квалитет током дужих временских периода. Привремени магнети брзо губе магнетизам. Електромагнети користе електричну струју за стварање магнетног поља.

Стални магнети задржавају своја магнетна својства током дужег временског периода. Промене трајних магнета зависе од јачине магнета и његовог састава. Промене се обично дешавају услед промена температуре (обично пораста температуре). Магнети загрејани на своју Цурие температуру трајно губе своје магнетно својство јер се атоми померају из конфигурације која узрокује магнетни ефекат. Температура Кирија, названа по откривачу Пјеру Кирију, варира у зависности од магнетног материјала.

Магнетит, трајни магнет који се природно јавља, је слаб магнет. Јачи трајни магнети су Алницо, неодимијум гвожђе бор, самаријум-кобалт и керамички или феритни магнети. Сви ови магнети испуњавају захтеве дефиниције трајног магнета.

Магнетит

Магнетит, такође назван лодестоне, пружао је игле компаса истраживачима, од кинеских ловаца на жад до светских путника. Минерални магнетит настаје када се гвожђе загрева у атмосфери са ниским кисеоником, што резултира једињењем оксида гвожђа Фе₃О.₄. Ситнице магнетита служе као компаси. Компаси датирају око 250 п. у Кини, где су их називали јужним показивачима.

Алницо магнети од легуре

Алницо магнети су обично коришћени магнети направљени од једињења од 35 процената алуминијума (Ал), 35 процената никла (Ни) и 15 процената кобалта (Цо) са 7 процената алуминијума (Ал), 4 процента бакра (Цу) и 4 процента титана (Ти). Ови магнети су развијени 1930-их, а популарни 1940-их. Температура има мање утицаја на магнете Алницо од осталих вештачки створених магнета. Алницо магнети се, међутим, могу лакше магнетизовати, тако да Алницо шипке и потковице морају бити правилно ускладиштени како се не би магнетизовали.

Алницо магнети се користе на много начина, посебно у аудио системима попут звучника и микрофона. Предности магнета Алницо укључују високу отпорност на корозију, високу физичку чврстоћу (не смеју се иверити, пуцати или ломити) и отпорност на високе температуре (до 540 степени Целзијуса). Мане укључују слабије магнетно привлачење од осталих вештачких магнета.

Керамички (феритни) магнети

Педесетих година 20. века развијена је нова група магнета. Тврди шестерокутни ферити, који се називају и керамички магнети, могу се исећи на тање кришке и излагати пољима размагнетизације ниског нивоа без губитка магнетних својстава. Такође су јефтине за израду. Молекуларна хексагонална феритна структура јавља се у оба баријева оксида легираног гвожђем оксидом (БаО ∙ 6Фе₂О.₃) и стронцијум-оксида легираног оксидом гвожђа (СрО ∙ 6Фе₂О.₃). Ферцијут стронцијума (Ср) има нешто боља магнетна својства. Најчешће коришћени трајни магнети су феритни (керамички) магнети. Поред трошкова, предности керамичких магнета укључују добру отпорност на магнетизацију и високу отпорност на корозију. Они су, међутим, ломљиви и лако се ломе.

Самаријум-кобалтни магнети

Магнети самаријум-кобалт развијени су 1967. године. Ови магнети, са молекуларним саставом СмЦо₅, постали први комерцијални трајни магнети од ретке земље и прелазних метала. 1976. године развијена је легура самаријумовог кобалта са елементима у траговима (гвожђе, бакар и циркон), са молекуларном структуром См₂(Цо, Фе, Цу, Зр)₁₇. Ови магнети имају велики потенцијал за употребу у применама на вишим температурама, до око 500 Ц, али висока цена материјала ограничава употребу ове врсте магнета. Самаријум је редак чак и међу елементима ретке земље, а кобалт је класификован као стратешки метал, тако да се залихе контролишу.

Магнети самаријум-кобалт добро функционишу у влажним условима. Остале предности укључују високу отпорност на топлоту, отпорност на ниске температуре (-273 Ц) и високу отпорност на корозију. Као и керамички магнети, и самаријум-кобалтни магнети су ломљиви. Они су, како је наведено, скупљи.

Неодимијумски магнети од бора гвожђа

Магнети од неодимијумског гвожђа (НдФеБ или НИБ) пронађени су 1983. године. Ови магнети садрже 70 процената гвожђа, 5 процената бора и 25 процената неодимијума, елемента ретке земље. НИБ магнети брзо кородирају, тако да током процеса производње добијају заштитни премаз, обично никл. Уместо никла могу се користити премази од алуминијума, цинка или епоксидне смоле.

Иако су НИБ магнети најјачи познати трајни магнети, они такође имају најнижу Цурие-ову температуру, око 350 Ц (неки извори кажу и до 80 Ц), од осталих трајних магнета. Ова ниска Цурие температура ограничава њихову индустријску употребу. Неодимијумски магнети од гвожђа бора постали су важан део кућне електронике, укључујући мобилне телефоне и рачунаре. Неодимијумски магнети од гвожђа за бор се такође користе у машинама за магнетну резонанцу (МРИ).

Предности НИБ магнета укључују однос снаге и тежине (до 1.300 пута), високу отпорност на магнетизацију на угодним за људе температурама и исплативост. Мане укључују губитак магнетизма при нижим Цурие температурама, ниску отпорност на корозију (ако оплата је оштећена) и крхкост (могу се сломити, пукнути или одсећи при изненадним сударима са другим магнетима или метали. (Погледајте Ресурси за магнетно воће, активност која користи НИБ магнете.)

Привремени магнети састоје се од такозваних материјала од меког гвожђа. Меко гвожђе значи да се атоми и електрони могу поравнати унутар гвожђа, понашајући се као магнет као неко време. Листа магнетних метала укључује ексере, спајалице и друге материјале који садрже гвожђе. Привремени магнети постају магнети када су изложени магнетном пољу или су постављени унутар њега. На пример, игла трљана магнетом постаје привремени магнет јер магнет доводи до поравнања електрона унутар игле. Ако су магнетно поље или изложеност магнету довољно јаки, мекане пегле могу постати трајни магнети, бар док атоми не изгубе поравнање због врућине, удара или времена.

Трећа врста магнета се јавља када електрична енергија пролази кроз жицу. Омотавањем жице око језгра од меког гвожђа појачава се снага магнетног поља. Повећање електричне енергије повећава снагу магнетног поља. Када струја пролази кроз жицу, магнет делује. Зауставите проток електрона и магнетно поље се урушава. (Погледајте Ресурсе за ПхЕТ симулацију електромагнетизма.)

Највећи магнет на свету је, заправо, Земља. Чврсто унутрашње језгро Земље, које се окреће у течном спољном језгру гвожђе-никал, понаша се као динамо, генеришући магнетно поље. Слабо магнетно поље делује као шипкасти магнет нагнут на око 11 степени од Земљине осе. Северни крај овог магнетног поља је јужни пол шипкастог магнета. Пошто се супротна магнетна поља међусобно привлаче, северни крај магнетног компаса показује на јужни крај Земљиног магнетног поља смештеног близу северног пола (да се изразим други начин, Земљин јужни магнетни пол се заправо налази у близини географског северног пола, мада ћете често видети тај јужни магнетни пол означен као северни магнетни пол).

Земљино магнетно поље генерише магнетосферу која окружује Земљу. Интеракција соларног ветра са магнетосфером узрокује северно и јужно светло које је познато као Аурора Бореалис и Аурора Аустралис.

Земљино магнетно поље такође утиче на минерале гвожђа у токовима лаве. Минерали гвожђа у лави поклапају се са магнетним пољем Земље. Ови поравнати минерали се „леде“ на месту док се лава хлади. Проучавања магнетних поравнања у базалтним токовима са обе стране средњоатлантског гребена пружају докази не само за преокрет магнетног поља Земље већ и за теорију плоча тектоника.