Магнитное поле постоянного магнита (ЕГЭ-ОГЭ)
Магни́тное по́ле постоя́нного магни́та — магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом[1].
Магнитное поле — поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения; магнитная составляющая электромагнитного поля.
Магнитное поле может создаваться электрическим током или, в случае постоянных магнитов, магнитными моментами электронов в атомах (и моментами других частиц, что обычно проявляется в существенно меньшей степени).
Кроме этого, оно возникает в результате изменения во времени электрического поля.
Основной количественной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля). С математической точки зрения магнитное поле описывается векторным полем , заданным в каждой точке пространства в зависимости от времени .
Величина в системе единиц СИ измеряется в теслах (русское обозначение: Тл; международное: T), в системе СГС — в гауссах (русское обозначение: Гс; международное: G). Связь между ними выражается соотношениями: 1 Гс = 1·10−4 Тл и 1 Тл = 1·104 Гс.
Постоянный магнит — изделие из магнитотвёрдого материала с высокой остаточной магнитной индукцией, сохраняющее состояние намагниченности в течение длительного времени. Постоянные магниты изготавливаются различной формы и применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля.
Схематичное изображение линий магнитного поля у магнитов различной формы:
Схематичное изображение линий магнитного поля при взаимодействий двух магнитов в зависимости от расположения их полюсов (одинаковые полюса отталкиваются, разные — притягиваются):
Применение
Для применений при обычных температурах самые сильные постоянные магниты делаются из сплавов, содержащих неодим. Они используются в таких областях, как магнитно-резонансная томография, сервоприводы жёстких дисков и создание высококачественных динамиков, а также ведущей части двигателей авиамоделей, также применяются в ручных генераторах и в качестве поисковых магнитов[2].
Широкое применение постоянные магниты находят в электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы.
Постоянные магниты на уроках физики обычно демонстрируются в виде подковы, полюса которой окрашены в синий и красный цвет, также бывают в виде стержней с окрашенными в разные цвета половинками и прямоугольные.
Отдельные шарики и цилиндры с сильными магнитными свойствами используются в качестве хай-тек украшений/игрушек — они без дополнительных креплений собираются в цепочки, которые можно носить как браслет. Также в продаже есть конструкторы, состоящие из набора цилиндрических магнитных палочек и стальных шариков. Из них можно собирать множество конструкций, в основном фермового типа.
Кроме того, существуют гибкие плоские магниты на полимерной основе с магнитными добавками, которые используются например, для изготовления декоративных магнитов на холодильники, оформительских и прочих работ. Выпускаются в виде лент и листов, обычно с нанесённым клеевым слоем и плёнкой, его защищающей. Магнитное поле у такого плоского магнита полосатое — с шагом около двух миллиметров по всей поверхности чередуются северные и южные полюса. Полимерная магнитная лента находится также внутри резинового уплотнителя дверок бытовых холодильников, тем самым одновременно равномерно уплотняя и удерживая дверки в закрытом положений.
Постоянные магниты широко используются в электротехнике: двигатели и генераторы постоянного тока (в том числе двигатели автомобильных стартеров) относительно малой мощности имеют статор с постоянными магнитами, также массово производятся синхронные двигатели и генераторы, где ротор содержит в себе постоянные магниты. Синхронные двигатели комбинированного типа (реактивные с постоянными магнитами) используются в качестве тяговых на электромобилях.
Примечания
Литература
- Преображенский А. А., Бишард Е. Г. Магнитные материалы и элементы : учебник для вузов. — Москва : Высшая школа, 1986.
- Зайкова В. А., Старцева И. Е., Филиппов Б. Н. Доменная структура и магнитные свойства электротехнических сталей. — Москва : Наука, 1992.
- Бозорт Р. М. Ферромагнетизм. — Москва : Изд. иностранной литературы, 1956.
- Вонсовский С. В. Магнетизм. — Москва : Наука, 1984.