Формула самого сильного магнита

Физики из Университета штата Флорида создали сверхпроводящий магнит, с помощью которого можно получить магнитное поле величиной 32 тесла. Это примерно на треть больше максимальной индукции, которую могли создать сверхпроводящие магниты ранее, сообщается в пресс-релизе университета.

В сверхпроводящих магнитах магнитное поле образуется за счет электрического тока, проходящего по катушкам из сверхпроводящего материала, сопротивление которого равно нулю. Благодаря этому, в отличие от электромагнитов Биттера, сверхпроводящие магниты не разогреваются и для своей работы требуют значительно меньших мощностей. Сейчас сверхпроводящие магниты активно используются в разных областях, в частности, на ускорителях элементарных частиц, в томографах и спектрометрах для ядерного магнитного резонанса или для движения поездов на магнитной подушке. Тем не менее, по максимальной индукции создаваемого магнитного поля (которая к настоящему моменту не превосходила 25 тесла), сверхпроводящие магниты значительно уступали резистивным электромагнитам.

Сотрудники Лаборатории высоких магнитных полей Университета штата Флорида смогли создать сверхпроводящий магнит, который создает магнитное поле, почти на треть превосходящее по своей величине предыдущий рекорд. 8 декабря созданный ими магнит впервые достиг поля в 32 тесла. Добиться создания такого мощного магнитного поля удалось за счет введения в структуру магнита элементов на основе высокотемпературных сверхпроводящих материалов. В предложенной конфигурации сверхпроводящего магнита внешняя часть состоит из традиционных катушек из низкотемпературного сверхпроводника, а внутренняя — из высокотемпературных сверхпроводящих магнитных катушек из YBCO (материала на основе иттрия, бария, меди и кислорода).

Физики утверждают, что с помощью магнита предложенной конфигурации удалось создать очень устойчивое и однородное поле, однако точных показателей в пресс-релизе не приводится. При этом, поскольку это первый сверхпроводящий магнит такого типа, то 32 тесла — это далеко не предельное значение магнитного поля. В будущем максимальную индукцию магнитного поля, созданного таким магнитом, можно будет поднять и выше ста тесла.

По словам директора лаборатории Грега Бебингера (Greg Boebinger), это уже третий рекорд, который удалось установить его лаборатории за последнее время. Летом прошлого года физики сделали рекордно мощный резистивный магнит, позволяющий получить магнитное поле индукцией более 41 тесла, а в ноябре 2016 года — систему из последовательно соединенных гибридных магнитов, с помощью которых можно получить однородное магнитное поле с индукцией 36 тесла.

Отметим, что дипольные сверхпроводящие магниты используются, например, на Большом адронном коллайдере. Именно инженерам из ЦЕРН принадлежал рекорд дипольных низкотемпературных сверхпроводящих магнитов на основе сплава олова и ниобия, установленный в 2015 году.

Самый сильный магнит в мире! [Veritasium]


Александр Дубов
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Хозяйка черной горы
Какую физику несут на себе маркерные доски из игры Control
Мнение редакции может не совпадать с мнением автора

Что обозначают буквы и цифры в классах неодимовых магнитов?

Зачастую, мы, как производители и продавцы, хотим услышать технические характеристики магнита, а именно буквы и цифры, в которых они (технические характеристики) зашифрованы. А покупатель зачастую досконально знает свою область применения магнитов, но номенклатуру, тем более международную, не знает.
Итак, начинаем разбираться с международной номенклатурой магнитов, а именно классами, техническими характеристиками и обозначениями.

В первую очередь, неодимовые магниты делят на классы, которые обозначаются буквами и числами (например, N35), в которых и заложена основная информация о магните. Ниже приведена стандартная номенклатурная таблица характеристик неодимовых магнитов (смотрите в левый столбик – там указаны классы).

В таблице все численные величины мы представили в двух единицах измерения. Первая, без скобочек, – это величина измерения в системе СИ (эта та система, в которой работает наша страна), а вторая (указана в скобках), – это измерения в международной системе СГСЕ (европейские стандарты). Для Вашего удобства мы решили указать в таблице обе единицы измерения.

Таблица характеристик неодимовых магнитов

Начинаем изучать таблицу справа налево. Как Вы можете увидеть по правому столбику таблицы, основное классовое отличие магнитов – это их рабочая температура использования, то есть та допустимая максимальная температура, превышая которую магнит начинает терять свои магнитные свойства. Таким образом, на температурный диапазон использования магнита указывает буквенная часть его маркировки (левый столбец). Дадим расшифровку этих букв:

  • Магниты марки N (Normal)– могут применяться при нормальных температурах, то есть до 80 градусов Цельсия;
  • Магниты марки M (Medium) – могут применяться при повышенных температурах, то есть до 100 градусов Цельсия;
  • Магниты марки H (High) – могут применяться при высоких температурах, до 120 градусов Цельсия;
  • Магниты марки SH (Super High) – могут применяться при температурах до 150 градусов Цельсия;
  • Магниты марки UH (Ultra High) – могут применяться при температурах до 180 градусов Цельсия;
  • Магниты марки EH (Extra High) – могут применяться при температурах до 200 градусов Цельсия.

Стоит оговориться, что отрицательные температуры не оказывают влияния на магнитные свойства для большинства магнитов.

Цифры, указанные в обозначении класса магнитов: N30, 33M, 35H, 38SH, 40UH и т.д., указывают на Магнитную Энергию (четвертый столбец таблицы), измеряется в килоДжоуль на кубический метр. Этот критерий магнитов отвечает за их мощность или, так называемое, «усилие на отрыв», то есть сила, которую необходимо приложить к магниту, чтобы его «оторвать» от поверхности. Необходимо понимать, что поверхность (стальной лист) должен быть идеально ровным, а приложенная сила должна быть перпендикулярной к листу. Это, так называемые, идеальные или теоретические условия. Совершенно понятно, что чем выше цифровое обозначение магнита, тем выше его усилие на отрыв.

Какой магнит самый мощный?

Магнитная сила – это самое важное свойство магнита. Именно от этого показателя зависят его эксплуатационные качества и сфера применения. Силу магнитов измеряют в единицах тесла (Тл). То есть, чтобы узнать, какой магнит самый мощный, нужно провести сравнение различных материалов по этому показателю.

Ученые в разных странах стараются создать самый мощный магнит в мире и порой добиваются очень любопытных результатов. На сегодняшний день статус самого сильного электромагнита удерживает за собой установка в национальной лаборатории в Лос-Аламосе (США). Гигантское устройство из семи наборов катушек общей массой 8,2 тонны вырабатывает магнитное поле мощностью 100 Тл. Этот впечатляющий показатель в 2 миллиона раз превышает силу магнитного поля нашей планеты.

Стоит отметить, что соленоид магнита-рекордсмена произведен из российского нанокомпозита медь-ниобий. Этот материал разработан учеными Курчатовского института при содействии ВНИИ неорганических материалов им. А. А. Бочвара. Без этого сверхпрочного композита новый самый мощный магнит в мире не сумел бы превзойти рекорд предшественника, поскольку главная техническая сложность при работе установок такого уровня – сохранение целостности при воздействии сильнейших магнитных импульсов. Максимальная зафиксированная сила поля электромагнита, который был разрушен импульсами во время эксперимента, составила 730 Тл. В СССР ученые, используя магнит особой конструкции и взрывчатые вещества, сумели создать импульс в 2800 Тл.

Полученные в лабораториях магнитные импульсы в миллионы раз превосходят магнитное поле Земли. Но даже самый мощный магнит, который удалось построить на сегодняшний день, в миллионы раз слабее нейтронных звезд. Магнетар SGR 1806−20 обладает магнитным полем силой 100 миллиардов Тесла.

Самый сильный магнит для бытового использования

Конечно, магнитная сила звезд и эксперименты ученых – это интересно, но большинство пользователей хочет узнать, какой магнит самый мощный для решения конкретных прикладных задач. Для этого нужно провести сравнение силы магнитного поля различных видов магнитов:

Неодимовый магнит диск Магнит Великан 50х30.jpg

1) Ферритовые магниты – 0,1..0,2 Тл.
2) Альнико и самариевые магниты – 0,4..0,5 Тл.
3) Неодимовые магниты – до 2 Тл (при сложении в структуру Хабальта).

Итак, самый сильный магнит – это редкоземельный супермагнит, главными составляющими которого являются неодим, железо и бор. Сила его поля сопоставима с мощностью электромагнитов с ферритовым сердечником. Магнитный сплав на основе неодима может похвастаться непревзойденными показателями по таким важным параметрам:

1) Коэрцитивная сила. Это свойство позволяет использовать материал в зоне действия внешних магнитных полей.

2) Усилие на отрыв. Благодаря максимальной магнитной силе удается уменьшить размер изделий при сохранении высокой мощности сцепления.

3) Остаточная магнитной индукции. Высокий показатель остаточной намагниченности обеспечивает очень важное свойство неодимового магнита – длительность сохранения магнитных качеств. По сути, теряя всего несколько процентов своей силы за столетие, магнитный сплав неодим-железо-бор является вечным магнитом.

Чтобы сохранить сильное магнитное поле редкоземельного супермагнита на основе неодима, следует помнить о его уязвимых местах. В частности, материал имеет порошковую структуру, поэтому сильные удары и падения могут привести к потере его свойств. Также сплав размагничиваются при нагреве до +70 ⁰ C (термостойкие версии сплавов выдерживают до +200 ⁰ C ). Просто учитывайте эти особенности и тогда изделия будут приносить вам пользу максимально долго.

Кстати, заказать неодимовые магниты различных форм и размеров по лучшей стоимости вы можете в интернет-магазине «Мир магнитов».

Влияние температуры на магнитные свойства

Магниты из неодима - фото

Магниты из неодима «любят» холод, причем их эффективность не ослабевает даже при -130°С. В характеристиках продукта производители обязательно указывают максимальную температуру эксплуатации. Это та температура, при превышении которой магнитный материал начинает терять свой магнетизм, временно или навсегда.

Все марки N (Normal) обычно работают при температуре до +80°С и теряют, как правило, 0,11% энергии при превышении температуры на 1°С. Небольшие потери будут восстановлены при охлаждении, но частые циклы нагрева и охлаждения приведут к ухудшению магнитных характеристик. Кроме того, быстрый переход от холода к теплу может привести к поломке или растрескиванию магнита.

Коррозионная стойкость неодима

Неодимовые магниты содержат железо, а это значит, что они подвержены коррозии. Даже элементарная влага из воздуха способна привести со временем к появлению ржавчины, ослаблению мощности, разрушению. В нормальных сухих условиях они не ржавеют и сохраняют свой магнетизм в течение долгого времени. Обычно их поставляют в никелированном исполнении, но встречаются и другие виды защитных покрытий, включая цинк, медь, золото, резину, тефлон.

С момента создания они уверенно несут пальму первенства самых мощных и устойчивых к размагничиванию магнитов. Без них многие последние научные разработки в области моторостроения, медицины и электроники были бы невозможны. Они также полезны для дома, офисной работы, хобби, моделирования и изготовления ювелирных украшений.

Куб из неодимовых магнитов - фото

Примеры использования в быту – полезные идеи

  • Для фиксации табличек, вывесок, крючков, полочек, фотографий, художественных работ, других интерьерных элементов.
  • В качестве держателей москитных сеток, шурупов на различных инструментах, сувениров или записок на холодильник.
  • Для организации хранения инструмента в мастерской, ключей, ножей, разных мелочей.
  • Для сбора мелких металлоизделий в труднодоступных местах, уборки металлического мусора.
  • Очистка моторного и трансмиссионного масел.
  • Обследование стен на наличие внутри метизов.
  • В качестве фиксаторов дверей шкафов, лючков, крышек шкатулок.
  • Изготовление приспособлений для мытья окон с внешней стороны.
  • Мелкие магнитики используют при изготовлении открыток и папок ручной работы, ювелирных украшений, застежек на сумки.
  • При проведении экспериментов и фокусов.
  • Крепежными магнитами можно закрепить фонарь в нужном положении, предметы на кузове автомобиля, укрывающий технику брезентовый чехол, скатерть на уличном столе.
  • Изготовление магнитных подхватов для штор.
  • В рукоделии, моделировании и творчестве для скрепления деталей.

Закрепить магниты на неметаллических материалах можно разными способами – приклеить к основе, вшить в ткань или кожу, можно воспользоваться изолентой или скотчем. Для приклеивания подойдет любой термопластичный или эпоксидный клей типа “Момент”.

Самый мощный магнит в мире – какой он? Характеристики и свойства. .

Звезда-магнит Одним из самых мощных магнитных объектов в целой Вселенной является нейтронная магнитная звезда, которую назвали «Гамма-ретранслятор 1806-20». Подавляемая магнитная сила ее способна практически остановить локомотив на расстоянии от четверти миллиона миль. На сегодняшний момент подобных необычных объектов найдено всего около десяти. При силе магнитного поля в сотню миллиардов тесла, звезда может затмить планету Земля. Существует совсем небольшой процент того, что может появиться объект, созданный человеком, подобный силе этого мощного космического магнита. Самый мощный магнит из Америки Во Флориде разработали самый мощный магнит, который стал величайшим свершением, сравнимым со строительством космического корабля. Магнит в 35 тонн с магнитным полем, которое превышает магнитное поле Земли в миллион раз. Гигантская магнитная подкова Название сразу наводит представления об огромном магните в виде подковы, однако это совершенно не так. Это универсальная магнитная система. Она состоит из двух огромных изогнутых магнитов, работающих совместно. Слой снаружи – мощнейший магнит со сверхохлаждением и сверхпроводимостью. Это единственное в своем роде устройство, созданное человеком. Охлаждение магнита до 0 происходит за счет сверхтекучего гелия. В середине системы находится резистивный магнит больших размеров. Нюансы испытаний Мощный магнит в центре магнитной системы используют крайне редко. А связано это с тем, что для того, чтобы испытывать его, нет достаточного количества места. Кроме того, для охлаждения в момент испытания, необходима специальная цилиндрическая емкость с жидкостью для охлаждения. В завершении Мощные магниты используются в различных областях жизни и деятельности человека. Так, большие супер мощные магниты активно используются в медицине, решая огромное количество задач.

СуперМагнит

м. Фонвизинская, ул. Добролюбова д. 21А корпус А

Притяжение цилиндрического постоянного магнита к стальной пластине

Дано
магнит марки N35, Hc = 954930 А/м, Br = 1.26 Тл;
относительная магнитная проницаемость стали μсталь = 1000.

Задание
Рассчитать силу отрыва постоянного магнита от пластины.

Решение
Чтобы получить точное значение, поверхность тела должна быть свободной и не касаться других тел. Поэтому мы разместили магнит на небольшом расстоянии δ = 0.005″ (0.127 мм) от стальной пластины. Контур интегрирования проведен в воздухе и полностью окружает магнит.

Сила отрыва постоянного магнита от пластины

Результат
Сила отрыва постоянного магнита от пластины f = 540 Н .

  • Видео: Притяжение цилиндрического постоянного магнита к стальной пластине
  • Смотреть на YouTube.
  • Скачать файлы задачи

Магнитное поле проводника с током

Оказывается, если через какой-либо проводник пропустить электрический ток, то вокруг проводника образуется магнитное поле.

правило буравчика

Здесь можно вспомнить знаменитое правило буравчика, но для наглядности я лучше буду использовать правило самореза, так как почти все хоть раз в жизни ввинчивали либо болт, либо саморез.

Ввинчиваем по часовой стрелке — саморез идет вниз. В нашем случае он показывает направление электрического тока. Движение наших рук показывает направление линий магнитного поля. Все то же самое, когда мы начинаем откручивать саморез. Он начинает вылазить вверх, то есть в нашем случае показывает направление электрического тока, а наша рука в этом время рисует в воздухе направление линий магнитного поля.

Также часто в учебниках физики можно увидеть, что направление электрического тока от нас рисуют кружочком с крестиком, а к нам — кружочком с точкой. В этом случае опять представляем себе саморез и уже в голове увидим направление магнитного поля.

направление электрического тока

Как думаете, что будет если мы сделаем вот такую петельку из провода? Что изменится в этом случае?

суммирование магнитного поля

Давайте же рассмотрим этот случай более подробно. Так в этой плоскости оба проводника создают магнитное поле, то по идее они должны отталкиваться друг от друга. Но если они хорошо закреплены, то начинается самое интересное. Давайте рассмотрим вид сверху, как это выглядит.

сумма магнитных полей

Как вы можете заметить, в области, где суммируются магнитные силовые линии плотность магнитного потока прям зашкаливает.

Соленоид

А что если сделать много-много таких петелек? Взять какую-нибудь круглую бобину, намотать на нее провод и потом убрать бобину. У нас должно получится что-то типа этого.

соленоид

Если подать постоянное напряжение на такую катушку, магнитные силовые линии будут выглядеть вот так.

плотность магнитного потока в соленоиде

Вы только посмотрите, какая бешеная плотность магнитного потока внутри такой катушки! Получается, что от каждой петельки магнитное поле суммируется, что в итоге дает такую плотность магнитного потока. Такую катушку также называют катушкой индуктивности или соленоидом.

Вот также схема, показывающая как магнитные силовые линии складываются в соленоиде.

принцип работы соленоида

Плотность магнитного потока зависит от того, какая сила тока проходит через соленоид. Чтобы увеличить плотность магнитного потока, достаточно поверх витков намотать еще больше витков и вставить сердечник из специального материала — феррита.

многообмоточная катушка

Если в электрических цепях есть такое понятие, как ЭДС — электродвижущая сила, то и в магнитных цепях есть свой аналог — МДС — магнитодвижущая сила. Магнитодвижущая сила выражается в виде тока, протекающего через катушку из N витков и выражается в Амперах-витках.

многообмоточная катушка

I — это сила тока в катушке, Амперы

N — количество витков катушки, штуки)

Также советую посмотреть очень простое и интересное видео про магнитное поле.

Похожие статьи по теме «магнитное поле»

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий