Изучение различных типов магнитов и магнетизма

В любом случае, понимание основных различий между различными типами магнитов, включая редкоземельные магниты, и принципов их работы имеет решающее значение. Что представляют собой различные типы магнитных полей, например, и как это влияет на поведение магнитов? Мы подробно рассмотрим это ниже.

Временные и постоянные магниты

Временные и постоянные магниты различаются по тому, являются ли материалы, из которых они состоят, по своей природе магнитными или немагнитными. Постоянные магниты, такие как неодимовые магниты, создают и поддерживают свои долговременные магнитные поля без какого-либо внешнего воздействия.

Некоторые минералы, такие как железо, никель и кобальт, обладают природными магнитными свойствами. Редкоземельные металлы, включая лантаниды, также обладают природными магнитными свойствами и используются в редкоземельных магнитах.

Мы находим эти металлы во многих повседневных товарах, включая компоненты наших компьютеров и смартфонов. Магниты на холодильники на наших кухнях часто содержат постоянные металлические магниты, такие как неодимовые магниты.

Многие металлы, такие как свинец и алюминий, могут временно намагничиваться. Другие материалы сами по себе не обладают магнитными свойствами — они не создают свои магнитные поля автоматически. Однако они могут намагничиваться и на короткое время действовать как магниты в присутствии магнитного поля.

Создание временных магнитов работает примерно так: представьте, что произойдет, если потереть магнит о скрепку. Магнит будет постоянным, а скрепка — нет. Однако магнитное поле магнита может временно намагнитить скрепку. В течение короткого времени после этого скрепка будет обладать магнитным зарядом, который позволит ей притягивать другие скрепки.

Электромагнетизм играет важную роль в создании определенных временных магнитов. Например, сильные магниты, часто используемые на пунктах приема металлолома, являются электромагнитами. Электромагнит создается, когда электрический ток генерирует электромагнитное поле. Электрический ток проходит через магнит, придавая ему электромагнитный заряд, который позволяет ему навсегда отделять магнитные металлы, такие как железо, от других типов металлов. Когда электрический ток прекращается, электромагнит перестает быть магнитным. 

 
4 распространенных типа постоянных магнитов

Ниже представлены четыре наиболее распространенных типа постоянных магнитов:

1. Неодим

Неодимовые магниты — это самый сильный тип постоянных магнитов. Обычно они представляют собой сплавы элементов неодима, железа и бора. В их состав также могут входить следы празеодима и диспрозия. Компании General Motors и Sumitomo Metal Industries разработали эти магниты в 1980-х годах, и благодаря своей огромной силе они до сих пор широко используются.

Неодим сам по себе является редкоземельным металлом из ряда лантанидов. В чистом виде это твердый, но несколько ковкий металл, похожий на серебро. Он относительно распространен в земной коре.

Вместе неодим и другие металлы образуют сплав, известный как Nd2Fe14B, который является самым сильным магнитным материалом в мире. Он широко используется во многих видах коммерческого и промышленного оборудования, требующего прочных и долговечных деталей. Например, неодимовые магниты часто выбирают для изготовления электродвигателей в автомобилях.

Неодимовые магниты полезны в областях применения, требующих исключительной устойчивости к размагничиванию, хотя по сравнению с другими магнитами они, как правило, имеют более низкие максимальные рабочие температуры.

2. Самарий-кобальт

Самарий-кобальтовый магнит — это разновидность редкоземельного магнита, поскольку самарий — это редкоземельный металл. В своей элементарной форме самарий представляет собой блестящий серебристый металл, по твердости и плотности примерно равный цинку. Кобальт — более твердый металл, который встречается в природе только в химически связанной форме. Самарий-кобальтовые магниты представляют собой сочетание двух элементов: самария и кобальта.

В 1970-х годах Лаборатория материалов ВВС США разработала самарий-кобальтовые магниты. До разработки неодимовых магнитов самарий-кобальтовые магниты были самыми мощными в мире — в три раза мощнее любых известных на тот момент магнитных материалов.

Сегодня самарий-кобальтовые магниты выпускаются в двух вариантах с чрезвычайно высокой магнитной силой. Хотя они не так сильны, как неодимовые магниты, они способны сохранять свою магнитную стабильность даже при относительно высоких температурах. Однако наличие кобальта делает их производство довольно дорогим. 

3. Алнико

«Алнико» — это сочетание слов алюминий, никель и кобальт, трёх основных компонентов этих магнитов. Магниты из сплава «Алнико» также часто содержат следы других металлов, которые могут улучшать определённые характеристики.

Магниты Alnico используются уже около 100 лет. Они были одними из первых разработанных постоянных магнитов, и благодаря своей относительной прочности и стабильности до сих пор широко применяются.

Магниты из сплава Алнико не так сильны, как самарий-кобальтовые или неодимовые магниты. Тем не менее, они обладают исключительной магнитной стабильностью даже при чрезвычайно высоких рабочих температурах — выше, чем у любого другого типа постоянных магнитов. Однако они относительно подвержены размагничиванию.

4. Феррит

Ферритовые магниты содержат железо. Некоторые состоят из чистого железа, а другие — из железа, смешанного с барием и оксидом железа или карбонатом стронция.

Ферритовые магниты значительно слабее неодимовых или самарий-кобальтовых магнитов. Однако их гораздо более экономичная себестоимость производства часто компенсирует этот недостаток. Во всем мире ферритовые магниты являются наиболее распространенными магнитами в тех областях применения, где исключительно высокие магнитные характеристики не являются необходимостью. По состоянию на 2020 год объем их продаж на международном рынке составил 5,58 миллиарда долларов.

Виды магнетизма

Ниже перечислены основные типы магнетизма и принципы их действия: 

• Антиферромагнетизм: Антиферромагнетизм — это противоположность ферромагнетизма. В настоящее время единственным известным антиферромагнетиком является хром. Вместо того чтобы притягивать другие металлы, как ферромагнетики, хром отталкивает их. Однако, как и ферромагнетики, для его работы не требуется внешнее магнитное поле.
• Ферримагнетизм : Ферримагнетизм занимает промежуточное положение между ферромагнетизмом и антиферромагнетизмом. Подобно ферромагнетикам, ферримагнетики являются магнитами даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Как и ферромагнетики, ферримагнетики содержат определенное количество электронов, которые притягивают другие металлы. Как и антиферромагнетики, они также имеют некоторое количество электронов, которые отталкивают другие металлы. В этих магнитах электронов, притягивающих другие металлы, больше, чем электронов, отталкивающих другие металлы.
• Диамагнетизм: Диамагнитные материалы обычно отталкивают магнитные силы при воздействии на них. Диамагнетизм распространен среди таких элементов, как бериллий, водород, галогены, благородные газы, а также большинство неметаллов и полуметаллов.
• Парамагнетизм: Парамагнетизм — это противоположность диамагнетизму. Парамагнетики притягивают магнитные силы в присутствии магнитного поля. Как правило, это временные магниты — они не обладают собственным магнитным полем, но становятся магнитными в его присутствии. Примерами парамагнетиков являются щелочные металлы, многие переходные металлы, алюминий, олово и кислород.
• Суперпарамагнетизм: Суперпарамагнетизм — это парамагнетизм на очень высоком уровне. Суперпарамагнетики гораздо сильнее притягиваются к магнитным силам, чем другие временные магниты.