Grundlagen der Berechnung von Systemen mit Permanentmagneten. Magnetische Kreise mit Permanentmagneten Addition äußerer magnetischer Flüsse mit einem Permanentmagneten

a) Allgemeine Informationen. Um ein konstantes Magnetfeld zu erzeugen, verwenden viele elektrische Geräte Permanentmagnete, die aus hartmagnetischen Materialien bestehen und eine große Hystereseschleife aufweisen (Abb. 5.6).

Die Arbeit eines Permanentmagneten erfolgt im Bereich von H= 0 Zu H = - N s. Dieser Teil der Schleife wird als Entmagnetisierungskurve bezeichnet.

Betrachten wir die grundlegenden Zusammenhänge bei einem Permanentmagneten in Form eines Toroids mit einem kleinen Spalt B(Abb. 5.6). Aufgrund der Ringform und des kleinen Spalts können Streuflüsse in einem solchen Magneten vernachlässigt werden. Wenn der Spalt klein ist, kann das darin enthaltene Magnetfeld als gleichmäßig angesehen werden.

Abb.5.6. Entmagnetisierungskurve für Permanentmagnete

Wenn wir die Ausbeulung vernachlässigen, dann die Induktion im Spalt IN & und im Inneren des Magneten IN sind gleich.

Basierend auf dem gesamten aktuellen Recht mit Closed-Loop-Integration 1231 Reis. wir bekommen:

Abb.5.7. Permanentmagnet in Form eines Toroids

Somit ist die Feldstärke im Spalt entgegengesetzt zur Stärke im Magnetkörper gerichtet. Für Elektromagnet Gleichstrom, mit einer ähnlichen Form des Magnetkreises, ohne Berücksichtigung der Sättigung, können wir schreiben: .

Im Vergleich erkennt man, dass bei einem Permanentmagneten n. c, das einen Fluss im Arbeitsspalt erzeugt, ist das Produkt der Spannung im Körper des Magneten und seiner Länge mit umgekehrtem Vorzeichen - Hl.

Ausnutzen der Tatsache, dass

, (5.29)

, (5.30)

Wo S- Polbereich; - Leitfähigkeit des Luftspalts.

Die Gleichung ist die Gleichung einer Geraden, die im zweiten Quadranten im Winkel a zur Achse durch den Ursprung verläuft N. Unter Berücksichtigung der Induktionsskala t rein und Spannung tn Winkel a wird durch die Gleichheit bestimmt

Da die Induktion und die magnetische Feldstärke im Körper eines Permanentmagneten durch die Entmagnetisierungskurve zusammenhängen, ist der Schnittpunkt der angegebenen Geraden mit der Entmagnetisierungskurve (Punkt A in Abb. 5.6) und bestimmt den Zustand des Kerns bei einem gegebenen Spalt.

Mit geschlossenem Kreislauf und

Mit Wachstum B Leitfähigkeit des Arbeitsspalts und tga nehmen ab, die Induktion im Arbeitsspalt nimmt ab und die Feldstärke im Inneren des Magneten nimmt zu.

Eine der wichtigen Eigenschaften eines Permanentmagneten ist die Energie des Magnetfeldes im Arbeitsspalt Gew. Wenn man bedenkt, dass das Feld in der Lücke gleichmäßig ist,

Den Wert ersetzen N b wir bekommen:

, (5.35)

wobei V M das Volumen des Magnetkörpers ist.

Somit ist die Energie im Arbeitsspalt gleich der Energie im Inneren des Magneten.

Produktabhängigkeit B(-N) in der Induktionsfunktion ist in Abb. 5.6 dargestellt. Offensichtlich für Punkt C, an dem B(-N) Wenn der Luftspalt seinen Maximalwert erreicht, erreicht auch die Energie im Luftspalt ihren größten Wert, und aus Sicht der Verwendung eines Permanentmagneten ist dieser Punkt optimal. Es kann gezeigt werden, dass Punkt C, der dem Maximum des Produkts entspricht, der Schnittpunkt mit der Strahlentmagnetisierungskurve ist OK, gezeichnet durch einen Punkt mit Koordinaten und .

Schauen wir uns die Auswirkung der Lücke genauer an B um den Betrag der Induktion IN(Abb. 5.6). Wenn der Magnet mit einem Spalt magnetisiert wurde B, dann entsteht nach dem Entfernen des äußeren Feldes eine Induktion im Körper des Magneten, der dem Punkt entspricht A. Die Position dieses Punktes wird durch Lücke b bestimmt.

Reduzieren Sie die Lücke zum Wert , Dann

. (5.36)

Mit abnehmendem Spalt nimmt die Induktion im Magnetkörper zu, der Prozess der Induktionsänderung folgt jedoch nicht der Entmagnetisierungskurve, sondern entlang eines Zweigs einer privaten Hystereseschleife AMD. Induktion IN 1 wird durch den Schnittpunkt dieses Zweigs mit einem in einem Winkel zur Achse gezeichneten Strahl bestimmt - N(Punkt D).

Wenn wir die Lücke wieder auf den Wert vergrößern B, dann sinkt die Induktion auf den Wert IN, außerdem Abhängigkeit V(H) wird je nach Branche festgelegt DNA private Hystereseschleife. Typischerweise eine partielle Hystereseschleife AMDNA ist recht schmal und wird durch eine gerade ersetzt ANZEIGE. was als direkte Rückkehr bezeichnet wird. Die Neigung dieser Geraden zur horizontalen Achse (+ H) wird Renditekoeffizient genannt:

. (5.37)

Die Entmagnetisierungseigenschaften eines Materials werden in der Regel nicht vollständig angegeben, sondern nur die Werte der Sättigungsinduktion. Bs, Restinduktion In g, Zwangskraft N s. Um einen Magneten zu berechnen, ist es notwendig, die gesamte Entmagnetisierungskurve zu kennen, die für die meisten hartmagnetischen Materialien durch die Formel gut angenähert wird

Die durch (5.30) ausgedrückte Entmagnetisierungskurve kann leicht grafisch dargestellt werden, wenn die B s, B r.

B) Bestimmung des Flusses im Arbeitsspalt für einen gegebenen Magnetkreis. In einem realen System mit einem Permanentmagneten unterscheidet sich der Fluss im Arbeitsspalt vom Fluss im neutralen Abschnitt (der Mitte des Magneten) aufgrund des Vorhandenseins von Streu- und Aufwölbungsflüssen (Abb.).

Der Durchfluss im neutralen Abschnitt ist gleich:

, (5.39)

Wo ist die Strömung im neutralen Abschnitt?

Prallströmung an den Polen;

Streufluss;

Arbeitsablauf.

Der Streukoeffizient o wird durch die Gleichheit bestimmt

Wenn wir davon ausgehen, dass die Flüsse entstehen dann durch die gleiche magnetische Potentialdifferenz

. (5.41)

Wir finden die Induktion im neutralen Abschnitt, indem wir Folgendes definieren:

,

und unter Verwendung der Entmagnetisierungskurve Abb. 5.6. Die Induktion im Arbeitsspalt ist gleich:

da der Durchfluss im Arbeitsspalt um ein Vielfaches geringer ist als der Durchfluss im neutralen Abschnitt.

Sehr häufig erfolgt die Magnetisierung des Systems im unmontierten Zustand, wenn die Leitfähigkeit des Arbeitsspalts aufgrund des Fehlens von Teilen aus ferromagnetischem Material verringert ist. In diesem Fall erfolgt die Berechnung mittels Direktrendite. Bei erheblichen Streuflüssen empfiehlt es sich, die Berechnung wie bei einem Elektromagneten abschnittsweise durchzuführen.

Streuflüsse spielen bei Permanentmagneten eine viel größere Rolle als bei Elektromagneten. Tatsache ist, dass die magnetische Permeabilität hartmagnetischer Materialien deutlich geringer ist als die weichmagnetischer Materialien, aus denen Systeme für Elektromagnete hergestellt werden. Streuflüsse bewirken einen deutlichen Abfall des magnetischen Potentials entlang des Permanentmagneten und reduzieren n. s und damit die Strömung im Arbeitsspalt.

Der Verlustkoeffizient fertiger Systeme schwankt innerhalb ziemlich weiter Grenzen. Die Berechnung des Streukoeffizienten und der Streuflüsse ist mit großen Schwierigkeiten verbunden. Daher empfiehlt es sich bei der Entwicklung eines neuen Designs, den Verlustkoeffizienten anhand eines speziellen Modells zu bestimmen Permanentmagnet durch einen Elektromagneten ersetzt. Die Magnetisierungswicklung wird so ausgewählt, dass der erforderliche Fluss im Arbeitsspalt erreicht wird.

Abb.5.8. Magnetischer Kreis mit einem Permanentmagneten und Streu- und Wölbungsflüssen

c) Bestimmen der Größe des Magneten anhand der erforderlichen Induktion im Arbeitsspalt. Diese Aufgabe ist noch schwieriger als die Bestimmung der Strömung mit bekannten Abmessungen. Bei der Wahl der Abmessungen eines Magnetkreises strebt man in der Regel danach, die Induktion sicherzustellen B 0 und Spannung H 0 im neutralen Bereich entsprach dem Maximalwert des Produkts H 0 V 0 . In diesem Fall ist das Volumen des Magneten minimal. Für die Materialauswahl werden folgende Empfehlungen gegeben. Wenn es notwendig ist, mit großen Lücken einen großen Induktionswert zu erhalten, dann am meisten geeignetes Material ist Magico. Wenn es bei einem großen Spalt erforderlich ist, kleine Induktionen zu erzeugen, kann Alnisi empfohlen werden. Bei kleinen Arbeitsabständen und hohen Induktionswerten empfiehlt sich der Einsatz von Alni.

Der Querschnitt des Magneten wird nach folgenden Überlegungen ausgewählt. Die Induktion im Neutralteil wird gleich gewählt Bei 0. Dann die Strömung im neutralen Abschnitt

,

Woher kommt der Querschnitt des Magneten?

.
Induktionswerte im Arbeitsspalt Auf S und Polfläche sind angegebene Größen. Am schwierigsten ist es, den Wert des Koeffizienten zu bestimmen Streuung. Sein Wert hängt vom Design und der Induktion im Kern ab. Ist der Magnetquerschnitt groß, werden mehrere parallel geschaltete Magnete verwendet. Die Länge des Magneten ergibt sich aus der Bedingung zur Schaffung der notwendigen n.s. im Arbeitsspalt bei Spannung im Magnetkörper H0:

Wo B p - die Größe des Arbeitsspalts.

Nach der Auswahl der Hauptabmessungen und der Auslegung des Magneten wird eine Überprüfungsberechnung nach der zuvor beschriebenen Methode durchgeführt.

d) Stabilisierung der Magneteigenschaften. Während des Betriebs des Magneten wird eine Abnahme des Flusses im Arbeitsspalt des Systems beobachtet – Alterung des Magneten. Es gibt strukturelle, mechanische und magnetische Alterung.

Strukturalterung entsteht dadurch, dass nach dem Aushärten des Materials innere Spannungen darin entstehen und das Material eine heterogene Struktur annimmt. Im Betrieb wird das Material homogener, innere Spannungen verschwinden. In diesem Fall die Restinduktion In t und Koerzitivkraft N s nehmen ab. Um der Gefügealterung entgegenzuwirken, wird das Material einer Wärmebehandlung in Form eines Anlassens unterzogen. In diesem Fall verschwinden innere Spannungen im Material. Seine Eigenschaften werden stabiler. Aluminium-Nickel-Legierungen (Alni usw.) erfordern keine strukturelle Stabilisierung.

Durch Stöße und Vibrationen des Magneten kommt es zu mechanischer Alterung. Um den Magneten unempfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung zu machen, wird er einer künstlichen Alterung unterzogen. Vor dem Einbau in die Apparatur werden Magnetproben den gleichen Stößen und Vibrationen ausgesetzt, die auch im Betrieb auftreten.

Unter magnetischer Alterung versteht man eine Veränderung der Eigenschaften eines Materials unter dem Einfluss äußerer Magnetfelder. Ein positives äußeres Feld erhöht die Induktion entlang der direkten Rückleitung, ein negatives äußeres Feld verringert sie entlang der Entmagnetisierungskurve. Um den Magneten stabiler zu machen, wird er einem Entmagnetisierungsfeld ausgesetzt, woraufhin der Magnet auf die Rückleitung wirkt. Durch die geringere Steigung der Rückleitung wird der Einfluss externer Felder verringert. Beim Rechnen magnetische Systeme Bei Permanentmagneten muss berücksichtigt werden, dass während des Stabilisierungsprozesses der magnetische Fluss um 10-15 % abnimmt.

Schaltmagnetflusssysteme basieren auf dem Schalten des Magnetflusses relativ zu abnehmbaren Spulen.
Das Wesentliche an den im Internet getesteten CE-Geräten ist, dass es einen Magneten gibt, für den wir einmal bezahlen, und dass es ein Magnetfeld des Magneten gibt, für das niemand Geld bezahlt.
Die Frage ist, dass es notwendig ist, in Transformatoren mit schaltenden Magnetflüssen Bedingungen zu schaffen, unter denen das Magnetfeld kontrollierbar wird und wir es lenken. unterbrechen. so umleiten. sodass die Schaltenergie minimal oder kostenlos ist

Um Optionen für diese Systeme zu prüfen, beschloss ich, neue Ideen zu studieren und meine Gedanken dazu zu präsentieren.

Zunächst wollte ich mir ansehen, welche magnetischen Eigenschaften ein ferromagnetisches Material hat usw. Magnetische Materialien haben eine Koerzitivkraft.

Dementsprechend wird die durch Zyklus oder durch Zyklus erhaltene Zwangskraft berücksichtigt. Entsprechend bezeichnet und

Die Zwangskraft ist immer größer. Dieser Sachverhalt wird dadurch erklärt, dass in der rechten Halbebene des Hysteresediagramms der Wert größer als ist, und zwar um den Betrag:

In der linken Halbebene hingegen ist sie um einen Betrag kleiner als . Dementsprechend befinden sich die Kurven im ersten Fall über den Kurven und im zweiten Fall darunter. Dadurch wird der Hysteresezyklus schmaler als der Zyklus.

Zwangsgewalt

Koerzitivkraft – (von lateinisch coercitio – Retention), der Wert der magnetischen Feldstärke, die für die vollständige Entmagnetisierung eines ferro- oder ferrimagnetischen Stoffes erforderlich ist. Gemessen in Ampere/Meter (SI-System). Anhand der Größe der Koerzitivkraft werden folgende magnetische Materialien unterschieden:

Weichmagnetische Materialien sind Materialien mit geringer Koerzitivfeldstärke, die in relativ schwachen Magnetfeldern mit einer Stärke von etwa 8-800 A/m bis zur Sättigung magnetisiert und ummagnetisiert werden. Nach der Ummagnetisierung weisen sie äußerlich keine magnetischen Eigenschaften auf, da sie aus zufällig ausgerichteten, bis zur Sättigung magnetisierten Bereichen bestehen. Ein Beispiel sind verschiedene Stähle. Je größer die Koerzitivkraft eines Magneten ist, desto widerstandsfähiger ist er gegenüber entmagnetisierenden Faktoren. Hartmagnetische Materialien sind Materialien mit einer hohen Koerzitivfeldstärke, die in relativ starken Magnetfeldern mit einer Stärke von Tausenden und Zehntausenden von A/m bis zur Sättigung magnetisiert und ummagnetisiert werden. Nach der Magnetisierung bleiben hartmagnetische Materialien aufgrund der hohen Koerzitivfeldstärke und magnetischen Induktion Permanentmagnete. Beispiele sind die Seltenerdmagnete NdFeB und SmCo, hartmagnetische Barium- und Strontiumferrite.

Mit zunehmender Masse des Teilchens nimmt der Krümmungsradius der Flugbahn zu und nach dem ersten Newtonschen Gesetz nimmt seine Trägheit zu.

Mit zunehmender magnetischer Induktion nimmt der Krümmungsradius der Flugbahn ab, d.h. Die Zentripetalbeschleunigung des Teilchens nimmt zu. Folglich wird unter dem Einfluss derselben Kraft die Änderung der Partikelgeschwindigkeit geringer und der Krümmungsradius der Flugbahn größer sein.

Mit zunehmender Ladung des Teilchens nimmt die Lorentzkraft (magnetische Komponente) zu und damit auch die Zentripetalbeschleunigung.

Wenn sich die Bewegungsgeschwindigkeit eines Teilchens ändert, ändert sich der Krümmungsradius seiner Flugbahn und die Zentripetalbeschleunigung, was sich aus den Gesetzen der Mechanik ergibt.

Wenn ein Teilchen durch Induktion in ein gleichmäßiges Magnetfeld fliegt IN Bei einem anderen Winkel als 90° ändert sich die horizontale Komponente der Geschwindigkeit nicht, aber die vertikale Komponente erhält unter dem Einfluss der Lorentzkraft eine Zentripetalbeschleunigung, und das Teilchen beschreibt einen Kreis in einer Ebene senkrecht zum magnetischen Vektor Induktion und Geschwindigkeit. Durch die gleichzeitige Bewegung entlang der Richtung des Induktionsvektors beschreibt das Teilchen eine Schraubenlinie und kehrt in regelmäßigen Abständen, d. h. überqueren Sie es in gleichen Abständen.

Die bremsende Wechselwirkung magnetischer Felder wird als Foucault-Ströme bezeichnet

Sobald der Stromkreis im Induktor geschlossen ist, beginnen zwei gegenläufige Ströme um den Leiter zu wirken. Nach dem Lenzschen Gesetz beginnen die positiven Ladungen des Elektrogases (Äther) ihre Schraubenbewegung und aktivieren die Atome, durch die die elektrische Verbindung hergestellt wird ist etabliert. Daher ist es unmöglich, das Vorhandensein magnetischer Wirkung und Reaktion zu erklären.

Damit erkläre ich die Hemmung des erregenden Magnetfeldes und dessen Widerstand im geschlossenen Stromkreis, die Bremswirkung im elektrischen Generator (mechanisches Bremsen bzw. den Widerstand des Rotors des elektrischen Generators gegenüber der mechanisch ausgeübten Kraft und den Widerstand ( Bremsung) des Foucault-Stroms auf den fallenden Neodym-Magneten, der in das Kupferrohr fällt.

Ein wenig über Magnetmotoren

Auch hier kommt das Prinzip des Schaltens magnetischer Flüsse zur Anwendung.
Es ist jedoch einfacher, mit Zeichnungen fortzufahren.

Wie soll dieses System funktionieren?

Die mittlere Spule ist abnehmbar und arbeitet mit einer relativ großen Impulslänge, die durch den Durchgang magnetischer Flüsse von den im Diagramm gezeigten Magneten erzeugt wird.
Die Impulslänge wird durch die Induktivität der Spule und den Lastwiderstand bestimmt.
Sobald die Zeit abgelaufen ist und der Kern magnetisiert ist, muss der Kern selbst unterbrochen, entmagnetisiert oder neu magnetisiert werden. um mit der Last weiterzuarbeiten.

Transgeneration elektromagnetischer Feldenergie

Essenz der Forschung:

Die Hauptrichtung der Forschung ist die Untersuchung der theoretischen und technischen Möglichkeit, Geräte zu schaffen, die Strom durch den vom Autor entdeckten physikalischen Prozess der Transgeneration elektromagnetischer Feldenergie erzeugen. Der Kern des Effekts besteht darin, dass beim Hinzufügen elektromagnetischer Felder (konstante und variable) nicht die Energien hinzugefügt werden, sondern die Amplituden des Feldes. Die Feldenergie ist proportional zum Quadrat der Amplitude des gesamten elektromagnetischen Feldes. Dadurch kann durch einfache Addition von Feldern die Energie des gesamten Feldes um ein Vielfaches größer sein als die Energie aller ursprünglichen Felder einzeln.

Diese Eigenschaft des elektromagnetischen Feldes wird als Nichtadditivität der Feldenergie bezeichnet. Wenn beispielsweise drei flache Scheiben-Permanentmagnete gestapelt werden, erhöht sich die Energie des gesamten Magnetfelds um das Neunfache!

Ein ähnlicher Vorgang findet bei der Hinzufügung elektromagnetischer Wellen in Zuleitungen und Resonanzsystemen statt. Die Energie der gesamten stehenden elektromagnetischen Welle kann um ein Vielfaches größer sein als die Energie der Wellen und des elektromagnetischen Feldes vor der Addition. Dadurch erhöht sich die Gesamtenergie des Systems. Der Prozess wird durch eine einfache Feldenergieformel beschrieben:

Die Theorie des elektromagnetischen Feldes zeigt die Möglichkeit der Energieerzeugung durch Übertragung (Trans-) und Addition elektromagnetischer Wellen und Felder. Die vom Autor entwickelte Theorie der Transgeneration elektromagnetischer Feldenergie widerspricht nicht der klassischen Elektrodynamik. Die Idee des physikalischen Kontinuums als superdichtes dielektrisches Medium mit enormer latenter Massenenergie führt dazu, dass der physische Raum über Energie verfügt und die Transgeneration nicht gegen das vollständige Gesetz der Energieerhaltung verstößt (unter Berücksichtigung der Energie des Mediums). ). Die Nichtadditivität der Energie des elektromagnetischen Feldes zeigt, dass für das elektromagnetische Feld nicht einfach der Energieerhaltungssatz gilt. Beispielsweise führt in der Theorie des Umov-Poynting-Vektors die Addition von Poynting-Vektoren zur gleichzeitigen Addition elektrischer und magnetischer Felder. Wenn also beispielsweise drei Pointing-Vektoren hinzugefügt werden, erhöht sich der gesamte Pointing-Vektor um das Neunfache und nicht um das Dreifache, wie es auf den ersten Blick scheint.

Forschungsergebnisse:

Die Möglichkeit der Energiegewinnung durch Kombination elektromagnetischer Wellen wurde experimentell in verschiedenen Arten von Zuleitungsleitungen untersucht – Wellenleiter, Zweidraht, Streifenleitung, Koaxial. Der Frequenzbereich reicht von 300 MHz bis 12,5 GHz. Die Leistung wurde sowohl direkt – mit Wattmetern – als auch indirekt – mit Detektordioden und Voltmetern – gemessen. Infolgedessen wurden bei bestimmten Anpassungen an den Zuführleitungen positive Ergebnisse erzielt. Bei der Addition von Feldamplituden (in Lasten) übersteigt die in der Last abgegebene Leistung die von verschiedenen Kanälen gelieferte Leistung (es wurden Leistungsteiler verwendet). Am meisten einfache Erfahrung, das das Prinzip der Amplitudenaddition veranschaulicht, ist ein Experiment, bei dem drei stark gerichtete Antennen in Phase mit einem Empfangsempfänger arbeiten, an den ein Wattmeter angeschlossen ist. Das Ergebnis dieses Experiments: Die an der Empfangsantenne aufgezeichnete Leistung ist neunmal höher als die, die jede Sendeantenne einzeln liefert. An der Empfangsantenne werden die Amplituden (drei) der drei Sendeantennen addiert und die Empfangsleistung ist proportional zum Quadrat der Amplitude. Das heißt, wenn man drei gleichphasige Amplituden addiert, erhöht sich die Empfangsleistung um das Neunfache!

Es ist zu beachten, dass Störungen in Luft (Vakuum) mehrphasig sind und sich in vielerlei Hinsicht von Störungen in Zuleitungen, Hohlraumresonatoren usw. unterscheiden. stehende Wellen ah in Spulen usw. Beim sogenannten klassischen Interferenzmuster werden sowohl Addition als auch Subtraktion der Amplituden des elektromagnetischen Feldes beobachtet. Daher ist die Verletzung des Energieerhaltungssatzes bei Mehrphaseninterferenzen im Allgemeinen lokaler Natur. In einem Resonator oder bei Vorhandensein stehender Wellen in Zuleitungen geht mit der Überlagerung elektromagnetischer Wellen keine Umverteilung des elektromagnetischen Feldes im Raum einher.

In diesem Fall kommt es bei Viertel- und Halbwellenresonatoren lediglich zur Addition der Feldamplituden. Die Energie der in einem Volumen vereinten Wellen stammt aus der Energie, die vom Generator zum Resonator übertragen wird.

Experimentelle Studien bestätigen die Theorie der Transgeneration vollständig. Aus der Mikrowellenpraxis ist bekannt, dass selbst bei einem gewöhnlichen Stromausfall in Zuleitungen die Leistung die vom Generator gelieferte Leistung übersteigt. Beispielsweise wird ein Hohlleiter, der für eine Mikrowellenleistung von 100 MW ausgelegt ist, durch Hinzufügen von zwei Mikrowellenleistungen von jeweils 25 MW durchbohrt – indem zwei gegenläufige Mikrowellenwellen in den Hohlleiter eingefügt werden. Dies kann passieren, wenn Mikrowellenleistung vom Ende der Leitung reflektiert wird. Eine Reihe von Originalen Schaltpläne Energie zu erzeugen verschiedene Arten

Interferenz. Der Hauptfrequenzbereich ist Meter und Dezimeter (Mikrowelle) bis hin zum Zentimeter. Basierend auf der Transgeneration ist es möglich, kompakte autonome Stromquellen zu schaffen.

Was ist ein Permanentmagnet? Ein Permanentmagnet ist ein Körper, der seine Magnetisierung über einen langen Zeitraum aufrechterhalten kann. Als Ergebnis wiederholter Forschung und zahlreicher Experimente können wir sagen, dass nur drei Substanzen auf der Erde Permanentmagnete sein können (Abb. 1).

Reis. 1. Permanentmagnete. ()

Nur diese drei Stoffe und ihre Legierungen können Dauermagnete sein, nur sie können magnetisiert werden und diesen Zustand über lange Zeit beibehalten.

Permanentmagnete werden seit sehr langer Zeit eingesetzt und dienen in erster Linie der Orientierung im Weltraum – der erste Kompass wurde in China erfunden, um in der Wüste zu navigieren. Heutzutage argumentiert niemand mehr über Magnetnadeln oder Permanentmagnete; sie werden überall in Telefonen und Funksendern und einfach in verschiedenen elektrischen Produkten verwendet. Sie können unterschiedlich sein: Es gibt Streifenmagnete (Abb. 2)

Reis. 2. Streifenmagnet ()

Und es gibt Magnete, die man bogenförmig oder hufeisenförmig nennt (Abb. 3)

Die Untersuchung von Permanentmagneten bezieht sich ausschließlich auf deren Wechselwirkung. Ein Magnetfeld kann durch elektrischen Strom und einen Permanentmagneten erzeugt werden, daher wurde zunächst mit Magnetnadeln geforscht. Wenn wir einen Magneten in die Nähe des Pfeils bringen, sehen wir eine Wechselwirkung – gleiche Pole stoßen sich ab und ungleiche Pole ziehen sich an. Diese Wechselwirkung wird bei allen Magneten beobachtet.

Platzieren wir kleine Magnetpfeile entlang des Streifenmagneten (Abb. 4), der Südpol interagiert mit dem Norden und der Norden zieht den Süden an. Die Magnetnadeln werden entlang der Magnetfeldlinie positioniert. Es ist allgemein anerkannt, dass magnetische Linien außerhalb eines Permanentmagneten vom Nordpol nach Süden und innerhalb des Magneten vom Südpol nach Norden gerichtet sind. Somit werden die magnetischen Linien genauso geschlossen wie die von elektrischer Strom, das sind konzentrische Kreise, sie schließen sich im Inneren des Magneten selbst. Es stellt sich heraus, dass das Magnetfeld außerhalb des Magneten von Norden nach Süden und innerhalb des Magneten von Süden nach Norden gerichtet ist.

Reis. 4. Magnetische Feldlinien eines Streifenmagneten ()

Um die Form des Magnetfeldes eines Streifenmagneten bzw. die Form des Magnetfeldes eines bogenförmigen Magneten zu beobachten, verwenden wir die folgenden Geräte oder Teile. Nehmen wir eine transparente Platte und Eisenspäne und führen wir ein Experiment durch. Streuen wir Eisenspäne auf die Platte, die sich auf dem Streifenmagneten befindet (Abb. 5):

Reis. 5. Form des Magnetfeldes eines Streifenmagneten ()

Wir sehen, dass die magnetischen Feldlinien den Nordpol verlassen und in den Südpol eintreten. Anhand der Dichte der Linien können wir die Pole des Magneten beurteilen. Dort befinden sich die Magnetpole.

Reis. 6. Form des Magnetfeldes eines bogenförmigen Magneten ()

Ein ähnliches Experiment werden wir mit einem bogenförmigen Magneten durchführen. Wir sehen, dass magnetische Linien im gesamten Magneten am Nordpol beginnen und am Südpol enden.

Wir wissen bereits, dass sich ein Magnetfeld nur um Magnete und elektrische Ströme herum bildet. Wie können wir das Erdmagnetfeld bestimmen? Jede Nadel, jeder Kompass im Erdmagnetfeld ist streng ausgerichtet. Da die Magnetnadel streng im Raum ausgerichtet ist, wird sie von einem Magnetfeld beeinflusst, und zwar dem Erdmagnetfeld. Wir können daraus schließen, dass unsere Erde ein großer Magnet ist (Abb. 7) und dieser Magnet dementsprechend ein ziemlich starkes Magnetfeld im Weltraum erzeugt. Wenn wir auf die Nadel eines Magnetkompasses schauen, wissen wir, dass der rote Pfeil nach Süden und der blaue Pfeil nach Norden zeigt. Wie liegen die Magnetpole der Erde? In diesem Fall ist zu beachten, dass sich der magnetische Südpol am geografischen Nordpol der Erde und der magnetische Nordpol der Erde am geografischen Südpol befindet. Wenn wir die Erde als einen im Weltraum befindlichen Körper betrachten, können wir sagen, dass wir, wenn wir entlang des Kompasses nach Norden gehen, zum magnetischen Südpol gelangen und wenn wir nach Süden gehen, werden wir am magnetischen Nordpol landen. Am Äquator steht die Kompassnadel nahezu horizontal zur Erdoberfläche, und je näher wir an den Polen sind, desto vertikaler steht die Nadel. Das Erdmagnetfeld konnte sich ändern; es gab Zeiten, in denen sich die Pole relativ zueinander änderten, das heißt, der Süden war dort, wo der Norden war, und umgekehrt. Laut Wissenschaftlern war dies ein Vorbote große Katastrophen auf der Erde. Dies wurde in den letzten Jahrtausenden nicht mehr beobachtet.

Reis. 7. Erdmagnetfeld ()

Magnetische und geografische Pole stimmen nicht überein. Auch im Inneren der Erde selbst herrscht ein Magnetfeld, das wie bei einem Permanentmagneten vom magnetischen Südpol nach Norden gerichtet ist.

Woher kommt das Magnetfeld in Permanentmagneten? Die Antwort auf diese Frage gab der französische Wissenschaftler Andre-Marie Ampère. Er vertrat die Idee, dass das Magnetfeld von Permanentmagneten durch elementare, einfachste Ströme erklärt wird, die im Inneren von Permanentmagneten fließen. Diese einfachsten Elementarströme verstärken sich in gewisser Weise gegenseitig und erzeugen ein Magnetfeld. Ein negativ geladenes Teilchen – ein Elektron – bewegt sich um den Atomkern; diese Bewegung kann als gerichtet betrachtet werden, und dementsprechend wird um eine solche bewegte Ladung ein Magnetfeld erzeugt. In jedem Körper ist die Anzahl der Atome und Elektronen einfach enorm; alle diese Elementarströme nehmen eine geordnete Richtung an und wir erhalten ein ziemlich starkes Magnetfeld. Das Gleiche können wir auch über die Erde sagen, das heißt, das Erdmagnetfeld ist dem Magnetfeld eines Permanentmagneten sehr ähnlich. Ein Permanentmagnet ist ein ziemlich auffälliges Merkmal jeder Manifestation eines Magnetfelds.

Neben magnetischen Stürmen gibt es auch magnetische Anomalien. Sie sind mit dem solaren Magnetfeld verbunden. Wenn auf der Sonne ausreichend starke Explosionen oder Auswürfe auftreten, geschieht dies nicht ohne die Hilfe der Manifestation des Magnetfelds der Sonne. Dieses Echo erreicht die Erde und beeinflusst ihr Magnetfeld, wodurch wir magnetische Stürme beobachten. Magnetische Anomalien sind mit Eisenerzvorkommen auf der Erde verbunden, riesige Vorkommen werden lange Zeit durch das Erdmagnetfeld magnetisiert, und alle Körper in der Umgebung werden dem Magnetfeld dieser Anomalie ausgesetzt sein, Kompasspfeile zeigen die falsche Richtung.

In der nächsten Lektion werden wir uns mit anderen Phänomenen befassen, die mit magnetischen Wirkungen verbunden sind.

Referenzen

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Hausaufgaben

1. Von welchem ​​Ende der Kompassnadel wird sie angezogen? Nordpol Erde?
2. An welchem ​​Ort auf der Erde kann man der Magnetnadel nicht vertrauen?
3. Was sagt die Liniendichte auf einem Magneten aus?

Es gibt zwei Haupttypen von Magneten: Permanentmagnete und Elektromagnete. Sie können anhand seiner Haupteigenschaften bestimmen, was ein Permanentmagnet ist. Ein Permanentmagnet hat seinen Namen, weil sein Magnetismus immer „an“ ist. Im Gegensatz zu einem Elektromagneten, der aus einem um einen Eisenkern gewickelten Draht besteht und Stromfluss benötigt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, erzeugt er ein eigenes Magnetfeld.

Geschichte der Untersuchung magnetischer Eigenschaften

Vor Jahrhunderten entdeckten Menschen, dass einige Gesteinsarten eine ursprüngliche Eigenschaft haben: Sie werden von Eisengegenständen angezogen. Magnetit wird in alten historischen Chroniken erwähnt: vor mehr als zweitausend Jahren in Europa und viel früher in Ostasien. Zunächst galt es als merkwürdiges Objekt.

Später wurde Magnetit zur Navigation verwendet, wobei sich herausstellte, dass es dazu neigt, eine bestimmte Position einzunehmen, wenn man ihm die Freiheit gibt, sich zu drehen. Forschung Die von P. Peregrine im 13. Jahrhundert durchgeführte Studie zeigte, dass Stahl diese Eigenschaften nach dem Einreiben mit Magnetit annehmen konnte.

Magnetisierte Objekte hatten zwei Pole: „Nord“ und „Süd“, relativ zum Erdmagnetfeld. Wie Peregrine herausfand, war es nicht möglich, einen der Pole zu isolieren, indem man ein Magnetitfragment in zwei Teile schnitt – jedes einzelne Fragment hatte schließlich ein eigenes Polpaar.

Nach heutigen Vorstellungen ist das Magnetfeld von Permanentmagneten die resultierende Ausrichtung der Elektronen in eine Richtung. Nur einige Arten von Materialien interagieren mit Magnetfeldern; eine viel geringere Anzahl von ihnen ist in der Lage, eine konstante MF aufrechtzuerhalten.

Eigenschaften von Permanentmagneten

Die Haupteigenschaften von Permanentmagneten und dem von ihnen erzeugten Feld sind:

• die Existenz zweier Pole;
• Gegenpole ziehen sich an und gleiche Pole stoßen sich ab (wie positive und negative Ladungen);
• magnetische Kraft breitet sich unmerklich im Raum aus und dringt durch Gegenstände (Papier, Holz);
• In der Nähe der Pole ist ein Anstieg der MF-Intensität zu beobachten.

Permanentmagnete unterstützen den MP ohne fremde Hilfe. Abhängig von ihren magnetischen Eigenschaften werden Materialien in Haupttypen eingeteilt:

• Ferromagnete – leicht magnetisierbar;
• paramagnetische Materialien – lassen sich nur schwer magnetisieren;
• Diamagnete neigen dazu, äußere Magnetfelder zu reflektieren, indem sie in die entgegengesetzte Richtung magnetisieren.

Wichtig! Weichmagnetische Materialien wie Stahl leiten den Magnetismus, wenn er an einem Magneten befestigt wird, dieser hört jedoch auf, wenn er entfernt wird. Permanentmagnete werden aus hartmagnetischen Materialien hergestellt.

Wie funktioniert ein Permanentmagnet?

Seine Arbeit beschäftigt sich mit der atomaren Struktur. Alle Ferromagnete erzeugen dank der Elektronen, die die Atomkerne umgeben, ein natürliches, wenn auch schwaches Magnetfeld. Diese Atomgruppen können sich in die gleiche Richtung ausrichten und werden magnetische Domänen genannt. Jede Domäne hat zwei Pole: Nord und Süd. Wenn ein ferromagnetisches Material nicht magnetisiert ist, sind seine Bereiche in zufälligen Richtungen ausgerichtet und ihre Magnetfelder heben sich gegenseitig auf.

Zur Herstellung von Permanentmagneten werden Ferromagnete auf sehr hohe Temperaturen erhitzt und starken äußeren Magnetfeldern ausgesetzt. Dies führt dazu, dass einzelne magnetische Domänen im Inneren des Materials beginnen, sich in Richtung des äußeren Magnetfelds auszurichten, bis alle Domänen ausgerichtet sind und den Punkt der magnetischen Sättigung erreichen. Das Material wird dann abgekühlt und die ausgerichteten Domänen werden in ihrer Position fixiert. Sobald der externe MF entfernt wird, behalten hartmagnetische Materialien die meisten ihrer Domänen und erzeugen einen Permanentmagneten.

Eigenschaften von Permanentmagneten

1. Die Magnetkraft wird durch die magnetische Restinduktion charakterisiert. Designierter Br. Dies ist die Kraft, die nach dem Verschwinden des externen Abgeordneten bestehen bleibt. Gemessen in Tests (T) oder Gauss (G);
2. Koerzitivfeldstärke oder Entmagnetisierungswiderstand – Ns. Gemessen in A/m. Zeigt an, wie groß die äußere Magnetfeldstärke sein sollte, um das Material zu entmagnetisieren;
3. Maximale Energie – BHmax. Berechnet durch Multiplikation der remanenten Magnetkraft Br und der Koerzitivfeldstärke Hc. Gemessen in MGSE (Megaussersted);
4. Temperaturkoeffizient der Restmagnetkraft – Тс von Br. Charakterisiert die Abhängigkeit von Br vom Temperaturwert;
5. Tmax – der höchste Temperaturwert, bei dessen Erreichen Permanentmagnete ihre Eigenschaften mit der Möglichkeit einer umgekehrten Wiederherstellung verlieren;
6. Tcur ist der höchste Temperaturwert, bei dem das magnetische Material seine Eigenschaften irreversibel verliert. Dieser Indikator wird Curie-Temperatur genannt.

Die Eigenschaften einzelner Magnete ändern sich je nach Temperatur. Bei unterschiedlichen Temperaturen verschiedene Typen Magnetische Materialien funktionieren anders.

Wichtig! Alle Permanentmagnete verlieren einen Teil ihres Magnetismus, wenn die Temperatur steigt, jedoch je nach Typ unterschiedlich schnell.

Arten von Permanentmagneten

Es gibt fünf Arten von Permanentmagneten, die jeweils unterschiedlich aus Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften hergestellt werden:

• Alnico;
• Ferrite;
• Seltenerd-SmCo auf Basis von Kobalt und Samarium;
• Neodym;
• Polymer.

Alnico

Hierbei handelt es sich um Permanentmagnete, die hauptsächlich aus einer Kombination von Aluminium, Nickel und Kobalt bestehen, aber auch Kupfer, Eisen und Titan enthalten können. Aufgrund der Eigenschaften von Alnico-Magneten können sie bei höchsten Temperaturen betrieben werden und behalten dabei ihren Magnetismus, sie entmagnetisieren sich jedoch leichter als Ferrit oder Seltenerd-SmCo. Sie waren die ersten in Massenproduktion hergestellten Permanentmagnete und ersetzten magnetisierte Metalle und teure Elektromagnete.

Anwendung:

• Elektromotoren;
• Wärmebehandlung;
• Lager;
• Luft- und Raumfahrtfahrzeuge;
• militärische Ausrüstung;
• Be- und Entladegeräte für hohe Temperaturen;
• Mikrofone.

Ferrite

Zur Herstellung von Ferritmagneten, auch Keramik genannt, werden Strontiumcarbonat und Eisenoxid im Verhältnis 10/90 verwendet. Beide Materialien sind reichlich vorhanden und wirtschaftlich verfügbar.

Aufgrund ihrer geringen Produktionskosten, Hitzebeständigkeit (bis 250°C) und Korrosion gehören Ferritmagnete zu den beliebtesten Magneten für den täglichen Gebrauch. Sie haben eine größere innere Koerzitivfeldstärke als Alnico, aber eine geringere magnetische Stärke als ihre Neodym-Gegenstücke.

Anwendung:

• Tonlautsprecher;
• Sicherheitssysteme;
• große Plattenmagnete zum Entfernen von Eisenverunreinigungen aus Prozessleitungen;
• Elektromotoren und Generatoren;
• medizinische Instrumente;
• Hebemagnete;
• Magnete für die Meeressuche;
• Geräte, die auf dem Betrieb von Wirbelströmen basieren;
• Schalter und Relais;
• Bremsen

Seltenerd-SmCo-Magnete

Kobalt- und Samarium-Magnete arbeiten in einem weiten Temperaturbereich, haben hohe Temperaturkoeffizienten und eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Dieser Typ behält seine magnetischen Eigenschaften auch bei Temperaturen darunter absoluter Nullpunkt, was sie für den Einsatz in kryogenen Anwendungen beliebt macht.

Anwendung:

• Turbo-Technologie;
• Pumpenkupplungen;
• feuchte Umgebungen;
• Hochtemperaturgeräte;
• Miniatur-Elektrorennwagen;
• Funkelektronische Geräte für den Betrieb unter kritischen Bedingungen.

Neodym-Magnete

Die stärksten existierenden Magnete, bestehend aus einer Legierung aus Neodym, Eisen und Bor. Dank ihrer enormen Kraft sind selbst Miniaturmagnete wirksam. Dies sorgt für Vielseitigkeit in der Anwendung. Jeder Mensch befindet sich ständig in der Nähe eines der Neodym-Magnete. Sie befinden sich beispielsweise in einem Smartphone. Die Herstellung von Elektromotoren, medizinischen Geräten und Funkelektronik setzt auf ultrastarke Neodym-Magnete. Aufgrund ihrer Ultrafestigkeit, enormen Magnetkraft und Entmagnetisierungsresistenz sind Proben bis zu 1 mm möglich.

Anwendung:

• Festplatten;
• Tonwiedergabegeräte – Mikrofone, akustische Sensoren, Kopfhörer, Lautsprecher;
• Zahnersatz;
• Magnetisch gekoppelte Pumpen;
• Türschließer;
• Motoren und Generatoren;
• Schlösser für Schmuck;
• MRT-Scanner;
• Magnetfeldtherapie;
• ABS-Sensoren in Autos;
• Hebezeuge;
• Magnetabscheider;
• Reedschalter usw.

Flexible Magnete enthalten magnetische Partikel in einem Polymerbindemittel. Wird für einzigartige Geräte verwendet, bei denen die Installation solider Analoga nicht möglich ist.

Anwendung:

• Display-Werbung – schnelle Befestigung und schnelle Entfernung auf Messen und Veranstaltungen;
• Fahrzeugschilder, Schultafeln, Firmenlogos;
• Spielzeug, Puzzles und Spiele;
• Abdeckflächen zum Malen;
• Kalender und magnetische Lesezeichen;
• Fenster- und Türdichtungen.

Die meisten Permanentmagnete sind spröde und sollten nicht als Strukturbauteile verwendet werden. Sie werden in Standardformen hergestellt: Ringe, Stäbe, Scheiben und einzeln: Trapeze, Bögen usw. Neodym-Magnete sind aufgrund ihres hohen Eisengehalts anfällig für Korrosion und werden daher mit Nickel, Edelstahl, Teflon beschichtet. Titan, Gummi und andere Materialien.

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