Применение магнитов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение магнитов



ВВЕДЕНИЕ

В самом начале работы полезно будет дать несколько определений и пояснений.

Если, в каком то месте, на движущиеся тела, владеющие зарядом, действует сила, которая не действует на неподвижные либо лишенные заряда тела, то молвят, что в этом месте находится магнитное поле - одна из форм более общего электромагнитного поля.

Есть тела, способные создавать вокруг себя магнитное поле (и на такое тело тоже действует сила магнитного поля), про них молвят, что эти тела намагничены и владеют магнитным моментом, который и описывает свойство тела создавать магнитное поле. Такие тела называют магнитами.

Следует отметить, что различные материалы по различному реагируют на внешнее магнитное поле.

Есть материалы ослабляющие действие внешнего поля внутри себя - парамагнетики и усиливающие внешнее поле внутри себя - диамагнетики.

Есть материалы с большой способностью (в тысячи раз) усиливать внешнее поле внутри себя - железо, кобальт, никель, гадолиний, сплавы и соединения этих металлов, их называют - ферромагнетики.

Есть посреди ферромагнетиков материалы которые после действия на них довольно мощного внешнего магнитного поля сами стают магнитами - это магнитотвердые материалы.

Есть материалы, концентрирующие в себе внешнее магнитное поле и, пока оно действует, ведут себя как магниты; но если внешнее поле исчезает они не стают магнитами - это магнитомягкие материалы

Мы привыкли к магниту и относимся к нему чуточку снисходительно как к устаревшему атрибуту школьных уроков физики, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. В наших квартирах десятки магнитов: в электробритвах, динамиках, магнитофонах, в часах, в банках с гвоздями, наконец. Сами мы - тоже магниты: биотоки, текущие в нас, рождают вокруг нас необычный узор магнитных силовых линий. Земля, на которой мы живём, - огромный голубой магнит. Солнце - жёлтый плазменный шар - магнит ещё более превосходный. Галактик и туманности, чуть различимые телескопами, - непостижимые по размерам магниты. Термоядерный синтез, магнитодинамическое генерирование электроэнергии, ускорение заряженных частиц в синхротронах, подъём затонувших судов - всё это области, где требуются превосходные, невиданные ранее по размерам магниты. Неувязка сотворения мощных, сверхсильных, ультрасильных и ещё более мощных магнитных полей стала одной из главных в современной физике и технике.

Магнит известен человеку с незапамятных времён. До нас дошли упоминания о магнитах и их свойствах в трудах Фалеса Милетского (прибл. 600 До н.Э.) И Платона (427-347 до н.Э.). Само слово «магнит» появилось в связи с тем, что природные магниты были обнаружены греками в Магнесии (Фессалия).

Естественные (либо природные) магниты встречаются в природе в виде залежей магнитных руд. В Тартуском институте находится самый большой узнаваемый естественный магнит. Его масса составляет 13 кг, и он способен поднять груз в 40 кг.

Искусственные магниты - это магниты созданные человеком на базе разных ферромагнетиков. Так называемые «порошковые» магниты (из железа, кобальта и неких остальных добавок) могут удержать груз более чем 5000 раз превышающий их свою массу.

Есть искусственные магниты двух различных видов:

Одни - так называемые неизменные магниты, изготовляемые из «магнитно-твердых» материалов. Их магнитные характеристики не соединены с внедрением внешних источников либо токов.

К другому виду относятся так называемые электромагниты с сердечником из «магнитно-мягкого» железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, обхватывающей сердечник, проходит электрический ток.

В 1600 году в Лондоне вышла книга королевского врача В. Гильберта “О магните, магнитных телах и большом магните - Земле”. Это сочинение явилось первой известной нам попыткой исследования магнитных явлений с позиций науки. В этом труде собраны имевшиеся тогда сведения об электричестве и магнетизме, а также результаты собственных экспериментов автора.

Из всего, с чем сталкивается человек, он до этого всего стремится извлечь практическую пользу. Не миновал данной судьбы и магнит

В моей работе я попробую проследить, как употребляются магниты человеком не для войны, а в мирных целях, в том числе применение магнитов в биологии, медицине, в быту.



внедрение МАГНИТОВ

Далее дан лаконичный обзор устройств и областей науки и техники где употребляются магниты.

Компас, устройство для определения горизонтальных направлений на местности.

Применяется для определения направления, в котором движется морское, воздушное судно, наземное транспортное средство; направления, в котором идет пешеход; направления на некий объект либо ориентир. Компасы разделяются на два главных класса: магнитные компасы типа стрелочных, которыми пользуются топографы и туристы, и немагнитные, такие, как гирокомпас и радиокомпас.

К 11 в. Относится сообщение китайцев Шен Куа и Чу Ю об изготовлении компасов из природных магнитов и использовании их в навигации. Если длинная игла из природного магнита уравновешена на оси, позволяющей ей свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости, то она постоянно обращена одним концом к северу, а иным - к югу. Пометив указывающий на север конец, можно воспользоваться таковым компасом для определения направлений.

Магнитные эффекты концентрировались у концов таковой иглы, и поэтому их окрестили полюсами (соответственно северным и южным).

Основное применение магнит находит в электротехнике, радиотехнике, приборостроении, автоматике и телемеханике. Тут ферромагнитные материалы идут на изготовление магнитопроводов, реле и т.д.

В 1820 Г.Эрстед (1777-1851) нашел, что проводник с током воздействует на магнитную стрелку, поворачивая её. Практически неделькой позднее Ампер показал, что два параллельных проводника с током одного направления притягиваются друг к другу. Позже он высказал предположение, что все магнитные явления обусловлены токами, причем магнитные характеристики неизменных магнитов соединены с токами, постоянно циркулирующими внутри этих магнитов.

Это предположение полностью соответствует современным представлениям.

Электромашинные генераторы и электродвигатели - машины вращательного типа, преобразующие или механическую энергию в электрическую (генераторы), или электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила (ЭДС). Действие электродвигателей основано на том, что на провод с током, помещенный в поперечное магнитное поле, действует сила.

Магнитоэлектрические приборы. В таковых устройствах употребляется сила взаимодействия магнитного поля с током в витках обмотки подвижной части, стремящаяся повернуть последнюю.

Индукционные счетчики электроэнергии. Индукционный счетчик представляет собой не что другое, как маломощный электродвигатель переменного тока с двумя обмотками - токовой и обмоткой напряжения. Проводящий диск, помещенный меж обмотками, вращается под действием крутящего момента, пропорционального потребляемой мощности. Этот момент уравновешивается токами, наводимыми в диске неизменным магнитом, так что частота вращения диска пропорциональна потребляемой мощности.

Электрические наручные часы питаются миниатюрной батарейкой. Для их работы требуется еще меньше деталей, чем в механических часах; так, в схему обычных электрических портативных часов входят два магнита, две катушки индуктивности и транзистор.

Замок - механическое, электрическое либо электронное устройство, ограничивающее возможность несанкционированного использования чем или. Замок может приводиться в действие устройством (ключом), имеющимся в распоряжении определенного лица, информацией (цифровым либо буквенным кодом), вводимой этим лицом, либо какой или индивидуальной чертой (к примеру, рисунком сетчатки глаза) этого лица. Замок традиционно временно соединяет друг с другом два узла либо две детали в одном устройстве. Почаще всего замки бывают механическими, но все более обширное применение находят электромагнитные замки.

Магнитные замки. В цилиндровых замках неких моделей используются магнитные элементы. Замок и ключ снабжены ответными кодовыми наборами неизменных магнитов. Когда в замочную скважину вставляется верный ключ, он притягивает и устанавливает в необходимое положение внутренние магнитные элементы замка, что и дозволяет открыть замок.

Динамометр - механический либо электрический устройство для измерения силы тяги либо крутящего момента машины, станка либо мотора.

Тормозные динамометры бывают самых разных конструкций; к ним относятся, к примеру, тормоз Прони, гидравлический и электромагнитный тормоза.

Электромагнитный динамометр может быть выполнен в виде миниатюрного устройства, подходящего для измерений черт малогабаритных двигателей.

Гальванометр - чувствительный устройство для измерения слабых токов. В гальванометре употребляется вращающий момент, возникающий при содействии подковообразного неизменного магнита с маленький токонесущей катушкой (слабым электромагнитом), подвешенной в зазоре меж полюсами магнита.

Вращающий момент, а следовательно, и отклонение катушки пропорциональны току и полной магнитной индукции в воздушном зазоре, так что шкала устройства при маленьких отклонениях катушки практически линейна. Приборы на его базе - самый распространенный вид устройств.

Диапазон выпускаемых устройств широкий и разнообразен: приборы щитовые неизменного и переменного тока (магнитоэлектрической, магнитоэлектри- ческой с выпрямителем и электромагнитной систем), комбинированные приборы ампервольтомметры, для диагностирования и регулировки электрооборудования автомашин, измерения температуры плоских поверхностей, приборы для оснащения школьных учебных кабинетов, тестеры и измерители всевозможных электрических характеристик создание абразивов - маленьких, жестких, острых частиц, используемых в свободном либо связанном виде для механической обработки (в т.Ч. Для придания формы, обдирки, шлифования, полирования) разнообразных материалов и изделий из них (от огромных стальных плит до листов фанеры, оптических стекол и компьютерных микросхем). Абразивы бывают естественные либо искусственные. Действие абразивов сводится к удалению части материала с обрабатываемой поверхности. В процессе производства искусственных абразивов ферросилиций, присутствующий в смеси, оседает на дно печи, но небольшие его количества внедряются в абразив и позднее удаляются магнитом.

Магнитные характеристики вещества находят обширное применение в науке и технике как средство исследования структуры разных тел. Так появились науки:

Магнетохимия (магнитохимия) - раздел физической химии, в котором изучается связь меж магнитными и химическими качествами веществ; не считая того, магнитохимия изучит влияние магнитных полей на химические процессы. Магнитохимия опирается на современную физику магнитных явлений.

Исследование связи меж магнитными и химическими качествами дозволяет выяснить особенности химического строения вещества.

Магнитная дефектоскопия, способ поиска дефектов, основанный на исследовании искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромагнитных материалов.



Техника сверхвысокочастотного спектра

магнит приборостроение автоматика

Сверхвысоко частотный спектр (СВЧ) - частотный спектр электромагнитного излучения (100ч300 000 млн. Герц), расположенный в диапазоне меж ультравысокими телевизионными частотами и частотами дальней инфракрасной области

Связь. Радиоволны СВЧ-спектра обширно используются в технике связи. Не считая разных радиосистем военного назначения, во всех странах мира имеются бессчетные коммерческие полосы СВЧ-связи. Поскольку такие радиоволны не следуют за кривизной земной поверхности, а распространяются по прямой, эти полосы связи, как правило, состоят из ретрансляционных станций, установленных на верхушках холмов либо на радиобашнях с интервалами около 50 км.

Термообработка пищевых товаров. СВЧ-излучение применяется для термообработки пищевых товаров в домашних условиях и в пищевой индустрии. Энергия, генерируемая сильными электронными лампами, может быть сконцентрирована в малом объеме для высокоэффективной тепловой обработки товаров в т.Н. Микроволновых либо СВЧ-печах, различающихся чистотой, бесшумностью и компактностью. Такие устройства используются на самолетных бортовых кухнях, в железнодорожных вагонах-ресторанах и торговых автоматах, где требуются быстрые подготовка товаров и приготовление блюд.

Индустрия выпускает также СВЧ-печи бытового назначения.

стремительный прогресс в области СВЧ-техники в значимой мере связан с изобретением особых электровакуумных устройств - магнетрона и клистрона, способных генерировать огромные количества СВЧ-энергии. Генератор на обычном вакуумном триоде, используемый на низких частотах, в СВЧ- спектре оказывается очень неэффективным.

Магнетрон. В магнетроне, изобретенном в Великобритании перед Второй мировой войной, эти недочеты отсутствуют, поскольку за базу взят совсем другой подход к генерации СВЧ-излучения - принцип большого резонатора

В магнетроне предусмотрено несколько больших резонаторов, симметрично расположенных вокруг катода, находящегося в центре. Устройство помещают меж полюсами мощного магнита.

Лампа бегущей волны (ЛБВ). Еще один электровакуумный устройство для генерации и усиления электромагнитных волн СВЧ-спектра - лампа бегущей волны. Она представляет собой узкую откачанную трубку, вставляемую в фокусирующую магнитную катушку.

Ускоритель частиц, установка, в которой с помощью электрических и магнитных полей получаются направленные пучки электронов, протонов, ионов и остальных заряженных частиц с энергией, существенно превышающей тепловую энергию.

В современных ускорителях употребляются бессчетные и разнообразные виды техники, в т.Ч. Массивные прецизионные магниты.

В медицинской терапии и диагностике ускорители играются важную практическую роль. Многие больничные учреждения во всем мире сейчас имеют в собственном распоряжении небольшие электронные линейные ускорители, генерирующие интенсивное рентгеновское излучение, применяемое для терапии опухолей. В меньшей мере употребляются циклотроны либо синхротроны, генерирующие протонные пучки. Преимущество протонов в терапии опухолей перед рентгеновским излучением состоит в более локализованном энерговыделении.

Поэтому протонная терапия в особенности эффективна при лечении опухолей мозга и глаз, когда повреждение окружающих здоровых тканей обязано быть по способности минимальным.

Представители разных наук учитывают магнитные поля в собственных исследованиях. Физик измеряет магнитные поля атомов и элементарных частиц, астроном изучает роль космических полей в процессе формирования новейших звёзд, геолог по аномалиям магнитного поля Земли отыскивает залежи магнитных руд, с недавнего времени биология тоже активно включилась в исследование и внедрение магнитов.

Биологическая наука первой половины XX века уверенно обрисовывала жизненные функции, совсем не беря во внимание существования каких-либо магнитных полей. Более того, некие биологи считали необходимым выделить, что даже мощное искусственное магнитное поле не оказывает никакого влияния на биологические объекты.

В энциклопедиях о влиянии магнитных полей на биологические процессы ничего не говорилось. В научной литературе всего мира раз в год появлялись единичные положительные суждения о том либо ином биологическом эффекте магнитных полей. Но этот слабый ручеёк не мог растопить айсберг недоверия даже к постановке самой проблемы… И вдруг ручеёк превратился в бурный сгусток. Лавина магнитобиологических публикаций, как будто сорвавшись с какой - то вершины, с начала 60 - х годов непрестанно возрастает и заглушает скептические высказывания.

От алхимиков XVI века и до наших дней биологическое действие магнита много раз находило поклонников и критиков. Не один раз в течение нескольких веков наблюдались всплески и спады энтузиазма к лечебному действию магнита. С его помощью пробовали лечить (и не неудачно) нервные болезни, зубную боль, бессонницу, боли в печени и в желудке - сотни болезней.

Для целительных целей магнит стал употребляться, возможно, ранее, чем для определения сторон света.

Как местное наружное средство и в качестве амулета магнит воспользовался огромным фурором у китайцев, индусов, египтян, арабов. греков, римлян и т.д.

О его целительных свойствах упоминают в собственных трудах философ Аристотель и историк Плиний.

Во второй половине XX века обширно распространились магнитные браслеты, благотворно влияющие на больных с нарушением кровяного давления (гипертония и гипотония).

Не считая неизменных магнитов употребляются и электромагниты. Их также используют для широкого диапазона заморочек в науке, технике, электронике, медицине (нервные заболевания, заболевания сосудов конечностей, сердечно - сосудистые заболевания, раковые заболевания).

Более всего учёные склоняются к мысли, что магнитные поля повышают сопротивляемость организма.

Есть электромагнитные измерители скорости движения крови, миниатюрные капсулы, которые с помощью внешних магнитных полей можно перемещать по кровеносным сосудам чтоб расширять их, брать пробы на определённых участках пути либо, напротив, локально выводить из капсул разные медикаменты.

Обширно распространён магнитный способ удаления металлических частиц из глаза.

Большинству из нас понятно исследование работы сердца с помощью электрических датчиков - электрокардиограмма. Электрические импульсы, вырабатываемые сердцем, создают магнитное поле сердца, которое в max значениях составляет 10-6 напряжённости магнитного поля Земли. Ценность магнитокардиографии в том, что она дозволяет получить сведения об электрически “немых” областях сердца.

Нужно отметить, что биологи сейчас требуют физиков дать теорию первичного механизма биологического деяния магнитного поля, а физики в ответ требуют от биологов побольше проверенных биологических фактов. Разумеется, что удачным будет тесное сотрудничество разных профессионалов.

Принципиальным звеном, объединяющим магнитобиологические трудности, является реакция нервной системы на магнитные поля. Конкретно мозг первым реагирует на любые конфигурации во наружной среде. Конкретно исследование его реакций будет ключом к решению многих задач магнитобиологии.

Самый обычный вывод, который можно сделать из выше произнесенного - нет области прикладной деятельности человека, где бы не применялись магниты.

Применение индуктивности

SMT индуктивности

SMT индуктивности подходят для различных применений, например, для низко- и высокочастотной развязки, сигнальных и управляющих цепей, фильтрации цепей питания. Также в резонансных схемах, при согласовании импеданса и для обеспечения электромагнитной совместимости.

Индуктивности для поверхностного монтажа производятся, как путем намотки медного проводника, так и по технологии лазерной резки у самых компактных - серий 0402 и 0603.

SMT силовые индуктивности

Спрос на импульсные источники питания и DC-DC преобразователи растет практически во всех отраслях электронной промышленности, а это означает, что растет и спрос на силовые индуктивности, которые используются как дроссели в повышающих и понижающих преобразователях. Так же они находят применение в фильтрующих схемах для согласования и развязки в множестве применений. Основные характеристики силовых индуктивностей:

· большой рабочий ток;

· низкое сопротивление при постоянном токе;

· EPCOS производит 17 различных вариантов, в том числе с корпусами с магнитным экраном.

Дроссели для транспондеров для RFID

Дроссели для транспондеров являются неотъемлемой частью систем Радио-Частотной-Идентификации - Radio-Frequency Identification (RFID). Данная система используется уже достаточно широко в повседневной жизни: идентификационные карты в системах ограничения доступа, складские системы, карты оплаты, маркировка товара.

Радиочастотные дроссели

Радиочастотные дроссели EPCOS покрываются лаком, обладают проволочными выводами и предназначены для подавления электромагнитных помех.

Выдающимися свойствами являются отличные высокочастотные и температурные характеристики и поведение при насыщении. Типовые применения радиочастотных дросселей:

· низко- и высокочастотная развязка в сигнальных и управляющих схемах;

· для фильтрации питающего напряжения;

· для достижения электромагнитной совместимости.

Сфера применения RF дросселей обширна:

· Автоэлектроника;

· Бытовая техника;

· Системы освещения;

· Телекоммуникационное оборудование;

· Промышленная электроника.

СВЧ дроссели

СВЧ дроссели с изолированными корпусом предназначены для подавления электромагнитных помех.

Основное применение:

· Блокировка и фильтрация высоких частот

· Подавление электромагнитной интерференции в бытовой электронике

· Развязка в телекоммуникационной и промышленной электронике

Дроссели для линий данных и сигналов

При передаче данных и сигналов важно быть уверенным в электромагнитной совместимости.

· Количество систем осуществляющих измерение, обработку и передачу сигнала постоянно растет.

· Микроэлектроника используется в новых областях применения. Например, растет количество электроники в автомобильной промышленности.

· Растущая популярность технологии xDSL с высокими скоростями передачи данных, и глобальные сети приносят всё более новые проблемы с электромагнитной совместимостью.

Технические преимущества

Главное преимущество СВЧ дросселей EPCOS это компактность, даже для больших значений индуктивности, используемых для подавления синфазных помех. Это достигается использованием бифилярной обмотки, когда две обмотки производятся параллельно, что обеспечивает геометрическую и электрическую симметрию. Дроссели для линий данных подавляют синфазную помеху, наводящуюся на линию на частотах до 1кГц, в то время, когда полоса пропускания полезного сигнала расположена в мегагерцовом диапазоне.

Дроссели с I-образными сердечниками

Данный тип силовых дросселей применяется для подавления как дифференциальных, так и синфазных помех. Индуктивность практически не зависит от магнитного смещения создаваемого протекающим током. Низкая паразитная емкость сердечника достигается обмоткой с использованием проводника с круглым сечением, или использованием однослойной обмотки с плоским или квадратным сечением.

Большая часть I-образных дросселей обладают ламинированным ферро-силиконовым сердечником с намоткой на пластиковый каркас.

Дроссели с кольцевыми сердечниками

Кольцевые сердечники из металлического порошка в первую очередь используются для ослабления дифференциальных помех в тех случаях, когда применение X-конденсатора неэффективно или нежелательно. Чтобы избежать насыщения сердечника, используются материалы с низкой проницаемостью. Они часто устанавливаются совместно с тококомпенсированным дросселем для улучшения помехоподавления низкочастотных дифференциальных помех.

Обе обмотки двойного дросселя работают так же, как если бы они были подсоединены последовательно, и их эффективность подавления дифференциальных помех - выше примерно в 3,5 раза.

Синфазная помеха также ослабляется двойным дросселем с порошковым сердечником, максимальной индуктивностью в два раза меньшей, чем необходимо одиночному дросселю для такой же эффективности. Так же как и в случае с I-образным дросселем номинальная индуктивность оказывает минимальное влияние на рабочий ток. Благодаря замкнутой форме феррита, рассеяние магнитного поля намного меньше, чем в I-образном феррите.

Синусные дроссели

В импульсных источниках питания входной ток существенно отличается от гармонической формы и приближен к импульсной форме. Это повышает нагрузку на цепи источника питания и вносит помехи в сеть. С помощью накачивающей схемы, построенной на основе синусного дросселя возможно приблизить выходной ток к синусоидальному.

Трансформаторы для телекоммуникационного оборудования

Проводное телекоммуникационное оборудование как никакое другое нуждается в помехоподавлении. Среди трансформаторов EPCOS есть модели специализированные для применения в следующих приложениях:

· xDSL (ADSL, ADSL2+, VDSL);

· ISDN (2B1Q, 4B3T, S₀);

DC/DC преобразователи

DC-DC преобразователи EPCOS - это корпусированные и бескорпусные трансформаторы широкого применения, где требуется небольшая мощность, компактность, малое рассеяние и низкое сопротивление.



Использованная литература

1) БСЭ, второе издание, Москва, 1957 г.

2) Холодов Ю.А. “Человек в магнитной паутине”, “Знание”, Москва, 1972 г.

3) Материалы из веб - энциклопедии

4) Путилов К.А. «Курс физики» , «Физматгиз», Москва, 1964г.

Размещено на Allbest.ru