Graças ao surgimento de uma liga à base de Nd-Fe-B (neodímio, ferro e boro), o uso de ímãs na indústria foi significativamente ampliado. Entre as principais vantagens deste ímã de terras raras sobre o SmCo e Fe-P usados anteriormente, vale a pena notar sua acessibilidade. Combinando alta força adesiva com dimensões compactas e longa vida útil, esses produtos tornaram-se procurados em vários campos de atividade econômica.
O uso de ímãs de neodímio em várias indústrias
As limitações no uso de ímãs de terras raras à base de neodímio estão associadas à sua fraqueza ao superaquecimento. A temperatura operacional superior para produtos padrão é +80⁰C e para ligas resistentes ao calor modificadas - +200⁰C. Dada esta característica, a utilização de ímanes de neodímio na indústria abrange as seguintes áreas:
Desde que foi inventado no início dos anos 80 Ímã de neodímio, sua aplicação se espalhou para quase todas as áreas da indústria - de vestuário e alimentos a máquinas-ferramenta e espaço. Hoje, praticamente não há indústria onde tais dispositivos são usados. Além disso, na maioria dos casos, eles praticamente substituíram os ferrimagnets tradicionais, que são significativamente inferiores em suas características.
Qual é a razão para a popularidade dos produtos de neodímio?
Em poucas palavras, vamos falar sobre o que é um ímã de neodímio e onde ele é usado.
Propriedades magneticas O neodímio foi descoberto há relativamente pouco tempo, e os primeiros produtos dele apareceram apenas em 1982. Apesar disso, ela imediatamente começou a ganhar popularidade. O motivo são as características surpreendentes da liga, capaz de atrair objetos de ferro centenas de vezes seu próprio peso e dezenas de vezes mais fortes que os dispositivos ferromagnéticos. Devido a isso, a técnica onde os ímãs de neodímio são usados tornou-se menor em tamanho, mas ao mesmo tempo muito mais eficiente.
A composição da liga, além do neodímio, contém ferro e boro. Para obter o produto desejado, essas substâncias na forma de pó não são derretidas, mas sinterizadas, o que leva a uma desvantagem significativa - fragilidade. Uma camada de liga de cobre-níquel ajuda a se livrar de cavacos e corrosão, graças à qual o produto está pronto para uso total.
Ímãs de neodímio - use na vida cotidiana
Hoje, qualquer pessoa pode comprar barras, discos ou anéis de neodímio e usá-los em doméstico. Dependendo das tarefas, você pode escolher o tamanho, peso e formato desejados do produto, de acordo com sua carteira. Abaixo, damos várias opções para o uso de dispositivos magnéticos, embora, na realidade, o escopo de uso seja quase ilimitado e limitado apenas pela imaginação do proprietário.
Então, onde um ímã de neodímio é usado na vida cotidiana?
Busca e coleta de objetos de metal
Agora você não terá problemas para encontrar coisas de ferro que rolaram sob móveis ou caíram em um poço. Basta prender, por exemplo, um disco magnético na ponta de um bastão ou amarrá-lo a um cordão e passar um dispositivo tão simples sobre o local onde o objeto provavelmente caiu. Literalmente em poucos minutos, os perdidos estarão em suas mãos sãos e salvos.
O uso de um ímã de neodímio também ajudará a coletar lascas de metal ou parafusos autorroscantes desintegrados. Por conveniência, enrole o item de neodímio em um pano, meia ou saco plástico. Isso ajudará, por um lado, a proteger a superfície de trabalho de detritos de ferro e, por outro lado, remover tudo o que ficou preso de uma só vez e não separar cada parafuso separadamente.
Detentores
Falando sobre as áreas onde os ímãs de neodímio são usados na vida cotidiana, mencionaremos tipo diferente grampos. Com a ajuda deles, você pode pendurar qualquer objeto que contenha ferro em superfícies verticais: utensílios de cozinha ou encanamento, jardinagem e qualquer outra ferramenta. Basta montar as tiras de neodímio no suporte em uma determinada ordem e, se necessário, prendê-las, por exemplo, facas ou chaves de fenda.
O uso de um ímã de neodímio na vida cotidiana também é possível para pendurar objetos que não sejam de ferro: quadros, espelhos, prateleiras, mosquiteiros, etc. Para fazer isso, fixe uma placa magnética nas coisas e uma pequena folha de ferro na superfície onde você planeja prendê-la.
Como já dissemos, a liga de neodímio é bastante frágil, por isso é indesejável violar sua integridade por perfuração ou corte, o que afetará significativamente as propriedades do metal. É melhor escolher ímãs de neodímio como suspensões, cujo uso não requer processamento adicional. Felizmente, as lojas online oferecem produtos de várias configurações com furos do diâmetro desejado, com vários fixadores e recortes. Portanto, você pode facilmente selecionar o dispositivo da configuração desejada. Com o mesmo sucesso, você pode usar elementos magnéticos como trava de porta, para colocar um crachá ou para criar seu próprio imã de geladeira. Isso está longe de lista completaáreas onde um ímã de neodímio é usado.
grampos
Se você precisar colar duas superfícies e, devido à complexidade da forma, não será possível usar um torno, o problema será resolvido novamente peças magnéticas. Basta colocar os objetos a serem colados entre eles, que, devido à força atrativa do neodímio, ficarão firmemente pressionados uns contra os outros.
Usando este tipo de clipes, você pode facilmente limpar ou lavar superfícies que pareciam completamente inacessíveis. Onde os ímãs de neodímio são usados especificamente? Para lavar as superfícies externas do vidro da varanda, limpar o aquário e outros recipientes de vidro de difícil acesso. Coloque a barra magnética dentro do pano, que é fixado com fora varanda, segurando-o com outro ímã por dentro. Desta forma, você pode direcionar o pano externo para onde quiser e limpar o vidro perfeitamente.
Auto
Você pode se livrar de lascas e outros detritos metálicos no óleo do motor usando um ímã de neodímio, há um vídeo sobre isso na rede. Fixe o dispositivo magnético no bujão de drenagem do cárter, o neodímio atrairá micropartículas de ferro e elas não entrarão nos mecanismos de trabalho do carro.
Com uma pequena placa de neodímio, você também pode fixar qualquer objeto na carroceria do carro e, com a ajuda de grandes discos ou barras magnéticas, pode até mesmo pequenos amassados.
Ímã de neodímio - aplicação na vida cotidiana. Momentos inexplorados
Muitos cientistas acreditam que as ondas eletromagnéticas têm um efeito benéfico sobre os organismos vivos. A este respeito, surgiram muitos dispositivos que se acredita promover o crescimento das plantas e curar o corpo. Muitos jardineiros colocam hastes magnéticas ao lado de plantas plantadas e os criadores de gado colocam itens em gaiolas para animais de estimação. Além disso, várias pulseiras magnéticas, acabamento de roupas de neodímio, purificação de água e muito mais agora são populares.
Obviamente, no artigo abordamos apenas uma pequena fração das áreas onde os ímãs de neodímio encontraram aplicação, você pode encontrar vídeos e artigos com outras maneiras de usar esses produtos na rede.
Na engenharia elétrica, os ferroímãs desempenham Papel essencial. Os materiais ferrimagnéticos podem ter requisitos diferentes dependendo de sua finalidade.
imãs permanentes
Materiais magnéticos especiais com propriedades desejadas foram criados. Assim, para obter um ímã permanente, é necessário encontrar um ferroímã no qual o laço de histerese seja o mais largo possível. O que significaria que, em um campo magnético externo zero (depois de desligado), a magnetização residual era a maior possível. A força coercitiva de tais ímãs também é grande. Para tal substância, os limites do domínio devem permanecer inalterados. Esse material foi criado. Seu nome $AlNiCo V$ é uma liga, tem a composição: $51\% Fe, 8\%Al, 14\%Ni, 24\% Co, 3\% Cu$. O movimento das paredes de domínio nesta liga é extremamente difícil. Durante o processo de solidificação, o AlNiCo V forma uma "segunda fase", que possui uma composição granular. A substância é resfriada em um campo magnético externo, enquanto os grãos crescem na orientação desejada. Entre outras coisas, o material ainda é submetido a processamento mecânico de tal forma que seus cristais se alinham na forma de grãos oblongos na direção das linhas de magnetização predominantes. O loop de histerese para este ferromagneto é 500 vezes maior que o do ferro macio. $AlNiCo$ é um ímã termoestável com alta resistência à corrosão e radiação. A magnetização residual é da ordem de $B_r\sim 1,1-1,5\ T,$ a força coercitiva é $H_k=0,5-1,9\ kOe$ (quilo oersted). Temperatura máxima de operação de até $450^oС$. Agora estão sendo feitas tentativas para fazer ligas nanoestruturadas. Usado em sistemas acústicos, microfones de estúdio, captadores, motores elétricos, relés, sensores.
Ímãs de terras raras sinterizados baseados em SmCo. Não necessitam de revestimento protetor, possuem altas temperaturas de operação e alta força coercitiva, ou seja, são resistentes à desmagnetização. Mas bastante frágil e muito caro. Magnetização remanescente $B_r\sim 0,8-\ 1,1 T, $ força coercitiva $H_k=8-10\ kOe.\ $ Usado em nave espacial, telefonia móvel, tecnologia de computador, indústria aeronáutica, equipamentos médicos, microdispositivos eletromecânicos.
Ímãs de neodímio, ligas Nd-Fe-B. As temperaturas de operação são baixas $-60-220^oC$. Bem frágil. Se superaquecido requer remagnetização. Sujeito a corrosão. Facilmente processado mecanicamente, flexível. Os ímãs de neodímio sinterizado têm a maior magnetização residual da ordem de $B_r\sim 1-\ 1.4T$, força coercitiva $H_k=12\kOe.\ $ Eles são usados em tecnologia de computadores, motores, sensores.
Os ímãs podem perder a magnetização devido a vibrações mecânicas, deformações, mudanças de temperatura. A desmagnetização completa ocorre a uma temperatura acima do ponto de Curie, em campos magnéticos fortes, se o ferroímã estiver em um campo magnético alternado amortecido ou se um campo externo constante tiver direção oposta ao campo interno. Ímãs de ferro desmagnetizam em condições ambientes por muitas décadas. Muitos ímãs criados artificialmente envelhecem rapidamente.
Os ímãs permanentes também são usados:
- Como grampos, fixação, fixação de objetos.
- Para procurar objetos de ferro por métodos de sondagem, limpando detritos de metal.
O uso de ferromagnetos "soft"
Os ferroímãs são usados na fabricação de transformadores e motores. Mas em este caso um ferromagneto deve ter propriedades diferentes daquelas adequadas para imãs permanentes. O material deve ser "macio" magneticamente. Sua magnetização deve mudar facilmente com uma mudança no campo magnético externo. Os requisitos para um ferroímã neste caso são: alta permeabilidade magnética e baixa histerese. Neste caso, aplique substâncias puras sem impurezas a quantidade mínima domínios, as paredes dos domínios devem se mover facilmente. Tentando minimizar a anisotropia dos cristais. Nesse caso, se os grãos da substância estiverem no ângulo errado em relação ao campo, o ímã ainda estará bem magnetizado. Então, eles pegaram uma liga de ferro e níquel (cerca de 80% Ni e 20% Fe) ligada com cromo, cobre ou silício, o que resulta em uma liga muito “macia” que é facilmente magnetizada. Tais substâncias são chamadas de permalloys.
As boas propriedades magnéticas da permalloy, que contém 78,5 níquel, são obtidas por um tratamento térmico de duas fases da liga. No primeiro estágio, é aquecido a US$ 900-950^oС$ e mantido por cerca de uma hora, depois é resfriado a uma taxa baixa. No segundo estágio, o aquecimento ocorre até $ 600^oС$ e o resfriamento em temperatura do quarto a uma velocidade de 1500 $\frac(deg)(min)$.
Eles são usados em transformadores de qualidade, mas não são adequados para ímãs permanentes. Permalloys não toleram deformações, suas propriedades mudam significativamente.
Ligas com permeabilidade magnética máxima são usadas para núcleos de pequenos transformadores, relés, telas magnéticas, amplificadores magnéticos, relés. Ligas com aumento resistividade usado para núcleos de transformadores de pulso, equipamentos de alta frequência.
Ao calcular vários tipos de dispositivos corrente alternada, que contêm ferromagnetos, sempre calcule o efeito térmico na histerese. A presença desse fenômeno nos núcleos de ferro de transformadores ou armaduras rotativas de geradores CC leva ao custo de parte da energia por calor por histerese, o que reduz a eficiência dos dispositivos. Isso significa que, para esses dispositivos, é necessário selecionar variedades especiais de ferroímãs, cuja área do loop de histerese é mínima.
Estudos mostraram que algumas ligas de metais não ferromagnéticos em uma certa proporção de componentes têm fortes propriedades ferromagnéticas. Por exemplo, manganês - bismuto, cromo - telúrio, etc.
Ferritas
Se a magnitude da magnetização das sub-redes for diferente, surge o antiferromagnetismo descompensado. Um corpo pode ter um momento magnético significativo. Tais substâncias são chamadas de ferrimagnets. De acordo com suas propriedades magnéticas, eles são semelhantes aos ferromagnetos. Se as ferrimagnets têm propriedades semicondutoras, elas são chamadas de ferritas - semicondutores magnéticos que possuem uma grande resistividade elétrica (cerca de $ (10) ^ 2- (10) ^ 6 Ohm \ cdot cm $). A magnetização de saturação dos ferrimagnets é menor que a dos ferromagnets. Eles são úteis apenas em campos fracos. As ferritas são isolantes ferromagnéticos. Correntes parasitas que são criadas neles em campos com alta frequência muito pequeno, isso permite o uso de ferrites na tecnologia de micro-ondas. Microcampos penetram em ferritas, enquanto em ferromagnetos isso não é possível devido a correntes parasitas.
Essas substâncias também são usadas em engenharia de rádio em altas frequências, onde ocorrem altas perdas por correntes parasitas em ferroímãs devido à sua alta condutividade.
Exemplo 1
Tarefa: Qual dos materiais ferromagnéticos da Fig. 1 é mais adequado para eletroímãs com controle de elevação rápido? Para um ímã permanente?
Para um ímã permanente, um ferroímã com um amplo laço de histerese é mais adequado, o que corresponde a uma grande força coercitiva, que permite que a substância desmagnetize a uma taxa mais lenta e uma grande magnetização residual. Isso significa que um ferroímã com o número 1 é mais adequado para um ímã permanente.
Para um eletroímã com ajuste rápido, é necessário um ferroímã, que possui um laço de histerese estreito, menos força coercitiva e magnetização residual, portanto, o ferroímã número 2 é mais conveniente para esses fins.
Exemplo 2
Tarefa: É possível transportar tubos de aço incandescentes com um guindaste eletromagnético?
Obviamente, isso não vale a pena, pois as propriedades ferromagnéticas em temperaturas acima do ponto de Curie são perdidas pelo ferroímã, e ele se tornará um paraímã com permeabilidade magnética muito baixa e suas propriedades magnéticas se tornarão insuficientes para uso como meio de transporte de tubos .
4. O uso de ímãs em vários campos de atividade da sociedade moderna
A principal aplicação do ímã é em engenharia elétrica, engenharia de rádio, instrumentação, automação e telemecânica. Aqui, materiais ferromagnéticos são usados para fabricar circuitos magnéticos, relés, etc. .
Geradores de máquinas elétricas e motores elétricos são máquinas do tipo rotativo que convertem energia mecânica em elétrica (geradores), ou elétrica em mecânica (motores). A operação dos geradores é baseada no princípio Indução eletromagnética: em um fio movendo-se em um campo magnético, induzido força eletromotriz(EMF). A ação dos motores elétricos é baseada no fato de que uma força atua sobre um fio condutor de corrente colocado em um campo magnético transversal.
Dispositivos magnetoelétricos. Em tais dispositivos, é utilizada a força de interação do campo magnético com a corrente nas espiras do enrolamento da parte móvel, tendendo a girar a última.
Medidores de eletricidade por indução. Um medidor de indução nada mais é do que um motor CA de baixa potência com dois enrolamentos - um enrolamento de corrente e um enrolamento de tensão. Um disco condutor colocado entre os enrolamentos gira sob a ação de um torque proporcional à potência de entrada. Este momento é equilibrado pelas correntes induzidas no disco pelo ímã permanente, de modo que a velocidade de rotação do disco é proporcional à potência consumida.
Elétrico relógio de pulso alimentado por uma bateria em miniatura. Eles exigem muito menos peças para operar do que relógio mecânico; por exemplo, um relógio portátil elétrico típico tem dois ímãs, dois indutores e um transistor.
Um dinamômetro é um instrumento mecânico ou elétrico para medir a força de tração ou torque de uma máquina, máquina-ferramenta ou motor.
Os dinamômetros de freio são os mais vários designs; estes incluem, por exemplo, o freio Prony, freios hidráulicos e eletromagnéticos.
Um dinamômetro eletromagnético pode ser feito na forma de um dispositivo em miniatura adequado para medir as características de motores pequenos.
Um galvanômetro é um dispositivo sensível para medir correntes fracas. O galvanômetro utiliza o torque gerado pela interação de um ímã permanente em forma de ferradura com uma pequena bobina condutora de corrente (eletroímã fraco) suspensa no espaço entre os pólos do ímã. O torque e, portanto, a deflexão da bobina, é proporcional à corrente e à indução magnética total no entreferro, de modo que a escala do instrumento é quase linear com pequenas deflexões da bobina. Dispositivos baseados nele são o tipo mais comum de dispositivos.
As propriedades magnéticas da matéria são amplamente utilizadas na ciência e tecnologia como meio de estudar a estrutura. vários corpos. Assim surgiram as ciências:
Magnetoquímica - seção química Física, que estuda a relação entre magnetismo e propriedades quimicas substâncias; Além disso, a magnetoquímica investiga o efeito dos campos magnéticos sobre processos químicos. A magnetoquímica depende física moderna fenômenos magnéticos. O estudo da relação entre propriedades magnéticas e químicas permite elucidar as características da estrutura química de uma substância.
Detecção de falhas magnéticas, um método de busca de defeitos baseado no estudo das distorções do campo magnético que ocorrem nos locais dos defeitos em produtos feitos de materiais ferromagnéticos.
Acelerador de partículas, um dispositivo no qual, usando campos elétricos e magnéticos, feixes direcionados de elétrons, prótons, íons e outras partículas carregadas com uma energia significativamente superior energia térmica.
Numerosos e diversos tipos de tecnologia são usados em aceleradores modernos, incl. poderosos ímãs de precisão.
Os aceleradores desempenham um papel prático importante na terapia médica e no diagnóstico. Muitos instalações hospitalares em todo o mundo hoje têm à sua disposição pequenos aceleradores eletrônicos lineares que geram raios-x intensos usados para terapia de tumores. Em menor grau, são usados ciclotrons ou síncrotrons gerando feixes de prótons. A vantagem dos prótons na terapia tumoral sobre os raios X é uma liberação de energia mais localizada. Portanto, a terapia de prótons é especialmente eficaz no tratamento de tumores cerebrais e oculares, quando os danos aos tecidos saudáveis circundantes devem ser os mínimos possíveis.
Representantes várias ciências levar em conta os campos magnéticos em suas pesquisas. Um físico mede os campos magnéticos de átomos e partículas elementares, um astrônomo está estudando o papel dos campos cósmicos na formação de novas estrelas, um geólogo está procurando depósitos de minérios magnéticos pelas anomalias do campo magnético da Terra e, recentemente, a biologia também tem se envolvido ativamente no estudo e uso de ímãs .
Ciência Biológica da primeira metade do século 20 descreveu com confiança as funções vitais, sem levar em conta a existência de quaisquer campos magnéticos. Além disso, alguns biólogos consideraram necessário enfatizar que mesmo um forte campo magnético artificial não tem nenhum efeito sobre objetos biológicos.
Nas enciclopédias sobre o efeito dos campos magnéticos processos biológicos nada foi dito. Na literatura científica de todo o mundo, únicas considerações positivas sobre isto ou aquilo efeito biológico Campos magnéticos. No entanto, esse riacho fraco não conseguiu derreter o iceberg da desconfiança nem mesmo na formulação do próprio problema... E de repente o riacho se transformou em um rio turbulento. A avalanche de publicações magnetobiológicas, como se estivesse saindo de algum pico, vem aumentando constantemente desde o início dos anos 60 e abafando as declarações céticas.
Desde os alquimistas do século XVI até os dias atuais, a ação biológica do ímã encontrou admiradores e críticos muitas vezes. Repetidamente ao longo de vários séculos, houve surtos e declínios no interesse em efeito terapêutico magnético. Com sua ajuda, eles tentaram tratar (e não sem sucesso) doenças nervosas, dor de dente, insônia, dor no fígado e no estômago - centenas de doenças.
Para fins medicinais, o ímã começou a ser usado, provavelmente mais cedo do que para a determinação dos pontos cardeais.
Como remédio externo local e como amuleto, o ímã era muito popular entre os chineses, hindus, egípcios, árabes, gregos, romanos, etc. Suas propriedades curativas são mencionadas em seus escritos pelo filósofo Aristóteles e pelo historiador Plínio.
Na segunda metade do século XX, as pulseiras magnéticas se difundiram, tendo um efeito benéfico em pacientes com distúrbios da pressão arterial (hipertensão e hipotensão).
Além dos ímãs permanentes, os eletroímãs também são usados. Também são usados para uma grande variedade problemas em ciência, tecnologia, eletrônica, medicina (doenças nervosas, doenças vasculares das extremidades, doenças cardiovasculares doenças vasculares, doenças de câncer).
Acima de tudo, os cientistas tendem a pensar que os campos magnéticos aumentam a resistência do corpo.
Existir medidores eletromagnéticos velocidade do movimento do sangue, cápsulas em miniatura que podem ser movidas com a ajuda de campos magnéticos externos veias de sangue para expandi-los, colher amostras em certas seções do caminho ou, inversamente, remover localmente vários medicamentos das cápsulas.
O método magnético de remoção de partículas metálicas do olho é amplamente utilizado.
A maioria de nós está familiarizada com o estudo do trabalho do coração com a ajuda de sensores elétricos - um eletrocardiograma. Os impulsos elétricos produzidos pelo coração criam um campo magnético do coração, que em valores máximos é 10-6 da força do campo magnético da Terra. O valor da magnetocardiografia é que ela fornece informações sobre as áreas eletricamente "silenciosas" do coração.
Deve-se notar que os biólogos estão agora pedindo aos físicos que forneçam uma teoria do mecanismo primário da ação biológica do campo magnético, e os físicos em resposta exigem fatos biológicos mais verificados dos biólogos. É óbvio que a cooperação estreita de vários especialistas será bem sucedida.
Um elo importante que une os problemas magnetobiológicos é a reação sistema nervoso aos campos magnéticos. É o cérebro que reage primeiro a quaisquer mudanças no ambiente externo. É o estudo de suas reações que será a chave para resolver muitos problemas de magnetobiologia.
Dentre as revoluções tecnológicas do final do século 20, uma das mais importantes é a transferência dos consumidores para o combustível nuclear. Mais uma vez, os campos magnéticos estão no centro das atenções. Só eles serão capazes de frear o plasma rebelde no "pacífico" reação termonuclear, que deve substituir as reações de fissão de núcleos radioativos de urânio e tório.
O que mais queimar? - uma pergunta que atormenta para sempre os engenheiros de energia soa como um refrão obsessivo. Por muito tempo, a lenha nos ajudou, mas eles têm uma baixa intensidade energética e, portanto, a civilização da lenha é primitiva. Nossa prosperidade atual é baseada na queima de combustíveis fósseis, mas as reservas prontamente disponíveis de petróleo, carvão e gás natural estão secando lenta mas seguramente. Quer queira ou não, o equilíbrio energético e de combustível do país precisa ser reorientado para outra coisa. No próximo século, os restos de combustíveis fósseis terão que ser preservados para as necessidades de matérias-primas da química. E a principal fonte de energia, como você sabe, será o combustível nuclear.
A ideia de isolamento térmico magnético de plasma é baseada em propriedade conhecida partículas eletricamente carregadas que se movem em um campo magnético, dobram sua trajetória e se movem em uma espiral de linhas de campo. Essa curvatura da trajetória em um campo magnético não uniforme faz com que a partícula seja empurrada para uma região onde o campo magnético é mais fraco. A tarefa é cercar o plasma por todos os lados com mais campo forte. Este problema está sendo resolvido em muitos laboratórios ao redor do mundo. O confinamento magnético do plasma foi descoberto por cientistas soviéticos, que em 1950 propuseram confinar o plasma nas chamadas armadilhas magnéticas (ou, como costumam ser chamadas, em garrafas magnéticas).
Um exemplo de sistema muito simples para confinamento magnético de um plasma é uma armadilha com espelhos ou espelhos magnéticos (tubo espelho). O sistema é um tubo longo no qual um campo magnético longitudinal é criado. Enrolamentos mais maciços são enrolados nas extremidades do tubo do que no meio. Isso leva ao fato de que as linhas de campo magnético nas extremidades do tubo são mais densas e o campo magnético nessas áreas é mais forte. Assim, uma partícula que tenha entrado na garrafa magnética não pode sair do sistema, pois teria que cruzar as linhas de força e, devido à força de Lorentz, "ventar" em torno delas. Partindo desse princípio, uma enorme armadilha magnética da instalação Ogra-1, lançada no Instituto energia Atômica com o nome de I. V. Kurchatov em 1958. A câmara de vácuo Ogra-1 tem um comprimento de 19 m com um diâmetro interno de 1,4 m. O diâmetro médio do enrolamento que cria um campo magnético é de 1,8 m, a intensidade do campo no meio da câmara é de 0,5 T, em plugues 0,8 T
O custo da eletricidade das usinas termonucleares será muito baixo devido ao baixo custo da matéria-prima (água). Chegará o tempo em que as usinas de energia gerarão literalmente oceanos de eletricidade. Com a ajuda dessa eletricidade, será possível, talvez, não apenas mudar radicalmente as condições de vida na Terra - fazer recuar os rios, drenar os pântanos, regar os desertos -, mas também mudar a aparência das espaço sideral- povoar e "reviver" a Lua, cercar Marte com uma atmosfera.
Uma das principais dificuldades neste caminho é a criação de um campo magnético de determinada geometria e magnitude. Os campos magnéticos em armadilhas termonucleares modernas são relativamente pequenos. No entanto, se levarmos em conta os enormes volumes das câmaras, a ausência de um núcleo ferromagnético, bem como os requisitos especiais para a forma do campo magnético, que dificultam a criação de tais sistemas, deve-se reconhecer que o armadilhas existentes são um grande problema. realização técnica.
Com base no exposto, pode-se concluir que, atualmente, não há indústria na qual um ímã ou o fenômeno do magnetismo não sejam aplicados.
5. Supercondutores e suas aplicações Supercondutor magnético
Os supercondutores são frequentemente citados como a chave para a engenharia elétrica do futuro. Isso se deve à sua verdadeira propriedades incríveis. Na verdade, os supercondutores como materiais especiais não existem. Estes são materiais comuns dos elementos da tabela periódica, que, sob certas condições, aparecem propriedades incomuns. O alumínio, por exemplo, é considerado um bom condutor, transmite bem o calor e em sua espessura potencializa levemente o campo magnético (paraímã). Quando resfriado abaixo de 1,2 K, a condutividade elétrica do alumínio aumenta infinitamente (supercondutor), a condutividade térmica também se deteriora muito (isolante térmico) e o campo magnético não pode mais penetrar nele (diamagneto). Parece que tal conquista qualidades úteis você tem que pagar muito - atingir baixas temperaturas não é um prazer barato. Descobriu-se, no entanto, que o custo dos refrigeradores e da proteção térmica das áreas frias é incomparável com os benefícios alcançados. Tornou-se possível sem custos excessivos obter grandes correntes (várias milhares de vezes maiores do que em condutores convencionais) e enormes campos magnéticos com modestas seções de pneus portadores de corrente: isso é o que é extremamente importante na criação de poderosos dispositivos de energia elétrica.
É claro que novas soluções de design e materiais serão necessários para criar geradores de maior potência. A este respeito, cientistas e engenheiros depositam esperanças especiais na supercondutividade. Não é à toa que uma das principais direções no desenvolvimento da ciência foi traçada teórica e Estudos experimentais no campo de materiais supercondutores, e uma das principais direções no desenvolvimento da tecnologia é o desenvolvimento de turbogeradores supercondutores. Os equipamentos elétricos supercondutores permitirão aumentar drasticamente as cargas elétricas e magnéticas nos elementos dos dispositivos e, devido a isso, reduzir drasticamente suas dimensões. Em um fio supercondutor, é permitida uma densidade de corrente 10 ... 50 vezes maior que a densidade de corrente em equipamentos elétricos convencionais. Campos magnéticos podem ser levados a valores da ordem de 10 T, comparados a 0,8...1 T em máquinas convencionais. Se levarmos em conta que as dimensões dos dispositivos elétricos são inversamente proporcionais ao produto da densidade de corrente permitida pela indução do campo magnético, fica claro que o uso de supercondutores reduzirá muitas vezes o tamanho e o peso dos equipamentos elétricos!
Muitos obstáculos desaparecem sozinhos se o efeito da supercondutividade for usado e materiais supercondutores forem usados. Então as perdas no enrolamento do rotor podem ser praticamente reduzidas a zero, uma vez que DC não encontrará resistência. E se assim for, a eficiência da máquina aumenta. A corrente que flui através do enrolamento de excitação supercondutor grande força cria um campo magnético tão forte que não é mais necessário usar um circuito magnético de aço, tradicional para qualquer máquina elétrica. A eliminação do aço reduzirá a massa do rotor e sua inércia. A criação de máquinas elétricas criogênicas não é uma homenagem à moda, mas uma necessidade, uma consequência natural progresso cientifico e tecnologico. E há todos os motivos para acreditar que, até o final do século, turbogeradores supercondutores com capacidade superior a 1.000 MW operarão em sistemas de energia.
Os engenheiros de energia não precisam apenas de geradores de frio. Várias dezenas de transformadores supercondutores já foram fabricados e testados (o primeiro deles foi construído pelo americano McPhee em 1961; o transformador operava a um nível de 15 kW). Existem projetos de transformadores supercondutores para potências de até 1 milhão de kW. Com potências suficientemente altas, os transformadores supercondutores serão 40 ... 50% mais leves que os transformadores convencionais com aproximadamente as mesmas perdas de potência dos transformadores convencionais (a potência do liquefeito também foi levada em consideração nesses cálculos). desvantagens significativas. Eles estão associados à necessidade de proteger o transformador de sua saída do estado supercondutor durante sobrecargas, curtos-circuitos, superaquecimentos, quando o campo magnético, a corrente ou a temperatura podem atingir valores críticos.
Nos últimos anos, o sonho de linhas de energia supercondutoras está cada vez mais perto de ser realizado. A demanda cada vez maior por eletricidade torna muito atraente a transmissão de alta potência por longas distâncias. Cientistas soviéticos demonstraram de forma convincente a promessa de linhas de transmissão supercondutoras. O custo das linhas será comparável ao custo das linhas aéreas convencionais de transmissão de energia (o custo de um supercondutor, dado o alto valor de sua densidade de corrente crítica em comparação com a densidade de corrente economicamente viável em fios de cobre ou alumínio, é baixo) e menor do que o custo das linhas de cabo. Ele deve implementar linhas de energia supercondutoras da seguinte maneira: uma tubulação com nitrogênio líquido é colocada entre os pontos finais de transmissão no solo. Dentro deste gasoduto há um gasoduto com hélio líquido. Hélio e nitrogênio fluem através de dutos devido à criação de uma diferença de pressão entre os pontos de origem e destino. Assim, as estações de bombeamento de liquefação estarão apenas nas extremidades da linha. O nitrogênio líquido pode ser usado simultaneamente como dielétrico. A tubulação de hélio é suportada dentro da tubulação de nitrogênio por suportes dielétricos (a maioria dos isoladores melhora suas propriedades dielétricas em baixas temperaturas). A tubulação de hélio é isolada a vácuo. A superfície interna da tubulação de hélio líquido é coberta com uma camada de supercondutor. As perdas em tal linha, levando em consideração as perdas inevitáveis nas extremidades da linha, onde o supercondutor deve ser unido aos pneus em temperatura normal, não excederão algumas frações de por cento, e em linhas de energia comuns, as perdas são 5...10 vezes maiores!
A base da energia início do XXI No século XX, podem se tornar usinas nucleares e termonucleares com geradores elétricos extremamente potentes. campos elétricos, gerados por eletroímãs supercondutores, rios poderosos poderão fluir ao longo de linhas de energia supercondutoras para dispositivos de armazenamento de energia supercondutores, de onde serão levados pelos consumidores conforme necessário. As usinas serão capazes de gerar energia uniformemente de dia e de noite, e sua liberação dos modos planejados deve aumentar a eficiência e a vida útil das unidades principais.
As estações solares espaciais podem ser adicionadas às usinas terrestres. Pairando sobre os pontos fixos do planeta, eles terão que se transformar raios solares em radiação eletromagnética de ondas curtas para enviar fluxos de energia focados para conversores terrestres em correntes industriais. Todos os equipamentos elétricos dos sistemas elétricos do espaço terrestre devem ser supercondutores, caso contrário as perdas nos condutores de condutividade elétrica finita serão aparentemente inaceitavelmente grandes.
Conclusão
A perspectiva e o bem-estar de uma pessoa dependem em grande medida do progresso da ciência.
A uma pequena flecha trêmula, pintada de preto em uma extremidade e vermelha na outra, devemos descobertas surpreendentes. Mundos desconhecidos, animais exóticos, ilhas perfumadas, continentes de gelo e povos que não conheciam a civilização apareceram diante dos olhos dos atônitos “condutores de fragatas” que checavam seu caminho com uma pequena agulha de bússola...
Em um enorme arsenal Ciência moderna o ímã ocupa um lugar muito especial. Sem ela, nenhuma pesquisa, nenhuma ciência, nenhuma indústria, nenhuma vida civilizada é possível. Se nos lembrarmos também que não possuem a Terra campo magnético, ela agora seria incinerada radiação cósmica um planeta como Marte, você pode sentir uma espécie de gratidão pelos ímãs.
Mas, além da gratidão, o ímã também merece respeito - afinal, se você pensar em uma escala histórica, terá que admitir que pouco mais podemos dizer sobre a natureza da atração do ímã.
A questão da atração magnética excitará as mentes de meninos e cientistas por centenas de anos. Não vamos superestimar nosso conhecimento. Quem faz isso muitas vezes se mete em confusão. Recordemos o que se escreveu sobre eletricidade em 1755 num semanário londrino: “A eletricidade é uma força bem estudada pelo homem. É usado com sucesso para tratar doenças, essa força é capaz de acelerar o desenvolvimento das plantas.
Essas palavras foram escritas antes de Faraday, Ampere, Maxwell, quando as pessoas, como agora se pode afirmar com segurança, não sabiam quase nada sobre eletricidade. E agora, na segunda metade do século 20, dificilmente algum cientista terá coragem de dizer: "A eletricidade é uma força bem estudada pelo homem".
Sabemos muito sobre eletricidade e magnetismo, e a cada dia aprendemos mais e mais. Mas por trás de um problema existem outros, não menos complexos e interessantes. A vida será sempre cheia de mistérios. E junto com o mais complexo - o mistério da vida e o mistério do universo - o mistério do ímã sempre fornecerá alimento para uma mente inquisitiva.
Albert Einstein se lembrou para o resto de sua vida do dia em que ele, uma criança de quatro anos, foi presenteado com brinquedo novo- bússola. Para o resto de sua vida ele manteve uma surpresa infantil propriedades milagrosasímã, as mesmas propriedades que preocuparam nossos ancestrais há milhares de anos.
É improvável que haja alguém que tome a liberdade de dizer: “Eu compreendi o enigma do ímã!” No entanto, os cientistas que aprenderam uma fração surpreendentemente pequena do segredo foram capazes de criar dispositivos que podem competir com os mais ímãs fortes criado pela natureza.
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KOMPAS Bússola - um dispositivo que facilita a orientação na área. Presumivelmente, a bússola foi inventada na China. Na Europa, a invenção da bússola remonta aos séculos 12 e 13, mas seu dispositivo permaneceu muito simples - uma agulha magnética montada em uma rolha e abaixada em um recipiente com água. O princípio de funcionamento de uma bússola magnética é baseado na atração-repulsão de dois ímãs. Pólos opostos de ímãs se atraem, como pólos se repelem.
