O que necesitas saber sobre os imáns antes de comprender a levitación magnética
Estás molestado polo tempo de desprazamento de longa distancia? Aínda que podemos chegar ao seu destino collendo o metro, conducindo e voando, aínda así parece que leva moito tempo. Con todo, hai unha tecnoloxía que pode dar un salto cualitativo no noso tempo de desprazamento, e que é a levitación magnética. Quizais sintas que a levitación magnética só existe en películas ou dramas televisivos. Pero en xullo de 2023! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈), e outros do Instituto de Ciencia e Tecnoloxía de Corea formaron por primeira vez un equipo para estudar o material. A apatita de chumbo puro é un illante, pero segundo Sukbae Lee e outros, a apatita de chumbo de cobre que forma o LK-99 é un supercondutor, ou un metal a temperaturas máis altas. Aínda que non hai material superconductor de temperatura ambiente confirmado a presión normal, tamén nos dá esperanza! Vexamos como este máxico LK-99 actúa no imán!
Creo que tamén viches que cando o imán se achega ao material desde abaixo, o material levántase debido á repulsión. Despois de cambiar os polos magnéticos, o material aínda se levanta debido á repulsión ao achegarse ao material.
Este "pequeno punto negro" segue caendo ou de pé a medida que o imán NdFeB se achega e se afasta. Tanto o polo S como o polo N son efectivos, é dicir, a repulsión non ten nada que ver co polo magnético, mostrando anti-magnetismo.
Non falemos de se a LK-99 é realmente supercondutora. O imán permanente de NdFeB pode facelo levitar.
Falando de imáns permanentes de NdFeB, temos que falar de Tesla Model S.
Elon Musk é tan atrevido que cando Tesla celebrou o evento de lanzamento para o seu primeiro sedán, o Modelo S, nin sequera o montaron. O chasis baseábase no Mercedes-Benz CLS, e os paneis da carrozaría de aluminio e a cuberta do motor estaban pegados ao marco de aceiro con imáns de boro de ferro neodimio.
Cando Tesla fixo os seus dous primeiros modelos de coches de tamaño completo, usaron motores de indución para alimentar os vehículos. Estes motores estaban baseados no deseño orixinal do motor de Nikola Tesla, que era un deseño brillante que precedeu á invención dos imáns terrestres raros en case 100 anos.
Os motores de indución xeran o seu propio magnetismo e impulsan o rotor a través da electricidade, e operan sen ningún tipo de imáns permanentes.
O deseño do motor de indución é bo, pero Tesla cambiou a motores imáns permanentes para o Model 3 en 2017 por unha boa razón: o Modelo 3 é un coche máis pequeno, e necesita un motor máis pequeno pero aínda ten moita potencia.
Así, a partir do Modelo 3, Tesla usou motores de boro de ferro neodimio porque son máis aforradores de espazo, máis lixeiros e poden xerar máis forza.
Uso de imáns nos coches: como aire acondicionado, sistemas de freos, motores de condución, bombas de aceite, etc.
De feito, ademais de ser utilizados en automóbiles, os imáns tamén son amplamente utilizados en altofalantes de telefonía móbil, auriculares, motores de vibración, electroimáns, secadoiros de pelo, ventiladores, frigoríficos, lavadoras, etc.
(Proporción do uso de imáns)
Entón, ademais de imáns permanentes como NdFeB, cales son os outros tres grandes tipos de imáns? Cal é o proceso produtivo?
Vexamos máis de preto!
En primeiro lugar, imos entender o máximo produto de enerxía magnética dos imáns
Actualmente, hai tres tipos de imáns: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.
Os imáns permanentes producen un campo magnético que se mantén mesmo en presenza dun campo magnético oposto. Os motores eléctricos que usan imáns permanentes son máis eficientes que os que non o fan. Actualmente, todos os imáns fortes coñecidos conteñen elementos terrestres raros, que son compoñentes clave para vehículos eléctricos e aeroxeradores. Elementos como o neodimio e o torio convertéronse en materiais clave debido á crecente demanda e á limitada oferta.
Os imáns permanentes son únicos porque unha vez producidos, proporcionan fluxo magnético senenergy input, resultando en cero custos operativos. En contraste, os imáns electromagnéticos requiren unha corrente continua para xerar un campo magnético.
Unha propiedade importante dos imáns permanentes é que manteñen o seu campo magnético mesmo en presenza dun campo magnético externo oposto. Porén, se a forza do campo magnético contrario é o suficientemente alta, os núcleos magnéticos internos do imán permanente aliñaranse co campo magnético oposto, resultando na desmagnetización.
Os imáns permanentes actúan esencialmente como dispositivos de almacenamento de enerxía. A enerxía inxéctase durante o proceso de magnetización inicial, e se se fabrica e manexa correctamente, permanecerá no imán indefinidamente. A diferenza dunha batería, a enerxía nun imán nunca se esgota e permanece dispoñible para o seu uso. Isto débese a que os imáns non teñen ningún efecto neto na súa contorna. Pola contra, utilizan a súa enerxía para atraer ou repeler outros obxectos magnéticos, axudando na conversión entre enerxía eléctrica e mecánica.
A enerxía dun campo magnético é proporcional ao produto de B e H. Cando o produto de BH se maximiza (denótase como (BH)max), requírese o volume mínimo de imán para producir un campo magnético dado nun oco dado. Canto maior sexa o (BH)max, menor é necesario o volume de imán para producir unha densidade de fluxo dada. (BH)max pode considerarse como a enerxía magnética estática por unidade de volume do material imán. O BNG mídese enMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.
Na industria do imán permanente, o produto de enerxía magnética máxima representa a densidade de enerxía magnética do imán permanente e é o parámetro máis utilizado para caracterizar o rendemento dos imáns permanentes.
Clasificación dos imáns permanentes
Os imáns permanentes poden dividirse en catro tipos:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo), eceramic or ferrite magnets.
Comecemos cos imáns máis rendibles:Neodymium Iron Boron Magnets
Os imáns de neodio (NdFeB) son un dos magnet materiais permanentes máis utilizados en aplicacións comerciais, coñecidos polos seushigh magnetic energy productEmagnetic strength.
Os imáns de neodio son osstrongestE a maioríacontroversialImáns. Pertencen á categoría de imáns terrestres raros porque están compostos por elementos de neodimio, ferro e boro.
Debido ao contido de ferro, os imáns de boro de ferro de neodimio son facilmente oxidables e teñen unha mala resistencia á corrosión, e a miúdo requiren recubrimentos como a placa de níquel, revestimento epoxi ou revestimento de cinc.
Non obstante, son produtos de alta densidade enerxética (ata55 MGOe) con alta dureza, e usalos permite discos duros de menor tamaño, motores e equipos de audio.
O rango de temperatura operativo dos imáns de neodimio é80°C to 200°C. Non obstante, materiais de neodimio de alta calidade que poden operar máis arriba.120°CPode chegar a ser bastante caro.
Considerando a rendibilidade do custo, os imáns de neodimio son definitivamente a primeira opción.
Quizais esteas pensando que a temperatura de traballo do meu imán superará os 200 °C, polo que é imposible usar o imán neste ambiente? Este problema pode resolverse mediante imáns de cobalto sanitario.
Salmium Cobalto (SmCo) is a premium permanent magnet material primarily made from cobalt and samarium, making it the most costly magnetic material to produce. Its high cost is mainly due to the significant cobalt content and the brittleness of the samarium alloy.
Estes imáns permanentes son moi resistentes á corrosión e poden soportar temperaturas de ata350°C, e ás veces mesmo ata500 degrees. Esta resistencia á temperatura dálles unha vantaxe distinta sobre outros tipos de imáns permanentes que son menos tolerantes á calor. Do mesmo xeito que os imáns de neodimio, os imáns de cobalto de samario tamén necesitan recubrimentos para evitar a corrosión.
Non obstante, a desvantaxe desta variedade de imáns é a súa baixa forza mecánica. Os imáns de salinidade Cobalto poden facilmente volverse quebradizos e desenvolver gretas. Non obstante, nos casos en que a alta temperatura e a resistencia á corrosión son esenciais, os imáns de cobalto de samario poderían ser a opción máis apropiada.
Os imáns de neodimio sobresaen nas temperaturas máis baixas, mentres que Sammonium Cobalt imáns funcionan mellorhigher temperatures. Imáns de neodimio son coñecidos por ser os imáns permanentes máis potentes a temperatura ambiente e ata aproximadamente 180 °C baseados na magnetización remanente (Br). Con todo, a súa forza diminúe significativamente a medida que aumenta a temperatura. A medida que as temperaturas próximas aos 180 graos centígrados, os imáns de Sammonium Cobalt comezan asurpassImáns de neodimio no rendemento.
Sammonium Cobalt sitúase como o second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Utilízase habitualmente na industria aeroespacial e noutros sectores priorizando o rendemento sobre o custo.
Os imáns de cobalto samarium, desenvolvidos na década de 1970, mostran unha maior forza magnética en comparación cos imáns cerámicos e de aluminio-níquel-cobalto, aínda que caendo lonxe do magnetismo ofrecido polos imáns de neodimio. Estes imáns clasifícanse principalmente en dous grupos en función dos seus niveis de enerxía. O primeiro grupo, coñecido comoSm1Co5 (1-5), posúe unha gama de produtos enerxéticos que abarca desde15 to 22 MGOe. Por outra banda, o segundo grupo, Sm2Co17 (2-17), abrangue un rango de enerxía de22-32 MGOe.
Tanto os imáns de cobalto de samario como o neodimio fabrícanse a partir de metais en po. Comprímense baixo a influencia dun potente campo magnético antes de sufrir un proceso de interpretación.
Os imáns de neodimio son moi sensibles a factores ambientais, mentres que os imáns de samario cobalto raros mostran unha excelente resistencia á corrosión. Samarium cobalto imáns terrestres raros poden soportar altas temperaturas sen perder o magnetismo, mentres que os imáns de neodimio deben usarse con cautela sobre a temperatura ambiente. Os imáns de neodimio son máis duradeiros comparados cos imáns de cobalto samario e poden ser facilmente mecanizados e incorporados en ensamblaxes magnéticas. Ambos os materiais necesitan o uso de ferramentas de diamante, EDM ou moenda durante o proceso de mecanizado.
A continuación imos aprender sobre imáns Alnico
Imáns de cobalto de níquel de aluminio (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of Aluminio, níquel e cobalto.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mishimain Japan during the early 20th century.
A pesar da súa notable remanencia, a súa dureza relativamente modesta leva a un produto de enerxía magnética reducido (BH)max en comparación con outros tipos de imáns. Cast AlNiCo posúe a capacidade de formarse en formas intricadas, mentres que AlNiCointered mostra propiedades magnéticas lixeiramente menores pero propiedades mecánicas superiores debido á súa estrutura de gran fino, o que ten como resultado unha distribución de fluxo uniforme e unha maior forza mecánica.
Sintering AlNiCo abrangue a fusión da indución, moer en partículas finas, presionar, interferir, probar, recubrir e magnetizar. Varios métodos de fabricación afectan as propiedades do imán, mellorando os atributos mecánicos e aumentando a densidade de enerxía.
Os imáns de AlNiCo sintered veñen en graos que van desde1.5 to 5.25 MGOe, mentres que os imáns fundidos van desde5.0 to 9.0 MGOe. Os imáns Anisotropic AlNiCo ofrecen opcións de dirección de magnetización personalizadas, proporcionando unha valiosa versatilidade.
As aliaxes de aluminio níquel Cobalto mostran temperaturas máximas de operación e unha excepcional resistencia á corrosión. Algúns graos de cobalto de níquel de aluminio poden funcionar a temperaturas superiores500°C. Estes imáns son amplamente utilizados en micrófonos, altofalantes, pastillas de guitarra eléctrica, motores, tubos de onda viaxeira, sensores Hall e outras aplicacións.
Finalmente, entendamos o imán con maior vantaxe de prezo, que é o imán de ferrita!
Imáns de ferrita, also known asImáns cerámicos, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their Prezos económicos, resistencia efectiva á corrosión e capacidade de manter a estabilidade a altas temperaturas ata250 °C.
mentres que as súas características magnéticas sonnot as strong as those of NdFeB magnets, o custo-efectividade dos imáns de ferrita fainos ben axeitados paralarge-scaleFabricación. Esta vantaxe de custo deriva do uso de materiais baratos e facilmente dispoñibles que son de natureza non estratéxica.
Os imáns cerámicos poden ser isótropos, mostrando propiedades magnéticas uniformes en todas as direccións, ou anisotrópicos, mostrando magnetización en aliñamento coa dirección do estrés. Os imáns cerámicos máis potentes poden conseguir unha enerxía magnética de 3.8 MGOe, converténdoos no tipo máis débil de imán permanente. A pesar das súas modestas propiedades magnéticas, ofrecen unha resistencia superior á desmagnetización en comparación con outros tipos de imáns.
Imáns cerámicos exhiben alow magnetic energy Produto e posesiónexcellent corrosion resistance,Usado comunmente xunto con compoñentes baixos de aceiro ao carbono e adecuados para o seu uso en ambientes de temperatura moderada.
O proceso de fabricación de imáns cerámicos implica presionar e sinterizar, co uso recomendado de rodas de moenda de diamante debido á súa natureza quebradiza.
En xeral, os imáns cerámicos ofrecen un equilibrio entre a forza magnética e a eficiencia do custo, coa súa quebradiza contrarrestada pola soberbia resistencia á corrosión. Son duradeiros, resistentes á desmagnetización e unha opción rendible para varias aplicacións como xoguetes, artesanía e motores.
Os imáns terrestres raros melloran significativamente as consideracións de peso ou tamaño, mentres que as ferritas son preferibles para aplicacións que non necesitan unha alta densidade de enerxía, como fiestras de enerxía, asentos, interruptores, ventiladores, sopradores en electrodomésticos, algunhas ferramentas de alimentación e equipos de audio.
