Što trebate znati o magnetima prije nego što shvatite magnetsku levitaciju
Smeta li vam vrijeme putovanja na velike udaljenosti? Iako možemo doći do vašeg odredišta podzemnom željeznicom, vožnjom i letom, još uvijek se čini kao da je potrebno puno vremena. Međutim, postoji tehnologija koja može napraviti kvalitativni skok u našem vremenu putovanja na posao, a to je magnetska levitacija. Možda osjećate da magnetska levitacija postoji samo u filmovima ili TV dramama. Ali u srpnju 2023.! Sukbae Lee (이석배), Ji-Hoon Kim (김지훈) i drugi s Korejskog instituta za znanost i tehnologiju prvo su formirali tim za proučavanje materijala. Čisti olovni apatit je izolator, ali prema Sukbae Leeju i drugima, olovni apatit dopiran bakrom koji tvori LK-99 je supravodič ili metal na višim temperaturama. Iako nema potvrđenog supravodljivog materijala sobne temperature pri normalnom tlaku, to nam također daje nadu! Pogledajmo kako se ovaj čarobni LK-99 ponaša na magnetu!
Vjerujem da ste također vidjeli da kada se magnet približi materijalu odozdo, materijal ustaje zbog odbijanja. Nakon promjene magnetskih polova, materijal i dalje stoji zbog odbijanja pri približavanju materijalu.
Ova "mala crna točkica" nastavlja padati ili stajati dok se NdFeB magnet približava i odmiče. I S pol i N pol su učinkoviti, odnosno odbijanje nema nikakve veze s magnetskim polom, pokazujući antimagnetizam.
Nemojmo govoriti o tome je li LK-99 stvarno supravodljiv. Trajni magnet NdFeB može ga natjerati da levitira.
Govoreći o NdFeB trajnim magnetima, moramo govoriti o Tesla Model S.
Elon Musk je toliko hrabar da kada je Tesla održao predstavljanje svoje prve limuzine, Model S, nisu ga ni sastavili. Šasija se temeljila na Mercedes-Benz CLS-u, a aluminijske ploče karoserije i poklopac motora zalijepljeni su na čelični okvir neodimijskim željeznim bornim magnetima.
Kada je Tesla napravio svoja prva dva modela automobila pune veličine, koristili su indukcijske motore za pogon vozila. Ovi su se motori temeljili na originalnom dizajnu motora Nikole Tesle, koji je bio briljantan dizajn koji je prethodio izumu magneta rijetkih zemalja gotovo 100 godina.
Indukcijski motori stvaraju vlastiti magnetizam i pokreću rotor električnom energijom, a rade bez ikakve vrste trajnih magneta.
Dizajn indukcijskog motora je dobar, ali Tesla je 2017. s dobrim razlogom prešao na motore s trajnim magnetima za Model 3: Model 3 je manji automobil i potreban mu je manji motor, ali još uvijek ima dovoljno snage.
Dakle, počevši od Modela 3, Tesla je koristio neodimijske željezne borne motore jer štede prostor, lakše su i mogu generirati više sile.
Upotreba magneta u automobilima: kao što su klima uređaji, kočioni sustavi, pogonski motori, pumpe za ulje itd.
Zapravo, osim što se koriste u automobilima, magneti se također široko koriste u zvučnicima mobilnih telefona, slušalicama, vibracijskim motorima, elektromagnetima, sušilima za kosu, ventilatorima, hladnjacima, perilicama rublja itd.
(Udio upotrebe magneta)
Dakle, osim trajnih magneta kao što je NdFeB, koje su ostale tri glavne vrste magneta? Kakav je proizvodni proces?
Pogledajmo izbliza!
Prvo, shvatimo maksimalni umnožak magnetske energije magneta
Trenutno postoje tri vrste magneta: permanent magnets, temporary magnets, and electromagnets.
Trajni magneti proizvode magnetsko polje koje se održava čak i u prisutnosti suprotnog magnetskog polja. Elektromotori koji koriste trajne magnete učinkovitiji su od onih koji to ne čine. Trenutno svi poznati jaki magneti sadrže rijetke zemne elemente, koji su ključne komponente za električna vozila i vjetroturbine. Elementi kao što su neodimij i torij postali su ključni materijali zbog rastuće potražnje i ograničene ponude.
Trajni magneti jedinstveni su po tome što jednom proizvedeni pružaju magnetski tok bezenergy input, što rezultira nultim operativnim troškovima. Nasuprot tome, elektromagnetski magneti zahtijevaju kontinuiranu struju za stvaranje magnetskog polja.
Važno svojstvo trajnih magneta je da održavaju svoje magnetsko polje čak i u prisutnosti suprotnog vanjskog magnetskog polja. Međutim, ako je jačina suprotnog magnetskog polja dovoljno visoka, unutarnje magnetske jezgre trajnog magneta poravnat će se s suprotnim magnetskim poljem, što će rezultirati demagnetizacijom.
Trajni magneti u osnovi djeluju kao uređaji za pohranu energije. Energija se ubrizgava tijekom početnog procesa magnetizacije, a ako se pravilno proizvede i rukuje, ostat će u magnetu na neodređeno vrijeme. Za razliku od baterije, energija u magnetu nikada ne ponestaje i ostaje dostupna za upotrebu. To je zato što magneti nemaju neto učinak na svoju okolinu. Umjesto toga, oni koriste svoju energiju za privlačenje ili odbijanje drugih magnetskih objekata, pomažući u pretvorbi između električne i mehaničke energije.
Energija magnetskog polja proporcionalna je umnošku B i H. Kada je proizvod BiH maksimiziran (označen kao (BH)max), minimalni volumen magneta potreban je za stvaranje određenog magnetskog polja u određenom razmaku. Što je veći (BH)max, to je manji volumen magneta potreban za proizvodnju zadane gustoće toka. (BH)max se može smatrati statičkom magnetskom energijom po jedinici volumena magnetskog materijala. BiH se mjeri uMega-Gauss Oersteds (MGOe) or kJ/mXNUMX.
U industriji trajnih magneta, maksimalni proizvod magnetske energije predstavlja gustoću magnetske energije trajnog magneta i najčešće je korišten parametar za karakterizaciju performansi trajnih magneta.
Klasifikacija trajnih magneta
Trajni magneti mogu se podijeliti u četiri vrste:neodymium iron boron (NdFeB),samarium cobalt (SmCo), aluminum nickel cobalt (AlNiCo)iceramic or ferrite magnets.
Počnimo s najisplativijim magnetima:Neodymium Iron Boron Magnets
Neodijevi magneti (NdFeB) jedan su od najčešće korištenih materijala s trajnim magnetima u komercijalnoj primjeni, poznati po svojimhigh magnetic energy productimagnetic strength.
Neodijski magneti sustrongesti većinacontroversialMagneti. Spadaju u kategoriju rijetkih zemnih magneta jer se sastoje od elemenata neodimija, željeza i bora.
Zbog sadržaja željeza, neodimijski željezni borovi magneti lako se oksidiraju i imaju slabu otpornost na koroziju, a često zahtijevaju premaze kao što su niklanje, epoksidni premaz ili cink.
Međutim, to su proizvodi visoke gustoće energije (do55 MGOe) s visokom čvrstoćom, a njihova upotreba omogućuje tvrde diskove manjih dimenzija, motore i audio opremu.
Raspon radne temperature neodimijumskih magneta je80°C to 200°C. Međutim, visokokvalitetni neodimijski materijali koji mogu raditi iznad120°Cmože postati prilično skupo.
S obzirom na isplativost, neodimijski magneti su definitivno prvi izbor.
Možda mislite da će radna temperatura mog magneta premašiti 200°C, pa je li nemoguće koristiti magnet u ovom okruženju? Ovaj problem mogu riješiti sanitarni kobaltni magneti.
Salmij kobalt (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.
Ovi trajni magneti vrlo su otporni na koroziju i mogu izdržati temperature do350°C, a ponekad čak i do500 degrees. Ova otpornost na temperaturu daje im izrazitu prednost u odnosu na druge vrste trajnih magneta koji su manje tolerantni na toplinu. Baš kao i neodimijski magneti, samarij kobaltni magneti također trebaju premaze za sprječavanje korozije.
Međutim, loša strana ove sorte magneta je njezina niska mehanička čvrstoća. Salinitet Kobaltni magneti mogu lako postati krhki i razviti pukotine. Ipak, u slučajevima kada su otpornost na visoke temperature i koroziju bitni, samarij kobaltni magneti mogu biti najprikladnija opcija.
Neodimijski magneti ističu se na nižim temperaturama, dok se Sammonijev kobaltni magneti najbolje ponašaju uhigher temperatures. Neodimijski magneti poznati su po tome što su najsnažniji trajni magneti na sobnoj temperaturi i do približno 180 stupnjeva Celzijusa na temelju remanentne magnetizacije (Br). Međutim, njihova snaga značajno opada kako temperatura raste. Kako se temperature približavaju 180 stupnjeva Celzijusa, magneti samonijevog kobalta počinjusurpassNeodimijski magneti u izvedbi.
Sammonijev kobalt rangiran je kao second strongest magnetic material and boasts exceptional resistance to demagnetization. Obično se koristi u zrakoplovnoj industriji i drugim sektorima dajući prednost performansama nad troškovima.
Samarij kobaltni magneti, razvijeni 1970-ih, pokazuju veću magnetsku snagu u usporedbi s keramičkim i aluminij-nikal-kobaltnim magnetima, iako zaostaju za magnetizmom koji nude neodimijski magneti. Ovi magneti se uglavnom klasificiraju u dvije skupine na temelju njihove razine energije. Prva skupina, poznata kaoSm1Co5 (1-5), može se pohvaliti asortimanom energetskih proizvoda koji obuhvaća15 to 22 MGOe. S druge strane, druga skupina, Sm2Co17 (2-17), obuhvaća energetski raspon od22-32 MGOe.
I samarij, kobalt i neodimijski magneti izrađeni su od metala u prahu. Komprimiraju se pod utjecajem snažnog magnetskog polja prije nego što prođu proces sinteriranja.
Neodimijski magneti vrlo su osjetljivi na čimbenike okoliša, dok magneti rijetkih zemalja samarij i kobalt pokazuju izvrsnu otpornost na koroziju. Magneti rijetkih zemalja samarij kobalt mogu izdržati visoke temperature bez gubitka magnetizma, dok neodimijske magnete treba koristiti oprezno iznad sobne temperature. Neodimijski magneti izdržljiviji su u usporedbi sa samarij-kobaltnim magnetima i mogu se lako obraditi i ugraditi u magnetske sklopove. Oba materijala zahtijevaju korištenje dijamantnih alata, EDM-a ili brušenja tijekom procesa obrade.
Zatim saznajmo više o Alnico magnetima
Aluminijski nikal-kobaltni magneti (AlNiCo) are conventional permanent magnet materials consisting mainly of aluminij, nikal i kobalt.They stand as one of the earliest contemporary commercial permanent magnets, innovated by T. Mishimain Japan during the early 20th century.
Unatoč njihovoj značajnoj remanenciji, njihova relativno skromna žilavost dovodi do smanjenog produkta magnetske energije (BH)max u usporedbi s drugim vrstama magneta. Lijevani AlNiCo posjeduje sposobnost oblikovanja u zamršene oblike, dok sinterirani AlNiCo pokazuje nešto manja magnetska svojstva, ali superiorna mehanička svojstva zbog svoje fine strukture zrna, što rezultira ravnomjernom raspodjelom toka i poboljšanom mehaničkom čvrstoćom.
Sinteriranje AlNiCo obuhvaća indukcijsko topljenje, mljevenje u sitne čestice, prešanje, sinteriranje, ispitivanje, premazivanje i magnetiziranje. Različite metode proizvodnje utječu na svojstva magneta, pri čemu sinteriranje poboljšava mehaničke atribute, a lijevanje povećava gustoću energije.
Sinterirani AlNiCo magneti dolaze u razredima u rasponu od1.5 to 5.25 MGOe, dok se lijevani magneti kreću od5.0 to 9.0 MGOe. Anizotropni AlNiCo magneti nude prilagođene opcije smjera magnetizacije, pružajući vrijednu svestranost.
Legure aluminija, nikla i kobalta pokazuju visoke maksimalne radne temperature i iznimnu otpornost na koroziju. Neke vrste aluminija, nikla i kobalta mogu funkcionirati na temperaturama koje prelaze500°C. Ovi magneti se intenzivno koriste u mikrofonima, zvučnicima, pickupovima za električnu gitaru, motorima, cijevima putujućih valova, Hallovim senzorima i raznim drugim primjenama.
Konačno, shvatimo magnet s najvećom cjenovnom prednošću, a to je feritni magnet!
Feritni magneti, also known askeramički magneti, are composed of sintered iron oxide along with materials like barium carbonate or strontium carbonate. These magnets are recognized for their ekonomične cijene, učinkovita otpornost na koroziju i sposobnost održavanja stabilnosti na visokim temperaturama do250°C.
Iako su njihove magnetske karakteristikenot as strong as those of NdFeB magnets, isplativost feritnih magneta čini ih prikladnima zalarge-scaleproizvodnja. Ova troškovna prednost proizlazi iz upotrebe jeftinih, lako dostupnih materijala koji nisu strateške prirode.
Keramički magneti mogu biti izotropni, pokazujući ujednačena magnetska svojstva u svim smjerovima, ili anizotropni, pokazujući magnetizaciju u skladu sa smjerom naprezanja. Najsnažniji keramički magneti mogu postići magnetsku energiju od 3.8 MGOe, što ih čini najslabijom vrstom trajnog magneta. Unatoč svojim skromnim magnetskim svojstvima, nude vrhunsku otpornost na demagnetizaciju u usporedbi s drugim vrstama magneta.
Keramički magneti pokazuju alow magnetic energy proizvod i posjedovatiexcellent corrosion resistance,Obično se koristi zajedno s komponentama od niskougljičnog čelika i prikladno je za upotrebu u okruženjima s umjerenim temperaturama.
Proces proizvodnje keramičkih magneta uključuje prešanje i sinteriranje, uz preporučenu upotrebu dijamantnih brusnih ploča zbog njihove lomljivosti.
Općenito, keramički magneti nude ravnotežu između magnetske čvrstoće i isplativosti, a njihova lomljivost neutralizirana je vrhunskom otpornošću na koroziju. Izdržljivi su, otporni na demagnetizaciju i isplativa su opcija za razne primjene poput igračaka, rukotvorina i motora.
Magneti rijetkih zemalja značajno povećavaju težinu ili veličinu, dok su feriti poželjniji za primjene koje ne zahtijevaju visoku gustoću energije, kao što su električni prozori, sjedala, prekidači, ventilatori, puhala u uređajima, neki električni alati i audio oprema.
