Самый сильный магнит

Национальная лаборатория высокого магнитного поля (National MagLab) в августе этого года вернула себе титул обладателя «самого сильного резистивного магнита в мире», создав Project 11, индукция которого составила 41,4 Тл. Теперь же они могут похвастаться и самым мощным сверхпроводящим магнитом на всей планете!

Самый мощный магнит

Новый сверхпроводящий магнит, созданный в установке MagLab Tallahassee, генерирует магнитное поле в 32 Тл (что почти на 33% больше, чем у предыдущей модели), за что и получил прозвище 32T. Для сравнения, этот магнит в 3000 раз мощнее, чем те, которыми мы часто украшаем холодильники. По , мировой рекорд, установленный на прошлой неделе, представляет собой одно из самых крупных достижений в сфере магнитных технологий за последние 40 лет.

Грег Бобингер, директор MagLab, в своем подчеркнул, что 32T — это «настоящая революция в производственном процессе» и отметил, что подобная технология позволит не только проводить эксперименты в лабораторных условиях, но и значительно повысит мощность других научных устройств во всем мире — начиная от рентгеновских установок и заканчивая нейтронными излучателями.

Сверхпроводники играют большую роль в современной индустрии: они используются повсеместно, от сканеров МРТ до реакторов ядерного синтеза и коллайдеров. Поэтому исследователи ожидают, что уже в ближайшем будущем новый супермагнит позволит качественно продвинуться в изучении сразу нескольких областей науки — физики, химии, биологии и даже в изучении квантовой материи. Чтобы облегчить его использование, MagLab уже позволяет ученым со всего мира подавать заявку на возможность поработать с новинкой.

Будущее магнитных технологий

Разумеется, команда не собирается останавливаться на достигнутом. В один прекрасный день сверхпроводящий магнит может быть столь же мощным, как рекордный резистивный магнит лаборатории, хотя инженер MagLab Хуб Вайерс, который курировал конструкцию магнита, предвидит, что технологии пойдут еще дальше.

«Мы открыли огромную новую область для экспериментов», рассказывает Вейерс в пресс-релизе. «Я не знаю, каков ее предел, но он явно превышает 100 Тл. Необходимые материалы существуют. Между нами и мощностью в 100 Тл сейчас находятся лишь доллары и время на разработку необходимых технологий».

Виды магнитов

В современном мире их классифицируют по трём основным категориям по типу создаваемого ими магнитного поля:

  • постоянные, состоящие из природного материала, обладающего этими физическими свойствами, например, неодимовые;
  • временные, обладающие этими свойствами во время нахождения в поле действия магнитного поля;
  • электромагниты – это витки провода на сердечнике, создающие электромагнитное поле при прохождении энергии по проводнику.

В свою очередь, наиболее распространённые постоянные магниты подразделяются на пять основных классов, по своему химическому составу:

  • ферромагниты на основе железа и его сплавов с барием и стронцием;
  • неодимовые магниты, имеющие в своём составе редкоземельный металл неодим, в сплаве с железом и бором (Nd-Fe-B, NdFeB, NIB);
  • самариево-кобальтовые сплавы, имеющие сравнимые с неодимовым магнитные характеристики, но в тоже время более широкий температурный диапазон применения (SmCo);
  • сплав Альнико, он же ЮНДК, этот сплав отличается высокой коррозионной устойчивостью и высоким температурным пределом;
  • магнитопласты, представляющие собой смесь магнитного сплава со связующим, это позволяет создать изделия различных форм и размеров.

Ферриты

Сплавы магнитных металлов хрупкие и достаточно дешёвые изделия, обладающие средними качествами. Обычно это сплав оксида железа с ферритами стронция и бария. Температурный диапазон стабильной работы магнита не выше 250-270°C. Технические характеристики:

  • коэрцитивная сила – около 200 кА/м;
  • остаточная индукция – до 0,4 Тесла;
  • средний срок службы – 20-30 лет.

Что такое неодимовые магниты

Это наиболее мощные из постоянных, но в тоже время достаточно хрупкие и нестойкие к коррозии, в основе этих сплавов лежит редкоземельный минерал – неодим. Это самый сильный магнит из постоянных.

Характеристики:

  • коэрцитивная сила – около 1000 кА/м;
  • остаточная индукция – до 1,1 Тесла;
  • средний срок службы – до 50 лет.

Их применение ограничивает только низкий предел температурного диапазона, для наиболее термостойких марок неодимового магнита это 140°C, в то время как менее стойкие разрушаются при температуре свыше 80 градусов.

Неодим

Самариевокобальтовые сплавы

Обладающие высокими техническими характеристиками, но в тоже время очень дорогие сплавы.

Характеристики:

  • коэрцитивная сила – около 700 кА/м;
  • остаточная индукция – до 0,8-1,0 Тесла;
  • средний срок службы – 15-20 лет.

Они используются для сложных условий работы: высокие температуры, агрессивные среды и большая нагрузка. Из-за сравнительно высокой стоимости их применение несколько ограничено.

Альнико

Порошковый сплав из кобальта (37-40%) с добавлением алюминия и никеля также обладает хорошими эксплуатационными характеристиками, кроме того способностью сохранять свои магнитные свойства при температурах до 550°C. Их технические характеристики ниже, чем у ферромагнитных сплавов и составляют:

  • коэрцитивная сила – около 50 кА/м;
  • остаточная индукция – до 0,7 Тесла;
  • средний срок службы – 10-20 лет.

Но, несмотря на это, именно этот сплав наиболее интересен для применения в научной сфере. Кроме того, добавление в сплав титана и ниобия способствует повышению коэрцетивной силы сплава до 145-150 кА/м.

Магнитопласты

Используются в основном в быту для изготовления магнитных открыток, календарей и прочих мелочей, характеристики магнитного поля незначительно падают из-за меньшей концентрации магнитного состава.

Это основные типы постоянных магнитов. Электромагнит по принципу действия и применению несколько отличается от таких сплавов.

Интересно. Неодимовые магниты используются практически повсеместно, в том числе и в дизайне для создания парящих конструкций, и в культуре для этих же целей.

Электромагнит и демагнитизатор

Если электромагнит создаёт поле при прохождении через витки обмотки электроэнергии, то демагнитизатор, наоборот, снимает остаточное магнитное поле. Применять этот эффект можно в разных целях. Например, что можно сделать демагнитизатором? Ранее демагнитизатор использовался для размагничивания воспроизводящих головок магнитофонов, кинескопов телевизоров и выполнения иных функций подобного рода. Сегодня его зачастую применяют в несколько незаконных целях, для размагничивания счётчиков после применения на них магнитов. Кроме того это устройство можно и нужно применять для снятия остаточного магнитного поля с инструментов.

Состоит демагнитизатор обычно из обычной катушки, иначе говоря, по устройству этот прибор полностью повторяет собой электромагнит. На катушку подаётся переменное напряжение, после чего устройство, с которого мы снимаем остаточное поле, убирается из зоны действия демагнитизатора, после чего он отключается

Важно! Использование магнита для «подкрутки» счётчика незаконно и влечёт за собой штраф. Неправильное использование демагнитизатора может привести к полному размагничиванию прибора и его выходу из строя.

Самостоятельное изготовление магнита

Для этого достаточно найти металлический брусок из стали или другого ферросплава, можно использовать составной сердечник трансформатора, после чего сделать обмотку. Намотать на сердечник несколько витков медной обмоточной проволоки. Для безопасности стоит включить в схему плавкий предохранитель. Как сделать мощный магнит? Для этого нужно увеличивать силу тока в обмотке, чем она выше, тем больше магнитная сила устройства.

При включении устройства в сеть и подаче электроэнергии на обмотку, устройство будет притягивать металл, то есть фактически это самый настоящий электромагнит, пусть и несколько упрощённой конструкции.

Электромагнит

В современном мире широко используется энергия магнитного поля. Как в промышленности, радиолектронике и электрике, так и в бытовых целях. Для генерации магнитного поля созданы десятки различных устройств, а также используются природные свойства минералов.

Парящий металл

Наибольшее распространение среди постоянных получил неодимовый магнит. Его использование и широкое распространение связано как с его стоимостью, так и отличными техническими характеристиками. Его недостатками являются: склонность к коррозии и боязнь высоких температур. По этой причине в сложных условиях работы применяются другие типы, которые не обладают этими ограничениями.

>Видео

Самый мощный электромагнит

Ученые в разных странах стараются создать самый мощный магнит в мире и порой добиваются очень любопытных результатов. На сегодняшний день статус самого сильного электромагнита удерживает за собой установка в национальной лаборатории в Лос-Аламосе (США). Гигантское устройство из семи наборов катушек общей массой 8,2 тонны вырабатывает магнитное поле мощностью 100 Тл. Этот впечатляющий показатель в 2 миллиона раз превышает силу магнитного поля нашей планеты.
Стоит отметить, что соленоид магнита-рекордсмена произведен из российского нанокомпозита медь-ниобий. Этот материал разработан учеными Курчатовского института при содействии ВНИИ неорганических материалов им. А. А. Бочвара. Без этого сверхпрочного композита новый самый мощный магнит в мире не сумел бы превзойти рекорд предшественника, поскольку главная техническая сложность при работе установок такого уровня – сохранение целостности при воздействии сильнейших магнитных импульсов. Максимальная зафиксированная сила поля электромагнита, который был разрушен импульсами во время эксперимента, составила 730 Тл. В СССР ученые, используя магнит особой конструкции и взрывчатые вещества, сумели создать импульс в 2800 Тл.
Полученные в лабораториях магнитные импульсы в миллионы раз превосходят магнитное поле Земли. Но даже самый мощный магнит, который удалось построить на сегодняшний день, в миллионы раз слабее нейтронных звезд. Магнетар SGR 1806−20 обладает магнитным полем силой 100 миллиардов Тесла.

Самый сильный магнит для бытового использования

Конечно, магнитная сила звезд и эксперименты ученых – это интересно, но большинство пользователей хочет узнать, какой магнит самый мощный для решения конкретных прикладных задач. Для этого нужно провести сравнение силы магнитного поля различных видов магнитов:1) Ферритовые магниты – 0,1..0,2 Тл.
2) Альнико и самариевые магниты – 0,4..0,5 Тл.
3) Неодимовые магниты – до 2 Тл (при сложении в структуру Хабальта).
Итак, самый сильный магнит – это редкоземельный супермагнит, главными составляющими которого являются неодим, железо и бор. Сила его поля сопоставима с мощностью электромагнитов с ферритовым сердечником. Магнитный сплав на основе неодима может похвастаться непревзойденными показателями по таким важным параметрам:
1) Коэрцитивная сила. Это свойство позволяет использовать материал в зоне действия внешних магнитных полей.
2) Усилие на отрыв. Благодаря максимальной магнитной силе удается уменьшить размер изделий при сохранении высокой мощности сцепления.
3) Остаточная магнитной индукции. Высокий показатель остаточной намагниченности обеспечивает очень важное свойство неодимового магнита – длительность сохранения магнитных качеств. По сути, теряя всего несколько процентов своей силы за столетие, магнитный сплав неодим-железо-бор является вечным магнитом.
Чтобы сохранить сильное магнитное поле редкоземельного супермагнита на основе неодима, следует помнить о его уязвимых местах. В частности, материал имеет порошковую структуру, поэтому сильные удары и падения могут привести к потере его свойств. Также сплав размагничиваются при нагреве до +70 ⁰C (термостойкие версии сплавов выдерживают до +200 ⁰C). Просто учитывайте эти особенности и тогда изделия будут приносить вам пользу максимально долго. Кстати, заказать неодимовые магниты различных форм и размеров по лучшей стоимости вы можете в интернет-магазине «Мир магнитов».