Leo, karibu haiwezekani kupata tasnia ya kiufundi ambayo haitumii nyenzo ngumu za sumaku na sumaku za kudumu. Hizi ni acoustics, na umeme wa redio, na kompyuta, na vifaa vya kupimia, na automatisering, na joto na nguvu, na nguvu za umeme, na ujenzi, na madini, na aina yoyote ya usafiri, na kilimo, na dawa, na usindikaji ore, na. hata katika jikoni la kila mtu kuna tanuri ya microwave, huwasha pizza. Haiwezekani kuhesabu kila kitu, vifaa vya magnetic vinaongozana nasi katika kila hatua ya maisha yetu. Na bidhaa zote kwa msaada wao hufanya kazi kulingana na kanuni tofauti kabisa: injini na jenereta zina kazi zao wenyewe, na vifaa vya kuvunja vina wao wenyewe, mgawanyiko hufanya jambo moja, na detector ya kasoro hufanya nyingine. Pengine, hakuna orodha kamili ya vifaa vya kiufundi ambapo nyenzo za sumaku ngumu hutumiwa, kuna nyingi sana.
Mifumo ya sumaku ni nini
Sayari yetu yenyewe ni mfumo wa sumaku ulio na mafuta mengi. Mengine yote yamejengwa kwa kanuni sawa. Nyenzo za sumaku ngumu zina mali tofauti za kazi. Katika orodha za wauzaji, sio bure kwamba sio tu vigezo vyao vinatolewa, lakini pia mali ya kimwili. Kwa kuongeza, inaweza kuwa vifaa vya magnetically ngumu na magnetically laini. Kwa mfano, chukua tomografia za resonant, ambapo mifumo iliyo na uwanja wa sumaku sare sana hutumiwa, na kulinganisha na watenganishaji, ambapo uwanja hauna usawa sana. Kanuni tofauti kabisa! Mifumo ya sumaku imeboreshwa, ambapo uga unaweza kuwashwa na kuzimwa. Ndivyo vishiko vimeundwa. Na mifumo mingine hata hubadilisha uwanja wa sumaku kwenye nafasi. Hizi ni klystrons zinazojulikana na taa za mawimbi zinazosafiri. Mali ya vifaa vya laini na ngumu vya sumaku ni ya kichawi kweli. Wao ni kama vichocheo, karibu kila mara hufanya kama wasuluhishi, lakini bila kupoteza hata nguvu zao wenyewe, wanaweza kubadilisha ya mtu mwingine, kubadilisha aina moja kuwa nyingine.
Kwa mfano, msukumo wa sumaku hubadilishwa kuwa nishati ya kiufundi katika utendakazi wa viambatanisho, vitenganishi na kadhalika. Nishati ya mitambo inabadilishwa kwa msaada wa sumaku katika nishati ya umeme, ikiwa tunashughulika na maikrofoni na jenereta. Na kinyume chake hutokea! Katika wasemaji na motors, sumaku hubadilisha umeme kuwa nishati ya mitambo, kwa mfano. Na hiyo sio tu. Nishati ya mitambo inaweza hata kubadilishwa kuwa nishati ya joto, kama vile mfumo wa sumaku katika uendeshaji wa tanuri ya microwave au kifaa cha kuvunja. Wana uwezovifaa vya nguvu vya sumaku na laini na juu ya athari maalum - katika sensorer za Ukumbi, katika tomografu za resonance ya sumaku, katika mawasiliano ya microwave. Unaweza kuandika makala tofauti kuhusu athari ya kichocheo kwenye michakato ya kemikali, jinsi sehemu za sumaku za gradient katika maji zinavyoathiri miundo ya ayoni, molekuli za protini na gesi zilizoyeyushwa.
Uchawi wa zamani
Nyenzo asilia - magnetite - ilijulikana kwa wanadamu milenia kadhaa iliyopita. Wakati huo, mali zote za vifaa vya sumaku ngumu bado hazijajulikana, na kwa hiyo hazikutumiwa katika vifaa vya kiufundi. Na hapakuwa na vifaa vya kiufundi bado. Hakuna mtu aliyejua jinsi ya kufanya mahesabu kwa uendeshaji wa mifumo ya magnetic. Lakini ushawishi wa vitu vya kibaolojia tayari umeonekana. Matumizi ya vifaa vya sumaku ngumu mwanzoni yalikwenda tu kwa madhumuni ya matibabu, hadi Wachina waligundua dira katika karne ya tatu KK. Walakini, matibabu na sumaku haijasimamishwa hadi leo, ingawa kuna majadiliano ya mara kwa mara juu ya ubaya wa njia kama hizo. Utumiaji wa nyenzo ngumu za sumaku katika dawa huko USA, Uchina na Japan ni kazi sana. Na nchini Urusi kuna wafuasi wa mbinu mbadala, ingawa haiwezekani kupima ukubwa wa athari kwenye mwili au mmea kwa chombo chochote.
Lakini rudi kwenye historia. Huko Asia Ndogo, karne nyingi zilizopita, jiji la zamani la Magnesia tayari lilikuwepo kwenye ukingo wa Meander iliyojaa. Na leo unaweza kutembelea magofu yake mazuri huko Uturuki. Ilikuwa hapo kwamba madini ya kwanza ya chuma ya sumaku yaligunduliwa, ambayo yalipewa jina lakemiji. Haraka sana, ilienea ulimwenguni kote, na Wachina miaka elfu tano iliyopita, kwa msaada wake, waligundua kifaa cha urambazaji ambacho bado hakifi. Sasa wanadamu wamejifunza kutengeneza sumaku kwa njia ya kiviwanda. Msingi wao ni aina mbalimbali za ferromagnets. Chuo Kikuu cha Tartu kina sumaku kubwa zaidi ya asili, yenye uwezo wa kuinua kuhusu kilo arobaini, wakati yenyewe ina uzito wa kumi na tatu tu. Poda za siku hizi zimetengenezwa kwa kob alti, chuma na viambajengo vingine mbalimbali, zinashika mizigo mara elfu tano zaidi ya uzito wake.
Kitanzi cha Hysteresis
Kuna aina mbili za sumaku bandia. Aina ya kwanza ni mara kwa mara, ambayo hufanywa kwa nyenzo ngumu za magnetic, mali zao hazihusishwa kwa njia yoyote na vyanzo vya nje au mikondo. Aina ya pili ni sumaku-umeme. Wana msingi wa chuma - nyenzo za magnetically laini, na sasa hupita kupitia upepo wa msingi huu, ambao huunda shamba la magnetic. Sasa tunahitaji kuzingatia kanuni za kazi yake. Tabia ya mali ya sumaku ya kitanzi cha hysteresis kwa nyenzo ngumu za sumaku. Kuna teknolojia ngumu sana za utengenezaji wa mifumo ya sumaku, na kwa hivyo habari inahitajika juu ya usumaku, upenyezaji wa sumaku, na upotezaji wa nishati wakati ubadilishaji wa sumaku hufanyika. Ikiwa badiliko la ukubwa ni la mzunguko, curve ya remagnetization (mabadiliko katika introduktionsutbildning) daima itaonekana kama curve iliyofungwa. Hii ni kitanzi cha hysteresis. Ikiwa uga ni dhaifu, basi kitanzi ni kama duaradufu.
Wakati wa mvutanoshamba la magnetic huongezeka, mfululizo mzima wa vitanzi vile hupatikana, imefungwa kwa kila mmoja. Katika mchakato wa magnetization, vectors zote zinaelekezwa pamoja, na mwisho, hali ya kueneza kiufundi itakuja, nyenzo zitakuwa magnetized kabisa. Kitanzi kilichopatikana wakati wa kueneza kinaitwa kitanzi cha kikomo, kinaonyesha kiwango cha juu kilichopatikana cha Bs induction (induction ya kueneza). Wakati mvutano unapungua, induction iliyobaki inabaki. Eneo la vitanzi vya hysteresis katika kikomo na majimbo ya kati inaonyesha utaftaji wa nishati, ambayo ni, upotezaji wa hysteresis. Zaidi ya yote inategemea masafa ya ugeuzaji usumaku, sifa za nyenzo na vipimo vya kijiometri. Kitanzi chenye kikwazo cha hysteresis kinaweza kubainisha sifa zifuatazo za nyenzo sumaku ngumu: introduktionsutbildning Bs, mabaki ya induction Bc na nguvu ya kulazimisha Hc.
Mkondo wa usumaku
Mviringo huu ndio sifa muhimu zaidi, kwa sababu inaonyesha utegemezi wa usumaku na uimara wa uga wa nje. Uingizaji wa sumaku hupimwa katika Tesla na unahusiana na usumaku. Curve ya kubadili ni moja kuu, ni eneo la kilele kwenye loops za hysteresis, ambazo hupatikana wakati wa remagnetization ya mzunguko. Hii inaonyesha mabadiliko katika induction ya magnetic, ambayo inategemea nguvu ya shamba. Wakati mzunguko wa sumaku umefungwa, nguvu ya shamba iliyoonyeshwa kwa namna ya toroid ni sawa na nguvu ya nje ya shamba. Ikiwa mzunguko wa sumaku umefunguliwa, miti huonekana kwenye ncha za sumaku, ambayo huunda demagnetization. Tofauti kati yamivutano hii huamua mvutano wa ndani wa nyenzo.
Kuna sehemu bainifu kwenye mkunjo mkuu ambazo hujitokeza wakati fuwele moja ya ferromagnet inapotolewa sumaku. Sehemu ya kwanza inaonyesha mchakato wa kuhamisha mipaka ya vikoa visivyofaa, na kwa pili, vectors ya magnetization hugeuka kuelekea shamba la nje la magnetic. Sehemu ya tatu ni paraprocess, hatua ya mwisho ya magnetization, hapa uwanja wa magnetic ni nguvu na kuelekezwa. Utumiaji wa nyenzo laini na ngumu za sumaku hutegemea kwa kiasi kikubwa sifa zinazopatikana kutoka kwa mkunjo wa usumaku.
Upenyezaji na upotevu wa nishati
Ili kubainisha tabia ya nyenzo katika eneo la mvutano, ni muhimu kutumia dhana kama vile upenyezaji kamili wa sumaku. Kuna ufafanuzi wa msukumo, tofauti, upeo, awali, upenyezaji wa kawaida wa magnetic. Jamaa hufuatiliwa kando ya curve kuu, kwa hivyo ufafanuzi huu hautumiwi - kwa unyenyekevu. Upenyezaji wa sumaku chini ya hali wakati H=0 inaitwa ya awali, na inaweza kuamua tu katika uwanja dhaifu, hadi takriban vitengo 0.1. Upeo, kinyume chake, ni sifa ya upenyezaji wa juu wa sumaku. Maadili ya kawaida na ya juu hutoa fursa ya kuchunguza kozi ya kawaida ya mchakato katika kila kesi fulani. Katika eneo la kueneza katika mashamba yenye nguvu, upenyezaji wa magnetic daima huwa na umoja. Maadili haya yote ni muhimu kwa matumizi ya sumaku ngumunyenzo, zitumie kila wakati.
Hasara ya nishati wakati wa kubadilisha usumaku haiwezi kutenduliwa. Umeme hutolewa katika nyenzo kama joto, na hasara zake zinajumuisha hasara za nguvu na hasara za hysteresis. Ya mwisho hupatikana kwa kuhamisha kuta za kikoa wakati mchakato wa magnetization unaanza tu. Kwa kuwa nyenzo za sumaku zina muundo wa inhomogeneous, nishati lazima itumike kwa usawa wa kuta za kikoa. Na hasara za nguvu zinapatikana kuhusiana na mikondo ya eddy ambayo hutokea wakati wa kubadilisha nguvu na mwelekeo wa shamba la magnetic. Nishati inasambazwa kwa njia ile ile. Na hasara kutokana na mikondo ya eddy huzidi hata hasara za hysteresis kwenye masafa ya juu. Pia, hasara za nguvu zinapatikana kutokana na mabadiliko ya mabaki katika hali ya shamba la magnetic baada ya kubadilika kwa nguvu. Kiasi cha hasara za athari hutegemea muundo, juu ya matibabu ya joto ya nyenzo, huonekana hasa kwenye masafa ya juu. Madhara ni mnato wa sumaku, na hasara hizi huzingatiwa kila wakati ikiwa ferromagnets hutumiwa katika hali ya kusukuma.
Uainishaji wa nyenzo ngumu za sumaku
Masharti yanayozungumzia ulaini na ugumu hayatumiki kwa sifa za kiufundi hata kidogo. Nyenzo nyingi ngumu kwa kweli ni laini ya sumaku, na kutoka kwa mtazamo wa mitambo, nyenzo laini pia ni ngumu sana ya sumaku. Mchakato wa magnetization katika vikundi vyote viwili vya vifaa hutokea kwa njia sawa. Kwanza, mipaka ya kikoa imehamishwa, kisha mzunguko huanzakatika mwelekeo wa uwanja unaozidi kuwa wa kuvutia, na hatimaye, paraprocess huanza. Na hapa ndipo tofauti inapokuja. Curve ya magnetization inaonyesha kuwa ni rahisi kusonga mipaka, nishati kidogo hutumiwa, lakini mchakato wa mzunguko na paraprocess ni nguvu zaidi ya nishati. Nyenzo za sumaku laini hutiwa sumaku kwa kuhamishwa kwa mipaka. Sumakume ngumu - kutokana na mzunguko na uchakachuaji.
Umbo la kitanzi cha hysteresis ni takriban sawa kwa vikundi vyote viwili vya nyenzo, kueneza na uingizaji wa mabaki pia ni karibu na sawa, lakini tofauti ipo katika nguvu ya kulazimisha, na ni kubwa sana. Vifaa vya sumaku ngumu vina Hc=800 kA-m, wakati vifaa vya laini vya sumaku vina 0.4 A-m tu. Kwa jumla, tofauti ni kubwa: mara 2106. Ndiyo maana, kwa kuzingatia sifa hizi, mgawanyiko huo ulipitishwa. Ingawa, ni lazima kukubaliwa kuwa ni badala ya masharti. Nyenzo za sumaku laini zinaweza kueneza hata kwenye uwanja dhaifu wa sumaku. Wao hutumiwa katika mashamba ya chini ya mzunguko. Kwa mfano, katika vifaa vya kumbukumbu ya sumaku. Nyenzo za sumaku ngumu ni ngumu kupata sumaku, lakini huhifadhi sumaku kwa muda mrefu sana. Ni kutoka kwao kwamba sumaku nzuri za kudumu zinapatikana. Maeneo ya matumizi ya vifaa vya magnetic ngumu ni nyingi na nyingi, baadhi yao yameorodheshwa mwanzoni mwa makala hiyo. Kuna kundi lingine - nyenzo za sumaku kwa madhumuni maalum, wigo wao ni finyu sana.
Maelezo ya ugumu
Kama ilivyotajwa tayari, nyenzo za sumaku ngumu zina kitanzi kikubwa cha hysteresis na nguvu kubwa ya kulazimisha, upenyezaji wa chini wa sumaku. Zina sifa ya upeo wa juu wa nishati maalum ya sumaku iliyotolewanafasi. Na "ngumu" nyenzo za magnetic, juu ya nguvu zake, chini ya upenyezaji. Nishati maalum ya sumaku inapewa jukumu muhimu zaidi katika kutathmini ubora wa nyenzo. Sumaku ya kudumu kivitendo haitoi nishati kwa anga ya nje na mzunguko wa sumaku iliyofungwa, kwa sababu mistari yote ya nguvu iko ndani ya msingi, na hakuna uwanja wa sumaku nje yake. Ili kutumia vyema nishati ya sumaku za kudumu, pengo la hewa la ukubwa na usanidi uliobainishwa kabisa huundwa ndani ya saketi iliyofungwa ya sumaku.
Baada ya muda, sumaku "huzeeka", mtiririko wake wa sumaku hupungua. Hata hivyo, uzee huo unaweza kuwa usioweza kutenduliwa na kugeuzwa. Katika kesi ya mwisho, sababu za kuzeeka kwake ni mshtuko, mshtuko, kushuka kwa joto, nyanja za nje za mara kwa mara. Uingizaji wa magnetic umepunguzwa. Lakini inaweza kuwa na sumaku tena, na hivyo kurejesha mali zake bora. Lakini ikiwa sumaku ya kudumu imepata mabadiliko yoyote ya kimuundo, re-magnetization haitasaidia, kuzeeka haitaondolewa. Lakini hutumikia kwa muda mrefu, na madhumuni ya vifaa vya sumaku ngumu ni nzuri. Mifano iko kila mahali. Sio tu sumaku za kudumu. Hii ni nyenzo ya kuhifadhi habari, kwa kurekodi - sauti, na dijiti, na video. Lakini yaliyo hapo juu ni sehemu ndogo tu ya uwekaji wa nyenzo ngumu za sumaku.
Tuma nyenzo ngumu za sumaku
Kulingana na mbinu ya uzalishaji na utungaji, nyenzo ngumu za sumaku zinaweza kutupwa, unga na vingine. Wao ni msingi wa aloi.chuma, nikeli, alumini na chuma, nikeli, cob alt. Nyimbo hizi ndizo za msingi zaidi ili kupata sumaku ya kudumu. Wao ni wa usahihi, kwani idadi yao imedhamiriwa na sababu kali za kiteknolojia. Nyenzo ngumu za sumaku hupatikana wakati wa ugumu wa mvua wa aloi, ambapo kupoeza hutokea kwa kasi iliyohesabiwa kutoka kuyeyuka hadi mwanzo wa kuoza, ambayo hutokea katika awamu mbili.
Ya kwanza - wakati muundo uko karibu na chuma safi na hutamkwa sifa za sumaku. Kana kwamba mabamba ya unene wa kikoa kimoja yanaonekana. Na awamu ya pili iko karibu na kiwanja cha intermetallic katika utungaji, ambapo nickel na alumini zina mali ya chini ya magnetic. Inageuka mfumo ambapo awamu isiyo ya sumaku imeunganishwa na inclusions yenye nguvu ya magnetic na nguvu kubwa ya kulazimisha. Lakini aloi hii haitoshi katika mali ya sumaku. Ya kawaida ni muundo mwingine, alloyed: chuma, nickel, alumini na shaba na cob alt kwa alloying. Aloi zisizo na kob alti zina sifa ya chini ya sumaku, lakini ni nafuu zaidi.
Vifaa vya sumaku vya unga
Nyenzo za unga hutumika kwa sumaku ndogo lakini changamano za kudumu. Wao ni chuma-kauri, chuma-plastiki, oksidi na micropowder. Cermet ni nzuri sana. Kwa upande wa mali ya sumaku, ni duni kabisa kwa zile za kutupwa, lakini ni ghali zaidi kuliko wao. Sumaku za kauri-chuma hutengenezwa kwa kushinikiza poda za chuma bila nyenzo yoyote ya kumfunga na kuziweka kwenye joto la juu sana. Poda hutumiwapamoja na aloi zilizoelezwa hapo juu, pamoja na zile zinazoegemezwa kwenye platinamu na madini adimu ya ardhini.
Kwa upande wa nguvu za kiufundi, madini ya poda ni bora kuliko utumaji, lakini sifa za sumaku za sumaku za chuma-kauri bado ziko chini kwa kiasi fulani kuliko zile za kutupwa. Sumaku zenye msingi wa platinamu zina maadili ya juu sana ya nguvu ya kulazimisha, na vigezo ni thabiti sana. Aloi zilizo na urani na metali adimu za ardhi zina maadili ya rekodi ya kiwango cha juu cha nishati ya sumaku: thamani ya kikomo ni 112 kJ kwa kila mita ya mraba. Aloi kama hizo hupatikana kwa kushinikiza poda kwa kiwango cha juu zaidi cha msongamano, kisha briquettes hutiwa na uwepo wa awamu ya kioevu na kutupwa kwa muundo wa sehemu nyingi. Haiwezekani kuchanganya vijenzi kwa kiwango kama hicho kwa utumaji rahisi.
Nyenzo zingine ngumu za sumaku
Nyenzo za sumaku ngumu pia ni pamoja na zile zilizo na madhumuni maalum. Hizi ni sumaku za elastic, aloi zinazoweza kuharibika kwa plastiki, vifaa vya wabebaji wa habari na sumaku za kioevu. Sumaku zinazoweza kuharibika zina mali bora ya plastiki, zinajikopesha kikamilifu kwa aina yoyote ya usindikaji wa mitambo - kukanyaga, kukata, kutengeneza. Lakini sumaku hizi ni ghali. Sumaku za Kunife zilizofanywa kwa shaba, nickel na chuma ni anisotropic, yaani, ni magnetized katika mwelekeo wa rolling, hutumiwa kwa namna ya stamping na waya. Sumaku za Vikalloy zilizofanywa kwa cob alt na vanadium zinafanywa kwa namna ya mkanda wa nguvu wa juu wa magnetic, pamoja na waya. Utunzi huu ni mzuri kwa sumaku ndogo sana zenye usanidi changamano zaidi.
Sumaku za elastic - kwenye msingi wa mpira, ambamoFiller ni poda nzuri ya nyenzo ngumu ya sumaku. Mara nyingi ni bariamu ferrite. Njia hii inakuwezesha kupata bidhaa za sura yoyote kabisa na manufacturability ya juu. Pia hukatwa kikamilifu na mkasi, bent, mhuri, inaendelea. Wao ni nafuu zaidi. Mpira wa sumaku hutumiwa kama karatasi za kumbukumbu ya sumaku kwa kompyuta, kwenye runinga, kwa mifumo ya urekebishaji. Kama wabebaji wa habari, nyenzo za sumaku hukidhi mahitaji mengi. Hii ni induction ya mabaki ya kiwango cha juu, athari ndogo ya kujitegemea demagnetization (vinginevyo habari itapotea), thamani ya juu ya nguvu ya kulazimisha. Na kuwezesha mchakato wa kufuta kumbukumbu, kiasi kidogo tu cha nguvu hii kinahitajika, lakini ukinzani huu huondolewa kwa msaada wa teknolojia.
