Nam châm – từ trường vĩnh cửu

Nam châm là gì?

Các thành phần của nam châm là các nguyên tử như sắt, coban và niken. Cấu trúc bên trong của các nguyên tử này khá đặc biệt và bản thân chúng có mômen từ. Nam châm có khả năng tạo ra từ trường và có đặc tính thu hút các vật liệu sắt từ như sắt, niken, coban và các kim loại khác.

→Xem thêm: Mũi khoan

Phân loại nam châm:

• 1.Nam châm hình dạng: nam châm vuông, nam châm gạch, nam châm hình dạng đặc biệt, nam châm hình trụ, nam châm vòng, nam châm đĩa, nam châm thanh từ, nam châm khung từ;
• 2.Nam châm thuộc tính: nam châm samari coban, nam châm neodymium sắt boron (nam châm mạnh), nam châm ferit, nam châm alnico, nam châm sắt crom coban;
• 3.Nam châm công nghiệp: linh kiện từ tính, nam châm động cơ, nam châm cao su, nam châm nhựa, v.v.
• 4.Nam châm được chia thành nam châm vĩnh cửu và nam châm mềm: Nam châm vĩnh cửu được tạo ra bằng cách bổ sung từ tính mạnh để sắp xếp sự quay của vật liệu từ và mômen động lượng của electron theo một hướng cố định, trong khi nam châm mềm được tạo ra bằng cách bổ sung điện. (Cũng là phương pháp tăng lực từ) khi ngắt dòng điện, sắt mềm sẽ dần mất từ ​​tính.

Nếu bạn treo một thanh nam châm ở điểm giữa của nó bằng một sợi dây mỏng, khi nó đứng yên, hai đầu của nó sẽ lần lượt chỉ về phía nam và phía bắc của Trái Đất. Đầu chỉ về phía bắc được gọi là Cực Bắc hoặc Cực Bắc, và đầu chỉ về phía nam được gọi là Cực Nam hoặc Cực Nam.

Nếu bạn tưởng tượng Trái Đất là một nam châm lớn thì cực bắc từ của Trái Đất hướng đến cực nam và cực nam từ hướng đến cực bắc. Giữa các nam châm, các cực cùng tên đẩy nhau và các cực trái tên hút nhau. Do đó, kim la bàn và cực Nam đẩy nhau, kim bắc và cực Bắc đẩy nhau, nhưng kim la bàn và kim bắc thì hút nhau.

Phân loại: Nam châm có thể được chia thành “nam châm vĩnh cửu” và “nam châm không vĩnh cửu”. Nam châm vĩnh cửu có thể là sản phẩm tự nhiên, còn gọi là nam châm tự nhiên, hoặc có thể được chế tạo nhân tạo. Nam châm không vĩnh cửu, chẳng hạn như nam châm điện, chỉ có từ tính trong một số điều kiện nhất định.

Lịch sử phát hiện nam châm

Nam châm không phải do con người phát minh ra, chúng là từ tính tự nhiên. Người Hy Lạp cổ đại đã phát hiện ra rằng có một loại đá có từ tính tự nhiên trong tự nhiên và gọi nó là “nam châm”. Viên đá này có khả năng kỳ diệu nhặt những mảnh sắt nhỏ và luôn chỉ về cùng một hướng sau khi được vung ngẫu nhiên. Những thủy thủ đầu tiên đã sử dụng nam châm này như la bàn đầu tiên để xác định phương hướng trên biển. Những người đầu tiên phát hiện và sử dụng nam châm có lẽ là người Hy Lạp, họ đã sử dụng nam châm để chế tạo “la bàn”, một trong bốn phát minh vĩ đại của Hy Lạp.

Sau hàng ngàn năm phát triển, nam châm đã trở thành vật liệu hữu ích trong cuộc sống của chúng ta ngày nay. Bằng cách tổng hợp các hợp kim từ các vật liệu khác nhau, có thể đạt được hiệu ứng tương tự như nam châm và lực từ cũng có thể được tăng cường. Nam châm nhân tạo đã xuất hiện từ thế kỷ 18, nhưng tiến trình tạo ra vật liệu từ tính mạnh hơn diễn ra chậm cho đến khi nhôm-niken-coban (Alnico) được tạo ra vào những năm 1920. Sau đó, ferit được sản xuất vào những năm 1950 và nam châm đất hiếm [bao gồm neodymium sắt boron (NdFeB) và samari coban (SmCo)] được sản xuất vào những năm 1970. Kể từ đó, công nghệ từ tính đã phát triển nhanh chóng và các vật liệu từ tính mạnh đã làm cho các thành phần trở nên nhỏ gọn hơn.

Lịch sử phát triển nam châm

Năm 1822, các nhà vật lý người Pháp Arago và Lussac phát hiện ra rằng khi dòng điện chạy qua cuộn dây có chứa một khối sắt bên trong, nó có thể làm từ hóa khối sắt trong cuộn dây. Trên thực tế, đây chính là khám phá đầu tiên về nguyên lý điện từ. Năm 1823, Sturgeon cũng tiến hành một thí nghiệm tương tự. Ông quấn 18 vòng dây đồng trần trên một thanh sắt hình chữ U, không phải là thanh nam châm. Khi dây đồng được kết nối với pin volta, cuộn dây đồng quấn quanh thanh sắt hình chữ U sẽ tạo ra một từ trường dày đặc, biến thanh sắt hình chữ U thành một “nam châm điện”.

Năng lượng từ của nam châm điện này lớn hơn nhiều lần so với năng lượng từ của nam châm vĩnh cửu. Nó có thể hấp thụ những khối sắt nặng hơn nó gấp 20 lần. Tuy nhiên, khi mất điện, thanh sắt hình chữ U sẽ không thể hấp thụ bất kỳ khối sắt nào và sẽ trở lại thành thanh sắt bình thường. Phát minh về nam châm điện của Sturgeon đã giúp con người nhìn thấy triển vọng tươi sáng của việc chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng từ.

Phát minh này nhanh chóng lan truyền ở Anh, Hoa Kỳ và một số nước ven biển ở Tây Âu. Vào năm 1829, thợ điện người Mỹ Henry đã có một số cải tiến đối với thiết bị nam châm điện Sturgeon, thay thế dây đồng trần bằng dây cách điện, do đó không cần phải lo lắng về hiện tượng đoản mạch do dây đồng ở quá gần. Vì các dây có lớp cách điện nên chúng có thể được quấn chặt lại với nhau theo hình tròn. Cuộn dây càng dày đặc thì từ trường sinh ra càng mạnh, giúp cải thiện đáng kể khả năng chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng từ. Đến năm 1831, Henry đã phát triển được một loại nam châm điện mới hơn. Mặc dù kích thước không lớn nhưng nó có thể nâng được khối sắt nặng một tấn. Việc phát minh ra nam châm điện cũng cải thiện đáng kể công suất của máy phát điện.

Khi nói về nam châm, chúng ta thường nói đến nam châm vĩnh cửu.

Nam châm vĩnh cửu được chia thành hai loại.

Thể loại đầu tiên

• 1.Nam châm hợp kim kim loại bao gồm nam châm neodymium sắt boron (nam châm Nd2Fe14B), nam châm samari coban (nam châm SmCo), nam châm nhôm niken coban (nam châm ALNiCO) và nam châm sắt crom coban (nam châm FeCrCo).
• 2.NdFeB thiêu kết: Là loại vật liệu nam châm vĩnh cửu mới được phát triển sau năm 1983. Nó có tính chất từ ​​tính cực cao và được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại động cơ nam châm vĩnh cửu, máy móc kỹ thuật, điện âm, thiết bị điện và thiết bị y tế.
• 3.Nam châm vĩnh cửu SmCo thiêu kết là vật liệu nam châm vĩnh cửu cao cấp, có tính chất từ ​​tính cao, khả năng chống ăn mòn mạnh, chống oxy hóa, hệ số nhiệt độ thấp, nhiệt độ Curie cao và có thể sử dụng trong môi trường cao. Nó được sử dụng rộng rãi trong động cơ, cảm biến, máy dò, radar và các lĩnh vực công nghệ cao khác.
• 4.Alnico thích hợp để sản xuất các hình dạng phức tạp. Các sản phẩm nhẹ, mỏng và nhỏ được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị đo lường, truyền thông, công tắc từ điện và nhiều loại cảm biến khác nhau.
• 5.Nam châm sắt-crom-coban (nam châm FeCrCo) là loại nam châm biến áp trong số các nam châm vĩnh cửu. Đây là nam châm vĩnh cửu hợp kim có khả năng biến dạng cao nhất và có thể được sử dụng để kéo dây (0,2-0,3mm), kéo ống, cán dải và nhiều quá trình gia công cơ khí khác. Hợp kim nam châm vĩnh cửu biến dạng A.FeCrCo (sắt crom côban) có tính chất từ ​​tính cao, tương đương với hợp kim nam châm vĩnh cửu AlNiCo, nhưng hàm lượng Co của nó thấp hơn khoảng 50% so với AlNiCo. B. Hợp kim FeCrCo có độ dẻo và độ dai tuyệt vời và dễ gia công, đây là tính chất mà hợp kim nam châm vĩnh cửu đúc không thể sánh kịp. Hợp kim này có nhiệt độ hoạt động cao hơn khoảng 400 độ, vượt xa nhiệt độ của nam châm vĩnh cửu đất hiếm NdFeB. Hợp kim C.FeCrCo có thể được chế biến thành dây, thanh, ống, dải và sản phẩm rèn. Nó có thể được chế tạo thành các thành phần từ tính vĩnh cửu có nhiều hình dạng phức tạp khác nhau thông qua quá trình gia công cơ học như tiện, phay, bào, khoan và dập. Nó có những đặc điểm độc đáo, đặc biệt đối với các thành phần nhỏ, dài và mỏng. Dải mỏng nhất có thể đạt tới 0,05mm và dây mỏng nhất có thể được gia công tới 0,1mm.

Thể loại thứ hai

• 1. Nam châm Neodymium Iron Boron: Đây là nam châm có hiệu suất cao nhất được phát hiện trong thương mại cho đến nay, được mệnh danh là Vua nam châm. Nó có tính chất từ ​​tính cực kỳ cao và tích năng lượng từ cực đại (BHmax) của nó cao hơn 10 lần so với ferit. Hiệu suất gia công của nó cũng khá tốt. Nhiệt độ hoạt động tối đa có thể đạt tới 200 độ C. Hơn nữa, nó có kết cấu cứng, hiệu suất ổn định và chi phí hiệu quả nên được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, do tính chất hóa học mạnh nên bề mặt của nó phải được phủ một lớp phủ. (Như mạ Zn, Ni, điện di, thụ động hóa, v.v.).
• 2. Nam châm Ferrite Nguyên liệu chính của nó bao gồm BaFe12O19 và SrFe12O19. Được làm bằng công nghệ gốm, tương đối cứng và giòn. Do khả năng chịu nhiệt tốt, giá thành thấp và hiệu suất vừa phải, nam châm ferit đã trở thành nam châm vĩnh cửu được sử dụng rộng rãi nhất.
• 3. Nam châm Alnico là hợp kim được tạo thành từ nhôm, niken, coban, sắt và các nguyên tố kim loại vi lượng khác. Quá trình đúc có thể được gia công thành nhiều kích thước và hình dạng khác nhau, khả năng gia công rất tốt. Nam châm vĩnh cửu AlNiCo đúc có hệ số nhiệt độ thuận nghịch thấp nhất và có thể hoạt động ở nhiệt độ lên tới 600 độ C. Các sản phẩm nam châm vĩnh cửu Alnico được sử dụng rộng rãi trong nhiều loại dụng cụ và lĩnh vực ứng dụng khác.
• 4. Samari coban (SmCo) được chia thành SmCo5 và Sm2Co17 theo các thành phần khác nhau. Sự phát triển của nó bị hạn chế do giá vật liệu cao. Samari coban (SmCo), là một nam châm vĩnh cửu đất hiếm, không chỉ có tích năng lượng từ cao (14-28MGOe), lực kháng từ đáng tin cậy và đặc tính nhiệt độ tốt. So với nam châm NdFeB, nam châm SmCo phù hợp hơn để làm việc trong môi trường nhiệt độ cao.

Nam châm vĩnh cửu có thể là sản phẩm tự nhiên, còn được gọi là nam châm tự nhiên, hoặc có thể được sản xuất nhân tạo (nam châm mạnh nhất là nam châm neodymium sắt boron).

Nam châm không vĩnh cửu sẽ đột nhiên mất từ ​​tính khi được đun nóng đến một nhiệt độ nhất định. Nguyên nhân là do sự sắp xếp của nhiều “nam châm chính” tạo nên nam châm thay đổi từ trật tự sang hỗn loạn. Khi nam châm từ hóa được đặt trong từ trường, khi cường độ từ hóa đạt tới một giá trị nhất định thì nam châm lại bị từ hóa lần nữa, sự sắp xếp của các “nam châm chính” chuyển từ hỗn loạn sang có trật tự.

Nam châm nhân tạo

Nam châm nhân tạo: chia thành nam châm hình móng ngựa và nam châm thanh, là loại nam châm phổ biến nhất trong cuộc sống của chúng ta, trong đó nam châm hình móng ngựa được ưa chuộng hơn. Nam châm một mặt là nam châm có từ tính ở một mặt và từ tính yếu hơn ở mặt còn lại. Phương pháp này là quấn một mặt của nam châm hai mặt bằng tấm sắt mạ kẽm đã qua xử lý đặc biệt, để từ tính của mặt được quấn sẽ được che chắn và lực từ sẽ bị khúc xạ sang mặt bên kia, từ tính của mặt bên kia sẽ được tăng cường. Ví dụ, trong một số trường hợp, chỉ cần một mặt có từ tính, và từ tính ở mặt còn lại sẽ gây hư hỏng hoặc nhiễu; trong một số trường hợp, chẳng hạn như nam châm trên hộp đóng gói, chỉ cần một mặt có từ tính, còn mặt kia là tùy chọn và không cần thiết. Như vậy, sử dụng nam châm một mặt sẽ giúp giảm đáng kể chi phí và tiết kiệm vật liệu từ tính. Sự khúc xạ từ của một nam châm một mặt được xác định bởi bề mặt khúc xạ của ăng-ten vệ tinh với tín hiệu hoặc ăng-ten đèn pin với ánh sáng:

• 1. Vật liệu: Sự lựa chọn và độ dày của vật liệu có liên quan chặt chẽ đến khoảng cách giữa nam châm và vật liệu. Tấm sắt nguyên chất dễ bị rò rỉ từ tính, khả năng khúc xạ sẽ được tăng cường sau khi xử lý đặc biệt, nhưng vật liệu che chắn 100% vẫn chưa được phát triển và hiệu ứng của vật liệu do các nhà sản xuất khác nhau chế tạo cũng khác nhau.
• 2. Góc: Theo nguyên lý khúc xạ, vật liệu cong hoạt động tốt nhất, trong khi vật liệu góc vuông có tổn thất khúc xạ lớn hơn.
• 3. Không gian: Các đường từ trong không khí giống như tín hiệu điện thoại di động và chúng cần không gian để bị khúc xạ. Nếu đèn pin được quấn hoàn toàn quanh bóng đèn thì hiệu quả chắc chắn sẽ kém vì sẽ mất đi một lượng lớn ánh sáng khúc xạ.

Nam châm NdFeB

(Nam châm Neodymium), còn được gọi là nam châm sắt bo neodymium, có công thức hóa học là Nd2Fe14B. Đây là nam châm vĩnh cửu do con người tạo ra và là nam châm vĩnh cửu có lực từ mạnh nhất từ ​​trước đến nay.

Nam châm Neodymium được Masato Sagawa và những người khác từ Sumitomo Special Metals phát minh vào năm 1982. Từ công thức hóa học của nó, chúng ta có thể thấy rằng nó chủ yếu bao gồm các nguyên tố hóa học như neodymium, sắt và bo. Có thể thay thế nam châm sắt nguyên chất truyền thống, hợp kim AlNiCo và nam châm SmCo trong nhiều lĩnh vực như động cơ điện, dụng cụ và đồng hồ đo, công nghiệp ô tô, công nghiệp hóa dầu và các sản phẩm chăm sóc sức khỏe từ tính. Có thể sản xuất nhiều hình dạng khác nhau: như nam châm đĩa, nam châm vòng, nam châm hình chữ nhật, nam châm hình cung và các hình dạng nam châm khác.

Nam châm Neodymium có tính chất từ ​​mạnh được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm điện tử như ổ cứng, điện thoại di động, tai nghe, v.v.

Thành phần chính: Nam châm, hay còn gọi là nam châm điện, là vật thể hoặc vật liệu có từ trường xung quanh và bên trong nó. Có thể chia thành hai loại: tự nhiên và nhân tạo. Nam châm nhân tạo thường được làm bằng hợp kim kim loại và có tính chất từ ​​tính mạnh. Nó cũng có thể được chia thành “nam châm vĩnh cửu” và “nam châm không vĩnh cửu”, tức là “nam châm cứng” và “nam châm mềm”. Thành phần chính của nam châm tự nhiên: oxit sắt từ, công thức hóa học Fe3O4, thường được gọi là “oxit sắt từ”. Tinh thể đen từ tính. Nó có thể được coi là một hợp chất bao gồm oxit sắt (II) và oxit sắt (III). Vì có hai ion có trạng thái hóa trị khác nhau trong tinh thể oxit sắt từ, một phần ba trong số đó là Fe2+ và hai phần ba là Fe3+, nên đây là một hợp chất phức tạp. Nó không tan trong nước và không phản ứng với nước. Phản ứng với axit, không tan trong kiềm. Nó chủ yếu được sử dụng để làm sơn lót và sơn phủ, vật liệu từ tính trong ngành điện tử và chất ức chế rỉ sét trong ngành xây dựng.

Sắp xếp kích thước lực từ: Nam châm Neodymium Iron Boron, Nam châm Samarium Cobalt, Nam châm Alnico, Nam châm Ferrite.

Hiệu suất:

Có ba thông số chính để xác định hiệu suất của nam châm:

• 1.Độ từ dư Br: Sau khi nam châm vĩnh cửu được từ hóa đến trạng thái bão hòa kỹ thuật và từ trường bên ngoài bị loại bỏ, độ từ dư Br được giữ lại được gọi là cường độ cảm ứng từ dư.
• 2.Lực cưỡng bức Hc: Cường độ từ trường ngược cần thiết để giảm B của một nam châm vĩnh cửu được từ hóa đến mức bão hòa kỹ thuật xuống bằng không được gọi là lực cưỡng bức từ hoặc gọi tắt là lực cưỡng bức.
• 3.Tích năng lượng từ BH: biểu thị mật độ năng lượng từ được nam châm thiết lập trong khoảng không gian khe hở (khoảng không gian giữa hai cực của nam châm), tức là năng lượng từ tĩnh trên một đơn vị thể tích của khoảng không gian. Vì năng lượng này bằng tích của Bm và Hm của nam châm nên nó được gọi là tích năng lượng từ.

Một số khái niêm:

• 1.Từ trường: Không gian tạo ra tác dụng từ lên các cực từ được gọi là từ trường.
• 2.Từ trường bề mặt: cường độ cảm ứng từ tại một vị trí xác định trên bề mặt của nam châm vĩnh cửu.
• 3.Tính nghịch từ: Phản từ là hiện tượng từ tính trong đó một số loại vật liệu khi được đặt trong từ trường bên ngoài sẽ tạo ra lực đẩy yếu lên từ trường.
• 4.Thuận từ: Tính thuận từ đề cập đến trạng thái từ tính của một vật liệu. Một số vật liệu có thể chịu tác động của từ trường bên ngoài và tạo ra tính chất các vectơ từ hóa hướng theo cùng một hướng. Những vật liệu như vậy có độ từ cảm dương. Hiện tượng ngược lại với tính thuận từ được gọi là tính nghịch từ.
• 5.Sắt từ: Sắt từ là trạng thái từ tính của vật liệu có hiện tượng từ hóa tự phát. Sắt là loại vật liệu được biết đến rộng rãi nhất trong tất cả các loại vật liệu, do đó nó có tên như vậy.

Sau khi một số vật liệu được từ hóa dưới tác động của từ trường bên ngoài, chúng vẫn có thể duy trì trạng thái từ hóa và vẫn có từ tính ngay cả khi từ trường bên ngoài biến mất. Đây được gọi là hiện tượng từ hóa tự phát. Tất cả nam châm vĩnh cửu đều có tính chất sắt từ hoặc ferri từ.

Về cơ bản, khái niệm sắt từ bao gồm bất kỳ vật liệu nào thể hiện từ tính khi không có từ trường bên ngoài. Ngày nay, một số người vẫn sử dụng khái niệm này theo cách này. Tuy nhiên, thông qua hiểu biết sâu sắc hơn về các vật liệu từ tính khác nhau và tính chất từ ​​tính của chúng, các học giả đã đưa ra định nghĩa chính xác hơn về khái niệm này. Một chất được gọi là sắt từ khi tất cả các ion từ trong ô đơn vị của nó đều hướng theo hướng từ của nó. Nếu chỉ một số ion có từ trường hướng theo hướng từ tính của chúng thì được gọi là ferri từ. Nếu hướng mà các ion từ chỉ triệt tiêu lẫn nhau (mặc dù tất cả các ion từ chỉ theo hai hướng ngược nhau), thì hiện tượng này được gọi là phản sắt từ.

Có một nhiệt độ tới hạn mà tại đó hiện tượng từ tính của một chất xảy ra. Đối với vật liệu sắt từ và ferri từ, nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ Curie; Đối với vật liệu phản sắt từ, nhiệt độ này được gọi là nhiệt độ Neel. Một số người tin rằng lực hấp dẫn giữa nam châm và vật liệu sắt từ là hiểu biết sớm nhất của nhân loại về từ tính.

Chọn nam châm:

Trước khi quyết định chọn loại nam châm nào, bạn cần phải hiểu rõ nam châm cần đóng vai trò gì?

• 1.Chức năng chính: di chuyển vật thể, cố định vật thể hoặc nâng vật thể.
• 2.Hình dạng của nam châm yêu cầu: hình đĩa, hình vòng, hình vuông, hình gạch hoặc hình dạng đặc biệt.
• 3.Kích thước nam châm cần thiết: chiều dài, chiều rộng, chiều cao, đường kính và dung sai, v.v.
• 4.Cường độ nam châm cần thiết, giá cả và số lượng dự kiến, v.v.
• 5.La bàn được phát minh dựa trên tính chất của nam châm.

Hiệu ứng vật lý:

• 1. Chỉ về hướng bắc và nam
• 2. Thu hút các vật nhỏ
• 3. Nam châm điện có thể được sử dụng như rơle điện từ
• 4. Động cơ điện
• 5. máy phát điện
• 6. Điện âm
• 7. Liệu pháp từ tính
• 8. sự nâng từ trường
• 9. Cộng hưởng từ hạt nhân

Sản xuất nam châm:

Một số chất có thể được cọ xát vào nam châm. Vật liệu có thể là sắt hoặc thép, nhưng không phải tất cả các loại thép đều có thể làm nam châm vì chúng có chứa các chất khác. Thép không gỉ không có khả năng hoạt động như nam châm.

Chúng ta hãy làm một nam châm. Những vật liệu bạn cần là nam châm và tua vít. Sử dụng nam châm để chà xát phần kim loại của tua vít, từ đầu này sang đầu kia. Bằng cách chà xát chúng nhiều lần, bạn có thể tạo ra một chiếc tua vít từ tính.

Hướng định hướng:

Hầu hết các vật liệu từ tính có thể được từ hóa đến trạng thái bão hòa theo cùng một hướng, được gọi là “hướng từ hóa” (hướng định hướng). Nam châm không có định hướng (còn gọi là nam châm đẳng hướng) yếu hơn nhiều so với nam châm có định hướng (còn gọi là nam châm dị hướng).

Định nghĩa về cực Bắc và cực Nam của nam châm:

Định nghĩa của “Cực Bắc” là sau khi nam châm quay ngẫu nhiên, Cực Bắc của nó sẽ hướng đến Cực Bắc của Trái Đất, viết tắt là “N”. Tương tự như vậy, cực Nam của nam châm hướng về Cực Nam của Trái Đất, hay còn gọi là “S”. Các cực từ của Trái Đất không trùng với các cực địa lý; có một độ từ thiên nhất định.

Xử lý nam châm an toàn:

• 1.Luôn phải hết sức cẩn thận vì nam châm có thể hút nhau và có thể kẹp vào ngón tay bạn. Khi các nam châm bị hút vào nhau, chúng cũng có thể bị hỏng do va chạm (gãy các góc hoặc tạo ra các vết nứt).
• 2.Để nam châm tránh xa các vật dễ nhiễm từ như đĩa mềm, thẻ tín dụng, màn hình máy tính, đồng hồ, điện thoại di động, thiết bị y tế, v.v.
• 3.Tránh xa nam châm khỏi máy tạo nhịp tim. Đối với nam châm lớn hơn, nên đặt miếng đệm bằng nhựa hoặc bìa cứng giữa mỗi miếng để đảm bảo có thể tách nam châm ra dễ dàng.
• 4.Nam châm nên được bảo quản ở nơi khô ráo, có nhiệt độ ổn định càng nhiều càng tốt. 

Cách ly từ tính:

Chỉ những vật liệu có thể hấp phụ vào nam châm mới có thể chặn được từ trường, vật liệu càng dày thì hiệu quả cách ly từ tính càng tốt.

Nam châm mạnh nhất:

Hiện nay, nam châm có hiệu suất cao nhất là nam châm đất hiếm và trong số các nam châm đất hiếm, neodymium sắt bo là nam châm mạnh nhất. Nhưng ở nhiệt độ trên 200 độ C, samari coban là nam châm mạnh nhất.

Xác định lực từ:

Lý do tại sao nam châm có lực từ là vì khi Trái Đất quay, từ trường và dòng điện của Trái Đất sẽ tiếp tục kết hợp mạnh mẽ và cuối cùng toàn bộ Trái Đất sẽ trở thành một từ trường lớn. Các khoáng chất trên trái đất như niken, coban, sắt và các chất khác quay theo chuyển động quay của trái đất, do đó trở thành nam châm tự nhiên.

Mọi người đều biết rằng có một trường hấp dẫn giữa vật chất. Tương tự như từ trường, đây là trường lấp đầy không gian xung quanh các cực từ. Độ lớn của từ trường có thể được biểu thị bằng số đường sức từ tưởng tượng. Các đường sức từ càng dày đặc thì từ trường càng mạnh. Ngược lại, các đường sức từ càng thưa thớt thì từ trường càng yếu.

Có nam châm hình cầu hoàn hảo 100% trong thế giới vật chất không? Nếu tồn tại thì cực NS của nam châm hình cầu nằm ở đâu? Nếu NS là hai đầu của đường kính của nó, nhưng một hình cầu có vô số đường kính, tại sao hai đầu của các đường kính khác lại không phải là cực của NS?

Ứng dụng nam châm

Ứng dụng trong các ngành công nghiệp truyền thống

Khi nói về nguồn từ, cảm ứng điện từ và các thiết bị từ của vật liệu từ, chúng ta đã đề cập đến ứng dụng thực tế của một số vật liệu từ. Trên thực tế, vật liệu từ tính đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều khía cạnh của các ngành công nghiệp truyền thống.

Ví dụ, nếu không có vật liệu từ tính, quá trình điện khí hóa sẽ không thể thực hiện được vì cần máy phát điện để tạo ra điện, cần máy biến áp để truyền tải điện, cần động cơ điện cho máy móc điện và cần loa trong điện thoại, radio và tivi. Cấu trúc cuộn dây thép từ được sử dụng trong nhiều dụng cụ và máy đo. Những điều này đã được đề cập khi thảo luận về nội dung khác.

Ứng dụng của nam châm trong y học

Những người đam mê chim bồ câu đều biết rằng nếu thả chim bồ câu đi xa hàng trăm km, chúng sẽ tự động quay trở về tổ của mình. Tại sao chim bồ câu có khả năng nhận biết nhà của mình tốt như vậy? Hóa ra chim bồ câu rất nhạy cảm với từ trường của Trái Đất và chúng có thể sử dụng những thay đổi trong từ trường của Trái Đất để tìm đường về nhà. Nếu bạn buộc một cục nam châm vào đầu chim bồ câu, nó sẽ bị mất. Nếu chim bồ câu bay qua các tháp vô tuyến, nhiễu điện từ mạnh cũng có thể khiến chúng bị lạc đường. Trong y học, cộng hưởng từ hạt nhân có thể được sử dụng để chẩn đoán mô bất thường ở người và xác định bệnh tật. Đây là công nghệ chụp cộng hưởng từ hạt nhân mà chúng ta quen thuộc hơn.

Nguyên lý cơ bản của nó như sau: hạt nhân nguyên tử mang điện tích dương và quay. Thông thường, sự sắp xếp của các trục spin hạt nhân là không đều, nhưng khi đặt trong từ trường bên ngoài, hướng không gian của các spin hạt nhân chuyển từ hỗn loạn sang trật tự. Véc tơ từ hóa của hệ spin tăng dần từ 0 và khi hệ đạt trạng thái cân bằng, cường độ từ hóa đạt giá trị ổn định. Nếu hệ thống spin hạt nhân bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài tại thời điểm này, chẳng hạn như sự kích thích tần số vô tuyến của hạt nhân nguyên tử ở một tần số nhất định, thì có thể gây ra hiệu ứng cộng hưởng.

Sau khi xung tần số vô tuyến dừng lại, các hạt nhân nguyên tử có hệ thống spin bị kích thích không thể duy trì trạng thái này và sẽ trở về trạng thái ban đầu trong từ trường, đồng thời giải phóng năng lượng yếu dưới dạng tín hiệu vô tuyến. Bằng cách phát hiện nhiều tín hiệu này và phân giải chúng theo không gian, chúng ta có thể thu được hình ảnh về sự phân bố của các hạt nhân nguyên tử đang chuyển động. Đặc điểm của NMR là chất lỏng chảy không tạo ra tín hiệu, được gọi là hiệu ứng dòng chảy hoặc hiệu ứng trống dòng chảy. Do đó, mạch máu là những cấu trúc hình ống màu trắng xám, trong khi máu có màu đen và không có tín hiệu. Điều này giúp tách các mạch máu khỏi mô mềm một cách dễ dàng.

Tủy sống bình thường được bao quanh bởi dịch não tủy, có màu đen và có màng cứng màu trắng được bao quanh bởi mỡ, khiến cho tủy sống trông giống như một cấu trúc tín hiệu mạnh màu trắng. Chụp cộng hưởng từ hạt nhân đã được sử dụng trong chẩn đoán hình ảnh nhiều hệ thống khác nhau trên cơ thể. Tác dụng tốt nhất là lên não, tủy sống, tim và các mạch máu lớn, khớp và xương, mô mềm và xương chậu. Đối với các bệnh tim mạch, máy không chỉ có thể quan sát những thay đổi về mặt giải phẫu của từng buồng tim, mạch máu lớn và van tim mà còn có thể phân tích tâm thất và đưa ra chẩn đoán định tính và bán định lượng. Thiết bị này có thể tạo ra nhiều hình ảnh cắt ngang với độ phân giải không gian cao, hiển thị hình ảnh tổng thể của tim và các tổn thương, cũng như mối quan hệ của chúng với các cấu trúc xung quanh, vượt trội hơn so với các phương pháp chụp X-quang, siêu âm hai chiều, chụp CT và chụp phóng xạ khác. Từ tính không chỉ có thể chẩn đoán mà còn giúp điều trị bệnh. Người ta sử dụng sự khác biệt về từ tính giữa các thành phần khác nhau trong máu để tách các tế bào hồng cầu và tế bào bạch cầu. Ngoài ra, sự tương tác giữa từ trường và kinh mạch của con người có thể đạt được liệu pháp từ tính, có tác dụng độc đáo trong việc điều trị nhiều loại bệnh. Đã có những ứng dụng như gối trị liệu từ tính và đai trị liệu từ tính. Thiết bị loại bỏ sắt làm bằng nam châm có thể loại bỏ bụi sắt có thể có trong bột mì, v.v. Nước từ hóa có thể ngăn ngừa tình trạng đóng cặn nồi hơi và hạt giống từ hóa có thể tăng năng suất cây trồng ở một mức độ nhất định. 

Ứng dụng từ tính trong thiên văn học và các lĩnh vực khác

Chúng ta đã biết rằng Trái Đất là một nam châm khổng lồ. Điều này liên quan gì tới điều kiện địa chất? Từ trường trong vũ trụ như thế nào?

Chúng ta đều đã từng nhìn thấy hiện tượng cực quang tuyệt đẹp, ít nhất là qua hình ảnh. Cực quang phương Bắc thực chất là kết quả của sự tương tác giữa các hạt trong gió Mặt Trời và từ trường của Trái Đất. Gió mặt trời là luồng các hạt tích điện năng lượng cao do Mặt trời phát ra. Khi đến Trái Đất, chúng sẽ tương tác với từ trường địa từ, giống như một sợi dây có dòng điện chịu tác động của lực trong từ trường, khiến các hạt này di chuyển và tập trung về phía Cực Bắc và Cực Nam, va chạm với lớp khí mỏng ở tầng cao trong bầu khí quyển của Trái Đất, khiến các phân tử khí bị kích thích và phát ra ánh sáng.

Vết đen mặt trời là khu vực có hoạt động từ trường mạnh trên Mặt trời. Sự phun trào của các vết đen mặt trời có thể ảnh hưởng đến cuộc sống của chúng ta, chẳng hạn như gây gián đoạn tạm thời việc liên lạc vô tuyến. Vì vậy, việc nghiên cứu các vết đen mặt trời có ý nghĩa rất lớn đối với chúng ta.

Những thay đổi trong từ trường của Trái Đất có thể được sử dụng để thăm dò các mỏ khoáng sản. Vì mọi chất đều có tính chất từ ​​mạnh hay yếu, nếu chúng tập hợp lại với nhau tạo thành các mỏ khoáng sản thì chắc chắn sẽ gây nhiễu loạn từ trường địa từ ở khu vực xung quanh, gây ra những bất thường trong từ trường địa từ. Dựa trên điều này, từ trường của Trái Đất có thể được đo trên đất liền, trên biển hoặc trên không để có được bản đồ địa từ.

Bằng cách phân tích và khám phá sâu hơn các khu vực có từ trường bất thường trên bản đồ địa từ, người ta thường có thể phát hiện ra các mỏ khoáng sản chưa biết hoặc các cấu trúc địa chất đặc biệt.
Đá từ các thời đại địa chất khác nhau thường có tính chất từ ​​tính khác nhau. Do đó, những thay đổi về tuổi địa chất và chuyển động của lớp vỏ trái đất có thể được đánh giá thông qua từ tính của đá.

Nhiều nguồn tài nguyên khoáng sản có tính cộng sinh, nghĩa là nhiều khoáng chất được trộn lẫn với nhau và chúng có các tính chất từ ​​tính khác nhau. Tận dụng đặc điểm này, người ta đã phát triển máy tách từ. Bằng cách tận dụng các tính chất từ ​​tính khác nhau và sức mạnh của các khoáng chất có thành phần khác nhau, các chất này sẽ bị nam châm thu hút. Lực hấp dẫn mà chúng nhận được là khác nhau, do đó, các khoáng chất hỗn hợp có tính chất từ ​​tính khác nhau có thể được tách ra, do đó đạt được khả năng tách khoáng chất từ ​​tính.

Ứng dụng từ tính trong lĩnh vực quân sự

Vật liệu từ tính cũng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực quân sự. Ví dụ, các loại mìn biển hoặc mìn đất thông thường chỉ có thể phát nổ khi tiếp xúc với mục tiêu nên hiệu quả của chúng bị hạn chế. Tuy nhiên, nếu lắp đặt cảm biến từ trên thủy lôi hoặc mìn trên bộ, vì xe tăng hoặc tàu chiến được làm bằng thép, khi chúng tiếp cận (mà không chạm vào mục tiêu), cảm biến có thể phát hiện những thay đổi trong từ trường và khiến thủy lôi hoặc mìn trên bộ phát nổ, do đó tăng tính sát thương của chúng.

Trong chiến tranh hiện đại, ưu thế trên không là một trong những chìa khóa để giành chiến thắng. Tuy nhiên, máy bay có thể dễ dàng bị radar của đối phương phát hiện trong khi bay, điều này khiến nó trở nên rất nguy hiểm. Để tránh bị radar của đối phương phát hiện, một lớp vật liệu từ tính đặc biệt – vật liệu hấp thụ – có thể được phủ trên bề mặt máy bay. Nó có thể hấp thụ sóng điện từ do radar phát ra, do đó chỉ có một lượng nhỏ sóng điện từ bị phản xạ sau khi sóng điện từ radar chạm vào máy bay. Do đó, radar của đối phương không thể phát hiện ra tín hiệu phản hồi radar và không thể tìm thấy máy bay, do đó máy bay có thể đạt được mục đích tàng hình. Đây là “máy bay tàng hình” nổi tiếng. Công nghệ tàng hình là chủ đề nóng trong lĩnh vực nghiên cứu quân sự trên thế giới. Máy bay chiến đấu tàng hình F117 của Hoa Kỳ là một ví dụ về việc sử dụng thành công công nghệ tàng hình.

Trong chương trình “Star Wars” của Hoa Kỳ, có một loại vũ khí mới – “vũ khí điện từ” – đang được phát triển và nghiên cứu. Pháo binh truyền thống sử dụng lực đẩy tạo ra bởi sự giãn nở tức thời của đạn dược khi nó phát nổ để nhanh chóng đẩy đạn ra khỏi nòng súng. Súng điện từ đặt viên đạn đại bác vào một ống dây điện từ và cung cấp năng lượng cho ống dây điện từ. Từ trường do ống điện từ tạo ra sẽ tạo ra lực đẩy cực lớn vào viên đạn đại bác, bắn nó ra ngoài. Đây chính là thứ được gọi là súng điện từ. Vũ khí tương tự bao gồm tên lửa điện từ.

Quy trình sản xuất

• 1.Nguyên liệu thô: Nguyên liệu thô chính của nam châm NdFeB là: kim loại đất hiếm neodymium, kim loại đất hiếm praseodymium, sắt nguyên chất, nhôm, hợp kim sắt bo và các nguyên liệu đất hiếm khác.
• 2.Công cụ xử lý nam châm NdFeB: Có các loại máy thái lát chuyên dụng, máy cắt dây, máy mài phẳng, máy hai mặt, máy đột, máy vát mép và thiết bị mạ điện.
• 3.Quá trình: Quy trình sản xuất nam châm NdFeB, nam châm SmCo, nam châm AlNiCo và nam châm Ferrite cũng khác nhau. Theo quan điểm quy trình, có nam châm NdFeB thiêu kết và nam châm NdFeB liên kết. Chúng tôi chủ yếu nói về nam châm NdFeB thiêu kết.

Trộn → nấu chảy và tạo thỏi → làm bột → ép → thiêu kết và ram → thử từ tính → nghiền → ghim → mạ điện → từ hóa → thành phẩm. Trong đó, thành phần là cơ sở, thiêu kết và ram là các công cụ sản xuất nam châm NdFeB chính: lò nấu chảy, máy nghiền hàm, máy nghiền bi, máy nghiền luồng không khí, máy ép, máy đóng gói chân không, máy ép đẳng tĩnh, lò thiêu kết, lò chân không xử lý nhiệt, máy kiểm tra tính chất từ, máy đo Gauss.

Ứng dụng công nghiệp

Ứng dụng tàu Maglev

Tàu đệm từ là hệ thống tàu cao tốc đệm từ sử dụng hệ thống treo, dẫn hướng và truyền động điện từ không tiếp xúc. Tốc độ của nó có thể đạt tới hơn 500 km/giờ, khiến nó trở thành phương tiện vận chuyển hành khách mặt đất nhanh nhất thế giới hiện nay. Nó có những ưu điểm là tốc độ cao, khả năng leo dốc mạnh, tiêu thụ năng lượng thấp, tiếng ồn khi vận hành thấp, an toàn và thoải mái, không tiêu thụ nhiên liệu, ít ô nhiễm và giá thành thấp. Và nó áp dụng phương pháp canh tác trên cao, chiếm rất ít diện tích đất canh tác. Maglev là loại tàu hỏa sử dụng các nguyên lý cơ bản của từ tính để bay trên đường ray thay thế cho bánh xe thép và đường ray cũ. Công nghệ đệm từ sử dụng lực điện từ để nâng toàn bộ toa tàu, loại bỏ lực ma sát khó chịu và tiếng kêu leng keng khó chịu, đồng thời đạt được khả năng “bay” nhanh mà không cần tiếp xúc với mặt đất và nhiên liệu.

Tàu đệm từ là bước đột phá cơ bản nhất trong công nghệ đường sắt kể từ khi đầu máy hơi nước “Rocket” của Stephenson được giới thiệu cách đây khoảng 200 năm. Mặc dù tàu đệm từ có vẻ là một thứ mới mẻ ngày nay, nhưng quá trình chuẩn bị lý thuyết của chúng thực ra đã có lịch sử lâu đời. Nghiên cứu về công nghệ đệm từ trường có nguồn gốc từ Đức. Ngay từ năm 1922, kỹ sư người Đức Hermann Kemper đã đề xuất nguyên lý đệm điện từ và nộp đơn xin cấp bằng sáng chế cho tàu đệm từ vào năm 1934. Sau khi bước vào những năm 1970, cùng với sự tăng cường không ngừng của sức mạnh kinh tế các nước công nghiệp trên thế giới, để nâng cao năng lực vận tải đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế của mình, các nước phát triển như Đức, Nhật Bản, Hoa Kỳ, Canada, Pháp và Vương quốc Anh đã bắt đầu lên kế hoạch phát triển hệ thống vận tải đệm từ.

Ứng dụng của NdFeB

Ứng dụng của nam châm NdFeB tại Trung Quốc như sau: 37% được sử dụng trong các lĩnh vực sản phẩm công nghệ cao, chẳng hạn như chụp cộng hưởng từ (MRI), rung điện thoại di động, cuộn dây âm thanh ổ đĩa cứng (VCM), trục chính ổ đĩa quang (DVD, CD-ROM), dụng cụ điện, xe điện và động cơ điều hòa không khí tần số thay đổi. Các ứng dụng trong lĩnh vực sản phẩm truyền thống tầm trung và thấp chiếm 63%, chẳng hạn như thiết bị âm thanh, thiết bị hấp phụ từ tính, máy tách từ và máy từ hóa.

Nam châm điện

Định nghĩa:

Một thiết bị có lõi sắt bên trong sử dụng cuộn dây dòng điện để tạo ra từ tính giống như nam châm được gọi là nam châm điện. Thường được làm thành dạng dải hoặc hình móng guốc. Lõi sắt phải được làm bằng sắt mềm hoặc thép silic dễ nhiễm từ và dễ khử từ. Một nam châm điện như vậy sẽ có từ tính khi có điện và từ tính sẽ biến mất khi ngắt điện. Nam châm điện được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày. Việc phát minh ra nam châm điện cũng cải thiện đáng kể công suất của máy phát điện.

Ứng dụng:

Nam châm điện được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống hàng ngày. Nam châm điện là ứng dụng của hiệu ứng từ của dòng điện (điện từ) và liên quan mật thiết đến cuộc sống như rơle điện từ, cần trục điện từ, tàu đệm từ, v.v.

Nam châm điện có thể được chia thành hai loại: nam châm điện DC và nam châm điện AC. Nếu phân loại nam châm điện theo công dụng, chúng chủ yếu có thể được chia thành năm loại sau:

• 1. Nam châm điện kéo: chủ yếu dùng để kéo các thiết bị cơ khí, đóng mở các loại van và thực hiện nhiệm vụ điều khiển tự động.
• 2. Nam châm điện nâng: dùng làm thiết bị nâng để nâng các vật liệu sắt từ như thỏi thép, thép, cát sắt, v.v.
• 3. Nam châm điện phanh – chủ yếu dùng để phanh động cơ để đạt được độ dừng chính xác.
• 4. Hệ thống điện từ của các thiết bị điện tự động – như hệ thống điện từ của rơle điện từ và tiếp điểm, bộ nhả điện từ của công tắc tự động và nam châm điện hoạt động.
• 5. Nam châm điện cho mục đích khác, chẳng hạn như mâm cặp điện từ cho máy mài và máy rung điện từ.

Nguyên tắc:

Khi cuộn dây điện từ được cấp điện, nó sẽ tạo ra một từ trường giống như một thanh nam châm. Hình tròn trong hình là mặt cắt ngang của dây dẫn, dấu chấm biểu thị dòng điện ra khỏi màn hình và dấu chéo biểu thị dòng điện chạy vào màn hình. Đường tròn elip có mũi tên là đường sức từ. Khi dòng điện một chiều chạy qua một dây dẫn, nó sẽ tạo ra từ trường. Khi đi qua một dây dẫn được tạo thành một ống dây điện từ, nó sẽ tạo ra một từ trường tương tự như từ trường của một thanh nam châm. Nếu thêm vật liệu từ vào tâm của ống dây điện từ, vật liệu từ sẽ bị từ hóa để đạt được hiệu ứng tăng cường từ trường. Nói chung, cường độ từ trường do nam châm điện tạo ra có liên quan đến kích thước của dòng điện một chiều, số vòng dây của cuộn dây và vật liệu dẫn từ ở trung tâm. Khi thiết kế nam châm điện, người ta chú ý đến sự phân bố các cuộn dây và việc lựa chọn vật liệu dẫn điện, đồng thời sử dụng kích thước của dòng điện một chiều để kiểm soát cường độ của từ trường. Tuy nhiên, vật liệu của cuộn dây có điện trở, làm hạn chế kích thước của từ trường mà nam châm điện có thể tạo ra. Tuy nhiên, với việc phát hiện và ứng dụng chất siêu dẫn, sẽ có cơ hội phá vỡ những hạn chế hiện tại.