U životu se često čujemo u magiji trajnih magneta - mali magnet može lako apsorbirati željezne nokte i željezne listove koji su nekoliko puta teže od sebe, dovodeći nam mnoge pogodnosti. Pa zašto trajni magneti imaju takve magične moći da apsorbiraju stvari? Kako rade? Danas, pustite nas duboko u mikroskopski svijet i istražite tajne trajnih magneta.
1. Mikroskopsko podrijetlo magnetizma
Magnetizam odTrajni magnetipotječe iz mikroskopskog mehanizma na atomskom nivou. Glavni elementi koji čine trajne magnete, poput željeza, kobalta i nikla, imaju jedinstvene atomske strukture. U atomima se elektroni kreću oko jezgra, a sami elektroni imaju i okretni pokret. Oba ova pokreta generirat će sitne struje, koje zauzvrat čine magnetske trenutke. Svaki atom je poput malenog "magneta".
U većini uobičajenih supstanca su u pravcu atomskih magnetskih trenutaka kaotični, a magnetna polja generiraju otkaz jedni drugima, čineći tvari ne-magnetne na makroskopskoj skali. Međutim, u materijalima trajnih magneta, zbog posebnog rasporeda atomske strukture, ovi atomski magnetni trenuci mogu se spontano urediti uredno u malom rasponu da bi se formirali male površine, koje nazivamo magnetske domene.
Magnetska domena je ključni koncept za razumijevanje magnetizma trajnih magneta. Unutar svake magnetske domene, uputstva svih atomskih magnetskih trenutaka su dosljedni, što rezultira snažnim neto magnetnim poljem. U nemagnets trajnim magnetnim materijalima, raspored magnetskih domena je poremećen, magnetna polja svake domene otkazuju jedni druge, a materijal u cjelini nije magnetni izvana.
Kada je trajni magnet podvrgnut vanjskom magnetskom polju (kao što je određeno magnetno polje koje se primjenjuje tijekom procesa proizvodnje), magnetne domene postepeno će prilagoditi svoj smjer i skloni su u skladu sa smjerom vanjskog magnetskog polja. Jednom kada se ukloni vanjski magnetni polje, većina magnetskih domena može još uvijek održavati ovaj uredan aranžman, što je stalni magnet dajući trajni magnetizam. Ovo je poput mnogih malih magnetnih igle koje prvobitno pokazuju, ali su ujednačene pod vodstvom vanjskih snaga, a oni ostaju redoslijedom nakon uklanjanja sile.
3. Privlačenje feromagnetskih materijala
Trajni magneti mogu privući feromagnetske materijale poput željeza, kobalta i nikla zbog interakcije između magnetnih polja. Kada je trajni magnet u blizini feromagnetskog materijala, snažno magnetno polje stalnog magneta utječe na atomski magnetski trenutak unutar feromagnetskog materijala. Atomske magnetne trenutke u feromagnetskim materijalima izvorno su neuređeni. Pod "naredbom" magnetskog polja stalnog magneta, postepeno će prilagoditi svoj smjer i skloni su u skladu sa smjerom magnetskog polja trajnog magneta, generirajući induciranim magnetizmom.
U ovom trenutku jedan kraj feromagnetskog materijala u blizini stalnog magneta formirat će magnetni pol nasuprot magnetskom paltu trajnog magneta. Prema osnovnom zakonu "suprotnih magnetnih stupova međusobno privlače između magnetnih stupova, snažno se atrakcija biće generiralo između trajnog magneta i feromagnetskog materijala, na taj način realizirajući fenomen da trajni magnet privlači feromagnetske materijale.
Jezgra rada stalnog magneta nalazi se u stabilnom i trajnom magnetnom polju. U praktičnim primjenama magnetsko polje koje proizlazi na trajni magnet može izvršiti silu na magnetske materijale ili provodećih vodiča u okolini. Na primjer, u električnom motoru, trajni magnet je pričvršćen na vanjsku školjku za generiranje stabilnog magnetskog polja. Kada se struja prođe kroz internu zavojnicu, a nanošenje tekućih zavojnica djeluje u magnetskom polju stalnog magneta u magnetskom polju stalnog magneta, čime se stvara kretanje rotacije, efikasno pretvaranje električne energije u mehaničku energiju i pokreću razne uređaje za rad.
U zvučniku, magnetno polje stalnog magneta djeluje s audio strujom koja prolazi kroz glasovnu zavojnicu. Audio struja se mijenja zvučnim signalom, generirajući silu koja se mijenja signalom u magnetskom polju, pokretajući glasovnu zavojnicu i dijafragma povezana na njega da biste vibrirali, a zatim guranje zraka, vraćajući električni signal na zvuk koji čujemo. U uređajima za pohranu na tvrdom disku koriste se trajni magneti za proizvodnju stabilnog magnetskog polja, a glava za čitanje tvrdog diska koristi promjenu magnetnog polja za čitanje i pisanje podataka, realizacija pohrane i čitanje informacija.
Razlog zašto trajni magneti mogu privući stvari je da su magnetne domene koje su formirane magnetskim trenucima atoma unutar njih raspoređene na uredan način u određenim uvjetima, a interakcija između magnetnog polja stvorila je i na taj način i feromagnetski materijal. Njegov radni proces je postići više funkcija kao što su pretvorba energije, obrada signala, adsorpcija objekta itd. Kroz stabilno magnetsko polje i koordinaciju s drugim fizičkim elementima u različitim scenarijima aplikacija. Od drevnih kompasa do modernog visokotehnološke opreme, trajni magneti su svugdje i nastavljaju da doprinose magičnoj moći ljudskom životu i tehnološkom razvoju.
5. Ključna uloga trajnih magneta u polju zelene energije
Na pozadini globalne promocije transformacije zelene energije, trajni magneti igraju ključnu ulogu. U oblasti proizvodnje vjetroelektrane, stalni magnetni sinkroni generatori postali su glavni izbor zbog karakteristika stalnih magneta. Tradicionalni generatori često zahtijevaju dodatne sustave uzbuđenja, dok stalni magnetni sinhroni generatori koriste magnetno polje koje generira stalne magnete, bez potrebe za složenim avizacijskim uređajima, uvelike pojednostavljuju strukturu. To ne samo da smanjuje troškove kvara i troškove održavanja opreme, već i poboljšava efikasnost proizvodnje električne energije. Na primjer, u oštrom morskom okruženju naftarnih vjetroturbina, magnet sinhroni generatori oslanjaju se na stabilan magnetizam trajnih magneta za kontinuirano i efikasno pretvoriti energiju vjetra u električnu energiju, osiguravajući garanciju za opskrbu velikim energijom.
U industriji električnih vozila stalni magneti su takođe jedna od osnovnih komponenti. Stalni magnetni sinhroni motori postali su preferirano rješenje za električne pogonske motore sa visokom gustoćom snage, visoku efikasnost i dobre performanse regulacije brzine. Snažno magnetno polje koje proizvedeno stalnim magnetima omogućuje motoru da iznosi snažnu snagu u manjoj jačini i proširuje se raspon krstarenja vozila. Štaviše, tokom kočnog procesa vozila, stalni magnetni sinkroni motori mogu postići i energetski oporavak, daljnje poboljšati iskorištavanje energije, pomoći električnim vozilima da budu energetski efikasniji i ekološki prihvatljiviji i ubrzavaju proces zelene transformacije u transportnoj oblasti.
6. Budući razvojni trend trajnih magneta
Sa kontinuiranim napredovanjem nauke i tehnologije, razvojni izgledi trajnih magneta su široke, ali suočavaju se i sa mnogim izazovima. Iz perspektive razvoja trendova, s jedne strane, istraživanje i razvoj materijala s većim magnetskim svojstvima nastavit će se napredovati. Istraživači stalno istražuju nove elemente i procese pripreme, nadajući se da će razviti trajne magnetne materijale s većim magnetskim energetskim proizvodom, prisilnom silom i temperaturnom stabilnošću kako bi se zadovoljile vrhunske i kvantni računanje za ekstremne magnetna svojstva. S druge strane, minijatura i integracija bit će važni smjerovi za primjenu trajnih magneta. U oblasti elektroničkih informacija, kako se CHIP tehnologija razvija prema manjim i većim performansama, minijaturiziranim trajnim magnetima koji su kompatibilni s njom potrebni su za pružanje preciznih magnetskih polja za mikroelektromehaničke sisteme (MEMS), nano-skale senzora itd.