Все металлы притягиваются магнитом. Магнитные свойства меди и ее сплавов
Любой энтузиаст, интересующийся ценными находками, должен знать, что из себя представляет поисковый магнит и какие металлы он притягивает. В основе его конструкции лежит мощный редкоземельный магнит на основе сплава неодима-железа-бора, который установлен в прочный стальной корпус с оцинкованным покрытием. Надежная защитная оболочка позволяет использовать изделие как в речной, так и в морской воде. Благодаря уникальным показателям усилия на отрыв поисковый магнит весом всего 2,3 кг позволяет поднять со дна водоема объекты массой до 300 кг (при идеальных условиях сцепления)
Какие металлы можно найти с помощью поискового магнита
Как и другие постоянные магниты, материал на основе неодимового сплава притягивает только ферромагнетики. Отличительной особенностью этой группы веществ является сохранение намагничивания материала при отсутствии внешнего магнитного поля. К ферромагнетикам относятся железо, никель и кобальт, а также их сплавы. Таким образом, поисковый магнит позволяет эффективно обнаруживать и поднимать объекты из этих металлов.Можно ли найти цветные металлы с помощью поискового магнита
Не стоит рассчитывать на обнаружение в чистом виде золота, серебра, алюминия, меди, а также других драгоценных или цветных металлов с помощью поискового магнита. По своим ферромагнитным свойствам эти материалы на несколько порядков уступают черным металлам. С другой стороны, отказываться от поисков тоже не стоит. Дело в том, что если в составе сплава объекта из цветного металла присутствует доля ферромагнетика (хотя бы несколько процентов), то его удастся обнаружить и поднять. Многочисленные фотоотчеты подтверждают это. В частности, энтузиасты успешно используют магниты для поиска металлов и находят с его помощью редкие монеты царской эпохи или советских времен.
При грамотном выборе места для поисковых работ удается обнаружить очень ценные и интересные находки. Хорошо притягиваются царские монеты, которые выпускались на монетном дворе Екатеринбурга. За это стоит благодарить высокое содержание железа в руде на одном из медных приисков. Кроме того, поисковикам часто попадаются монеты времен Анны Иоанновны - в их составе присутствует никель.
Выгодно заказывайте поисковые магниты
Интернет-магазин «Мир Магнитов» предлагает вам выбрать поисковый магнит с подходящим усилием отрыва, чтобы успешно решать любые поставленные задачи. Оформляйте заказ с привлекательными условиями доставки по всей России и в страны СНГ, и отправляйтесь к перспективному месту, чтобы обнаружить различные ценные и интересные объекты.Иногда случается так, что необходимо определить, из какого металла или сплава состоит монета. Первое, что приходит в голову - это обратить внимание на ее цвет. Но потом оказывается, что, например, желтая монета может быть сделана как из меди, латуни, никелево-медного сплава, так и из другого материала. Как же тогда быть? Распространенным методом проверки является использование магнита. Но для этого необходимо знать, медь магнитится или нет.
Медь не магнитится
Магнитные свойства
Каждый атом имеет величину, называемую суммарным магнитным моментом, которая определяется движением электронов по их орбите. Магнитный момент определяет величину восприимчивости вещества к магнитному полю. Все металлы делятся на три группы:
- Диамагнетики - вещества с отрицательной магнитной восприимчивостью, т. е. не магнитятся. Сюда относятся: цинк, золото, медь и другие.
- Парамагнетики - имеют положительное значение магнитной восприимчивости, но невысокое. Это магний, платина, хром, алюминий и другие. Магнитятся, но слабо.
- Ферромагнетики - это вещества, которые обладают сильной восприимчивостью к магнитному полю. Сюда относятся: никель, кобальт, железо, некоторые редкоземельные металлы, сплавы железа и другие.
Медь в таблице Менделеева
Сплавы и их магнитные свойства
Медь не магнитится. Если все-таки встречается монета, которая похожа на медь, но магнитными свойствами обладает, то скорее всего, это сплав. В таком сплаве меди будет не более 50%. Это может быть сделано специально, но бывали случаи, когда магнитные свойства проявляла медь, которая не была очищена от примесей в процессе изготовления монеты.
Любому человеку необходимы хотя бы минимальные знания о магнитных свойствах металлов. В большинстве случаев для определения меди этого достаточно - медное изделие к магниту не прилипнет.
В магнитных цепях различных электрических машин, трансформаторов, приборов и аппаратов электротехники, радиотехники и других отраслей техники встречаются разнообразные магнитные и немагнитные материалы.
Магнитные свойства материалов характеризуются величинами , и магнитной проницаемости.
Зависимость между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля, выраженная графически, образует кривую, называемую петлей . Пользуясь этой кривой, можно получить ряд данных, характеризующих магнитные свойства материала.
Переменное вызывает появление в магнитных материалах . Эти токи нагревают сердечники (магнитопроводы), что приводит к затрате некоторой мощности.
Для характеристики материала, работающего в переменном магнитном поле, суммарное значение мощности, затрачиваемой на гистерезис и вихревые токи при 50 Гц, относят к 1 кг веса материала. Эта величина называется удельными потерями и выражается в Вт/кг.
Магнитная индукция того или иного магнитного материала не должна превышать некоторой максимальной величины в зависимости от вида и качества данного материала. Попытки увеличить индукцию приводят к увеличению потерь энергии в данном материале и его нагреву.
Магнитные материалы классифицируются как магнитно-мягкие и магнитно-твердые.
Магнитно-мягкие материалы
Магнитно-мягкие материалы должны отвечать следующим требованиям:
- обладать большой относительной магнитной проницаемостью µ, позволяющей получать большую магнитную индукцию B при возможно малом числе ампер-витков;
- иметь возможно меньшие потери на гистерезис и вихревые токи;
Магнитно-мягкие материалы используются в качестве магнитопроводов электрических машин, сердечников трансформаторов, дросселей, реле, электроизмерительных приборов и тому подобном. Рассмотрим некоторые магнитно-мягкие материалы.
Электротехническое железо
получают путем электролиза сернистого или хлористого железа с последующей плавкой в вакууме продуктов электролиза. Измельченное в порошок электролитическое железо идет на изготовление магнитных деталей по типу изготовления керамики или пластмасс.
получается в виде порошка в результате термического разложения вещества, в состав которого входит железо, углерод и кислород .
При температуре 1200 °С порошок карбонильного железа спекается и идет на изготовление таких же деталей, которые выполняются из электролитического железа. Карбонильное железо отличается высокой чистотой и пластичностью; применяется в электровакуумной промышленности, а также в приборостроении для изготовления лабораторных инструментов и приборов.
Рассмотренные нами два вида особо чистого железа (электролитическое и карбонильное) содержат не более 0,05 % примесей.
является наиболее распространенным материалом в электромашиностроении и трансформаторостроении. Электротехническая легируется кремнием для улучшения ее магнитных свойств и уменьшения потерь на гистерезис. Кроме того, в результате введения кремния в состав стали увеличивается ее удельное сопротивление, что приводит к уменьшению потерь на вихревые токи. Толщина листа в зависимости от марки стали 0,3 и 0,5 мм. Электротехническая сталь, прокатанная в холодном состоянии с последующим отжигом в атмосфере водорода, имеет особо высокие магнитные свойства. Это объясняется тем, что кристаллы металла располагаются параллельно направлению прокатки. Такая сталь обозначается буквами ХВП (холоднокатаная высокой проницаемости, текстурированная). Листы стали имеют размеры от 1000 × 700 до 2000 × 1000 мм.
Марки электротехнической стали раньше обозначались, например, так: Э3А, Э1АБ, Э4АА. Буква Э означает - электротехническая сталь; буква А - пониженные потери мощности в переменном магнитном поле; буквы АА - особо низкие потери; буква Б - повышенная магнитная индукция; цифры 1 - 4 показывают количество содержащегося в стали кремния в процентах.
Согласно ГОСТ 802-54, введены новые обозначения марок электротехнической стали, например: Э11, Э21, Э320, Э370, Э43. Здесь буква Э обозначает - электротехническая сталь; первые цифры: 1 - слаболегированная кремнием; 2 - среднелегированная кремнием; 3 - повышенолегированная кремнием и 4 - высоколегированная кремнием. Вторые цифры в обозначении марок указывают на следующие гарантированные магнитные и электрические свойства сталей: 1, 2, 3 - удельные потери при перемагничивании сталей при частоте 50 Гц и магнитная индукция в сильных полях; 4 - удельные потери при перемагничивании сталей при частоте 400 Гц и магнитная индукция в средних полях; 5, 6 - магнитная проницаемость в слабых полях (H менее 0,01 А/см); 7, 8 - магнитная проницаемость в средних полях (H от 0,1 до 1 А/см). Третья цифра 0 указывает на то, что сталь холоднокатаная, текстурированная.
сплав железа и никеля. Примерный состав пермаллоя: 30 - 80 % никеля, 10 - 18 % железа, остальное , молибден, марганец, хром. Пермаллой хорошо обрабатывается и выпускается в виде листов. Обладает очень высокой магнитной проницаемостью в слабых магнитных полях (до 200 000 Гн/см). Пермаллой применяется для изготовления деталей телефонной и радиотехнической связи, сердечников трансформаторов, катушек индуктивности, реле, деталей электроизмерительных приборов.
сплав алюминия, кремния и железа. Примерный состав альсифера: 9,5 % кремния, 5,6 % алюминия, остальное железо. Альсифер - твердый и хрупкий сплав, поэтому он обрабатывается с трудом. Преимущества альсифера - высокая магнитная проницаемость в слабых магнитных полях (до 110 000 Гн/см), большое удельное сопротивление (ρ = 0,81 Ом × мм²/м), отсутствие в его составе дефицитных металлов. Применяется для изготовления сердечников, работающих в высокочастотных установках.
Пермендюр
сплав железа с кобальтом и ванадием (50 % кобальта, 1,8 % ванадия, остальное железо). Пермендюр выпускается в виде листов, полос и лент. Применяется для изготовления сердечников электромагнитов, динамических репродукторов, мембран, телефонов, осциллографов и тому подобного.
Магнитодиэлектрики
Это магнитно-мягкие материалы, раздробленные в мелкие зерна (порошок), которые изолируются одно от другого смолами или другими связками. В качестве порошка магнитного материала применяется электротехническое железо, карбонильное железо, пермаллой, альсифер, магнетит (минерал FeO · Fe 2 O 3). Изолирующими связками являются: шеллак, фенолоформальдегидные смолы, полистирол, жидкое стекло и другие. Порошок магнитного материала смешивают с изолирующей связкой, тщательно перемешивают и из полученной массы прессуют под давлением сердечники трансформаторов, дросселей, деталей радиоаппаратуры. Зернистое строение магнитодиэлектрических материалов обуславливает малые потери на вихревые токи при работе этих материалов в магнитных полях токов высокой частоты.
Магнитно-твердые материалы
Магнитно-твердые материалы применяются для изготовления . Эти материалы должны отвечать следующим требованиям:
- обладать большой остаточной индукцией;
- иметь большую максимальную магнитную энергию;
- обладать стабильностью магнитных свойств.
Самым дешевым материалом для постоянных магнитов является углеродистая сталь (0,4 - 1,7 % углерода, остальное - железо). Магниты, изготовленные из углеродистой стали, обладают невысокими магнитными свойствами и быстро теряют их под влиянием нагрева, ударов и сотрясений.
Легированные стали обладают лучшими магнитными свойствами и применяются для изготовления постоянных магнитов чаще, чем углеродистая сталь. К таким сталям относятся хромистая, вольфрамовая, кобальтовая и кобальто-молибденовая.
Для изготовления постоянных магнитов в технике разработаны сплавы на основе железа - никеля - алюминия. Эти сплавы отличаются высокой твердостью и хрупкостью, поэтому они могут обрабатываться только шлифованием. Сплавы обладают исключительно высокими магнитными свойствами и большой магнитной энергией в единице объема.
В таблице 1 приведены данные о составе некоторых магнитно-твердых материалов для изготовления постоянных магнитов.
Таблица 1
Химический состав магнитно-твердых материалов
Немагнитные материалы
В различных приборах и аппаратах, применяемых в электротехнике, необходимо иметь материал, не обладающий магнитными свойствами. Для таких целей пригодны пластмасса и цветные металлы (алюминий, ). Однако эти материалы обладают малой механической прочностью, а некоторые из них дефицитны. В связи с этим они заменяются немагнитной сталью и немагнитным чугуном.
Примерный состав немагнитной стали: 0,25 - 0,35 % углерода, 22 - 25 % никеля, 2 - 3 % хрома, остальное - железо. Немагнитная сталь применяется для стяжки и крепления трансформаторов, дросселей, катушек индуктивности и тому подобного.
Примерный состав немагнитного чугуна: 2,6 - 3 % углерода, 2,5 % кремния, 5,6 % марганца, 9 - 12 % никеля, остальное - железо.
Немагнитный чугун применяется для изготовления крышек, кожухов, втулок, масляных выключателей, кабельных муфт, кожухов сварочных трансформаторов.
Какие металлы взаимодействуют с магнитами
Различные материалы по-разному реагируют в присутствии магнитов и магнитного поля. Металлы, такие как железо, никель и кобальт, сильно притягиваются к магнитам, и они известны как ферромагнитные металлы. Другие материалы могут слабо притягиваться, и есть даже металлы, которые отталкиваются от магнитов. Черные металлы не только притягиваются магнитами, но и могут намагничиваться, будучи подвергнутыми воздействию магнитного поля.
"
Ферромагнитные металлы
Ферромагнитные металлы сильно притягиваются к объектам с магнитнымм полями и могут сохранять свои магнитные свойства после удаления магнита от них. Они используются для создания постоянных магнитов. Основными ферромагнитными металлами являются железо, никель, кобальт, гадолиний и диспрозий. Если вы держите кусок ферромагнитного металла рядом с магнитом, то ощутите достаточно сильное притяжение.
"
Ферромагнитные сплавы
Ферромагнитные сплавы представляют собой материалы, такие как сталь, которая содержит ферромагнитные металлы. Сталь представляет собой комбинацию железа и нескольких других металлов и имеет большую твердость, чем железо. Из-за этой твердости сталь может сохранить свой магнетизм дольше, чем железо. При нагревании до высокой температуры сталь теряет свои магнитные свойства. Это также произойдет с ферромагнитными металлами, такими как никель.
"
Ферримагнитные материалы
Ферримагнитные материалы представляют собой ферриты, магнетит и магний. Все они имеют оксиды железа в качестве основного компонента, а также оксиды других металлов. Люди впервые обнаружили магнетизм с помощью лодстнонов. Лодстоун – магнетит, который находится естественным образом намагниченным. Магнетит притягивается к магнитным полям, но обычно сам не намагничивается. Ферримагнитные материалы похожи на ферромагнетики, но с более низким магнитным притяжением.
"
Парамагнитные металлы
Парамагнитные металлы слабо притягиваются к магниту и не сохраняют магнитных свойств при удалении от магнита. К ним относятся медь, алюминий и платина. Магнитные свойства парамагнитных металлов зависят от температуры, а алюминий, уран и платина становятся более притягивающимися для магнитных полей, когда они очень холодные. Парамагнитные вещества имеют гораздо меньшие силы притяжения для магнитов, чем ферромагнитные материалы, и для измерения магнитного притяжения необходимы высокочувствительные инструменты.
.
   Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
   Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.
Известна железная руда - магнитный железняк. Куски магнитного железняка обладают замечательным свойством притягивать к себе железные и стальные предметы. Это - естественные магниты. Лёгкая стрелка, сделанная из магнитного железняка, всегда поворачивается одним и тем же концом к северному полюсу Земли. Этот конец магнита условились считать северным полюсом, а противоположный ему - южным.
Если железный или стальной стержень привести в соприкосновение с магнитом, стержень сам становится магнитом, сам будет притягивать железные опилки, стальные гвозди. Говорят, что стержень намагничивается.
Намагничиваться способны все металлы, но в разной степени. Очень сильно намагничиваются только четыре чистых металла - железо, кобальт, никель и редкий металл гадолиний. Хорошо намагничиваются также сталь, чугун и некоторые сплавы, не содержащие в своём составе железа, например сплав никеля и кобальта. Все эти металлы и сплавы называют ферромагнитными (от латинского слова «феррум» - железо).
Совсем слабо притягиваются к магниту алюминий, платина, хром, титан, ванадий, марганец. Намагничиваются они так незначительно, что без специальных приборов обнаружить их магнитные свойства нельзя. Эти металлы получили название парамагнитных (греческое слово «пара» означает около, возле).
Висмут, олово, свинец, медь, серебро, золото намагничиваются тоже очень слабо, но они не притягиваются магнитом, а наоборот, очень слабо отталкиваются от него и называются поэтому диамагнитными («диа» по - гречески значит поперёк).
Почему же одни металлы намагничиваются сильно, а другие - слабо?
Поднесём к медной проволоке, по которой течёт ток от батареи, несколько магнитных стрелок. Стрелки расположатся так, как показано на рисунке 13. Это значит, что на стрелки действуют магнитные силы; другими словами - вблизи проводника с током возникает магнитное поле. Возникновение магнитного поля есть результат движения электрических зарядов - электронов.
Теперь вспомним об атоме. Вокруг центральной части атома - ядра - движутся электроны. Каждый электрон, кроме того, вращается и вокруг собственной оси. Каждый электрон также создаёт на своём пути магнитное поле.
В атомах висмута, олова и других диамагнитных металлов магнитые поля отдельных электронов направлены навстречу друг другу, и действие одного поля уничтожается действием другого. Таким образом, атомы диамагнитного металла не имеют магнитных свойств. Но диамагнитные тела слабо отталкиваются от магнита. Почему же это происходит?
Если какое-нибудь вещество внести в поле магнита, то атомы этого вещества будут равномерно вращаться в магнитном поле; вращение приводит к тому, что атомы получают магнитные свойства, становятся как бы маленькими, очень слабыми магнитиками. Учёные точно рассчитали, что северный полюс каждого атома-магнитика оказывается при этом против северного полюса магнита (рис. 14). А так как одноимённые магнитные полюса от
талкиваются, атом должен отталкиваться магнитом. Именно такой и только такой магнетизм обнаруживается у диамагнитных металлов.
Иное дело - парамагнитные и ферромагнитные металлы. Атомы этих металлов построены так, что отдельные магнитные поля электронов усиливают
Рис. 14. Схема намагничения разных металлов.
О> о> о»
Друг друга и каждый атом уже является маленьким магнитиком с двумя полюсами. В чём же разница между этими двумя группами металлов?
В парамагнитных металлах атомы-магнитики расположены совершенно беспорядочно (рис. 14). В магнитном поле атомы тоже начинают вращаться (это общее для всех атомов свойство), и вращение приводит к тому же, что и у диамагнитных металлов. Но диамагнетизм здесь обнаружить не удаётся, так как у парамагнитных атомов есть гораздо более сильные «собственные» магнитные полюса (результаты наложения друг на друга магнитных полей отдельных электронов) и эти полюса будут вести себя обычным образом: северный полюс будет стремиться к южному полюсу магнита, а южный - к северному. Если
бы атомы не совершали теплового движения, они быстро установились бы в полном порядке (северными полюсами к южному полюсу магнита) и парамагнитный металл можно было бы намагнитить так же сильно, как и ферромагнитный. Но при обычных температурах этого не происходит: тепловое движение всё время расшатывает строй атомов, и металл намагничивается очень слабо.
Иная картина наблюдается в ферромагнитных металлах.
Учёные предполагают, что между атомами ферромагнитных тел действуют особые мощные электрические силы. Благодаря наличию этих сил атомы - магнитики в определённых участках кристалла выстраиваются в строгом порядке и сохраняют свое расположение (рис. 14). Поэтому в кристаллах железа, кобальта, никеля и гадолиния есть отдельные скопления атомов, сотни миллиардов атомов, магнитные полюса которых расположены одинаково. Такие самопроизвольно намагниченные скопления называются доменами. Границы их можно видеть в микроскоп, если на поверхность ненамагничен - ного металла навести очень тонкую железную пыль. Пылинки собираются у границ доменов, у полюсов (рис. 15).
Когда железо или другой ферромагнитный металл вносится в магнитное поле, полюса отдельных скоплений постепенно смещаются, пока северные полюса доменов не станут против южного полюса магнита.
Большая заслуга в развитии наших знаний о ферромагнитных явлениях принадлежит советским учёным Н. С. Акулову, Е. И. Кондорскому и другим.
Мы уже отмечали, что тепловое движение мешает атомам-магнитикам выстраиваться в магнитном поле даже при обычных температурах. При нагревании эти «помехи» усиливаются, и чем выше температура, тем труднее намагнитить металл. Для каждого ферромагнитного металла существует определённая температура, при которой он уже становится парамагнитным. Эти температуры в честь открывшего их физика Пьера Кюри названы точками Кюри. Для кобальта точка
Кюри - около 1000°, для железа - примерно 750°, а для никеля - 360°.
Ферромагнитный металл намагничивается в магнитном поле. Это не значит, что для получения магнита обязательно нужен естественный магнит. Получить магнит можно и с помощью электрического тока. Если железный стержень обмотать изолированной проволокой, а затем пропускать по ней ток, стержень (сердечник) намагнитится (рис. 16). Полученный таким путём магнит называют электромагнитом. Как только ток в проволоке прекращается, электромагнит теряет свою силу - железо почти полностью размагничивается. Это свойство электромагнита весьма денно в тех случаях, когда действие магнитной силы необходимо лишь на определённое время.
Электромагниты применяются очень широко. Электромагнит - необходимая деталь телеграфного аппарата, телефона, электрического звонка, динамомашины, электромотора, электромагнитного подъёмного крана.
Если сердечник электромагнита сделать не из железа, а из стали, то после выключения тока магнитные свойства не исчезнут, сталь не размагнитится: строение этого сплава неоднородно, и поэтому восстановление прежнего беспорядка в расположении полюсов отдельных доменов затруднено. Железо легче намагнитить, чем сталь, легче его и размагнитить. Поэтому сердечники электромагнитов делаются именно из железа, а на изготовление постоянных магнитов идёт сталь.
Постоянные магниты необходимы для изготовления компасов, радиорепродукторов, различных измерительных электроприборов и т. д. Они делаются обычно из высокоуглеродистой стали. Теперь начинают применяться постоянные магниты из нового сильно намагничивающегося сплава м а г н и к о, который состоит из кобальта, никеля, меди, алюминия и железа. Магнико создан советскими металловедами А. С. Займовским и Б. Г. Лившицем.