§ 62. Применение магнитов

Определения и обозначения

Постоянный магнит — тело, которое длительно сохраняет магнитные свойства. Его притяжение используют, например, чтобы собирать железные предметы или удерживать их рядом с магнитом. Такой магнит действует и без подключения к электрической цепи.

Электромагнит — катушка с током, обычно с железным сердечником, создающая магнитное поле. Сердечник усиливает действие катушки, потому что сам намагничивается под влиянием поля. Электромагнит можно включать и выключать, управляя током в катушке.

Магнитный сепаратор — устройство, которое разделяет материалы с помощью магнитного притяжения. Оно отделяет магнитные частицы, например железо, от немагнитных веществ — например, песка. Это позволяет сортировать смесь без ручного перебирания каждой частицы.

Магнитный подъёмный кран — устройство с мощным электромагнитом для подъёма и переноса железных предметов. Когда ток включён, магнит удерживает груз, а после отключения тот освобождается. Такой принцип удобен там, где приходится перемещать много тяжёлых деталей.

Как это устроено

Магнитное притяжение позволяет захватывать некоторые железные предметы и перемещать их без крючка или зажима. Для небольшой детали может хватить постоянного магнита, который всегда сохраняет магнитное действие. Если нужно удерживать тяжёлый груз и затем быстро отпускать его, удобнее электромагнит. Поэтому устройство выбирают не только по силе притяжения, но и по тому, требуется ли управлять действием магнита.

В подъёмном кране ток проходит по виткам катушки и создаёт вокруг неё магнитное поле. Железный сердечник усиливает поле, поэтому электромагнит может удерживать тяжёлые железные предметы. Кран подводят к грузу, включают ток и поднимают груз, пока магнит притягивает его. В нужном месте ток отключают: поле катушки исчезает или сильно ослабевает, и груз можно оставить.

В магнитном сепараторе смесь проходит рядом с магнитом или электромагнитом. Частицы железа притягиваются и отделяются от основного потока, а песок и другие немагнитные вещества продолжают двигаться дальше. Сортировка происходит благодаря различию магнитных свойств, а не потому, что частицы имеют разную массу или размер. Такой способ удобен для обработки больших количеств материала и позволяет извлекать из смеси именно магнитные частицы.

В компасе находится магнитная стрелка, которая может свободно поворачиваться. На неё действует магнитное поле Земли, и стрелка устанавливается вдоль его направления. Благодаря этому компас помогает ориентироваться, хотя его показание связано именно с магнитным полем Земли, а не с точным указанием на географический север. Поблизости от сильных магнитов или электрических устройств стрелка может отклоняться.

Постоянный магнит сохраняет свойства без электрического питания, поэтому для простых задач его не нужно подключать. Электромагнит действует, пока по его катушке проходит ток, а силу его действия можно менять, изменяя ток или устройство катушки. Это делает электромагнит управляемым, но для его работы нужен источник электрической энергии. Значит, постоянный магнит удобен для постоянного притяжения, а электромагнит — когда действие требуется включать, выключать или регулировать.

Применение магнитов и принцип действия устройств

В таблице удобно сравнивать устройства по тому, как именно в них используется магнитное действие. Сначала найдите задачу, которую нужно решить, а затем посмотрите, какое устройство для неё подходит. Например, компас помогает ориентироваться, а кран перемещает железные грузы.

Разбор задач

Задача 1. Нужно поднять железные детали, а затем оставить их в другом месте. Какой магнитный прибор выбрать и как им пользоваться?

1. Определяем материал груза: детали железные, поэтому магнит будет их притягивать.
2. Для подъёма выбираем кран с электромагнитом: его поле достаточно сильно для удерживания деталей.
3. Подводим кран к грузу и включаем ток, чтобы электромагнит захватил детали. Переносим их, а в нужном месте отключаем ток, чтобы освободить груз.

Ответ: нужен подъёмный кран с электромагнитом. Ток включают для захвата и переноса деталей, а отключают, чтобы оставить их в другом месте.

Задача 2. В смеси железных опилок и песка требуется отделить железо. Как выполнить разделение и на чём оно основано?

1. Сравниваем магнитные свойства веществ: железные опилки притягиваются магнитом, а песок — нет.
2. Подносим магнит или магнитный сепаратор к смеси. Железные частицы притянутся к нему, а песок останется отдельно.
3. Убираем магнит над отдельной ёмкостью, чтобы собрать опилки. Если используется электромагнит, его можно отключить и тем самым освободить собранное железо.

Ответ: смесь разделяют магнитом или сепаратором. Железо притягивается, а песок не притягивается, поэтому разделение основано на различии магнитных свойств.

Задача 3. На производстве нужно отделять железные частицы от большого потока сыпучего материала, причём запуск и остановку устройства требуется контролировать. Какое решение подходит и почему?

1. Учитываем, что требуется обрабатывать поток материала, поэтому ручное отделение частиц неудобно.
2. Выбираем электромагнитный сепаратор: он притягивает железные частицы, пока материал проходит рядом с ним.
3. Подключаем ток для сортировки и отключаем его, когда устройство нужно остановить или освободить от собранных частиц.

Ответ: подходит электромагнитный сепаратор. Он отделяет железо от немагнитного материала, а его действие можно контролировать с помощью тока.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что магнит притягивает любые металлы. Это представление возникает потому, что железные предметы часто встречаются в быту, а слово «металл» принимают за признак магнитности. На деле заметно притягиваются, например, железо и сталь, но не все металлы. Проверьте себя: если предмет сделан из меди или алюминия, обычный магнит не должен заметно притянуть его.

Ошибка — полагать, что электромагнит после отключения тока действует так же, как постоянный магнит. Путают эти устройства, потому что оба создают магнитное действие. У электромагнита оно связано с током и после отключения резко ослабевает. Проверка проста: выясните, проходит ли ток по катушке, прежде чем объяснять притяжение.

Ошибка — считать, что компас точно указывает на географический север. Так думают, потому что стрелку используют для поиска сторон света. Но она ориентируется по магнитному полю Земли, и магнитное направление не следует без оговорок отождествлять с географическим. Проверяйте формулировку: компас показывает направление магнитного поля.

Ошибка — объяснять работу сепаратора массой или размером частиц. Эти признаки иногда помогают сортировать вещества, поэтому их можно ошибочно принять за причину разделения. Магнитный сепаратор действует иначе: он притягивает частицы с магнитными свойствами. Чтобы проверить объяснение, спросите, притянется ли вещество к магниту независимо от его размера.

Связь с другими темами

Для понимания применения магнитов нужно знать, что вокруг магнита существует магнитное поле и что магнит притягивает не все вещества. Работа подъёмного крана и электромагнитного сепаратора опирается на устройство электромагнита и зависимость его действия от тока. Эти знания пригодятся при изучении электродвигателя, электрического звонка и других устройств с электромагнитами. В них магнитное поле помогает создавать движение или управлять работой механизма.

Что запомнить

• Магниты применяют там, где нужно использовать их притяжение.
• Компас ориентируется благодаря магнитному полю Земли.
• Электромагнит можно включать и выключать, управляя током.
• Магнитный кран поднимает железные предметы.
• Сепаратор отделяет магнитные частицы от немагнитных.
• Магнит притягивает не все металлы.