Co to jest magnes i jak działa?
Kompletny przewodnik po świecie magnetyzmu: od definicji fizycznej, przez klasy mocy, aż po zastosowania przemysłowe.
Wybierz kształt magnesu:
1. Podstawy fizyki i budowa magnesu
Magnes to obiekt wytwarzający pole magnetyczne, zdolny do przyciągania ferromagnetyków (np. żelaza, stali, niklu). Wyróżniamy magnesy trwałe (stałe) oraz elektromagnesy. Nowoczesne magnesy neodymowe to szczyt inżynierii materiałowej – są trwałe i nie tracą mocy z czasem (spadek to zaledwie 1% na 10 lat).
Działanie magnesu wynika z uporządkowanego ruchu elektronów w atomach. W materiałach ferromagnetycznych (jak żelazo, kobalt, neodym) atomy łączą się w grupy zwane domenami. Gdy domeny te zostaną ustawione w jednym kierunku, materiał zyskuje trwałe właściwości magnetyczne. Każdy magnes posiada dwa bieguny: Północny (N) i Południowy (S). Jednakowe bieguny się odpychają, a przeciwne przyciągają.
Magnesy neodymowe to spieki ceramiczne (proszek prasowany w polu magnetycznym). Ich skład to głównie neodym (Nd), żelazo (Fe) i bor (B). Dzięki procesowi spiekania uzyskują one domenową strukturę krystaliczną, która utrzymuje pole magnetyczne przez dekady. To najmocniejsze magnesy trwałe na świecie.
Magnetyzm fascynował ludzi od starożytności (magnesy naturalne – magnetyt). Pierwszy kompas opisano w Europie w XII wieku. Prawdziwa rewolucja nastąpiła w 1984 roku, kiedy wynaleziono spiekane magnesy neodymowe (NdFeB). Pozwoliło to na miniaturyzację elektroniki – bez nich nie mielibyśmy dzisiejszych smartfonów.
2. Rodzaje, kształty i materiały
| Cecha | Magnes Neodymowy (NdFeB) | Magnes Ferrytowy (FeSr) |
|---|---|---|
| Siła (Indukcja) | Bardzo wysoka (ok. 10x silniejszy) | Niska / Standardowa |
| Kolor | Srebrny (powłoka niklowa) | Czarny / Ciemnoszary |
| Odporność na korozję | Niska (wymaga powłoki) | Doskonała (nie rdzewieje) |
| Cena | Wyższa | Bardzo niska |
| Max. temperatura | Standard 80°C (opcja do 230°C) | Standard do 250°C |
Magnes w kształcie walca (dysku) to najpopularniejszy format. Zazwyczaj namagnesowany osiowo (bieguny na płaskich powierzchniach). Idealny do łączenia przedmiotów i budowy separatorów. Pokryty warstwą Ni-Cu-Ni chroniącą przed korozją.
Magnesy płytkowe (blokowe) są magnesowane zazwyczaj przez grubość. Są podstawowym budulcem silników bezszczotkowych (BLDC), generatorów oraz separatorów taśmowych. Ich płaski kształt ułatwia klejenie do powierzchni.
Magnes w kształcie pierścienia, często z otworem pod wkręt (faza). Pozwala na łatwe przykręcenie do ściany, drewna czy plastiku. Idealne do tworzenia wieszaków i zamknięć meblowych. Uwaga: nie dokręcaj zbyt mocno, by nie pękł!
Magnes ferrytowy (czarny) jest tani i odporny na rdzę, ale słaby. Magnes neodymowy (srebrny) jest ok. 10x silniejszy, ale droższy i podatny na korozję (wymaga powłoki). Wybierz ferryt do prostych zastosowań, a neodym tam, gdzie liczy się moc.
3. Parametry techniczne, moc i trwałość
Remanencja (Br): Pozostałość magnetyczna. Określa, jak silny strumień magnetyczny pozostaje w magnesie po jego nasyceniu.
Koercja (HcJ): Siła potrzebna do całkowitego rozmagnesowania materiału. Im wyższa, tym magnes jest trwalszy.
Temperatura Curie: Temperatura, po której przekroczeniu materiał ferromagnetyczny traci swoje właściwości magnetyczne bezpowrotnie.
Gauss / Tesla: Jednostki indukcji magnetycznej. 1 Tesla = 10 000 Gauss.
Najsilniejszym magnesem trwałym jest neodym (NdFeB) w klasie N52. Jest on mieszanką neodymu, żelaza i boru. Stosowany tam, gdzie wymagana jest ekstremalna siła przy minimalnym rozmiarze.
Symbole N38, N42, N52 oznaczają klasę energetyczną (Moc). Im wyższa liczba, tym silniejszy magnes. N52 jest o ok. 35% silniejszy od N35. Litera 'N' oznacza standardową temperaturę pracy do 80°C.
Na siłę wpływa:
1. Szczelina powietrzna (rdza/farba drastycznie osłabia chwyt).
2. Materiał (cienka blacha na lodówce ogranicza moc magnesu).
3. Kierunek (magnes zsuwany w dół trzyma tylko 15-20% swojej mocy nominalnej).
1. Szczelina powietrzna (rdza/farba drastycznie osłabia chwyt).
2. Materiał (cienka blacha na lodówce ogranicza moc magnesu).
3. Kierunek (magnes zsuwany w dół trzyma tylko 15-20% swojej mocy nominalnej).
Standardowy neodym działa do 80°C. Powyżej tej granicy traci moc. Do pracy w gorącu (silniki) stosuje się magnesy wysokotemperaturowe (H, SH, UH) lub odporne ferryty (do 250°C).
W normalnych warunkach neodymy są wieczne (tracą 1% mocy na 10 lat). Zniszczyć je może: przekroczenie temp. Curie, silne przeciwne pole magnetyczne lub korozja (rdza zjada magnes od środka).
4. Praktyczne zastosowanie i bezpieczeństwo
Zastosowanie jest ogromne: od separatorów w przemyśle spożywczym, przez silniki elektryczne, aż po domowe uchwyty na noże i niewidoczne zapięcia w torebkach. Dzięki różnym kształtom, takim jak magnesy walcowe czy płytkowe, inżynierowie mogą precyzyjnie projektować urządzenia o kompaktowych wymiarach.
Do podnoszenia ciężarów używa się uchwytów magnetycznych. Stalowa obudowa skupia pole z jednej strony, zwiększając udźwig i chroniąc kruchy magnes przed rozbiciem.
Ostrożnie! Duże neodymy mogą zmiażdżyć palce. Osoby z rozrusznikami serca muszą zachować dystans (min. 50cm). Połknięcie magnesów przez dziecko grozi śmiercią. Trzymaj z dala od elektroniki i kart płatniczych.
Kupuj tylko w sprawdzonych sklepach specjalistycznych jak dhit.pl. Tanie magnesy z aukcji często mają zawyżone parametry (np. N52, które jest w rzeczywistości N35) lub słabą powłokę.