Притягательная сила магнитов

Природные магниты известны человеку с древнейших времен, но только в нашем 20-м веке были разработаны эффективные магнитные материалы и сильные постоянные магниты. И сейчас трудно назвать область науки, техники, а также домашнего хозяйства, где бы в той или иной форме не использовались магниты.

В настоящем материале рассказывается о свойствах магнитов и о всевозможных применениях этих магнитов для бытовых нужд.

Кстати, если раньше у нас отдельно, россыпью в торговлю магниты не поступали, то сейчас положение изменилось и в магазинах, например, «Сделай сам», появились недорогие, малогабаритные, но очень сильные постоянные магниты различных форм и размеров.

Что такое постоянный магнит?

Магнит – это тело, обладающее намагниченностью и создающее вокруг себя магнитное поле. Магнит всегда имеет два полюса – северный (N) и южный (S), он способен притягивать предметы из стали, железа, никеля и их соединений, самому притягиваться к разноименным полюсам других магнитов и отталкиваться от одноименных полюсов, а также наводить электродвижущую силу в проводниках при пересечении ими создаваемого вокруг него поля.

Благодаря высокой коэрцитивной силе, то есть большой сопротивляемости к размагничиванию, магниты очень стабильны, в обычных условиях срок службы составляет десятки лет. И вообще полностью размагнитить магниты без специальной аппаратуры невозможно. Им не страшны низкие температуры, вибрация, соприкосновения с другими магнитами. А вот нагревать их выше 200…300°С опасно, они могут ослабить свои свойства. Магнитные сплавы очень твердые и в домашних условиях их удается обработать только абразивным инструментом. При этом магниты достаточно хрупки и для предотвращения сколов при ударах с ними нужно обращаться с осторожностью, для чего рекомендуется на рабочую поверхность полюсов наклеить тонкий (0,1…0,3 мм) листовой немагнитный материал – фольгу, ткань, резину, картон. Склеиваются магниты обычными хозяйственными клеями («БФ», «Момент») с полимеризацией при комнатной температуре.

Для определения полярности полюса магнита поднесите к этому полюсу на расстояние 50…100 мм компас, стрелка которого повернется к магниту концом противоположной полярности. Оценку «притягательных» свойств магнита получают, взвесив максимальный груз, который способен удержать магнит. Стальной груз при этом должен плотно прилегать к магниту своей ровной плоской гранью.

Во время работы с магнитами к ним обычно «прилипает» рабочий инструмент, крепеж, а также металлические опилки, окалина и др. (всякий мусор обычно удаляют с магнитов пластилином, замазкой, герметиком). Поэтому инструмент и стальные детали следует во время работы держать подальше от магнитов, последние же лучше при этом частично зашунтировать, разместив их на стальном листе на некотором расстоянии друг от друга. Не забудьте также о том, что механические часы при намагничивании теряют точность хода.

На рис. 1 показаны наиболее простые и дешевые магниты – прямоугольные параллелепипеды, пластины, цилиндры, диски и кольца, которые наиболее часто используются в домашних условиях.

И, в заключение, об экологии магнитов. Доказано, что работа с малогабаритными магнитами абсолютно безвредна для здоровья как взрослых, так и детей.

Таким образом, вы спокойно можете приглашать к себе в дом магниты в качестве надежных помощников и попытаться реализовать их способность притягивать и удерживать стальные и железные предметы.

Магнит в мастерской

В мастерской (дома, на даче, в гараже) всегда пригодится магнитный держатель инструмента, который в целях экономии площади обычно помещают на стене. Держатель представляет собой основание (оно же – магнитопровод) в виде листа или нескольких полос обычной малоуглеродистой стали, где с помощью клея крепят небольшие пластинчатые или дисковые магниты (рис. 2). Ширина полосы не менее ширины магнита, а толщина, через которую пойдет магнитный поток, определяется размерами и массой магнита. Так для мелких магнитов массой до 10 г достаточно полосы толщиной 1 мм, до 50 г – от 2 до 25 мм, более 100 г – не менее 4 мм. (При отсутствии металла нужной толщины допускается набирать магнитопровод из более тонких листов, склеивая их между собой.)

Кстати, магнитопровод не только служит основанием держателя, но и позволяет «экономить» на магнитах. Проиллюстрируем сказанное примером. Возьмем одиночный дисковый магнит массой 30 г высотой 18 мм. В одиночку он поднимает стальной цилиндр массой 1100 г (рис. 3). Заменим теперь этот магнит двумя магнитами такого же диаметра, но массой по 15 г, а высотой 9 мм каждый, то есть мы как бы из одного магнита сделали два. Замкнув разноименные полюса двух новых магнитов стальной пластиной-магнитопроводом, обнаружим, что подобная П-образная магнитная цепь удерживает уже 1850 г. Если же собрать Ш-образную цепь из трех магнитов высотой по 6 мм и массой 10 г каждый и соединить их на магнитопроводе по схеме N-S-N (или S-N-S), то есть крайние магниты крепятся к магнитопроводу одноименным полюсом, а магнит в центре – противоположным, увидим, что удерживаемый груз увеличится до 2200 г.

Дальнейшее дробление магнитов при неизменной их суммарной массе также будет повышать их общую подъемную силу, но уже не так значительно.

Таким образом, подобрав соответствующую магнитную цепь, вы сможете расположить свой инструмент и инвентарь так, чтобы магниты надежно удерживали приложенные к ним предметы и вместе с тем без особых усилий «отпускали» бы их к вам на «работу».

По принципу держателя несложно изготовить накопитель гвоздей, крепежа, фурнитуры и др., а также хранительницу иголок, булавок. Здесь уж форму накопителя или хранительницы придумайте сами.

Кто при монтаже, ремонте, строже не терял мелкие стальные детали, шурупы, шайбы и т.д. Наденьте на немагнитную, например алюминиевую, трубку кольцевой магнит и получите искатель-сборщик мелких стальных деталей, который в дальнейшем сохранит вам много времени и нервов. Удобный и компактный сборщик получится, если закрепленный магнит подвесить на немагнитной цепочке или на шнуре (рис. 4).

В приямке или погребе, где обычно сохраняется повышенная влажность, лучше обойтись без стационарной проводки, а сделать магнитную переноску, которую всегда удастся прикрепить в нужном месте или к металлическому уголку, или к корпусу автомобиля.

Магнит станет отличным помощником при сварочных работах. Известно, что при сварке листов железа, проката, стальных труб очень сложно выставить нужный угол (обычно приходится выполнять углы в 30, 40 и 90°). Решит эту задачу снабженный цилиндрическими магнитами сварочный угломер-фиксатор (рис. 5), а с помощью пластинчатых магнитов удается ориентировать в одной плоскости края (стыки) стальных листов (тонких, правда), что необходимо при их сварке.

Из магнитов получается удобный пресс для склейки деталей и переплетных работ. Для этого сформируйте основание из нескольких плоских магнитов, расположите их на железном листе-магнигопроводе в шахматном порядке (с чередующейся полярностью). Накройте магниты немагнитным листовым материалом (например, латунью), положите сверху склеиваемую деталь и придавите тяжелым железным грузом.

Магниты дома

Найдется применение магнитам и в квартире. Магниты вполне «удержат» на стене картину, декоративную тарелку, календарь, фотографию и даже ковер, правда, для этого в стену придется в соответствующих местах вмуровать или вклеить стальные шайбы. Таким же образом легко и быстро крепить к стене различные схемы и чертежи, киноэкран. Прикрепив к трубе водяного отопления хомутик с плоской площадкой, можно примагнитить к этой площадке кашпо (рис. 6), полочку для всякой мелочи.

Лист ватмана на чертежной доске без следов надежно зафиксируют несколько магнитов-таблеток. А если вы привыкли к кнопкам, сделайте магнитный кнопочник (одно время такое простенькое и удобное приспособление было в продаже). Устройство кнопочника просто до предела – к одному полюсу дискового магнита приклеивается выступающая за магнит шайба с заостренным по краям концом (так называемый «клюв»), с другой стороны магнита приделывается ручка (рис. 7). Притянутая к шайбе кнопка рукояткой без труда вдавливается в доску. А при необходимости кнопочник с помощью «клюва» также легко ее извлекает, причем кнопка остается тут же на магните.

Экономить мыло поможет магнитная мыльница. Кронштейны для нее сделайте из немагнитного металла (алюминия) или проолифенной древесины, на конец кронштейна приклейте магнитную таблетку, а в мыло воткните металлическую крышку от пивной бутылки (рис. 8).

Возле входных дверей на магните удобно держать ключи, чтобы они всегда были под рукой. Карандаш или ручка тоже всегда должны быть под рукой рядом с телефонным аппаратом. Но положенные рядом с аппаратом, они обычно куда-то исчезают. Наденьте на них железный хомутик и закрепите на магните, вделанном в стене. Отсюда ни карандаш, ни ручка не пропадут. Маленький 1…2-граммовый магнит устанавливают и на корпусе самого аппарата, но здесь для исключения влияния магнита на работу аппарата, поместите между магнитом и корпусом телефона 8…10-миллиметровую немагнитную прокладку.

Еще миниатюрные магниты-таблетки используют в качестве пуговиц, застежек, фиксаторов и т.д.

Магнит – искатель и охранитель

Возможности использования магнита многообразны и не ограничиваются ролью магнитной защелки. Так, при наборе воды из колодца в последнем нередко остается ведро. Присоединив к веревке или тросу П-образный магнит с массой не менее 100 г, не только быстро обнаружите «утопленника», но и вытащите ведро. (Во всяком случае в воде поднять его удастся наверняка. – Примечание редактора.) Такой магнитный трал пригодится для очистки дна небольшого водоема от не слишком тяжелого металлолома, а большой предмет он обязательно «найдет». Рабочим органом трала послужат несколько небольших магнитов или один-два покрупнее (массой более 1 кг).

С помощью подвешенного на нити магнита (или просто держа его в руках) не очень сложно обнаружить в стене под обоями старые гвозди, шурупы, а укрепив магнит на конец гибкого штока или удочки, «увидите» стальные предметы под землей на глубине до 25…35 см, но, правда, только крупные и массивные предметы. Более чувствительный вариант металлоискателя приведен на рис. 9. Здесь к кольцу из любого материала подвешен на трех нитях кольцевой магнит диаметром 25…30 мм, через центральное отверстие которого от кольца проходит шнурок с грузилом из любого немагнитного материала. Такой искатель более чувствителен – здесь легче уловить отклонение кольца, так как рядом с ним находится неподвижный отвес.

Сыпучие материалы и даже продукты (особенно корма для домашних животных) часто бывают засорены металлическими «добавками», причем до 90% из них – железосодержащие. Для очистки от этих примесей сделайте домашний магнитный сепаратор, не потребляющий электроэнергии. В таком сепараторе сухой материал просыпается между полюсами многополюсной магнитной системы, содержащей несколько Ш-образных звеньев, каждое из которых содержит по три достаточно крупных магнита. Для удобства очистки от примесей полюса магнитов закрыты легко снимаемыми экранами из тонкого немагнитного материала, например, латуни, пластика, фанеры. (Жаль, что с помощью магнитов нельзя удалять из риса или пшена камешки. – Примечание редактора.)

Часто магнит является элементом простой и надежной охранной системы. Так, магнит с герконом образует «дружескую пару», которая всегда подаст сигнал о незапланированном открытии дверей и окон дома и автомобиля. (Геркон – герметизированный контакт – переключатель с пружинными контактами, заключенными внутри небольшого стеклянного баллона. Контакты геркона изменяют свое положение под действием магнитного поля и в зависимости от конструкции работают на замыкание, переключение и размыкание. – Примечание редактора.) При установке данной «дружеской пары» магнит располагается на подвижной (открываемой) части двери или окна, а геркон на неподвижной, так как к нему подводятся провода.

При выборе магнита для геркона предпочтительнее удлиненные магниты в виде параллелепипеда или цилиндра, причем длина магнита должна быть примерно равна длине корпуса геркона (25…30 мм). Располагают магнит параллельно геркону (рис. 10). При отсутствии длинного магнита подойдет и короткий – дисковый или в виде куба, при этом ориентируют его так, чтобы направление его намагниченности (в отличие от длинных магнитов) было перпендикулярно геркону. Расстояние между магнитом и герконом делают таким, чтобы при закрытых дверях магнит приводил в действие контакты геркона, которые в нашем случае работают «на размыкание», то есть разомкнуты при нахождении магнита напротив геркона. При открытии двери магнит «покидает» геркон, цепь закорачивается и начинает работать сигнализация.

С помощью магнита и геркона легко также зарегистрировать качание, вибрацию, толчки, например, автомобиля (рис. 11). Здесь магнит приклеен к пружине, которая, в свою очередь, закреплена на кузове автомобиля. На рабочем расстоянии от магнита установлен геркон, включенный в схему звукового или светового сигнала тревоги. Таким образом при раскачивании кузова магнит начинает перемещаться относительно геркона и контакты последнего замыкаются, вызывая сигнал тревоги.

Возможны различные конструкции замков на «магнитном» принципе. Простейшая из них – щеколда с магнитным «приводом» (рис. 12), в которой язычок с укрепленным на нем магнитом перемещается (открывается и закрывается) другим магнитом, выполняющим роль ключа. Щеколду делают из немагнитного материала, обеспечивая между язычком и скобами минимальное трение. (А нельзя ли эту щеколду, приведенную на рис. 12, открыть подходящим куском стали? И какой же нужен магнит-ключ, чтобы управлять щеколдой через обычную стандартную дверь, а не с утончением, как на рисунке? – Примечание редактора.)

Для дверцы шкафа несложно сделать своими руками магнитную защелку. На неподвижной части шкафчика (корпусе) приклейте или укрепите скобкой в подходящем месте небольшой плоский магнит, а на дверце – стальную пластинку толщиной 1…2 мм.

Магнит в саду и огороде

В сельской местности вода обычно не очищается, и даже из водопровода, если он есть, к потребителям она поступает с примесью ржавчины. Чтобы улучшить экологию водоснабжения, поставьте в разрыв трубы или непосредственно на кране магнитную ловушку (рис. 13), к стенкам которой и будет примагничиваться наша ржавчина. Со временем, конечно, отверстие ловушки засорится, поэтому сделайте магнитный же шомпол, закрепив цилиндрический магнит соответствующего диаметра на немагнитный стержень. Кстати, даже если вода из городского водопровода не содержит видимых примесей, все равно пропустите ее через магнитную ловушку. Омагниченная, она принесет вам пользу!

Несколько слов об этом малоизученном феномене. Он был открыт более 40 лет тому назад. Оказалось, что обычная вода (и особенно «жесткая»), в которой растворено какое-то количество солей кальция (Са) и магния (Mg), после воздействия на нее магнитным полем (химический состав ее при этом не меняется) приобретает новые свойства. Так, при нагреве ее в кастрюле, котле, чайнике она не образует на стенках сосуда накипи, а растворенные в воде соли выпадают в осадок в виде тонкого порошка (шлама), который затем легко смывается. А раз нет теплоизолирующей пленки накипи – лучше теплообмен, следовательно, при варке экономится и время, и топливо.

Автолюбители, учтите этот положительный эффект и заполняйте омагниченной водой системы охлаждения вашего средства передвижения. В результате поверхности стенок радиатора не обрастают накипью и срок его службы возрастает. Добавим еще, что омагниченная вода обладает повышенными моющими свойствами, окрашенные ею ткани более ярки и не так быстро выцветают, даже прочность бетона, замешанного на такой воде, выше обычного.

Теоретического объяснения всех этих явлений пока еще не найдено, но уже более 30 лет в нашей стране при эксплуатации котлов и паросиловых установок малой и средней мощности успешно применяют магнитные противонакипные устройства (ПМУ), серийно выпускаемые Московским чугунолитейным заводом им. Войкова.

Да и для дома еще недавно у нас делались простые устройства для омагничивания в виде насадки к кранам или носикам чайников. Сейчас этот товар исчез с прилавков магазинов, поэтому мы предлагаем несложную конструкцию домашнего омагничивателя воды. Изготовив его, вы получите эффективное устройство для омагничивания даже самых «жестких» вод (рис. 14).

Кстати, по некоторым данным полив омагниченной водой растений (в основном огородных культур) ускоряет их рост, сокращает сроки созревания плодов, повышает урожайность растений.

Правда, все же достоверных проверенных данных, подтверждающих эффективность полива растений омагниченной водой, нет, да, пожалуй, быть не может в нашей стране рискованного земледелия и обильного загрязнения среды, где привходящие неблагоприятные факторы вполне способны свести на нет положительный эффект от «омагниченного полива». Но в то же время – все может быть.

Магниты для отдыха, спорта

В этом разделе речь пойдет о новых и мало известных увлекательных магнитных играх и головоломках, нетрадиционных сувенирах и подарках, а также об оригинальных тренажерах.

Так, из одинаковых магнитов получаются занятные головоломки. Возьмем, например, кольцевые магниты с наружным диаметром 20…30 мм и высотой 5…7 мм, оклеим их по торцам картоном и покрасим нитрокраской. Затем сложим их, как показано на рис. 15, и проведем по боковой поверхности получившегося цилиндра несколько произвольных линий (уже другой краской). Когда краска высохнет, кольца разнимают. Задача состоит в том, чтобы снова собрать кольца так, чтобы линии совпадали. Оказывается, это совсем непросто даже у головоломки из трех колец. Если же колец будет больше, сборка значительно усложнится.

Аналогично выполняют головоломку и из прямоугольных магнитов.

На рис. 16 показана схема головоломки на разгадывание слова. Для нее понадобятся стержень-магнит и стальные кольца с соответствующим стержню отверстиями. Надев на магнит кольца, на каждом из них пишут букву кодового слова (например, слово «Арина») и добавляют другие буквы в произвольном порядке. Разгадка такой головоломки – задача достаточно трудная, особенно если умышленно ввести «другие» буквы, из которых получались бы слоги из кодового слова. Подбор кодового слова производят, поворачивая кольца вокруг оси.

В продаже, как известно, имеются ручные туристические или школьные компасы. А вот стационарные, которые более чувствительны, – нет. Но вы такой компас можете изготовить сами. Для этого понадобится тонкий и длинный магнит длиной 100…150 мм, который будет играть роль стрелки. Если такового нет, сделайте стрелку составной – из двух более коротких магнитов, приклеенных к магнитопроводу (рис. 17). Компас выполняется в двух вариантах – подвешенный на нити (чтобы быстрее успокоить стрелку, установите на ней легкие крылышки, имитирующие воздушный демпфер) и на острие оси, в качестве которой послужит острый керн из латуни или бронзы (посадочное место в центре стрелки, то есть в середине магнитопровода, просверлить не составит труда).

Необычный письменный прибор-сувенир, в котором ручка или карандаш стоят как бы сами по себе, показан на рис. 18. Сувенир состоит из подставки, кронштейна с маленьким магнитом-диском и ручки (или карандаша) со стальным колпачком на верхней части. В подставке под магнитом делается отверстие для установки шарика ручки (или грифеля карандаша). Масса магнита и колпачка, а также расстояние между ними подбираются экспериментально. (Карандаш, конечно, нужно брать механический, который не уменьшается в размере при заточке. – Примечание редактора.)

Для школьников начальных классов, да и для малышей тоже, из кольцевых магнитов сделайте установку, демонстрирующую силу отталкивания одноименных магнитов, то есть эффект магнитной пружины (рис. 19). Для этого на основании из немагнитного материала вертикально крепят немагнитную же трубу (или стержень). Диаметр трубы меньше внутреннего диаметра кольца на 0,2…0,3 мм. Естественно, наружная поверхность трубы должна быть гладкой. Наденьте на трубу кольцевой магнит и приклейте его к основанию. Теперь для проведения эксперимента и второй магнит надевают на трубу, причем тем полюсом вниз, который находится на верхней стороне приклеенного к основанию магнита. Опуская верхний магнит, вы почувствуете силу отталкивания, а если отпустить магнит, он повиснет в воздухе и будет долго совершать колебательные движения вверх-вниз.

При желании проведите тот же опыт, поместив кольцевые (или дисковые) магниты в стеклянную трубку, например, цилиндрическую мензурку. Кстати, такую систему можно использовать в качестве магнитных весов, конечно, для небольших грузов. Для этого рядом с трубкой установите вертикальную шкалу (или используйте шкалу мензурки), и отградуируйте ее в граммах с помощью стандартных гирек, которые укладывают на верхний магнит.

Вот еще одна игрушка, «ниспровергающая» закон всемирного тяготения (рис. 20).

Подготовьте эффектное основание из цветного металла, дерева, непрозрачной пластмассы. С нижней стороны основания вырежьте полость, где закрепите на клею сильный дисковый магнит диаметром 30…40 мм и высотой 10…20 мм. Сбоку прикрепите к основанию дугообразный кронштейн из немагнитного материала. На кронштейне строго над центром дискового магнита укрепите резьбовую втулку с болтом. По окружности болта через 120° подвесьте на тонкой капроновой леске три удлиненных цилиндрических магнита, нижние полюса которых однополярны с полюсом верха дискового магнита. Эффект не заставит себя долго ждать – три укрепленных на нитях магнита зависнут в воздухе и будут так висеть и висеть.

Следующая игрушка «опровергает» невозможность создания «вечного» двигателя. Для него понадобятся всего два магнита: кольцевой – диаметром 20…30 мм и цилиндрический – поменьше (рис. 21). Лежащий и висящий магниты обращены друг к другу одноименными полюсами, и поэтому магнитное поле кольца стремится все время вытолкнуть цилиндрический магнит в сторону, то есть качает его. При этом чем точнее совмещены оси магнитов, тем четче колебания верхнего магнита. Регулируют соосность магнитов, перемещая кольцевой магнит.

Попробуйте с помощью магнитов усовершенствовать традиционные игрушки, например, строительные кубики. Просверлите в них по отверстию и укрепите в этих отверстиях (на клею) по маленькой магнитной таблетке или по магнитному стержню и заклейте отверстия. Теперь из таких магнитных кубиков стройте хоть домик с балконом или даже Пизанскую башню.

Отталкивание одноименных полюсов магнитов поможет в развитии мускулатуры. Так, магнитный тренажер для рук не очень сложно сделать, имея пару достаточно крупных кольцевых магнитов (рис. 22). В процессе тренировки, взяв в каждую руку по рукоятке с магнитами, сближайте между собой магниты, стараясь сохранить их соосность. (Во избежание ударов магнитов при соприкосновении обклейте их полюса картоном, фольгой и др.)

Здесь мы не пытались рассказать о всем многообразии применения магнитов в бытовой технике. Задача эта невыполнимая – их великое множество, и очень многое можете предложить вы – читатели.