Jak silny będzie mój magnes? – Udźwig magnesu neodymowego

Osoby, które dopiero rozpoczynają swoją przygodę z magnesami neodymowymi, mogą być nieco zdezorientowane, szczególnie po zapoznaniu się z parametrami dostępnych magnesów. Najmniejsze modele do połowów oferują zazwyczaj udźwig na poziomie kilkudziesięciu kilogramów. Może to być przykładowo wspomniane 80 kg. W pierwszej chwili taka wartość wydaje się ogromna. Ostatecznie, nie każdy jest w stanie unieść ciężar o wadze 80 kg. Gdy więc wyobrazimy sobie siłę potrzebną do podniesienia przedmiotu ważącego 80 kg, możemy stwierdzić, że magnes o takim udźwigu to absolutne maksimum i całkowicie zaspokoi obecne i przyszłe potrzeby. Rzeczywistość jest jednak nieco odmienna. Podana wartość ma zastosowanie jedynie w pewnej, specyficznej sytuacji, kryjącej się za sformułowaniem “warunki idealne”. Czym są owe warunki?

Karty na stół. Kiedy magnes o udźwigu 80 kg będzie przyciągał ferromagnetyk z siłą równą sile potrzebnej do uniesienia 80 kg?

Będzie to miało miejsce gdy:

Przejdźmy teraz do nieco dokładniejszej analizy wyżej wymienionych warunków.

Jeżeli chcemy uzyskać maksymalną siłę uciągu danego magnesu, musi on przyczepić się do przedmiotu całą swoją powierzchnią roboczą. Intuicja podpowiada nam, że taka sytuacja nie zdarza się często. A w przypadku poszukiwań za pomocą magnesu neodymowego jest jeszcze rzadsza. Przedmioty znajdowane podczas połowów mają bardzo różne kształty. Niewiadomą jest również miejsce zaczepu – jest ono całkowicie przypadkowe i trudno oczekiwać, że za każdym razem będzie optymalne. W praktyce nasz przykładowy magnes o maksymalnym uciągu 80 kg, będzie chwytał przedmioty z ułamkiem swojej maksymalnej “mocy”. Jedynie płaska i stosunkowo gładka powierzchnia o rozmiarach odpowiadających przynajmniej rozmiarom powierzchni roboczej magnesu, da szansę na pełne wykorzystanie 80 kg udźwigu.

Na skuteczność z jaką przyciąga magnes wpływa również stan powierzchni samego magnesu, jak i powierzchni przyciąganego przedmiotu. Przykłady? Wszelkiego typu zabrudzenia, produkty utleniania (rdza) czy obecność materiałów nie reagujących na pole magnetyczne (np. fragmenty betony przyczepione do prętów zbrojeniowych). W obecności wspomnianych “utrudnień” siła z jaką magnes przyciągnie element ferromagnetycznego materiału, będzie odpowiednio mniejsza.

Nie jest tajemnicą, że magnes przyciąga tylko niektóre materiały. Gdy zapytamy o to, jakie to materiały, najczęstszą odpowiedzią będzie stal. Okazuje się jednak, że taka odpowiedź nie wyczerpuje tematu. Wręcz przeciwnie, to dopiero wierzchołek góry lodowej. O tym czy stal będzie dobrze czy źle przyciągana przez magnes, decydują takie czynniki jak skład chemiczny stali, czy rodzaj obróbki, której została ona poddana. Nie wchodząc w szczegóły zaznaczmy tylko, że wymienione czynniki mają wpływ na strukturę samej stali. Natomiast struktura stali odpowiada za jej właściwości magnetyczne (lub ich brak). Jak więc można się domyślić nawet ten sam rodzaj materiału (jak wspomniana stal) może bardzo różnie reagować na magnes. W efekcie jeden stalowy przedmiot (wykonany np. ze stali niskowęglowej) może być przyciągany bardzo mocno, podczas przedmiot o zbliżonym rozmiarze i kształcie (ale wykonany np. ze stali nierdzewnej) będzie przyciągany bardzo słabo albo nie będzie przyciągany wcale. A stal to tylko jeden z materiałów, który reaguje na pole magnetyczne. Podsumowując – udźwig magnesu neodymowego zależy od rodzaju materiału, a nawet od konkretnego typu danego meteriału.

Kolokwialnie mówiąc – magnes musi mieć do czego się złapać. Im więcej materiału ferromagnetycznego, tym lepiej. Cienka blaszka będzie przyciągana znacznie słabiej niż gruby płaskownik stalowy, nawet jeśli oba te materiały będą przylegać do całej powierzchni roboczej magnesu. Magnesy neodymowe Sensei badane są na stali o grubości 2 cm. Zasada jest zatem prosta – im większa grubość metalowego przedmiotu, tym większa siła potrzebna do oderwania magnesu.

Wykres siły magnesu neodymowego w funkcji grubości stali, do której przykładamy magnes, został przedstawiony na poniższym rysunku. Wykres ten dobrze odzwierciedla siłę magnesów o średnicy przynajmniej 48 mm. Jeśli mówimy o magnesach marki Sensei – będą to modele o udźwigu 80 kg i więcej.

Natomiast w przypadku magnesów mniejszych – grubość stali przy której magnes neodymowy osiąga 90% swojej mocy wynosi około 4-5 mm. Powyżej tej grubości jego moc rośnie już nieznacznie, osiągając maksimum przy grubości stali wynoszącej około 10 mm. Znając tę zależność, można przyjąć, że dla mniejszych magnesów każdy 1 mm grubości stali to wzrost mocy magnesu o ~20% (w przedziale od 0 do 5 mm).

Magnesy neodymowe nie są wieczne. Ich właściwości magnetyczne słabną naturalnie wraz z upływem czasu. W przybliżeniu jest to ubytek na poziomie ok. 1% siły uciągu na rok. Nie jest więc to drastyczny spadek i musi upłynąć naprawdę sporo czasu, aby był on wyraźnie odczuwalny. Nie mniej istnieją sposoby, aby bardzo szybko “popsuć” magnes neodymowy. 

Jednym z największych wrogów magnesu neodymowego jest “wysoka” temperatura. Każdy magnes posiada swoją specyficzną temperaturę, przy której trwale traci swoje magnetyczne właściwości, a w przypadku większości magnesów neodymowych jest to 80°C. Co to oznacza w praktyce? Podgrzewanie magnesów neodymowych, np. przy próbie ich spawania, prowadzi niezmiennie do ich zniszczenia. Podobne efekty mogą wystąpić w przypadku cięcia lub wiercenia. W tych ostatnich przypadkach dochodzi jeszcze jeden problem. Jest nim mianowicie duża kruchość magnesów neodymowych. Dlatego też jakakolwiek obróbka mechaniczna jest w tej sytuacji bardzo ryzykowna lub wręcz niemożliwa.

Co warte podkreślenia, magnesy neodymowe do połowów są odpowiednio zabezpieczone, zarówno przed korozyjnymi własowcami środowiska, w którym pracują, jak i przed uszkodzeniami mechanicznymi.

Biorąc pod uwagę powyższe wyjaśnienia można pokusić się o udzielenie dwóch odpowiedzi. Jednej zwięzłej, a drugiej bardziej rozbudowanej. Zacznijmy więc od skondensowanego pod względem merytorycznym wniosku. Idealny magnes neodymowy musi posiadać odpowiednio duży zapas udźwigu.

A teraz rozwińmy nieco ten temat. Załóżmy, że wybieramy magnes o uciągu 400 kg. Czy taki magnes ma w ogóle sens. Jak odczepić przedmiot przyciągany z tak dużą siłą? Okazuje się, że nie jest to takie niemożliwe, jak może się wydawać na pierwszy rzut oka. Jeżeli taki magnes ma średnicę 9 cm, to jego obszar roboczy będzie pokrywał powierzchnię ponad 60 centymetrów kwadratowych. Wiele przedmiotów wyławianych za pomocą takiego magnesu ma znacznie mniejszą powierzchnię (zwykle nie są także bardzo masywne i grube), a inne zostaną uchwycone jedynie na niewielkiej powierzchni. Już samo to sprawia, że odczepienie przedmiotu jest znacznie łatwiejsze i nie wymaga nadludzkiej siły.

Dodatkowo, najwięcej siły do oddzielenia przyciąganego przedmiotu od magnesu potrzeba, gdy próbujemy to zrobić w kierunku prostopadłym do powierzchni roboczej magnesu. Znacznie lepszą opcją jest przesunięcie przedmiotu do krawędzi magnesu, tak aby stopniowo zmniejszać powierzchnię styku i tym samym doprowadzić do zsunięcia przedmiotu lub oderwania go, gdy styka się z magnesem jedynie na samej krawędzi.