Experiments with Neodymium MagnetsS

Experiments with Neodymium Magnets

Strong magnets, e. g., neodymium magnets, should be handled with care. They can erase data on all kinds of magnetic storage media (floppy disks, hard drives, credit cards, magnetic tapes, etc.) and disturb pace makers when getting too close. Moreover, they attract ferromagnetic objects, and particularly each other, so violently that there is always the risk of hurting oneself (pinched fingers or skin, etc.). Neodymium magnets are no toys for children!


Some time ago I purchased a couple of neodymium magnets (neodymium-iron-boron alloy) of various sizes. Since I wanted to observe weak effects, I chose magnets with one of the strongest magnetizations presently available (N52). The magnetic flux density at the surface (poles) of such a magnet exceeds 1 T (1 T = 1 Vs/m2). In comparison, the flux density of the earth's magnetic field is about 60 µT at the magnetic poles.

The following photo shows a stack of two cylindrical magnets. Each one has the dimensions D 50 mm × H 30 mm. The attraction forces between both magnets are so strong that it is virtually impossible to separate them from each other.


Neodymium Magnets
Stack of 2 Neodymium Magnets


Experiments with Diamagnetism and Paramagnetism

In contrast to ferromagnetism, the effects of diamagnetism and paramagnetism are very weak and usually go unnoticed in everyday life. They become obvious, however, when exposing various materials to the strong field of a neodymium magnet. This is demonstrated by the following experiments. Because of their simplicity, they are particularly suitable for educational purposes (schools, etc.).

For the following demonstrations I used a test tube with a srew cap (a rubber stopper will work as well). First, I filled the tube almost completely with alcohol (ethanol, 92% grade) before sealing it. I left so much air in the tube that a bubble of approx. 3 or 4 cm length became visible when placing the tube flat on a table. Adjusting the tube perfectly horizontal requires some patience but can be managed with a stack of paper. Thus, the tube forms a very sensitive spirit level. The following video clip shows what happens when approaching the air bubble with the pole of a neodymium magnet (to start a video, click on the respective image).


Spirit Level
Test Tube with Ethanol


The magnet seems to attract the air bubble. In fact, the liquid is repelled by the magnet (causing the bubble to move in the opposite direction) since ethanol is diamagnetic (no unpaired electrons in the molecule). One might argue that the bubble is attracted because air contains oxygen which is paramagnetic. Therefore I repeated the experiment with a CO2 bubble without noticing any difference.

Ordinary spirit levels are also influenced by strong magnets but to a much lesser extent because their chamber holding the liquid is usually barrel-shaped.

The next video demonstrates what happens when using a test tube filled with a 25% solution of manganese (II) chloride tetrahydrate in ethanol.


Spirit Level
Test Tube with MnCl2 · 4 H2O in Ethanol


Now the magnet attracts the liquid. The effect is even more distinct than before. The hydrated Mn2+ ion is strongly paramagnetic since there are 5 unpaired electrons in the 3d shell (high-spin complex). The paramagnetism is so strong that it can overcompensate the diamagnetism of the solvent (depending on the concentration).

For the next experiment, I used a test tube containing less of the solution, about 2/3 of the total volume. The bubble extends almost from end to end now.


Spirit Level
Test Tube with MnCl2 · 4 H2O in Ethanol (bigger air bubble)


The attraction force is so strong that the surface of the liquid assumes a convex shape below the magnet. If the magnet gets close enough, the liquid even touches the upper wall of the glass tube, dividing the bubble into two parts which recombine as soon as the magnet is removed.

The magnetic attraction is even strong enough to roll a small bottle with MnCl2 solution accross the table:


Bottle
Small Bottle with MnCl2 Solution


Here the experiment is repeated with a sample tube containing pure MnCl2 · 4 H2O powder:

Kết quả (Việt) 1:

Các thí nghiệm với nam châm NeodymiumNam châm mạnh mẽ, e. g., Nam châm neodymium, nên được xử lý cẩn thận. Họ có thể xóa dữ liệu trên tất cả các loại phương tiện lưu trữ từ (đĩa mềm, ổ đĩa cứng, thẻ tín dụng, từ băng, vv) và làm phiền tốc độ các nhà hoạch định khi nhận được quá gần. Hơn nữa, họ thu hút các đối tượng trật tự sắt từ, và đặc biệt là lẫn nhau, vì vậy, khốc liệt rằng luôn luôn là nguy cơ gây tổn thương cho chính mình (pinched ngón tay hoặc da, vv). Nam châm Neodymium là không có đồ chơi cho trẻ em!Một số thời gian trước đây, tôi đã mua một số nam châm neodymium (neodymi-sắt-Bo hợp kim) của kích thước khác nhau. Kể từ khi tôi muốn quan sát hiệu ứng yếu, tôi đã chọn các nam châm với một trong những mạnh nhất magnetizations hiện có sẵn (N52). Mật độ tuôn ra từ bề mặt (Ba Lan) của một nam châm vượt quá 1 T (1 T = 1 Vs/m2). Trong khi đó, mật độ thông lượng của trường từ của trái đất là khoảng 60 µT tại Ba Lan từ. Hình ảnh sau đây cho thấy một ngăn xếp của hai nam châm hình trụ. Mỗi phòng đều có kích thước D 50 mm × H 30 mm. Lực hấp dẫn giữa cả hai nam châm là rất mạnh mẽ rằng nó là hầu như không thể để tách chúng từ mỗi khác.Nam châm NeodymiumNgăn xếp của nam châm Neodymium 2Các thí nghiệm với nghịch từ và ParamagnetismTrái ngược với ferromagnetism, những ảnh hưởng của nghịch từ và paramagnetism là rất yếu và thường đi unnoticed trong cuộc sống hàng ngày. Họ trở nên rõ ràng, Tuy nhiên, khi phơi bày các vật liệu khác nhau vào trường mạnh mẽ của một nam châm neodymi. Điều này được thể hiện bởi các thí nghiệm sau. Vì đơn giản của họ, họ là đặc biệt thích hợp cho mục đích giáo dục (trường học, vv). Cho các cuộc biểu tình sau đây tôi đã sử dụng một ống thử nghiệm với một nắp srew (một stopper cao su sẽ làm việc tốt). Trước tiên, tôi làm đầy các ống gần như hoàn toàn với rượu (ethanol, 92% lớp) trước khi niêm phong nó. Tôi còn rất nhiều máy trong ống rằng một bong bóng có cự ly khoảng 3 hoặc 4 cm chiều dài trở thành thấy được khi đặt ống bằng phẳng trên một bảng. Điều chỉnh ống hoàn toàn ngang đòi hỏi một số sự kiên nhẫn, nhưng có thể được quản lý với một chồng giấy. Vì vậy, các ống tạo thành một cấp độ tinh thần rất nhạy cảm. Video clip sau đây cho thấy những gì sẽ xảy ra khi tiếp cận bong bóng máy với cực của một nam châm neodymi (để bắt đầu một video, hãy nhấp vào hình ảnh tương ứng).Mức độ tinh thầnKiểm tra ống với EthanolCác nam châm dường như thu hút bong bóng máy. Trong thực tế, chất lỏng đẩy lùi các nam châm (gây ra bong bóng để di chuyển theo hướng ngược lại) kể từ khi etanol là diamagnetic (không có điện tử kết trong phân tử). Người ta có thể tranh luận rằng bong bóng thu hút bởi vì không khí có chứa oxy là thuận từ. Vì vậy, tôi lặp lại thử nghiệm với một bong bóng khí CO 2 mà không nhận thấy bất kỳ sự khác biệt. Mức độ tinh thần bình thường được cũng bị ảnh hưởng bởi nam châm mạnh mẽ nhưng đến một mức độ thấp hơn nhiều bởi vì của phòng giữ chất lỏng thường thùng hình. Video tiếp theo chứng tỏ những gì sẽ xảy ra khi sử dụng một ống thử nghiệm đầy với một giải pháp 25% của mangan (II) clorua tetrahydrate trong etanol.Mức độ tinh thầnKiểm tra ống với MnCl2 · 4 H2O trong etanolBây giờ các nam châm thu hút chất lỏng. Hiệu quả là khác nhau hơn so với trước khi. Ngậm nước ion Mn2 + là thuận từ mạnh mẽ kể từ khi có 5 kết electron trong 3d shell (cao-quay phức tạp). Paramagnetism là rất mạnh mẽ rằng nó có thể overcompensate nghịch từ dung môi (tùy thuộc vào nồng độ). Đối với thử nghiệm tiếp theo, tôi sử dụng một ống nghiệm chứa ít hơn các giải pháp, khoảng 2/3 của tổng khối lượng. Bong bóng kéo dài gần như từ đầu này đến cuối bây giờ.Mức độ tinh thầnKiểm tra ống với MnCl2 · 4 H2O trong Ethanol (bong bóng máy lớn hơn)Lực hấp dẫn là rất mạnh mẽ rằng bề mặt của chất lỏng giả định một hình dạng lồi dưới đây các nam châm. Nếu nam châm được đóng đủ, chất lỏng thậm chí chạm vào các bức tường phía trên của ống kính, chia bong bóng thành hai phần tái ngay sau khi các nam châm được lấy ra. Sự hấp dẫn từ là thậm chí mạnh mẽ, đủ để cuộn một chai nhỏ với MnCl2 giải pháp trên bảng:ChaiChai nhỏ với MnCl2 giải phápỞ đây các thử nghiệm lặp đi lặp lại với một mẫu ống có chứa tinh khiết MnCl2 · 4 H2O bột:

Kết quả (Việt) 2:

Các thí nghiệm với Neodymium nam châm nam châm mạnh, ví dụ như, nam châm neodymium, nên được xử lý cẩn thận. Họ có thể xóa dữ liệu trên tất cả các loại phương tiện truyền thông từ tính lưu trữ (đĩa mềm, ổ đĩa cứng, thẻ tín dụng, băng từ, vv) và làm phiền các nhà hoạch định tốc độ khi nhận được quá gần. Hơn nữa, họ thu hút đối tượng sắt từ, và đặc biệt là mỗi khác, vì vậy dữ dội rằng luôn luôn có nguy cơ làm tổn thương chính mình (ngón tay bị chèn ép hoặc da, vv). Nam châm Neodymium là không có đồ chơi cho trẻ em! Một thời gian trước, tôi mua một vài nam châm neodymium (hợp kim neodymium-iron-boron) của các kích cỡ khác nhau. Kể từ khi tôi muốn quan sát tác động yếu ớt, tôi đã chọn nam châm với một trong những magnetizations mạnh nhất hiện nay có sẵn (n52). Mật độ từ thông ở bề mặt (cột) của một nam châm như vậy vượt quá 1 T (1 T = 1 Vs / m2). Trong khi đó, mật độ thông lượng từ trường của trái đất là khoảng 60 μT tại các cực từ. Những hình ảnh dưới đây cho thấy một chồng hai nam châm hình trụ. Mỗi loại có kích thước D 50 mm × H 30 mm. Các lực hấp dẫn giữa hai nam châm rất mạnh mẽ rằng nó là hầu như không thể tách chúng ra khỏi nhau. Neodymium Magnet Stack của 2 Neodymium Nam châm thí nghiệm với nghịch từ và Paramagnetism Ngược lại với sắt từ, các tác động của nghịch từ và paramagnetism rất yếu và thường đi không được chú ý trong cuộc sống hàng ngày. Họ trở nên rõ ràng, tuy nhiên, khi lộ vật liệu khác nhau để các trường mạnh của một nam châm neodymium. Điều này được chứng minh bằng các thí nghiệm sau đây. Bởi vì đơn giản của họ, họ đặc biệt thích hợp cho các mục đích giáo dục (trường học, vv). Đối với các cuộc biểu tình sau đây tôi sử dụng một ống nghiệm với một nắp srew (một nút cao su sẽ làm việc tốt). Trước tiên, tôi điền ống gần như hoàn toàn bằng cồn (ethanol, 92% lớp) trước khi niêm phong nó. Tôi rời quá nhiều không khí trong ống mà một bong bóng của approx. 3 hoặc 4 cm chiều dài trở nên rõ ràng khi đặt ống phẳng trên bàn. Điều chỉnh ống hoàn toàn ngang đòi hỏi sự kiên nhẫn, nhưng có thể được quản lý với một chồng giấy. Vì vậy, ống hình thành một mức độ tinh thần rất nhạy cảm. Các video clip sau đây cho thấy những gì xảy ra khi tiếp cận các bong bóng không khí với các cực của một nam châm neodymium (để bắt đầu một video, bấm vào hình ảnh tương ứng). Thần cấp thử nghiệm ống với Ethanol Các nam châm dường như thu hút các bong bóng khí. Trong thực tế, chất lỏng được đẩy lùi nhờ nam châm (gây ra các bong bóng để di chuyển theo hướng ngược lại) từ ethanol là nghịch từ (không có các electron không cặp đôi trong phân tử). Người ta có thể tranh luận rằng các bong bóng là thu hút bởi vì không khí chứa oxy mà là thuận từ. Vì vậy, tôi lặp lại thí nghiệm với một bong bóng CO2 mà không nhận thấy bất kỳ sự khác biệt. mức độ tinh thần bình thường cũng bị ảnh hưởng bởi nam châm mạnh nhưng đến một mức độ thấp hơn rất nhiều vì buồng họ giữ chất lỏng thường là thùng rượu. Các video tiếp theo sau những gì xảy ra khi sử dụng một ống nghiệm chứa đầy một giải pháp 25% mangan (II) clorua tetrahydrate trong ethanol. Thần cấp thử nghiệm ống với MnCl2 · 4 H2O trong Ethanol Bây giờ nam châm thu hút các chất lỏng. Hiệu quả là thậm chí rõ ràng hơn so với trước đây. Các ngậm Mn2 + ion là mạnh thuận từ vì có 5 electron chưa ghép cặp trong 3d shell (cao-spin phức tạp). Các paramagnetism mạnh đến nỗi nó có thể overcompensate những nghịch từ của dung môi (tùy theo nồng độ). Đối với các thí nghiệm tiếp theo, tôi đã sử dụng một ống nghiệm chứa ít dung dịch, khoảng 2/3 tổng khối lượng. Các bong bóng kéo dài gần như từ đầu đến cuối giờ. Thần cấp thử nghiệm ống với MnCl2 · 4 H2O trong Ethanol (bong bóng khí lớn hơn) Các lực hút mạnh đến bề mặt của chất lỏng giả định một hình dạng lồi dưới nam châm. Nếu nam châm được gần đủ, chất lỏng thậm chí chạm vào bức tường phía trên của ống kính, chia thành hai phần bong bóng mà tái hợp ngay sau khi các nam châm được lấy ra. Sự hấp dẫn từ tính thậm chí còn đủ mạnh để cuộn một chai nhỏ bằng dung dịch MnCl2 accross bảng: Chai Chai nhỏ với MnCl2 Solution đây thí nghiệm được lặp lại với một ống chứa mẫu MnCl2 tinh khiết · 4 H2O bột: