Lastnosti in aplikacije feromagnetov

Razmislimo o glavnih področjih uporabe feromagnetov, pa tudi o značilnostih njihove razvrstitve. Za začetek, kateri fermagneti kličejo trdne snovi,

Lastnosti feromagnetov

Uporaba feromagnetov v inženirstvu je razložena z njihovimi fizikalnimi lastnostmi. Imajo magnetno prepustnost, ki večkrat presega prepustnost vakuuma. V zvezi s tem imajo vsi električni aparati, ki uporabljajo magnetna polja za pretvorbo ene vrste energije v drugo, izdelani iz posebnih elementov feromagnetni material, sposoben voditi magnetni tok.

Značilnosti feromagnetov

Kakšne so značilnosti feromagnetov? Lastnosti in uporaba teh snovi so razložene z značilnostmi notranje strukture. Obstaja neposredna zveza med magnetnimi lastnosti snovi in elementarnih nosilcev magnetizma, v vlogo katerih se gibljejo elektroni znotraj atoma.

Pri potovanju v krožnih orbitih ustvarijo osnovne tokove in magnetne dipole, ki imajo magnetni moment. Njegovo usmeritev določa pravilo sornika. Magnetni moment telesa je geometrijska vsota vseh delov. Poleg rotacije v krožnih orbitah se tudi elektroni premikajo okoli lastnih osi in ustvarjajo centrifugalne trenutke. V procesu magnetizacije feromagneti opravljajo pomembno funkcijo.

Praktična uporaba feromagnetov je povezana s tvorbo spontanih magnetiziranih območij v njih, pri katerih imajo centrifugalni momenti vzporedno usmeritev. Če se feromagnet nahaja v zunanjem polju, imajo posamezni magnetni momenti različne smeri, njihova vsota je nič in ni lastnosti magnetizacije.

Posebne značilnosti feromagnetov

Če so paramagneti povezani s lastnostmi posameznih molekul ali atomov snovi, se feromagnetne lastnosti lahko razložijo s specifičnostjo kristalne strukture. Na primer, v parnem stanju so atomi železa rahlo diamagnetni in v trdnem stanju je ta kovina feromagnet. Kot rezultat laboratorijskih raziskav je bilo ugotovljeno, da je bila med temperaturo in feromagnetnimi lastnostmi povezana.

Na primer, v zlitini Heusler, podobno kot magnetne lastnosti z železom ni nobene kovine. Ko dosežemo točko Curie (določeno temperaturno vrednost), feromagnetne lastnosti izginejo.

Med svojimi značilnostmi lahko razlikujemo ne le visoko vrednost magnetne prepustnosti, temveč tudi razmerje med poljsko jakostjo in magnetizacijo.

Medsebojni vplivi magnetnih momentov posameznih atomov feromagnetov prispevajo k ustvarjanju močnih notranjih magnetnih polj, ki so poravnane vzporedno med seboj. Močno zunanje polje vodi do spremembe orientacije, kar vodi k povečanju magnetnih lastnosti.

Narava feromagnetov

Znanstveniki so ugotovili, da je feromagnetizem spin. Ko so elektroni porazdeljeni nad energijske plasti, se upošteva Paulijevo načelo izključitve. Bistvo je, da lahko na vsakem sloju obstaja le določeno število. Posledične vrednosti magnetnih momentov za orbite in spinove vseh elektronov, ki se nahajajo na popolnoma napolnjeni lupini, so enake nič.

Kemični elementi, ki imajo feromagnetne lastnosti (nikelj, kobalt, železo), so prehodni elementi periodične tabele. V svojih atomih je prišlo do kršitve algoritma za polnjenje lupine z elektroni. Najprej spadajo na zgornji sloj (s-orbital) in šele po polnem polnjenju elektronov na lupini, ki se nahaja spodaj (d-orbital).

Obsežna uporaba feromagnetov, katere glavni je železo, je razložena s spremembo strukture, ko vstopi v zunanje magnetno polje.

Podobne lastnosti imajo lahko le tiste snovi, katerih atomi so notranji nedokončani lupini. Toda ta pogoj ni dovolj, da bi govorili o feromagnetnih značilnostih. Na primer, krom, mangan, platina imajo tudi nedokončane lupine znotraj atomov, vendar so paramagnetni. Izvor spontane magnetizacije je razložen s posebnim kvantnim ukrepom, ki ga s klasično fiziko težko razložimo.

Podrazdelitev

Obstajata pogojna razdelitev takih materialov v dve vrsti: trdi in mehki feromagneti. Povezana je uporaba togih materialov proizvodnja magnetnih diski, trakovi za shranjevanje informacij. Mehki feromagneti so nepogrešljivi pri izdelavi elektromagnetov, jeder transformatorjev. Razlike med obema vrstama so razložene z značilnostmi kemijske strukture teh snovi.

Značilnosti uporabe

Podrobneje razmislimo o nekaterih primerih uporabe feromagnetov v različnih vejah sodobne tehnologije. Magneto mehke materiale se uporabljajo v elektrotehniki za ustvarjanje elektromotorjev, transformatorjev, generatorjev. Poleg tega je pomembno omeniti uporabo feromagnetov te vrste v radiokomunikacijah in na področju tehnologije.

Togi pogledi so potrebni za ustvarjanje trajnih magnetov. V primeru izklopa zunanjega polja, feromagnetika ohranja lastnosti, ker usmeritev osnovnih tokov ne izgine.

Ta lastnost razlaga uporabo feromagnetov. Na kratko lahko rečemo, da so takšni materiali osnova sodobne tehnologije.

Stalni magneti so potrebni pri izdelavi električnih merilnih instrumentov, telefonov, zvočnikov, magnetnih kompasov, zvočnih snemalnikov.

Feriti

Glede na uporabo feromagnetov je treba posebno pozornost posvetiti feritom. Razširjeni so v visokofrekvenčnem radijskem inženirstvu, ker združujejo lastnosti polprevodnikov in feromagnetov. Iz feritov je izdelanih magnetnih trakov in filmov, jeder induktorjev, diskov. So železovi oksidi, ki so v naravi.

Zanimiva dejstva

Zanimivo je uporaba feromagnetov v električnih strojih, kot tudi v snemalni tehnologiji na trdem disku. Sodobne raziskave kažejo, da lahko pri nekaterih temperaturah nekateri feromagneti pridobijo paramagnetne lastnosti. Zato se te snovi štejejo za slabo proučene in so posebno zanimive za fizike.

Jekleno jedro lahko večkrat poveča magnetno polje, ne da bi hkrati spremenilo tok.

Uporaba feromagnetov lahko znatno varčuje z energijo. Zato se materiali s feromagnetnimi lastnostmi uporabljajo za jedra generatorjev, transformatorjev in elektromotorjev.

Magnetna histereza

Ta pojav je odvisnost moči magnetnega polja in vektorja magnetizacije na zunanjem polju. Ta lastnost se kaže v feromagneti, pa tudi v zlitinah iz železa, niklja, kobalta. Podoben pojav je opazen ne le v primeru spremembe polja v smeri in velikosti, ampak tudi v primeru njegovega vrtenja.

Prepustnost

Magnetna prepustnost je fizična količina, ki kaže razmerje med indukcijo v določenem mediju in indeksom v vakuumu. Če snov ustvari lastno magnetno polje, se šteje, da je magnetizirana. Glede na Amperejevo hipotezo je velikost lastnosti odvisna od orbitalnega gibanja "prostih" elektronov v atomu.

Zanka histereze je krivulja odvisnosti spremembe magnetizacije feromagnetov, ki se nahajajo v zunanjem polju pri spremembi velikosti indukcije. Za popolno demagnetizacijo uporabljenega telesa moramo spremeniti smer zunanjega magnetnega polja.

Pri določeni vrednosti magnetne indukcije, ki se imenuje prisilna sila, magnetizacija vzorca prevzame ničelno vrednost.

Oblika histerezne zanke in obseg prisilne sile, ki določata sposobnost snovi, da zadrži delno magnetizacijo, pojasnjuje široko uporabo feromagnetov. Na kratko smo opisali področja uporabe togih feromagnetov s široko histerezno zanko. Volframova, ogljikova, aluminijasta in kromova jekla imajo veliko prisilno silo, zato temeljijo na trajnih magnetih različnih oblik: trak, podkve.

Med mehkimi materiali, ki imajo majhno prisilno silo, opazujemo železove rude in zlitine železa z niklom.

Postopek preoblikovanja magnetizacije feromagnetov je povezan s spremembo območja spontane magnetizacije. Za to se uporablja delo, ki ga izvaja zunanje polje. Količina toplote, ki je nastala v tem primeru, je sorazmerna z območjem histerezne zanke.

Zaključek

Trenutno se v vseh vejah tehnologije aktivno uporabljajo snovi s feromagnetnimi lastnostmi. Poleg precejšnjega varčevanja z energijo, je zaradi uporabe takšnih snovi mogoče poenostaviti tehnološke procese.

Na primer, oboroženi z močnimi trajnimi magneti, lahko bistveno poenostavite postopek ustvarjanja vozil. Zmogljivi elektromagneti, ki se trenutno uporabljajo v domačih in tujih avtomobilskih obratih, lahko v celoti avtomatizirajo najbolj delovno intenzivne tehnološke procese in znatno pospešijo proces sestavljanja novih vozil.

V radijskem inženirstvu feromagneti omogočajo pridobitev naprav najvišje kakovosti in natančnosti.

Znanstveniki so uspeli ustvariti enostopenjsko tehniko izdelave magnetnih nanodelcev, ki so primerne za uporabo v medicini in elektroniki.

Kot rezultat številnih študij, izvedenih v najboljših raziskovalnih laboratorijih, je bilo mogoče ugotoviti magnetne lastnosti nanodelcev kobalta in železa, prevlečenih s tanko plastjo zlata. Že potrdili svojo sposobnost nositi zdravila proti raku ali radionuklidne atome v desnem delu človeškega telesa, povečati kontrast slik magnetne resonance.

Poleg tega se lahko takšni delci uporabijo za nadgradnjo magnetnih pomnilniških naprav, kar bo nov korak pri ustvarjanju inovativne medicinske opreme.

Ekipa ruskih znanstvenikov je uspela razviti in preizkusiti metodo za rekonstitucijo vodnih raztopin kloridov za proizvodnjo kombiniranih nanodelcev kobaltovega železa, primernih za izdelavo materialov z izboljšanimi magnetnimi lastnostmi. Vse raziskave, ki so jih izvedli znanstveniki, so namenjene povečanju feromagnetnih lastnosti snovi, povečanju njihove odstotne uporabe v proizvodnji.