Svojstva i primjena feromagneta

Razmotrimo glavna područja primjene feromagneta, kao i značajke njihove klasifikacije. Za početak, ono što ferromagneti zovu krutine,

Svojstva feromagneta

Upotreba feromagneta u inženjeringu objašnjava se njihovim fizičkim svojstvima. Oni imaju magnetsku permeabilnost koja višestruko prelazi propusnost vakuuma. S tim u vezi, svi električni uređaji koji koriste magnetska polja za pretvaranje jedne vrste energije u drugu imaju posebne elemente feromagnetski materijal, sposoban za provođenje magnetskog toka.

Značajke feromagneta

Koje su značajke razlikovanja feromagneta? Svojstva i primjena ovih tvari objašnjavaju se osobitostima unutarnje strukture. Postoji izravna veza između magneta svojstva tvari i elementarni nosači magnetizma, čija uloga su elektroni koji se kreću unutar atoma.

Prilikom putovanja u kružnim putevima, stvaraju elementarne struje i magnetske dipole koji imaju magnetski trenutak. Njegov smjer je određen pravilom bušotine. Magnetskom trenutku tijela je geometrijska zbirka svih dijelova. Osim okretanja u kružnim putevima, elektroni se također kreću oko vlastitih osi, stvarajući trenutke spiniranja. Oni obavljaju važnu ulogu u procesu magnetizacije feromagneta.

Praktična primjena feromagneta povezana je s formiranjem spontanih magnetiziranih regija u njima, u kojima se momentovi spina paralelno orijentiraju. Ako se feromagnet nalazi u vanjskom polju, tada pojedini magnetski momenti imaju različite smjerove, njihova je suma nula i nema magnetizacijskih svojstava.

Određene značajke feromagneta

Ako su paramagneti povezani s svojstvima pojedinih molekula ili atoma tvari, tada se feromagnetna svojstva mogu objasniti specifičnosti kristalne strukture. Na primjer, u stanju pare, atomi željeza su malo diamagnetski, a u čvrstom stanju metal je feromagnet. Kao rezultat laboratorijskih istraživanja, pronađen je odnos između temperature i feromagnetskih svojstava.

Na primjer, u Heusler leguri, slično magnetska svojstva sa željezom, nema metala. Kada se postigne Curie točka (određena temperatura), feromagnetska svojstva nestaju.

Među njihovim razlikovnim karakteristikama možemo razlikovati ne samo visoku vrijednost magnetske permeabilnosti, već i odnos između snage polja i magnetizacije.

Interakcija magnetskih trenutaka pojedinih atoma feromagneta pridonosi stvaranju snažnih unutarnjih magnetskih polja, koja su međusobno paralelna. Snažno vanjsko polje dovodi do promjene orijentacije, što dovodi do povećanja magnetskog svojstva.

Priroda feromagneta

Znanstvenici su uspostavili spin prirodu feromagnetizma. Kada se elektroni distribuiraju preko energetskih slojeva, uzima se u obzir princip Paulijeve isključenosti. Bit je da na svakom sloju može biti samo određeni broj njih. Dobivene vrijednosti magnetskih trenutačnih orijentalnih i magnetskih momenta svih elektrona koji se nalaze na potpuno napunjenoj ljusci jednaki su nuli.

Kemijski elementi koji imaju feromagnetska svojstva (nikal, kobalt, željezo) su prijelazni elementi periodičke tablice. U njihovim atomima postoji kršenje algoritma za punjenje školjaka elektrona. Prvo padne na gornji sloj (s-orbital), a tek nakon što se njihovi puni puni elektroni pada na ljusku koja se nalazi ispod (d-orbital).

Velika primjena feromagneta, od kojih je glavno željezo, objašnjava promjenom strukture kada ulazi u vanjski magnetsko polje.

Slična svojstva mogu imati samo one tvari u čijim atomima postoje unutarnje nedovršene ljuske. Ali ovo stanje nije dovoljno za razgovor o feromagnetskim karakteristikama. Na primjer, krom, mangan, platina također imaju nedovršene ljuske unutar atoma, ali su paramagnetski. Podrijetlo spontane magnetizacije objašnjava se posebnim kvantnim djelovanjem, što je teško objasniti uz pomoć klasične fizike.

odsjek

Postoji uvjetna podjela takvih materijala u dvije vrste: tvrde i mekane feromagnete. Povezana je uporaba krutih materijala proizvodnja magnetskog diskovi, trake za pohranu podataka. Mekani feromagneti su neophodni prilikom izrade elektromagneta, jezgara transformatora. Razlike između dvije vrste objašnjene su osobitostima kemijske strukture tih tvari.

Značajke korištenja

Razmotrimo više pojedinosti o primjeni feromagneta u raznim granama moderne tehnologije. Magneto soft materijali koriste se u elektrotehnici radi stvaranja elektromotora, transformatora, generatora. Nadalje, važno je primijetiti korištenje feromagneta ovog tipa u radiokomunikaciji i na području tehnologije.

Čvrsti prikazi potrebni su za stvaranje trajnih magneta. U slučaju isključivanja vanjskog polja, feromagnetika zadržava svojstva, jer orijentacija elementarnih struja ne nestaje.

Ovo svojstvo objašnjava upotrebu feromagneta. Ukratko, može se reći da su takvi materijali osnova suvremene tehnologije.

Stalni magneti su potrebni pri stvaranju električnih mjernih instrumenata, telefona, zvučnika, magnetskih kompasa, zvučnih snimača.

feriti

S obzirom na uporabu feromagneta, posebnu pažnju treba posvetiti feritima. Oni su široko rasprostranjeni u visokofrekventnom radijskom inženjerstvu jer kombiniraju svojstva poluvodiča i feromagneta. Od ferita se proizvode magnetske vrpce i filmovi, jezgre induktora, diskova. Oni su željezni oksidi koji su u prirodi.

Zanimljive činjenice

Zanimljivo je korištenje feromagneta u električnim strojevima, kao i tehnologiji snimanja na tvrdom disku. Suvremena istraživanja pokazuju da na nekim temperaturama neki feromagneti mogu dobiti paramagnetske karakteristike. Zato se te tvari smatraju slabo proučavane i od posebnog su interesa za fizičare.

Čelična jezgra je sposobna nekoliko puta povećati magnetsko polje, bez istodobnog mijenjanja struje.

Korištenje feromagneta može značajno uštedjeti energiju. Zbog toga se materijali s feromagnetskim svojstvima koriste za jezgre generatora, transformatora i električnih motora.

Magnetna histereza

Ova pojava je ovisnost snage magnetskog polja i vektora magnetizacije na vanjskom polju. Ova se svojstva očituju u feromagnetama, kao iu legurama od željeza, nikla i kobalta. Sličan fenomen promatra se ne samo u slučaju promjena u polju u smjeru i veličini, već iu slučaju njegove rotacije.

propusnost

Magnetska propusnost je fizička veličina koja pokazuje omjer indukcije u određenom mediju do indeksa u vakuumu. Ako tvar stvara svoje magnetsko polje, smatra se magnetiziranim. Prema Ampereovoj hipotezi, veličina svojstava ovisi o orbitalnom gibanju "slobodnih" elektrona u atomu.

Histeracijska petlja je krivulja ovisnosti o promjeni magnetizacije feromagneta smještenog u vanjskom polju na promjeni veličine indukcije. Za potpuno demagnetiziranje korištenog tijela mora se promijeniti smjer vanjskog magnetskog polja.

Na određenoj vrijednosti magnetske indukcije, koja se naziva prisilna sila, magnetizacija uzorka preuzima nultu vrijednost.

Taj oblik petlje histereze i vrijednost prisilne snagu, sposobnost tvari za održavanje djelomičan magnetizacije feromagnetski objasniti široku upotrebu. Ukratko, gore su opisana područja primjene krutih feromagneta s širokom petljom histereze. Volfram, ugljik, aluminij, kromi čelici imaju veliku prisilnu silu, stoga se temelje na trajnim magnetima različitih oblika: trake, potkovice.

Među mekim materijalima s malom prisilnom silom zabilježimo željezne rude, kao i legure željeza s niklom.

Proces magnetizacijskog preokreta feromagneta povezan je s promjenom u regiji spontane magnetizacije. Za to se koristi rad koji vrši vanjsko polje. Količina topline proizvedena u ovom slučaju proporcionalna je području petlje histereze.

zaključak

Trenutačno se tvari s feromagnetnim svojstvima aktivno koriste u svim granama tehnologije. Osim značajne uštede energije, zahvaljujući korištenju takvih tvari, moguće je pojednostaviti tehnološke procese.

Na primjer, naoružan snažnim trajnim magnetima, možete znatno pojednostaviti proces kreiranja vozila. Snažne elektromagnete, koje se trenutno koriste u domaćim i stranim automobilskim pogonima, u potpunosti mogu automatizirati najzahtjevnije tehnološke procese i znatno ubrzati proces sastavljanja novih vozila.

U radijskom inženjerstvu ferromagneti omogućuju dobivanje uređaja najviše kvalitete i točnosti.

Znanstvenici su uspjeli stvoriti tehniku ​​s jednim korakom za proizvodnju magnetskih nanočestica, pogodnih za upotrebu u medicini i elektronici.

Kao rezultat brojnih studija provedenih u najboljim istraživačkim laboratorijima, moguće je utvrditi magnetska svojstva nanočestica kobalta i željeza obložene tankim slojem zlata. Već potvrdili svoju sposobnost da nose lijek protiv raka ili atomi radionuklida u desnom dijelu ljudskog tijela, povećavaju kontrast slika magnetske rezonancije.

Osim toga, takve se čestice mogu koristiti za nadogradnju magnetske memorije, što će biti novi korak u stvaranju inovativne medicinske opreme.

Tim ruskih znanstvenika uspio je razviti i testirati metodu za rekonstituciju vodenih otopina klorida za proizvodnju nanočestica kombiniranih kobaltnih željeza, pogodnih za stvaranje materijala s poboljšanim magnetskim karakteristikama. Sva istraživanja provedena od strane znanstvenika usmjerena su na povećanje feromagnetičkih svojstava tvari, povećavajući njihov postotak u proizvodnji.