Ferromagnetismimateriaalit, sovellukset ja esimerkit

Hän Ferromagnetismi Ominaisuus antaa joillekin aineille voimakkaan ja pysyvän magneettisen vasteen. Luonnossa tällä ominaisuudella on viisi elementtiä: rauta, koboltti, nikkeli, gadolinio ja disposio, jälkimmäiset harvinaiset maametallit.

Ulkoisen magneettikentän läsnä ollessa, kuten luonnollisen magneetin tai sähkömagneetin tuottama, aine reagoi ominaisella tavalla sen sisäisen kokoonpanon mukaan. Tämän vasteen kvantifiointi on magneettinen läpäisevyys.

Silta muodostavat magneetit. Lähde: Pixabay

Magneettinen läpäisevyys on mitat.

Kun tämä vaste on paljon suurempi kuin 1, materiaali luokitellaan ferromagneettiseksi. Toisaalta, jos läpäisevyys ei ole paljon suurempi kuin 1, katsotaan, että magneettinen vaste on heikompi, ne ovat paramagneettisia materiaaleja.

Raudassa magneettinen läpäisevyys on luokkaa 10⁴. Tämä tarkoittaa, että raudan sisällä oleva kenttä on noin 10000 kertaa suurempi kuin ulkoisesti sovellettava kenttä. Mikä antaa kuvan siitä, kuinka voimakas tämän mineraalin magneettinen vaste on.

[TOC]

Kuinka magneettinen vaste on peräisin aineista?

Magneettisuus tunnetaan olevan sähkövarausten liikkeeseen liittyvä vaikutus. Se on juuri sähkövirta. Mistä palkkamagneetin magneettiset ominaisuudet tulevat silloin, josta nuotti on osunut jääkaapissa?

Magneetin materiaali ja myös mikä tahansa muu aine sisältää protoneja ja elektroneja, joilla on oma liikkuminen ja tuottavat sähkövirrat monin tavoin.

Hyvin yksinkertaistettu malli olettaa pyöreän kiertoradan elektronia protonien ja neutronien muodostaman ytimen ympärillä, muodostaen siten pienen virran virran spaasin. Jokainen spaasi on liittynyt vektorin suuruuteen, jota kutsutaan "kiertoradan magneettiseen momenttiin", jonka voimakkuus saadaan virran tuote ja silmukan määrittämä alue: Bohr Magneton.

Tietenkin, tässä vähän virta riippuu elektronikuormasta. Koska kaikki aineet sisältävät elektroneja sisällä, niillä kaikilla on mahdollisuus ilmaista magneettisia ominaisuuksia. Kaikki heistä eivät kuitenkaan tee.

Tämä johtuu siitä, että heidän magneettiset hetkensä eivät ole linjassa, vaan järjestetty satunnaisesti sisälle, niin että niiden magneettiset vaikutukset makroskooppisella tasolla peruutetaan.

Tarina ei lopu täältä. Ytimen ympärillä olevan elektroniliikkeen magneettinen momenttituote ei ole ainoa mahdollinen magnetismin lähde tässä asteikolla.

Voi palvella sinua: Astrofysiikka: Opiskelun kohde, historia, teoriat, haarat

Elektronilla on eräänlainen kiertoliike akselinsa ympärillä. Se on vaikutus, joka kääntyy luontaiseksi kulmavirtaksi. Tätä ominaisuutta kutsutaan pyöriä elektronista.

Luonnollisesti sillä on myös siihen liittyvä magneettinen hetki ja se on paljon voimakkaampi kuin kiertoradan hetki. Itse asiassa suurin panos atomin nettomagneettiseen momenttiin on spinin kautta, huolimatta molemmista magneettisista hetkistä: käännöksen ja luontaisen kulman momentin, myötävaikuttaa atomin kokonaismagneettiseen momenttiin.

Nämä magneettiset hetket ovat niitä, jotka pyrkivät kohdistamaan ulkoisen magneettikentän läsnäollessa. Ja he tekevät niitä myös naapurimomenttien luomilla kentillä materiaalissa.

Nyt elektronit muodostavat yleensä parit atomeihin monien elektronien kanssa. Pariskunnat muodostuvat elektronien väliin vastakkaisella spinillä, mikä johtaa Spinin magneettiseen hetkeen.

Ainoa tapa, jolla spin myötävaikuttaa kokonaismagneettiseen hetkeen, on se, että joku katoaa, ts. Atomilla on pariton määrä elektroneja.

On syytä kysyä, mitä ytimen protonien magneettisesta momentista on. Koska heillä on myös spin. Se johtuu siitä, että spin -momentti riippuu käänteisesti protonin massasta ja massasta on paljon suurempi kuin elektronin massa.

Magneettiset domeenit

Raudassa, koboltissa ja nikkelillä, elektronien tuottaman elektronien tuottaman spin -nettomomentin elementtien triadi ei ole nolla ... näissä metalleissa, elektroneissa 3D -kiertoradalla. Siksi tällaisia ​​materiaaleja pidetään ferromagneettisina.

Tämä kunkin atomin yksittäinen magneettinen momentti ei kuitenkaan riitä selittämään ferromagneettisten materiaalien käyttäytymistä.

Vahvan magneettisen materiaalin sisällä on alueita Magneettiset domeenit, jonka pidennys voi vaihdella 10: stä^-4 ja 10^-1 cm ja se sisältää miljardeja atomeja. Näillä alueilla naapuriatomien netto -spin -hetket hallitsevat.

Kun magneettisen domeenin hallussapitäjä lähestyy magneettia, domeenit kohdistuvat toistensa kanssa, tehostaen magneettista vaikutusta.

Se johtuu tosiasiasta, että domeeneilla, kuten baarimagneeteilla, on magneettisia napoja, jotka on yhtä merkitty pohjoiseen ja etelään, siten.

Se voi palvella sinua: äänen eteneminen

Kun domeenit ovat kohdistuneet ulkoisen kentän kanssa, materiaali säteilee raput, jotka voidaan kuulla asianmukaisella vahvistuksella.

Tämä vaikutus näkyy, kun magneetti houkuttelee makeaa rautakynnet ja nämä puolestaan ​​käyttäytyvät kuin magneetit, jotka houkuttelevat muita kynnet.

Magneettiset domeenit eivät ole staattisia rajoja, jotka on perustettu materiaaliin. Sen kokoa voidaan muokata jäähdyttämällä tai lämmittämällä materiaali ja myös altistumalla ulkoisten magneettikenttien vaikutukselle.

Verkkotunnuksen kasvu ei kuitenkaan ole rajoittamaton. Niitä silloin, kun niitä ei enää ole mahdollista kohdistaa, sanotaan, että materiaalin kylläisyyspiste on saavutettu. Tämä vaikutus heijastuu myöhemmin näkyviin hystereesikäyrissä.

Materiaalin lämmitys aiheuttaa magneettisten hetkien kohdistuksen menettämisen. Lämpötila, jossa magnetointi menetetään kokonaan materiaalin tyypin mukaan, palkkamagneettille, noin 770 º C menetetään yleensä.

Kun magneetti on poistettu, kynsien magnetointi katoaa aina läsnä olevan lämpökatkaisun vuoksi. Mutta on myös muita yhdisteitä, joilla on pysyvä magnetointi spontaanisti kohdistettuihin domeeneihin.

Magneettiset domeenit voidaan havaita, kun litteä ferromagneettinen materiaali leikataan ja kiillotetaan erittäin hyvin. Kun tämä on siroteltu pölyllä tai hienoilla rautatiedostoilla.

Mikroskoopin alla havaitaan, että sirut on ryhmitelty mineraalien muodostamisalueille, joilla on erittäin hyvin määritelty suunta, materiaalin magneettisten domeenien seurauksena.

Eri magneettisten materiaalien välinen käyttäytymisero johtuu tavasta, jolla alueet käyttäytyvät.

Magneettinen hystereesi

Magneettinen hystereesi on ominaisuus, että vain materiaalit, joilla on korkea magneettinen läpäisevyys. Älä esitä paramagneettisia tai diamagneettisia materiaaleja.

Edustaa sovelletun ulkoisen magneettikentän, joka on merkitty H Magneettisen induktion Tietoja B - ferromagneettisen metallin ajanjakson aikana. Esitetyllä kaaviolla on hystereesikäyrän nimi.

Ferromagneettinen hystereesisykli

Aluksi kohdassa tai sitä ei käytetä kenttää H Ei magneettisia vasteita B -, mutta H, Induktio B - kasvaa asteittain, kunnes se saavuttaa kylläisyyden suuruuden B -_s Kohdassa A, jota odotetaan.

Nyt H Ennen kuin se on tehty, sen kanssa se saavutetaan pisteeseen C, mutta materiaalin magneettinen vaste ei katoa, säilyttäen a jäljellä oleva magnetointi merkitty arvolla B -_{r -}. Tarkoittaa, että prosessi ei ole palautuvaa.

Voi palvella sinua: sähköodynamiikka

Sieltä intensiteetti H Lisää, mutta käänteisen napaisuuden kanssa (negatiivinen merkki) siten, että jäljellä oleva magnetointi on mitätöidaan pisteeseen D. Tarvittava arvo H Se on merkitty H_c ja saada nimen pakkokenttä.

Suuruus H kasvaa kyllästymisarvoon E: ssä ja välittömästi H Se pienenee, kunnes se saavuttaa 0, mutta yllä kuvattuna on jäljellä oleva magnetointi, jonka vastapäätä on, kohdassa F.

Nyt napaisuus H Jälleen ja sen suuruutta lisätään materiaalin magneettisen vasteen peruuttamiseksi pisteessä G. Tavan jälkeen hänen kylläisyytensä saa jälleen. Mutta mielenkiintoinen asia on, että se ei päässyt sinne alkuperäisellä tiellä, jonka punaiset nuolet osoittavat.

Magneettisesti kovat ja pehmeät materiaalit: sovellukset

Makea rauta on helpompi magnetoida kuin teräs ja napauttaa materiaalia, domeenien kohdistusta helpotetaan edelleen.

Kun materiaalia on helppo magnetoida ja taittaa se, sanotaan, että se on magneettisesti pehmeä, Ja tietysti, jos päinvastoin tapahtuu, on materiaali magneettisesti kovaa. Jälkimmäisessä magneettiset domeenit ovat pieniä, kun taas entisissä ne ovat suuria, joten ne voidaan nähdä mikroskoopin läpi, kuten yllä on yksityiskohtaisesti.

Hystereesikäyrän sulkeminen alue on mittaus materiaalin magnetointiin tarvittavasta energiasta. Kuvassa kaksi eri materiaalia arvostetaan kuviossa kaksi hystereesikäyrää. Vasemmalla on magneettisesti pehmeä, kun taas oikealla oleva on kova.

Pehmeällä ferromagneettisella materiaalilla on pakkokenttä H_c pieni ja kapea ja korkea hystereesikäyrä. Se on sopiva materiaali sijoittaa se sähkömuuntajan ytimeen. Esimerkki niistä on makeaa rautaa ja piitä ja rauta-nikkeliseoksia, jotka ovat hyödyllisiä viestintälaitteissa.

Toisaalta magneettisesti kovia materiaaleja on vaikea kadota kuvitellut, kuten Alnico-seoksissa (alumiini-nickel-colto) ja harvinaisten maapallon seoksissa, joiden kanssa pysyvät magneetit valmistetaan.

Viitteet

1. Eisberg, r. 1978.  Kvanttifysiikka.  Limusa. 557 -577.
2. Nuori, Hugh. 2016. Sears-Zanskyn yliopistofysiikka, jolla on moderni fysiikka. 14. ed. Pearson. 943.
3. Zapata, f. (2003). Guafita 8x -öljykaivoon liittyvien mineralogioiden tutkimus Guafita Campoon (Apere State) magneettisen herkkyyden ja Mossbauerin mittauksiin. Tutkinto. Venezuelan keskusyliopisto.