Yra įvairių tipų medžiagų ir taip pat medžiagų, kurias sudaro įkrautos dalelės: patinka; elektronai ir protonai. Šios medžiagos gali turėti tam tikrų magnetinių savybių, kai jas įmagnetina išorinis magnetinis laukas, žinomas kaip magnetinės medžiagos. Šios medžiagos turi indukuotų arba nuolatinių magnetinių momentų magnetiniame lauke. Norint ištirti šių medžiagų magnetines savybes, paprastai medžiaga yra standartizuotame magnetiniame lauke, tada magnetinis laukas pakeičiamas. Šiuolaikinėse technologijose šios medžiagos vaidina pagrindinį vaidmenį ir yra svarbūs komponentai transformatoriai , varikliai ir generatoriai. Šiame straipsnyje pateikiama trumpa informacija apie magnetinės medžiagos .
Kas yra magnetinės medžiagos?
Medžiagos, kurios įmagnetinamos iš išorės veikiančiu magnetiniu lauku, yra žinomos kaip magnetinės medžiagos. Šios medžiagos taip pat įmagnetina, kai jas traukia magnetas. Šių medžiagų pavyzdžiai yra; Geležis, kobaltas ir niklis.
Šios medžiagos skirstomos į magnetiškai kietas (arba) magnetiškai minkštas medžiagas.
Magnetiškai kietos medžiagos įmagnetinamos per labai stiprų išorinį magnetinį lauką, kurį sukuria elektromagnetas. Šios medžiagos daugiausia naudojamos kuriant nuolatinius magnetus, kurie yra pagaminti iš lydinių, paprastai susidedančių iš kintamo kiekio geležies, nikelio, aliuminio, kobalto ir retųjų žemių elementų, tokių kaip samaris, neodimis ir disprosis.
Magnetiškai minkštos medžiagos labai lengvai įmagnetinamos, nors sukeltas magnetizmas yra laikinas. Pavyzdžiui, jei atsuktuvu ar vinimi paglostysite nuolatinį magnetą, jis laikinai įsimagnetins ir sukurs silpną magnetinį lauką, nes daug geležies. atomai laikinai sulygiuoti panašia kryptimi per išorinį magnetinį lauką.
Savybės
Magnetinės medžiagos savybės yra viena iš pagrindinių fizikos sąvokų. Taigi, savybės daugiausia apima; paramagnetizmas, feromagnetizmas ir antiferomagnetizmas, kurie aptariami toliau.
Paramagnetizmas yra magnetizmo rūšis, kai kai kurias medžiagas silpnai traukia išorinis magnetinis laukas. Jis sudaro vidinius ir indukuotus magnetinius laukus taikomo magnetinio lauko kryptimi. Paramagnetizme nesuporuoti elektronai yra išsidėstę atsitiktinai.
Feromagnetizmas yra reiškinys, kai tokia medžiaga kaip geležis tampa įmagnetinta ir išlieka įmagnetinta išoriniame magnetiniame lauke toje stadijoje. Feromagnetizme visi nesuporuoti elektronai yra sujungti.
Antiferomagnetizmas yra tam tikra magnetinė tvarka, kuri dažniausiai atsiranda tada, kai gretimų atomų (ar) jonų magnetiniai momentai susilygina atvirkštine kryptimi ir dėl to grynieji magnetiniai momentai yra nuliniai. Taigi toks elgesys daugiausia atsiranda dėl mainų sąveikos tarp gretimų jonų ar atomų, o tai padeda antilygiagrečiai suderinti sistemos energiją. Paprastai antiferomagnetinės medžiagos turi magnetinį išdėstymą esant tam tikrai temperatūrai, vadinamai; Neelio temperatūra. Virš šios temperatūros medžiaga taps paramagnetine ir praras savo antiferomagnetines savybes.
Kaip veikia magnetinės medžiagos?
Šios medžiagos turi mažus regionus, kuriuose magnetinis momentas gali būti nukreiptas tam tikra kryptimi, vadinama magnetiniais domenais, kurie daugiausia yra atsakingi už išskirtinį medžiagų veikimą. Visą medžiagų energiją gali sudaryti tiesiog anizotropinė energija, mainų energija ir magnetostatinė energija. Kai sumažėja magnetinės medžiagos dydis, tai padidina įvairius medžiagos domenus. Taigi dėl magneto-statinės energijos sumažėjimo daugiau domenų sienelių padidins mainų ir anizotropijos energiją. Taigi domeno dydis nulems magnetinės medžiagos prigimtį.
Magnetinis momentas nėra pastovus kai kurioms medžiagoms, kurių dalelių skersmuo yra mažesnis, palyginti su kritiniu superparamagnetizmo skersmeniu. Kai dalelės skersmuo yra tarp kritinio superparamagnetizmo skersmens ir vieno domeno, magnetinis momentas taps stabilus.
Magnetinių medžiagų tipai
Rinkoje yra įvairių tipų magnetinių medžiagų, kurios aptariamos toliau.
Paramagnetinės medžiagos
Šios medžiagos nėra stipriai traukiamos magnetų; alavo magnio, aliuminio ir daug daugiau. Šių medžiagų santykinis pralaidumas yra mažas, tačiau teigiamas, pavyzdžiui, aliuminio pralaidumas yra: 1.00000065. Šios medžiagos įmagnetinamos tik tada, kai yra labai stipriame magnetiniame lauke ir veikia magnetinio lauko kryptimi.
Kai išoriškai sukuriamas stiprus magnetinis laukas, nuolatiniai magnetiniai dipoliai sureguliuoja juos į lygiagrečius taikomam magnetiniam laukui ir padidina iki teigiamo įmagnetinimo. Jei dipolio orientacija lygiagreti taikomam magnetiniam laukui nėra baigta, tada įmagnetinimas yra labai mažas.
Diamagnetinės medžiagos
Šios medžiagos yra atstumiamos per magnetą, pavyzdžiui, gyvsidabris, cinkas, švinas, mediena, varis, sidabras, siera, bismutas ir kt., vadinamos diamagnetinėmis medžiagomis. Šių medžiagų pralaidumas yra šiek tiek mažesnis nei vienas. Pavyzdžiui, vario medžiagos pralaidumas yra 0,000005, bismuto medžiagos yra 0,00083, o medienos medžiagos - 0,9999995.
Kai šios medžiagos yra ypač stipriame magnetiniame lauke, šios medžiagos bus šiek tiek įmagnetintos ir veiks priešinga kryptimi nei taikomas magnetinis laukas. Tokio tipo medžiagose yra du gana silpni magnetiniai laukai, atsirandantys dėl orbitos apsisukimo ir elektronų ašinio sukimosi aplink branduolį.
Feromagnetinės medžiagos
Tokio tipo medžiagos, kurias stipriai traukia magnetinis laukas, vadinamos feromagnetinėmis medžiagomis. Šių medžiagų pavyzdžiai yra; nikelis, geležis, kobaltas, plienas ir kt. Šios medžiagos pasižymi itin dideliu pralaidumu, kuris svyruoja nuo kelių šimtų iki tūkstančių.
Magnetiniai dipoliai šiose medžiagose yra tiesiog išdėstyti į skirtingas sritis, kur individualus dipolio išdėstymas yra tobulas ir gali sukurti stiprius magnetinius laukus. Paprastai šie domenai yra išdėstyti atsitiktinai ir kiekvieno domeno magnetinis laukas panaikinamas per kitą, o visa medžiaga neparodo magneto elgesio.
Kai šioms medžiagoms suteikiamas išorinis magnetinis laukas, domenai persiorientuos, kad palaikytų išorinį lauką ir sukurs labai stiprų vidinį magnetinį lauką. Išskaičiavus išorinį lauką, dauguma domenų laukia ir toliau susilieja magnetinio lauko kryptimi.
Todėl šių medžiagų magnetinis laukas išlieka net tada, kai išorinis laukas nukrypsta. Taigi ši pagrindinė savybė naudojama nuolatinių magnetų, kuriuos naudojame kasdien, gamybai. Medžiagos, naudojamos nuolatiniams magnetams gaminti, paprastai yra labai feromagnetinės, pavyzdžiui, geležis, nikelis, neodimis, kobaltas ir kt.
Norėdami sužinoti, žr. šią nuorodą Feromagnetinės medžiagos .
Magnetinės žaliavos
Paprastai nuolatiniai magnetai visame pasaulyje gaminami iš skirtingų tipų medžiagų ir kiekviena medžiaga turi skirtingas savybes. Šios medžiagos daugiausia apima; alnico, lanksčios gumos, ferito, samariumo kobalto ir neodimio, kurie aptariami toliau.
Feritai
Speciali feromagnetinių medžiagų grupė, užimanti vidurinę padėtį tarp feromagnetinių ir neferomagnetinių medžiagų, yra žinoma kaip feritai. Šiose medžiagose yra smulkių feromagnetinių medžiagų dalelių, kurios turi didelį pralaidumą ir yra tarpusavyje sulaikomos per rišamąją dervą. Ferituose generuojamas įmagnetinimas yra labai pakankamas, nors jų magnetinis įsotinimas nėra didelis, kaip feromagnetinių medžiagų.
Šios medžiagos nėra brangios gaminti, o tai priklauso nuo jų magnetinio stiprumo. Šios medžiagos yra žymiai silpnesnės, palyginti su retųjų žemių medžiagomis, tačiau net ir jos vis dar plačiai naudojamos keliose komercinėse srityse. Šios medžiagos pasižymi stipriu atsparumu korozijai ir demagnetizacijai.
Neodimis
Neodimis yra labai retųjų žemių elementas ((Nd) ir jo atominis skaičius yra 60. 1885 m. jį tiesiog atrado austrų chemikas Carlas Aueris von Welsbachas. Ši medžiaga maišoma per borą, geležį ir kitų elementų pėdsakus. prazeodimio ir disprozio, kad būtų sukurtas feromagnetinis lydinys, vadinamas Nd2Fe14b, kuris yra labai stipriausia magnetinė medžiaga. Neodimio magnetai pakeičia kitas medžiagas keliuose pramoniniuose ir moderniuose komerciniuose prietaisuose.
Alnico
Aliuminio, nikelio ir kobalto akronimas yra „alnico“, kur šie trys pagrindiniai elementai dažniausiai naudojami kuriant alnico magnetinę medžiagą. Šie magnetai yra labai stiprūs nuolatiniai magnetai, palyginti su retųjų žemių magnetais. Alnico magnetus galima pakeisti nuolatiniais magnetais variklius , garsiakalbiai ir generatoriai.
Samariumo kobaltas
Šiuos magnetus aštuntojo dešimtmečio pradžioje tiesiog sukūrė JAV oro pajėgų medžiagų laboratorija. Samariumo kobaltas arba SmCo yra magnetinė medžiaga, pagaminta iš neįprastų žemės elementų, pavyzdžiui, lydinio; samaris, kietmetalų kobaltas, geležies pėdsakai, hafnis, varis, prazeodimis ir cirkonis. Samariumo kobalto magnetai yra retųjų žemių magnetai, tokie kaip neodimis, nes samaris yra panašaus retųjų žemių grupės elemento, pavyzdžiui, neodimio, elementas.
Magnetinės medžiagos prieš nemagnetines medžiagas
Šių dviejų medžiagų skirtumai aptariami toliau.
| Magnetinės medžiagos | Nemagnetinės medžiagos |
| Medžiagos, kurias traukia magnetas, yra žinomos kaip magnetinės medžiagos. | Medžiagos, kurių netraukia magnetas, vadinamos nemagnetinėmis medžiagomis. |
| Šių medžiagų pavyzdžiai yra; geležis, kobaltas ir nikelis. | Šių medžiagų pavyzdžiai: plastikas, guma, plunksnos, nerūdijantis plienas, popierius, žėrutis, sidabras, auksas, oda ir kt. |
| Šių medžiagų magnetinė būklė gali būti suderinta arba antilygiagrečiai, arba lygiagrečiai, todėl jos gali reaguoti į magnetinį lauką, kai yra valdomos išorinio magnetinio lauko. | Šių medžiagų magnetinė būklė gali būti išdėstyta atsitiktinai, todėl šių domenų magnetiniai judesiai yra panaikinami. Taigi jie nereaguoja į magnetinį lauką. |
| Šios medžiagos padeda gaminti nuolatinius magnetus, nes jas galima lengvai įmagnetinti per magnetą. | Šios medžiagos negali būti įmagnetintos per magnetą. Taigi, jis niekada negali virsti įmagnetinta medžiaga. |
Palyginimas
Toliau aptariamas skirtingų magnetinių medžiagų palyginimas.
| Medžiagos tipas | Sudėtis | Maksimali darbinė temperatūra | Temperatūros koeficientas | Tankis g/cm^3 |
| Feritas | Geležies oksidas ir keraminės medžiagos. | 180 oC | -0,02 % | 5g / cm^3 |
| Neodimis | Daugiausia neodimis, boras ir geležis. | 80 oC | 0,11 % | 7,4 g / cm^3 |
| Alnico | Daugiausia nikelio, aliuminio, geležies ir kobalto. | 500 oC | -0,2 % | 7,3 g / cm^3 |
| Magnetinė guma | Bario / stroncio energija ir PVC arba sintetinė guma. | 50 oC | 0,2 % | 3. 5 g / cm^3 |
| Samariumo kobaltas | Daugiausia Samarium & Cobalt | 350 oC | 0,11 % | 8. 4 g / cm^3 |
Programos
The magnetinių medžiagų pritaikymas įtraukti toliau nurodytus dalykus.
- Jie naudojami elektros energijai gaminti ir paskirstyti prietaisuose, kurie naudoja elektros energiją.
- Jie naudojami duomenims saugoti garso, vaizdo juostose ir kompiuterių diskuose.
- Šios medžiagos plačiai naudojamos gyvenime, gamyboje, krašto apsaugos moksle ir technologijose.
- Jie naudojami įvairių transformatorių ir variklių gamyboje energijos technologijoje, skirtingus magnetinius komponentus ir mikrobangų vamzdžius elektroninėse technologijose, stiprintuvus ir filtrus ryšių technologijose, elektromagnetinius ginklus, buitinius prietaisus ir magnetines minas nacionalinės gynybos technologijose.
- Jie plačiai naudojami mineralų ir geologiniuose tyrimuose, vandenynų tyrinėjimuose ir naujose energijos, informacijos, kosmoso ir biologijos technologijose.
- Šios medžiagos atlieka svarbų vaidmenį elektroninių technologijų ir kitose mokslo ir technologijų srityse.
- Jie taikomi elektronikoje, medicinoje, elektrotechnikoje ir kt.
- Jie naudojami gaminant elektroninius ir elektros prietaisus, tokius kaip elektros varikliai, transformatoriai ir generatoriai.
- Jie naudojami magnetinių saugojimo įrenginių gamyboje, pvz. diskeliai, standieji diskai ir magnetinės juostos.
- Tokio tipo medžiagos naudojamos magnetinių jutiklių gamyboje, pvz. Holo efekto jutikliai, magnetinio lauko jutikliai ir magnetorezistiniai jutikliai.
- Tai tinka tokiai medicinos įrangai kaip; MRT aparatai, širdies stimuliatoriai ir implantuojamos vaistų tiekimo sistemos.
- Jie naudojami magnetinio atskyrimo metoduose, kurie naudojami magnetinėms dalelėms atskirti nuo nemagnetinių dalelių.
- Šios medžiagos naudojamos atsinaujinančios energijos gamybai, pvz. hidroelektrinės ir vėjo turbinos.
Taigi, tai yra magnetinio apžvalga medžiagos, tipai, skirtumai, medžiagų palyginimas ir pritaikymas. Štai jums klausimas, kas yra magnetas?
