Magnētiskie materiāli: īpašības, darbība, veidi, atšķirības un to pielietojums

Ir dažāda veida materiāli un arī vielas, kas sastāv no lādētām daļiņām: piemēram; elektroni un protoni. Šiem materiāliem var būt zināmas magnētiskas īpašības, ja tos magnetizē ārējs magnētiskais lauks, ko sauc par magnētiskiem materiāliem. Šiem materiāliem magnētiskajā laukā ir inducēti vai pastāvīgi magnētiski momenti. Lai pētītu šo materiālu magnētiskās īpašības, parasti materiāls atrodas standartizētā magnētiskajā laukā, pēc tam tiek mainīts magnētiskais lauks. Mūsdienu tehnoloģijās šiem materiāliem ir galvenā loma, un tie ir nozīmīgas sastāvdaļas transformatori , motori un ģeneratori. Šajā rakstā ir sniegta īsa informācija par magnētiskie materiāli .

Kas ir magnētiskie materiāli?

Materiālus, kas tiek magnetizēti ar ārēji pielietotu magnētisko lauku, sauc par magnētiskiem materiāliem. Šīs vielas arī iegūst magnetizāciju ikreiz, kad tās pievelk magnēts. Šo materiālu piemēri ir; Dzelzs, kobalts un niķelis.

Šie materiāli tiek iedalīti magnētiski cietos (vai) magnētiski mīkstos materiālos.

Magnētiski cietie materiāli tiek magnetizēti caur ļoti spēcīgu ārējo magnētisko lauku, ko ģenerē elektromagnēts. Šos materiālus galvenokārt izmanto pastāvīgo magnētu radīšanai, kas izgatavoti no sakausējumiem, kas parasti sastāv no mainīga daudzuma dzelzs, niķeļa, alumīnija, kobalta un retzemju elementu, piemēram, samārija, neodīma un disprozija.

Magnētiski mīkstie materiāli ir ļoti viegli magnetizējami, lai gan inducētais magnētisms ir īslaicīgs. Piemēram, ja jūs noglaudīsit pastāvīgo magnētu ar skrūvgriezi vai naglu, tas īslaicīgi magnetizēsies un radīs vājo magnētisko lauku, jo liels skaits dzelzs atomi tiek īslaicīgi izlīdzināti līdzīgā virzienā caur ārējo magnētisko lauku.

Īpašības

Magnētiskā materiāla īpašības ir viens no svarīgākajiem fizikas jēdzieniem. Tātad, īpašības galvenokārt ietver; paramagnētisms, feromagnētisms un antiferomagnētisms, kas ir aplūkoti turpmāk.

Paramagnētisms ir magnētisma veids, kurā dažus materiālus vāji pievelk magnētiskais lauks, kas tiek pielietots ārēji. Tas veido iekšējos un inducētos magnētiskos laukus pielietotā magnētiskā lauka virzienā. Paramagnētismā nepāra elektroni ir izkārtoti nejauši.

Feromagnētisms ir parādība, kurā tāds materiāls kā dzelzs tiek magnetizēts un paliek magnetizēts ārējā magnētiskajā laukā šajā posmā. Feromagnētismā visi nepāra elektroni ir saistīti.

Antiferomagnētisms ir sava veida magnētiskā secība, kas galvenokārt rodas ikreiz, kad blakus esošo atomu (vai jonu) magnētiskie momenti sakrīt apgrieztos virzienos, un rezultātā neto magnētisko momentu nav. Tātad šī uzvedība galvenokārt ir saistīta ar apmaiņas mijiedarbību starp blakus esošajiem joniem vai atomiem, kas palīdz pretparalēli izlīdzināt sistēmas enerģiju. Parasti antiferomagnētiskajiem materiāliem ir magnētiska secība noteiktā temperatūrā, kas pazīstama kā; Neela temperatūra. Materiāls virs šīs temperatūras kļūs paramagnētisks un zaudēs savas antiferomagnētiskās īpašības.

Kā darbojas magnētiskie materiāli?

Šiem materiāliem ir mazi apgabali, kuros magnētisko momentu var novirzīt noteiktā virzienā, ko sauc par magnētiskajiem domēniem, kas galvenokārt ir atbildīgi par materiālu ekskluzīvo veiktspēju. Materiālu pilno enerģiju var nodrošināt vienkārši anizotropijas enerģija, apmaiņas enerģija un magnetostatiskā enerģija. Ikreiz, kad tiek samazināts magnētiskā materiāla izmērs, tas uzlabo dažādus materiāla domēnus. Tātad magnetostatiskās enerģijas samazināšanās dēļ vairāk domēna sienu palielinās apmaiņas un anizotropijas enerģiju. Tādējādi domēna lielums noteiks magnētiskā materiāla raksturu.

Magnētiskais moments nav stabils dažiem materiāliem, kuriem ir mazāks daļiņu diametrs, salīdzinot ar kritisko superparamagnētisma diametru. Ikreiz, kad daļiņas diametrs ir starp superparamagnētisma kritisko diametru un vienu domēnu, magnētiskais moments kļūs stabils.

Magnētisko materiālu veidi

Tirgū ir pieejami dažādi magnētisko materiālu veidi, kas ir aplūkoti turpmāk.

Paramagnētiskie materiāli

Šie materiāli netiek stipri piesaistīti magnētam, piemēram; alvas magnijs, alumīnijs un daudz kas cits. Šiem materiāliem ir neliela relatīvā caurlaidība, bet pozitīva, piemēram, alumīnija caurlaidība ir: 1,00000065. Šie materiāli tiek magnetizēti tikai tad, kad tie atrodas uz ļoti spēcīga magnētiskā lauka un darbojas magnētiskā lauka virzienā.

Ikreiz, kad ārēji tiek nodrošināts spēcīgs magnētiskais lauks, pastāvīgie magnētiskie dipoli pielāgo tos pašparalēlus pielietotajam magnētiskajam laukam un palielina līdz pozitīvai magnetizācijai. Ja dipola orientācija ir paralēla pielietotajam magnētiskajam laukam, nav pilnīga, tad magnetizācija ir ārkārtīgi maza.

Diamagnētiskie materiāli

Šos materiālus atgrūž ar magnētu, piemēram, dzīvsudrabu, cinku, svinu, koksni, varu, sudrabu, sēru, bismutu utt., sauc par diamagnētiskiem materiāliem. Šo materiālu caurlaidība ir nedaudz zemāka par vienu. Piemēram, vara materiāla caurlaidība ir 0,000005, bismuta materiāla caurlaidība ir 0,00083 un koka materiāla caurlaidība ir 0,9999995.

Ja šie materiāli atrodas ārkārtīgi spēcīgā magnētiskajā laukā, tie tiks nedaudz magnetizēti un darbosies pretējā virzienā pielietotajam magnētiskajam laukam. Šajos materiālos ir divi diezgan vāji magnētiskie lauki, ko izraisa orbītas apgriezieni un elektronu aksiālā rotācija ap kodolu.

Feromagnētiskie materiāli

Šāda veida materiālus, kurus spēcīgi pievelk magnētiskais lauks, sauc par feromagnētiskiem materiāliem. Šo materiālu piemēri ir; niķelis, dzelzs, kobalts, tērauds utt. Šiem materiāliem ir ārkārtīgi augsta caurlaidība, kas svārstās no vairākiem simtiem līdz tūkstošiem.

Magnētiskie dipoli šajos materiālos ir vienkārši sakārtoti dažādos domēnos, kur atsevišķais dipola izvietojums ir ievērojami ideāls un var radīt spēcīgus magnētiskos laukus. Parasti šie domēni tiek sakārtoti nejauši, un katra domēna magnētiskais lauks tiek atcelts caur citu domēnu, un viss materiāls neuzrāda magnēta uzvedību.

Ikreiz, kad šiem materiāliem tiek nodrošināts ārējs magnētiskais lauks, domēni pārorientējas, lai atbalstītu ārējo lauku un radītu ļoti spēcīgu iekšējo magnētisko lauku. Atskaitot ārējo lauku, lielākā daļa domēnu gaida un turpina būt saistīti magnētiskā lauka virzienā.
Tāpēc šo materiālu magnētiskais lauks saglabājas pat tad, kad ārējais lauks iziet. Tātad šis galvenais īpašums tiek izmantots pastāvīgo magnētu ražošanai, ko mēs izmantojam katru dienu. Pastāvīgo magnētu izgatavošanā izmantotie materiāli parasti ir ļoti feromagnētiski, piemēram, dzelzs, niķelis, neodīms, kobalts utt.

Lūdzu, skatiet šo saiti Feromagnētiskie materiāli .

Magnētiskās izejvielas

Parasti pastāvīgie magnēti visā pasaulē tiek izgatavoti no dažāda veida materiāliem, un katram materiālam ir atšķirīgas īpašības. Šie materiāli galvenokārt ietver; alnico, elastīgā gumija, ferīts, samārija kobalts un neodīms, kas ir aplūkoti turpmāk.

Ferīti

Īpašā feromagnētisko materiālu grupa, kas ieņem vidējo pozīciju starp feromagnētiskajiem un neferomagnētiskajiem materiāliem, ir pazīstama kā ferīti. Šajos materiālos ir smalkas feromagnētiskā materiāla daļiņas, kurām ir augsta caurlaidība un kuras tiek savstarpēji turētas caur saistošiem sveķiem. Ferītos radītā magnetizācija ir ļoti pietiekama, lai gan to magnētiskais piesātinājums nav augsts kā feromagnētiskajiem materiāliem.

Šo materiālu ražošana nav dārga, kas ir saistīts ar to magnētisko spēku. Tie ir ievērojami vājāki, salīdzinot ar retzemju materiāliem, taču pat tos joprojām plaši izmanto vairākos komerciālos lietojumos. Šiem materiāliem ir tāda izturība kā izturība pret koroziju un demagnetizāciju.

Neodīms

Neodīms ir ļoti retzemju elements ((Nd) un tā atomu skaits ir 60. To vienkārši 1885. gadā atklāja austriešu ķīmiķis Karls Auers fon Velsbahs. Šis materiāls tiek sajaukts ar boru, dzelzi un arī citu elementu pēdām. piemēram; prazeodīms un disprozijs, lai radītu feromagnētisko sakausējumu Nd2Fe14b, kas ir ļoti spēcīgākais magnētiskais materiāls. Neodīma magnēti aizstāj cita veida materiālus vairākās rūpnieciskās un modernās komerciālās ierīcēs.

Alnico

Alumīnija, niķeļa un kobalta akronīms ir 'alnico', kur šie trīs galvenie elementi tiek izmantoti galvenokārt alnico magnētiskā materiāla radīšanā. Šie magnēti ir ļoti spēcīgi pastāvīgie magnēti, salīdzinot ar retzemju magnētiem. Alnico magnētus var aizstāt ar pastāvīgajiem magnētiem motori , skaļruņi un ģeneratori.

Samarija kobalts

Šos magnētus 70. gadu sākumā vienkārši izstrādāja ASV Gaisa spēku materiālu laboratorija. Samarija kobalts jeb SmCo ir magnētisks materiāls, kas izgatavots no neparastu zemes elementu sakausējuma, piemēram; samārijs, cieto metālu kobalts, dzelzs pēdas, hafnijs, varš, prazeodīms un cirkonijs. Samārija kobalta magnēti ir retzemju magnēti, piemēram, neodīms, jo samārijs ir līdzīga retzemju grupas elementa, piemēram, neodīma, elements.

Magnētiskie materiāli pret nemagnētiskiem materiāliem

Atšķirības starp šiem diviem materiāliem ir aplūkotas tālāk.

Salīdzinājums

Tālāk ir apskatīts dažādu magnētisko materiālu salīdzinājums.

Lietojumprogrammas

The magnētisko materiālu pielietojumi iekļaujiet tālāk norādīto.

• Tos izmanto, lai radītu un sadalītu elektroenerģiju ierīcēs, kas izmanto elektroenerģiju.
• Tos izmanto datu glabāšanai audio, video lentēs un datoru diskos.
• Šie materiāli tiek plaši izmantoti dzīvē, ražošanā, valsts aizsardzības zinātnē un tehnoloģijā.
• Tos izmanto dažādu transformatoru un motoru ražošanā energotehnoloģijā, dažādu magnētisko komponentu un mikroviļņu lampu ražošanā elektroniskajās tehnoloģijās, pastiprinātājus un filtrus sakaru tehnoloģijās, elektromagnētiskos ieročus, sadzīves tehnikas un magnētiskās mīnas valsts aizsardzības tehnoloģijās.
• Tos plaši izmanto minerālu un ģeoloģiskajā izpētē, okeānu izpētē un jaunās tehnoloģijās enerģētikā, informācijā, kosmosā un bioloģijā.
• Šiem materiāliem ir nozīmīga loma elektronisko tehnoloģiju jomā un citās zinātnes un tehnoloģiju jomās.
• Tie ir piemērojami elektronikā, medicīnā, elektrotehnikā utt.
• Tos izmanto elektronisku un elektrisku ierīču, piemēram, elektromotoru, transformatoru un ģeneratoru, ražošanā.
• Tos izmanto magnētisko uzglabāšanas ierīču ražošanā, piemēram; disketes, cieto disku diskdziņi un magnētiskās lentes.
• Šāda veida materiāli tiek izmantoti magnētisko sensoru ražošanā, piemēram; Hallas efekta sensori, magnētiskā lauka sensori un magnetorezistīvie sensori.
• Tie ir piemērojami tādām medicīnas iekārtām kā; MRI aparāti, elektrokardiostimulatori un implantējamas zāļu ievadīšanas sistēmas.
• Tos izmanto magnētiskās atdalīšanas metodēs, kuras izmanto, lai atdalītu magnētiskās daļiņas no nemagnētiskām daļiņām.
• Šie materiāli tiek izmantoti atjaunojamās enerģijas ražošanā, piemēram; hidroelektrostacijas un vēja turbīnas.

Tādējādi tas ir pārskats par magnētisko materiāli, veidi, atšķirības, materiālu salīdzinājums un to pielietojumi. Šeit jums ir jautājums, kas ir magnēts?