Feromagnetizem materiali, aplikacije in primeri

On Feromagnetizem Lastnost daje nekaterim snovi intenziven in trajni magnetni odziv. V naravi obstaja pet elementov s to lastnostjo: železo, kobalt, nikelj, gadolinio in disposio, slednja redka zemlja.

V prisotnosti zunanjega magnetnega polja, kot je tisto, ki ga proizvaja naravni magnet ali elektromagnet, se snov na značilen način odzove v skladu z notranjo konfiguracijo. Obseg, ki količinsko določa ta odziv, je magnetna prepustnost.

Magneti, ki tvorijo most. Vir: Pixabay

Magnetna prepustnost je brezdimenzionalna količina, ki jo daje količnik med intenzivnostjo magnetnega polja, ki nastane znotraj materiala, in intenzivno.

Ko je ta odziv veliko večji od 1, je material razvrščen kot feromagnetni. Po drugi strani, če prepustnost ni veliko večja od 1, se šteje, da je magnetni odziv šibkejši, so paramagnetni materiali.

V železu je magnetna prepustnost v vrstnem redu 10⁴. To pomeni, da je polje znotraj železa približno 10000 -krat večje od polja, ki velja zunaj. Kar daje predstavo o tem, kako močan je magnetni odziv tega minerala.

[TOC]

Kako magnetni odziv izvira znotraj snovi?

Magnetizem je znan, da je učinek, povezan z gibanjem električnih nabojev. To je ravno električni tok. Kje prihajajo magnetne lastnosti magneta od takrat, od koder je bila v hladilniku zadela noto?

Magnetni material in tudi katera koli druga snov vsebuje protone in elektrone, ki imajo svoje gibanje in na več načinov ustvarjajo električne tokove.

Zelo poenostavljen model predvideva, da je elektron v krožni orbiti okoli jedra, ki ga tvorijo protoni in nevtroni. Vsaka lopatica je povezala vektorsko velikost, imenovano "orbitalni magnetni moment", katere intenzivnost daje produkt toka in območje, določeno z zanko: Bohr Magneton.

Seveda je v tej malenki tok odvisen od obremenitve elektronov. Ker vse snovi vsebujejo elektrone v notranjosti, imajo vse možnost izražanja magnetnih lastnosti. Vendar pa vsi ne počnejo.

To je zato, ker njihovi magnetni trenutki niso poravnani, ampak so v notranjosti naključno razporejeni, tako da se njihovi magnetni učinki na makroskopski ravni prekličejo.

Zgodba se tukaj ne konča. Magnetni trenutek gibanja elektronov okoli jedra ni edini možni vir magnetizma v tej lestvici.

Lahko vam služi: Astrofizika: Predmet študija, zgodovina, teorije, veje

Elektron ima nekakšno vrtenje okoli svoje osi. To je učinek, ki pomeni notranji kotni zagon. Ta lastnost se imenuje prepir elektrona.

Seveda ima tudi povezan magnetni trenutek in je veliko bolj intenziven kot orbitalni trenutek. Pravzaprav je največji prispevek k neto magnetnemu trenutku atoma skozi vrtenje, kljub obema magnetnima trenutkoma: prevod in notranji kotni zagon, prispeva k celotnemu magnetnemu trenutku atoma.

Ti magnetni trenutki so tisti, ki se ponavadi poravnajo v prisotnosti zunanjega magnetnega polja. In jih počnejo tudi s polji, ki jih ustvarijo sosednji trenutki v gradivu.

Zdaj elektroni običajno tvorijo pare v atomih z mnogimi elektroni. Pari se tvorijo med elektroni z nasprotnim vrtenjem, kar ima za posledico spin -ov magnetni trenutek.

Edini način, da spin prispeva k skupnemu magnetnemu trenutku, je, da je nekdo izginil, to je, da ima atom nenavadno število elektronov.

Vredno se je vprašati, kaj je v magnetnem trenutku protonov v jedru. Ker imajo tudi čas vrtenja, vendar ne velja, da bi pomembno prispevali k magnetizmu atoma. To je zato, ker je vrtelni trenutek obratno odvisen od mase in mase protona je veliko večja od mase elektrona.

Magnetne domene

V železu, kobaltu in niklu, triada elementov z velikim magnetnim odzivom, neto moment spina, ki ga proizvajajo elektroni. Zato takšni materiali veljajo za feromagnetne.

Vendar ta individualni magnetni trenutek vsakega atoma ni dovolj za razlago vedenja feromagnetnih materialov.

Znotraj močno magnetnih materialov se imenujejo regije Magnetne domene, katere razširitev se lahko giblje od 10^-4 in 10^-1 cm in ki vsebujejo milijarde atomov. V teh regijah upravljajo neto vrtilni trenutki sosednjih atomov.

Ko se lastnik magnetne domene približa magnetu, se domene poravnajo med seboj in okrepijo magnetni učinek.

To je posledica dejstva, da imajo domene, tako kot magneti bar, magnetne drogove, enako označene kot sever in jug, tako da enakovredni polja privabljajo in nasprotuje privabljajo.

Lahko vam služi: širjenje zvoka

Ker se domene poravnajo z zunanjim poljem, material oddaja škripajoče, ki jih je mogoče slišati z ustreznim ojačevanjem.

Ta učinek je razvidno, ko magnet privabi sladke železne nohte in se obnašajo kot magneti, ki privabljajo druge nohte.

Magnetne domene niso statične meje, vzpostavljene v materialu. Njegovo velikost lahko spremenite s hlajenjem ali segrevanjem materiala in ga tudi podvržemo delovanju zunanjih magnetnih polj.

Vendar rast domene ni neomejena. V času, ko jih ni več mogoče poravnati, je rečeno, da je bila dosežena točka za nasičenost materiala. Ta učinek se odraža v krivuljah histereze, ki se pojavijo pozneje.

Ogrevanje materiala povzroči izgubo poravnave magnetnih trenutkov. Temperatura, pri kateri se magnetizacija popolnoma izgubi glede na vrsto materiala, za magnet bar, se običajno izgubi približno 770 ° C.

Ko je magnet odstranjen, se magnetizacija nohtov izgubi zaradi toplotne vznemirjenosti. Vendar obstajajo tudi druge spojine, ki imajo trajno magnetizacijo, ker imajo spontano poravnane domene.

Magnetne domene lahko opazimo, ko je rezan in zelo dobro poliran rezanje ravnega feromagnetnega materiala. Ko je to posuto s prahom ali finimi železnimi datotekami.

Pod mikroskopom opazimo, da so čipi razvrščeni na območja, ki tvorijo minerala, z zelo dobro definirano orientacijo, po magnetnih domenah materiala.

Razlika v vedenju med različnimi magnetnimi materiali je posledica načina obnašanja domen.

Magnetna histereza

Magnetna histereza je značilnost, ki jo imajo samo materiali z visoko magnetno prepustnostjo. Ne predstavljajte paramagnetnih ali diamagnetnih materialov.

Predstavlja učinek uporabljenega zunanjega magnetnega polja, ki je označeno kot H O magnetni indukciji B feromagnetne kovine med ciklom imanacije in desimanacije. Prikazani graf ima ime krivulje histereze.

Cikel feromagnetne histereze

Sprva na točki ali ni uporabljenega polja H Brez magnetnega odziva B, Toda kot intenzivnost H, Indukcija B narašča progresivno, dokler ne doseže obsega nasičenosti B_s V točki A, ki je pričakovana.

Zdaj intenzivnost H Dokler ni storjeno, s tem, da je dosežena točka C, vendar magnetni odziv materiala ne izgine, ki zadrži a preostala magnetizacija označeno z vrednostjo B_r. Pomeni, da postopek ni reverzibilen.

Vam lahko služi: elektrodinamika

Od tam intenzivnost H Povečanje, vendar z obrnjeno polarnostjo (negativni znak), tako da se preostala magnetizacija razveljavi v točki D. Potrebna vrednost H Označeno je kot H_c in prejme ime prisilno polje.

Velikost H povečuje vrednost nasičenosti v E in takoj intenzivnost H Zmanjšuje se, dokler ne doseže 0, vendar je v točki F preostala magnetizacija s polarnostjo nasprotno kot opisana zgoraj opisana.

Zdaj polarnost H Spet in njegova velikost se poveča za preklic magnetnega odziva materiala v točki G. Po poti se njegova nasičenost spet zgodi. Zanimivost pa je, da ni prišla tja na originalni cesti, ki jo označujejo rdeče puščice.

Magnetno trdi in mehki materiali: aplikacije

Sladko železo je lažje magnetizirati kot jeklo in dotikati materiala, poravnava domen je še dodatno olajšana.

Ko ga je material enostavno magnetizirati in zložiti, se reče, da je magnetno mehko, In seveda, če se zgodi nasprotno, material magnetno trdo. V slednjem so magnetne domene majhne, ​​v prvem pa so velike, tako da jih je mogoče videti skozi mikroskop, kot je podrobno opisano zgoraj.

Območje, zaprto s krivuljo histereze, je merilo energije, potrebne za magnetiziranje. Na sliki sta za dva različna materiala cenjeni dve krivulji histereze. Tisti na levi je magnetno mehak, medtem ko je tisti na desni.

Mehki feromagnetni material ima prisilno polje H_c majhna in ozka in visoka krivulja histereze. Ustrezen material je, da ga postavite v jedro električnega transformatorja. Primer od njih so zlitine sladkega železa in silicija in nikala, uporabne za komunikacijsko opremo.

Po drugi strani je magnetno trde materiale težko zamisliti nekoč, kot pri alniku zlitina.

Reference

1. Eisberg, r. 1978.  Kvantna fizika.  Limusa. 557 -577.
2. Mladi, Hugh. 2016. Univerzitetna fizika Sears-Zansky s sodobno fiziko. 14. izd. Pearson. 943.
3. Zapata, f. (2003). Študija mineralogij, povezanih z vrtino nafte Guafita 8x, ki pripada Guafita Campo (Apure State). Diplomo. Centralna univerza v Venezueli.