Materiały magnetyczne: właściwości, działanie, rodzaje, różnice i ich zastosowania

Istnieją różne rodzaje materiałów i substancji składających się z naładowanych cząstek: np.; elektrony i protony. Materiały te mogą wykazywać pewien rodzaj właściwości magnetycznych, gdy są namagnesowane przez zewnętrzne pole magnetyczne, co jest znane jako materiały magnetyczne. Materiały te posiadają indukowane lub trwałe momenty magnetyczne w polu magnetycznym. Aby zbadać właściwości magnetyczne tych materiałów, zwykle materiał umieszcza się w znormalizowanym polu magnetycznym, a następnie zmienia się pole magnetyczne. We współczesnej technologii materiały te odgrywają kluczową rolę i są istotnymi komponentami transformatory , silniki i generatory. W tym artykule znajdują się krótkie informacje na temat materiały magnetyczne .

Co to są materiały magnetyczne?

Materiały magnesowane pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego nazywane są materiałami magnetycznymi. Substancje te również ulegają namagnesowaniu, gdy zostaną przyciągnięte przez magnes. Przykładami tych materiałów są; Żelazo, kobalt i nikiel.

Materiały te dzielą się na materiały magnetycznie twarde (lub) magnetycznie miękkie.

Materiały magnetycznie twarde są namagnesowane poprzez bardzo silne zewnętrzne pole magnetyczne generowane przez elektromagnes. Materiały te są używane głównie do tworzenia magnesów trwałych, które są wykonane ze stopów zwykle składających się ze zmiennych ilości żelaza, niklu, aluminium, kobaltu i pierwiastków ziem rzadkich, takich jak samar, neodym i dysproz.

Materiały magnetycznie miękkie bardzo łatwo ulegają namagnesowaniu, chociaż indukowany magnetyzm jest tymczasowy. Na przykład, jeśli pociągniesz magnes trwały śrubokrętem lub gwoździem, zostanie on chwilowo namagnesowany i wygeneruje słabe pole magnetyczne, ponieważ duża ilość żelaza atomy są tymczasowo ustawione w podobnym kierunku poprzez zewnętrzne pole magnetyczne.

Nieruchomości

Właściwości materiałów magnetycznych są jednym z najbardziej podstawowych pojęć fizyki. Zatem właściwości obejmują głównie; paramagnetyzm, ferromagnetyzm i antyferromagnetyzm, które omówiono poniżej.

Paramagnetyzm to rodzaj magnetyzmu, w którym niektóre materiały są słabo przyciągane przez pole magnetyczne przyłożone z zewnątrz. Tworzy wewnętrzne i indukowane pola magnetyczne w kierunku przyłożonego pola magnetycznego. W paramagnetyzmie niesparowane elektrony są rozmieszczone losowo.

Ferromagnetyzm to zjawisko, w którym materiał taki jak żelazo zostaje namagnesowany i pozostaje namagnesowany w zewnętrznym polu magnetycznym na tym etapie. W ferromagnetyzmie wszystkie niesparowane elektrony są połączone.

Antyferromagnetyzm to rodzaj porządku magnetycznego, który występuje głównie wtedy, gdy momenty magnetyczne sąsiadujących atomów (lub) jonów ustawiają się w odwrotnych kierunkach, co skutkuje zerowymi momentami magnetycznymi netto. Zatem takie zachowanie wynika głównie z interakcji wymiennej między sąsiednimi jonami lub atomami, co pomaga w ustawieniu antyrównoległym w celu zmniejszenia energii układu. Zwykle materiały antyferromagnetyczne wykazują uporządkowanie magnetyczne w określonej temperaturze zwanej; Temperatura Néela. Materiał powyżej tej temperatury stanie się paramagnetyczny i straci swoje właściwości antyferromagnetyczne.

Jak działają materiały magnetyczne?

Materiały te mają małe obszary, w których moment magnetyczny może być skierowany w określonym kierunku, zwane domenami magnetycznymi, które odpowiadają głównie za wyłączne właściwości materiałów. Całkowita energia materiałów może pochodzić po prostu z energii anizotropii, energii wymiany i energii magnetostatycznej. Ilekroć zmniejsza się rozmiar materiału magnetycznego, wzmacnia to różne domeny materiału. Zatem ze względu na zmniejszenie energii magnetostatycznej, więcej ścian domen zwiększy energię wymiany i anizotropii. Zatem rozmiar domeny zadecyduje o naturze materiału magnetycznego.

Moment magnetyczny nie jest stały w przypadku niektórych materiałów, które mają mniejsze średnice cząstek w porównaniu z krytyczną średnicą superparamagnetyzmu. Ilekroć średnica cząstki mieści się pomiędzy średnicą krytyczną superparamagnetyzmu a pojedynczą domeną, wówczas moment magnetyczny stanie się stabilny.

Rodzaje materiałów magnetycznych

Na rynku dostępnych jest wiele rodzajów materiałów magnetycznych, które omówiono poniżej.

Materiały paramagnetyczne

Materiały te nie są silnie przyciągane przez magnes; cyna, magnez, aluminium i wiele innych. Materiały te mają małą przepuszczalność względną, ale dodatnią, podobnie jak przepuszczalność aluminium, wynoszącą: 1,00000065. Materiały te są namagnesowane tylko wtedy, gdy znajdują się w bardzo silnym polu magnetycznym i działają w kierunku pola magnetycznego.

Ilekroć na zewnątrz dostarczane jest silne pole magnetyczne, wówczas trwałe dipole magnetyczne ustawiają je w sposób samorównoległy dla przyłożonego pola magnetycznego i zwiększają namagnesowanie dodatnie. Jeśli orientacja dipola jest równoległa do przyłożonego pola magnetycznego i nie jest pełna, wówczas namagnesowanie jest bardzo małe.

Materiały diamagnetyczne

Materiały te są odpychane przez magnes, np. rtęć, cynk, ołów, drewno, miedź, srebro, siarka, bizmut itp. nazywane są materiałami diamagnetycznymi. Materiały te mają przepuszczalność nieco poniżej jednego. Na przykład przepuszczalność materiału miedzianego wynosi 0,000005, materiału bizmutowego wynosi 0,00083, a materiału drzewnego 0,9999995.

Kiedy materiały te znajdują się w wyjątkowo silnym polu magnetycznym, wówczas materiały te zostaną lekko namagnesowane i będą działać w kierunku przeciwnym do przyłożonego pola magnetycznego. W tego typu materiałach występują dwa dość słabe pola magnetyczne, spowodowane rewolucją orbity i osiowym obrotem elektronów wokół jądra.

Materiały ferromagnetyczne

Tego typu materiały, które są silnie przyciągane przez pole magnetyczne, nazywane są materiałami ferromagnetycznymi. Przykładami tych materiałów są; nikiel, żelazo, kobalt, stal itp. Materiały te mają niezwykle wysoką przepuszczalność, która waha się od kilkuset do tysięcy.

Dipole magnetyczne w tych materiałach są po prostu rozmieszczone w różnych domenach wszędzie tam, gdzie indywidualny układ dipoli jest znacząco doskonały i może generować silne pola magnetyczne. Zwykle domeny te są rozmieszczone losowo, a pole magnetyczne każdej domeny jest zniesione przez inną, a cały materiał nie wykazuje zachowania magnesu.

Ilekroć do tych materiałów zostanie dostarczone zewnętrzne pole magnetyczne, wówczas domeny zmienią orientację, aby wspierać pole zewnętrzne i generować bardzo silne wewnętrzne pole magnetyczne. Dedukując pole zewnętrzne, większość domen czeka i nadal jest sprzymierzona w kierunku pola magnetycznego.
Dlatego pole magnetyczne tych materiałów utrzymuje się nawet wtedy, gdy pole zewnętrzne zanika. Zatem ta główna właściwość jest wykorzystywana do produkcji magnesów trwałych, których używamy codziennie. Materiały używane do produkcji magnesów trwałych są zwykle silnie ferromagnetyczne, takie jak żelazo, nikiel, neodym, kobalt itp.

Proszę zapoznać się z tym linkiem Materiały ferromagnetyczne .

Surowce magnetyczne

Zwykle magnesy trwałe na całym świecie są wykonane z różnych rodzajów materiałów, a każdy materiał ma inne właściwości. Materiały te obejmują głównie; alnico, elastyczna guma, ferryt, samar, kobalt i neodym, które omówiono poniżej.

Ferryty

Specjalna grupa materiałów ferromagnetycznych, które zajmują środkową pozycję między materiałami ferromagnetycznymi i nieferromagnetycznymi, znana jest jako ferryty. Materiały te mają drobne cząstki materiału ferromagnetycznego, które charakteryzują się wysoką przepuszczalnością i są utrzymywane wzajemnie przez żywicę wiążącą. W przypadku ferrytów generowane namagnesowanie jest bardzo wystarczające, chociaż ich nasycenie magnetyczne nie jest wysokie jak w przypadku materiałów ferromagnetycznych.

Materiały te nie są drogie w produkcji, co ma związek z ich siłą magnetyczną. Są one znacznie słabsze w porównaniu z materiałami ziem rzadkich, ale nawet one są nadal szeroko stosowane w kilku zastosowaniach komercyjnych. Materiały te mają wytrzymałość taką jak odporność na korozję i rozmagnesowanie.

Neodym

Neodym jest pierwiastkiem ziem rzadkich ((Nd), a jego liczba atomowa wynosi 60. Został po prostu odkryty w roku 1885 przez austriackiego chemika, a mianowicie Carla Auera von Welsbacha. Materiał ten jest mieszanką boru, żelaza, a także śladów innych pierwiastków jak prazeodym i dysproz w celu wytworzenia stopu ferromagnetycznego zwanego Nd2Fe14b, który jest bardzo najsilniejszym materiałem magnetycznym.Magnesy neodymowe zastępują inne rodzaje materiałów w kilku przemysłowych i nowoczesnych urządzeniach komercyjnych.

Alnico

Akronimem aluminium, niklu i kobaltu jest „alnico”, gdzie te trzy główne pierwiastki są używane głównie do tworzenia materiału magnetycznego alnico. Magnesy te są bardzo silnymi magnesami trwałymi w porównaniu do magnesów ziem rzadkich. Magnesy alnico można zastąpić magnesami trwałymi Motoryzacja , głośniki i generatory.

Samar-kobalt

Magnesy te zostały po prostu opracowane przez Laboratorium Materiałów Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych na początku lat siedemdziesiątych. Kobalt samarowy lub SmCo to materiał magnetyczny wykonany ze stopu niezwykłych pierwiastków ziemnych, takich jak; samar, kobalt twardego metalu, ślady żelaza, hafn, miedź, prazeodym i cyrkon. Magnesy samarowo-kobaltowe są magnesami ziem rzadkich, takimi jak neodym, ponieważ samar jest elementem podobnego pierwiastka z grupy pierwiastków ziem rzadkich, takiego jak neodym.

Materiały magnetyczne a materiały niemagnetyczne

Poniżej omówiono różnice między tymi dwoma materiałami.

Porównanie

Poniżej omówiono porównanie różnych materiałów magnetycznych.

Aplikacje

The zastosowania materiałów magnetycznych uwzględnij poniższe.

• Służą one do wytwarzania i dystrybucji energii elektrycznej w urządzeniach wykorzystujących energię elektryczną.
• Służą do przechowywania danych na taśmach audio, wideo i dyskach komputerowych.
• Materiały te są szeroko stosowane w życiu, produkcji, nauce i technologii obrony narodowej.
• Są one wykorzystywane do produkcji różnych transformatorów i silników w technologii energetycznej, różnych komponentów magnetycznych i lamp mikrofalowych w technologii elektronicznej, wzmacniaczy i filtrów w technologii komunikacyjnej, pistoletów elektromagnetycznych, sprzętu gospodarstwa domowego i min magnetycznych w technologii obrony narodowej.
• Są one szeroko stosowane w eksploracji minerałów i geologii, eksploracji oceanów i nowych technologiach w dziedzinie energii, informacji, przestrzeni kosmicznej i biologii.
• Materiały te odgrywają znaczącą rolę w dziedzinie technologii elektronicznej i innych dziedzinach nauki i technologii.
• Znajdują one zastosowanie w elektronice, medycynie, elektrotechnice itp.
• Są one wykorzystywane do produkcji urządzeń elektronicznych i elektrycznych, takich jak silniki elektryczne, transformatory i generatory.
• Są one wykorzystywane w produkcji magnetycznych urządzeń magazynujących, takich jak; dyskietki, dyski twarde i taśmy magnetyczne.
• Tego typu materiały są wykorzystywane do produkcji czujników magnetycznych, np.; Czujniki z efektem Halla, czujniki pola magnetycznego i czujniki magnetorezystancyjne.
• Mają one zastosowanie w sprzęcie medycznym, takim jak; Urządzenia do rezonansu magnetycznego, rozruszniki serca i wszczepialne systemy podawania leków.
• Są one wykorzystywane w metodach separacji magnetycznej, które służą do oddzielania cząstek magnetycznych od cząstek niemagnetycznych.
• Materiały te są wykorzystywane do wytwarzania energii odnawialnej, np.; elektrownie wodne i turbiny wiatrowe.

Zatem to jest przegląd magnetyczny materiały, rodzaje, różnice, porównanie materiałów i ich zastosowania. Oto pytanie do Ciebie, czym jest magnes?