Vlastnosti a aplikace feromagnetů

Podívejme se na hlavní oblasti použití ferromagnetů, jakož i na charakteristiky jejich klasifikace. Za prvé, co volají ferromagnety pevné látky,

Vlastnosti feromagnetů

Použití feromagnetů ve strojírenství je vysvětleno jejich fyzikálními vlastnostmi. Mají magnetickou propustnost, která mnohonásobně překračuje propustnost vakua. V tomto ohledu mají všechna elektrická zařízení, která používají magnetické pole k přeměně jednoho druhu energie na jiný, speciální prvky vyrobené z feromagnetický materiál, schopný provádět magnetický tok.

Vlastnosti feromagnetů

Jaké jsou charakteristické vlastnosti feromagnetů? Vlastnosti a použití těchto látek je vysvětleno zvláštnostmi vnitřní struktury. Existuje přímý vztah mezi magnetem vlastnosti hmoty a elementární nosiče magnetismu, jejichž úlohou jsou elektrony pohybující se uvnitř atomu.

Při cestování na kruhové dráze vytvářejí elementární proudy a magnetické dipóly, které mají magnetický moment. Jeho směr je určen pravidlem vrtáka. Magnetický moment těla je geometrický součet všech částí. Kromě otáčení v kruhových oběžných drátech se elektrony pohybují také kolem svých os, vytvářejí točící momenty. Vykonávají důležitou funkci v procesu magnetizace feromagnetů.

Praktická aplikace feromagnetický v důsledku tvorby nich spontánní magnetizace oblastí, v nichž paralelní orientace rotace momentů. Je-li feromagnet umístěn na vnějším polem, v tomto případě individuální magnetické momenty mají různé směry, jejich součet je nulový a není majetkem magnetizace.

Charakteristické rysy feromagnetů

Pokud jsou paramagnety spojeny s vlastnostmi jednotlivých molekul nebo atomů hmoty, feromagnetické vlastnosti lze vysvětlit specifikací krystalové struktury. Například, ve stavu par, jsou atomy železa lehce diamagnetické a v pevném stavu je tento kov feromagnet. V důsledku laboratorních studií byl nalezen vztah mezi teplotou a feromagnetickými vlastnostmi.

Například v slitině Heusler, podobně jako magnetické vlastnosti se železem, neexistuje žádný kov. Když je dosaženo bodu Curie (určitá hodnota teploty), feromagnetické vlastnosti zmizí.

Mezi jejich charakteristické vlastnosti můžeme rozlišit nejen vysokou hodnotu magnetické permeability, ale také vztah mezi intenzitou pole a magnetizací.

Interakce magnetických momentů jednotlivých atomů feromagnetu přispívá k vytvoření silných vnitřních magnetických polí, které jsou vzájemně vyrovnané. Silné vnější pole vede ke změně orientace, což vede ke zvýšení magnetických vlastností.

Povaha ferromagnetů

Vědci založili spinovou povahu ferromagnetismu. Když jsou elektrony rozloženy na energetické vrstvy, je zohledněn princip vyloučení Pauli. Podstatou toho je, že na každé vrstvě může být jen určitý počet. Výsledné hodnoty orbitálních a spinových magnetických momentů všech elektronů umístěných na úplně vyplněném obalu se rovnají nule.

Chemické prvky, které mají feromagnetické vlastnosti (nikl, kobalt, železo), jsou přechodnými prvky periodické tabulky. Ve svých atomech existuje porušení algoritmu pro plnění skořápků elektrony. Nejdříve spadnou na horní vrstvu (s-orbitální) a teprve poté, co její plné plnění elektrony padnou na plášť umístěný pod (d-orbitální).

Velkokapacitní aplikace feromagnetů, jejichž hlavní součástí je železo, je vysvětlena změnou struktury při vstupu do vnějšího magnetického pole.

Podobné vlastnosti mohou mít pouze látky, jejichž atomy obsahují vnitřní nedokončené skořápky. Ale tato podmínka nestačí, abychom mluvili o feromagnetických vlastnostech. Například chróm, mangan, platina mají také nedokončené skořápky uvnitř atomů, ale jsou paramagnetické. Původ spontánní magnetizace je vysvětlen speciální kvantovou činností, kterou je obtížné vysvětlit pomocí klasické fyziky.

Rozdělení

Existuje podmíněné rozdělení takových materiálů na dva typy: tvrdé a měkké feromagnety. Používá se tuhé materiály výroba magnetických materiálů disky, pásky pro ukládání informací. Měkké feromagnety jsou nepostradatelné při vytváření elektromagnetů, jader transformátorů. Rozdíly mezi těmito dvěma druhy jsou vysvětleny zvláštnostmi chemické struktury těchto látek.

Vlastnosti použití

Podívejme se podrobněji na příklady použití feromagnetů v různých odvětvích moderních technologií. Magneto měkké materiály se používají v elektrotechnice k výrobě elektromotorů, transformátorů, generátorů. Kromě toho je důležité poznamenat použití feromagnetů tohoto typu v radiokomunikacích a v oblasti technologie.

Pro vytvoření permanentních magnetů jsou nutné pevné pohledy. V případě vypnutí vnějšího pole zachovávají feromagnetické vlastnosti, protože orientace elementárních proudů nezmizí.

Tato vlastnost vysvětluje použití feromagnetů. Stručně řečeno, lze říci, že takové materiály jsou základem moderní technologie.

Konstantní magnety jsou potřeba při vytváření elektrických měřicích přístrojů, telefonů, reproduktorů, magnetických kompasů, záznamníků zvuku.

Ferity

Vzhledem k použití feromagnetů je třeba věnovat zvláštní pozornost feritům. Jsou široce distribuovány ve vysokofrekvenčním rádiovém inženýrství, protože kombinují vlastnosti polovodičů a feromagnetů. Z feritů jsou v současné době vyráběny magnetické pásky a fólie, jádra induktorů, disky. Jsou oxidy železa, které jsou v přírodě.

Zajímavé fakty

Zajímavé je použití feromagnetů v elektrických strojích, stejně jako v technologii nahrávání na pevném disku. Moderní výzkum naznačuje, že při určitých teplotách mohou některé ferromagnety získat paramagnetické vlastnosti. Proto jsou tyto látky považovány za špatně studované a jsou pro fyziky zvlášť zajímavé.

Ocelové jádro je schopno několikrát zvětšit magnetické pole, aniž by současně změnilo proud.

Použití feromagnetů může výrazně šetřit energii. Proto se pro jádra generátorů, transformátorů a elektromotorů používají materiály s feromagnetickými vlastnostmi.

Magnetická hystereze

Tento jev je závislostí síly magnetického pole a magnetizačního vektoru na vnějším poli. Tato vlastnost se projevuje v feromagnetech, stejně jako ve slitinách vyrobených ze železa, niklu, kobaltu. Podobný jev je pozorován nejen v případě změny pole ve směru a velikosti, ale i v případě jeho rotace.

Propustnost

Magnetická propustnost je fyzikální veličina, která udává poměr indukce v určitém médiu k indexu ve vakuu. Pokud látka vytváří své vlastní magnetické pole, považuje se za magnetizované. Podle Ampereho hypotézy závisí velikost vlastností na orbitálním pohybu "volných" elektronů v atomu.

Hysterezní smyčka je křivka závislostí změny magnetizace feromagnetu umístěné ve vnějším poli na změně velikosti indukce. Pro úplné demagnetizování použitého tělesa je nutné změnit směr vnějšího magnetického pole.

Při určité hodnotě magnetické indukce, která se nazývá koercitivní síla, magnetizace vzorku předpokládá nulovou hodnotu.

Je to tvar hysterézní smyčky a velikost koercitivní síly, která určuje schopnost látky zachovat částečnou magnetizaci, vysvětluje rozšířené použití feromagnetů. Stručně řečeno, pole použití pevných feromagnetů s širokou hysterezní smyčkou jsou popsána výše. Volfrámové, uhlíkové, hliníkové, chromové oceli mají velkou donucovací sílu, takže jsou založeny na permanentních magnetech různých tvarů: pásy, podkovy.

Mezi měkkými materiály s malou donucovací silou zaznamenáváme železné rudy a slitiny železa s niklem.

Proces magnetizace reverzace ferromagnetů je spojen se změnou v oblasti spontánní magnetizace. Pro tento účel se používá práce, kterou provádí externí pole. Množství tepla generovaného v tomto případě je úměrné ploše hystereze.

Závěr

V současné době jsou látky s feromagnetickými vlastnostmi aktivně využívány ve všech odvětvích technologie. Vedle výrazného úspory energetických zdrojů je díky použití těchto látek možné zjednodušit technologické procesy.

Například, vyzbrojené silnými permanentními magnety, můžete výrazně zjednodušit proces vytváření vozidel. Výkonné elektromagnety, které se v současné době používají v domácích i zahraničních automobilových závodech, mohou plně automatizovat technologicky náročné technologické procesy a výrazně urychlit proces montáže nových vozidel.

V rádiovém inženýrství umožňují ferromagnety získat zařízení nejvyšší kvality a přesnosti.

Vědci se podařilo vytvořit jednostupňovou techniku ​​pro výrobu magnetických nanočástic, které jsou vhodné pro použití v lékařství a elektronice.

V důsledku mnoha studií provedených v nejlepších výzkumných laboratořích bylo možné stanovit magnetické vlastnosti nanočástic kobaltu a železa potažených tenkou vrstvou zlata. Již potvrzena jejich schopnost přenášet protinádorové léky nebo atomy radionuklidu v pravé části lidského těla, zvyšují kontrast obrazů s magnetickou rezonancí.

Kromě toho mohou být tyto částice použity pro upgrade magnetických paměťových zařízení, což bude nový krok při vytváření inovativních zdravotnických prostředků.

Tým ruských vědců se podařilo k vývoji a testování metodiky pro obnovu vodných roztoků chloridů produkovat kombinované železo-kobalt nanočástice vhodné pro vývoj materiálů se zlepšenými magnetickými vlastnostmi. Všechny studie provedené vědci, jejichž cílem je zlepšení vlastností feromagnetických látek, zvýšení jejich procentuální využití ve výrobě.