Proprietăți și aplicații ale feromagnetilor

Să luăm în considerare principalele domenii de aplicare a feromagneților, precum și caracteristicile clasificării acestora. În primul rând, ceea ce numesc feromagneții solide,

Proprietățile feromagneților

Utilizarea feromagneților în inginerie se explică prin proprietățile lor fizice. Ei au o permeabilitate magnetică care depășește de multe ori permeabilitatea vidului. În acest sens, toate dispozitivele electrice care utilizează câmpuri magnetice pentru a converti un tip de energie în altul au elemente speciale material ferromagnetic, capabil să conducă un flux magnetic.

Caracteristici ale feromagnetilor

Care sunt caracteristicile distinctive ale feromagnetilor? Proprietățile și aplicarea acestor substanțe se explică prin particularitățile structurii interne. Există o relație directă între magneți proprietățile materiei și purtătorii elementari ai magnetismului, în rolul căruia se află electronii care se mișcă în atom.

Când călătoriți în orbite circulare, ele creează curenți elementari și dipoli magnetici care au un moment magnetic. Direcția sa este determinată de regula călăului. Momentul magnetic al corpului este suma geometrică a tuturor părților. Pe lângă rotația orbitelor circulare, electronii se deplasează, de asemenea, în jurul propriilor axe, creând momente de rotire. Ele îndeplinesc o funcție importantă în procesul de magnetizare a feromagneților.

Aplicarea practică a feromagneților este asociată cu formarea regiunilor magnetizate spontan în ele, în care momentele de rotație au o orientare paralelă. Dacă un feromagnet este amplasat într-un câmp extern, atunci momentele magnetice individuale au direcții diferite, suma lor fiind zero și nu există nici o proprietate de magnetizare.

Trăsături distinctive ale feromagneților

Dacă paramagnetele sunt asociate cu proprietățile moleculelor individuale sau a atomilor materiei, atunci proprietățile feromagnetice pot fi explicate prin specificitatea structurii cristalului. De exemplu, în starea de vapori, atomii de fier sunt ușor diamagnetici, iar în stare solidă acest metal este un feromagnet. Ca urmare a studiilor de laborator, sa constatat o relație între temperatura și proprietățile feromagnetice.

De exemplu, în aliajul Heusler, similar cu aliajul Heusler proprietăți magnetice cu fier, nu există metal dat. Când se atinge punctul Curie (o anumită valoare a temperaturii), proprietățile feromagnetice dispar.

Dintre caracteristicile lor distinctive, putem distinge nu numai valoarea mare a permeabilității magnetice, ci și relația dintre intensitatea câmpului și magnetizare.

Interacțiunea dintre momentele magnetice ale atomilor individuali ai unui feromagnet contribuie la crearea câmpurilor magnetice interne puternice, care sunt aliniate paralel unul cu celălalt. Un câmp extern puternic duce la o schimbare în orientare, ceea ce duce la o creștere a proprietăților magnetice.

Natura ferromagnetilor

Oamenii de știință au stabilit natura spinării ferromagnetismului. Atunci când electronii sunt distribuite pe straturile energetice, se ia în considerare principiul excluziunii Pauli. Esența este că pe fiecare strat nu poate exista decât un anumit număr. Valorile rezultate ale momentelor magnetice orbitale și de spin ale tuturor electronilor localizați pe o carcasă complet umplută sunt egale cu zero.

Elementele chimice care au proprietăți feromagnetice (nichel, cobalt, fier) ​​sunt elemente tranzitorii ale tabelului periodic. În atomii lor, există o încălcare a algoritmului de umplere a cochililor cu electroni. Mai întâi, acestea cad pe stratul superior (s-orbital), și numai după ce electronii de umplere deplină cad pe cochiliul situat mai jos (d-orbital).

Aplicarea pe scară largă a feromagneților, principala din care este fierul, se explică prin schimbarea structurii atunci când intră într-un câmp magnetic extern.

Proprietăți similare pot avea numai acele substanțe în ale căror atomi există cochilii interne neterminate. Dar această condiție nu este suficientă pentru a vorbi despre caracteristicile feromagnetice. De exemplu, cromul, manganul, platina au și cochilii neterminate în interiorul atomilor, dar sunt paramagnetice. Originea magnetizării spontane se explică printr-o acțiune specială cuantică, care este dificil de explicat cu ajutorul fizicii clasice.

subdiviziune

Există o subdivizare condiționată a acestor materiale în două tipuri: ferromagneți tari și moi. Se utilizează materiale rigide fabricarea de magnetice discuri, casete pentru stocarea informațiilor. Soft ferromagneți sunt indispensabile atunci când se creează electromagneți, nuclee de transformatoare. Diferențele dintre cele două specii se explică prin particularitățile structurii chimice a acestor substanțe.

Caracteristici de utilizare

Să analizăm în detaliu câteva exemple de aplicare a feromagnetilor în diferite ramuri ale tehnologiei moderne. Materialele magnetice magneto sunt utilizate în ingineria electrică pentru a crea motoare electrice, transformatoare, generatoare. În plus, este important de menționat utilizarea feromagneților de acest tip în radiocomunicații și în domeniul tehnologiei.

Vizualizări rigide sunt necesare pentru a crea magneți permanenți. În cazul opririi câmpului exterior, feromagnetica păstrează proprietățile, deoarece orientarea curenților elementari nu dispare.

Această proprietate explică utilizarea feromagneților. Pe scurt, se poate spune că astfel de materiale sunt baza tehnologiei moderne.

Magneții permanenți sunt necesari atunci când se creează instrumente electrice de măsură, telefoane, difuzoare, compase magnetice, înregistratoare de sunet.

ferite

Având în vedere utilizarea feromagneților, trebuie acordată o atenție deosebită feritelor. Acestea sunt distribuite pe scară largă în ingineria radio de înaltă frecvență, deoarece ele combină proprietățile semiconductorilor și feromagneților. Din ferite se fabrică benzi magnetice și filme, miezuri de inductori, discuri. Ele sunt oxizi de fier care sunt în natură.

Fapte interesante

Interesant este utilizarea feromagneților în mașinile electrice, precum și în tehnologia de înregistrare pe hard disk. Cercetările moderne indică faptul că la anumite temperaturi unele ferromagneți pot dobândi caracteristici paramagnetice. De aceea, aceste substanțe sunt considerate prost studiate și prezintă un interes deosebit pentru fizicieni.

Miezul de oțel este capabil de creșterea câmpului magnetic de mai multe ori, fără a schimba curentul în același timp.

Utilizarea feromagnetilor poate economisi semnificativ energie. De aceea, materialele cu proprietăți feromagnetice sunt utilizate pentru miezurile generatoarelor, transformatoarelor și motoarelor electrice.

Histerezisul magnetic

Acest fenomen este dependența forței câmpului magnetic și a vectorului de magnetizare de câmpul extern. Această proprietate se manifestă în feromagneți, precum și în aliajele din fier, nichel, cobalt. Un fenomen similar este observat nu numai în cazul unei modificări a câmpului în direcție și amploare, dar și în cazul rotirii acestuia.

permeabilitate

Permeabilitatea magnetică este o cantitate fizică care arată raportul de inducție într-un anumit mediu cu un indice în vid. Dacă substanța creează propriul câmp magnetic, este considerată magnetizată. Conform ipotezei lui Ampere, magnitudinea proprietăților depinde de mișcarea orbitală a electronilor "liberi" din atom.

Bucla de histereză este o curbă a dependenței schimbării în magnetizarea unui feromagnet situat într-un câmp extern pe schimbarea mărimii inducției. Pentru a demagneza complet corpul folosit, trebuie să schimbați direcția câmpului magnetic extern.

La o anumită valoare a inducției magnetice, care se numește forță coercitivă, magnetizarea probei presupune o valoare zero.

Este forma bucla histerezis și magnitudinea forței coercitive care determină capacitatea unei substanțe de a reține magnetizarea parțială, explică utilizarea pe scară largă a feromagneților. Pe scurt, câmpurile de aplicare a feromagnetilor rigizi cu o buclă largă de histereză sunt descrise mai sus. Tungsten, carbon, aluminiu, oțeluri de crom au o forță coercitivă mare, astfel încât acestea se bazează pe magneți permanenți de diferite forme: benzi, potcoavă.

Dintre materialele moi care au o forță coercitivă mică, observăm minereurile de fier, precum și aliajele de fier cu nichel.

Procesul de inversare a magnetizării feromagneților este asociat cu o schimbare în regiunea de magnetizare spontană. Pentru aceasta, este folosită lucrarea făcută de câmpul extern. Cantitatea de căldură generată în acest caz este proporțională cu aria bucla de histereză.

concluzie

În prezent, substanțele cu proprietăți feromagnetice sunt utilizate în mod activ în toate ramurile tehnologiei. În plus față de economii substanțiale de resurse energetice din cauza utilizării unor astfel de materiale poate simplifica procesele de producție.

De exemplu, înarmați cu magneți permanenți puternici, puteți simplifica semnificativ procesul de creare a vehiculelor. Electromagneții puternici, utilizați în prezent în fabrici autohtone și străine, pot automatiza complet procesele tehnologice cu cea mai mare forță de muncă și pot accelera în mod semnificativ procesul de asamblare a vehiculelor noi.

În domeniul radiotehnicii, feromagneții permit obținerea de dispozitive de cea mai înaltă calitate și precizie.

Oamenii de știință au reușit să creeze o tehnică cu un pas pentru fabricarea nanoparticulelor magnetice, care sunt adecvate pentru utilizare în medicină și electronică.

Ca urmare a numeroaselor studii realizate în cele mai bune laboratoare de cercetare, a fost posibilă stabilirea proprietăților magnetice ale nanoparticulelor de cobalt și fier acoperite cu un strat subțire de aur. Deja a confirmat capacitatea lor de a purta un medicament anti-cancer sau atomi de radionuclizi în partea dreaptă a corpului uman, crescând contrastul imaginilor de rezonanță magnetică.

În plus, astfel de particule pot fi utilizate pentru modernizarea dispozitivelor de memorie magnetică, ceea ce va constitui un nou pas în crearea de echipamente medicale inovatoare.

Echipa de oameni de știință ruși au reușit să dezvolte și să testeze metodologia de recuperare a soluțiilor apoase de cloruri pentru a produce un combinat nanoparticule de fier-cobalt adecvate pentru dezvoltarea de materiale cu caracteristici magnetice îmbunătățite. Toate studiile efectuate de oamenii de știință în vederea îmbunătățirii proprietăților substanțelor feromagnetice, crescând utilizarea lor procentuală în producție.