Razmislimo o glavnih področjih uporabe feromagnetov, pa tudi o značilnostih njihove razvrstitve. Začnimo z dejstvom, da feromagneti imenujemo trdne snovi, ki imajo nenadzorovano magnetizacijo pri nizkih temperaturah. Spreminja se pod vplivom deformacij, magnetnega polja, temperaturnih nihanj.
Lastnosti feromagnetov
Uporaba feromagnetov v tehnologiji je razložena z njihovimi fizikalnimi lastnostmi. Imajo magnetno prepustnost, ki je večkrat večja kot pri vakuumu. V zvezi s tem imajo vse električne naprave, ki uporabljajo magnetna polja za pretvorbo ene vrste energije v drugo, posebne elemente iz feromagnetnega materiala, ki je sposoben prevajati magnetni tok.
Lastnosti feromagnetov
Katere so značilne značilnosti feromagnetov? Lastnosti in uporabo teh snovi pojasnjujejo posebnosti notranje strukture. Obstaja neposredna povezava med magnetnimi lastnostmi snovi in osnovnimi nosilci magnetizma, ki so elektroni, ki se gibljejo znotraj atoma.
Med gibanjem po krožnih orbitah ustvarjajo osnovne tokove in magnetnedipoli, ki imajo magnetni moment. Njegovo smer določa pravilo gimleta. Magnetni moment telesa je geometrijska vsota vseh delov. Poleg vrtenja po krožnih orbitah se elektroni gibljejo tudi okoli svojih osi in ustvarjajo vrtilne momente. Opravljajo pomembno funkcijo v procesu magnetizacije feromagnetov.
Praktična uporaba feromagnetov je povezana z tvorbo v njih spontano magnetiziranih območij z vzporedno orientacijo spinskih momentov. Če se feromagnet ne nahaja v zunanjem polju, imajo posamezni magnetni momenti različne smeri, njihova vsota je nič in ni lastnosti magnetizacije.
razpoznavne značilnosti feromagnetov
Če so paramagneti povezani z lastnostmi posameznih molekul ali atomov snovi, potem je feromagnetne lastnosti mogoče razložiti s posebnostmi kristalne strukture. Na primer, v parnem stanju so atomi železa rahlo diamagnetni, medtem ko je v trdnem stanju ta kovina feromagnet. Kot rezultat laboratorijskih študij je bila razkrita povezava med temperaturo in feromagnetnimi lastnostmi.
Na primer, Goislerjeva zlitina, ki je po magnetnih lastnostih podobna železu, te kovine ne vsebuje. Ko je dosežena Curiejeva točka (določena temperaturna vrednost), feromagnetne lastnosti izginejo.
Med njihovimi značilnostmi lahko izpostavimo ne le visoko vrednost magnetne prepustnosti, temveč tudi razmerje med jakostjo polja inmagnetizacija.
Interakcija magnetnih momentov posameznih atomov feromagneta prispeva k ustvarjanju močnih notranjih magnetnih polj, ki se vrstijo vzporedno drug z drugim. Močno zunanje polje povzroči spremembo orientacije, kar vodi do povečanja magnetnih lastnosti.
Narava feromagnetov
Znanstveniki so ugotovili spin naravo feromagnetizma. Pri razporeditvi elektronov po energijskih plasth se upošteva Paulijevo izključitveno načelo. Njegovo bistvo je, da jih je lahko na vsakem sloju le določeno število. Dobljene vrednosti orbitalnih in spinskih magnetnih momentov vseh elektronov, ki se nahajajo na popolnoma napolnjeni lupini, so enake nič.
Kemični elementi s feromagnetnimi lastnostmi (nikelj, kob alt, železo) so prehodni elementi periodnega sistema. V njihovih atomih je kršitev algoritma za polnjenje lupin z elektroni. Najprej vstopijo v zgornjo plast (s-orbitala) in šele potem, ko je popolnoma napolnjena, elektroni vstopijo v lupino, ki se nahaja spodaj (d-orbitala).
Obsežno uporabo feromagnetov, med katerimi je glavni železo, je mogoče razložiti s spremembo strukture, ko so izpostavljeni zunanjemu magnetnemu polju.
Podobne lastnosti imajo lahko le tiste snovi, v atomih katerih so notranje nedokončane lupine. Toda tudi ta pogoj ni dovolj, da bi govorili o feromagnetnih lastnostih. Na primer, krom, mangan, platina imajo tudinedokončane lupine znotraj atomov, vendar so paramagnetne. Pojav spontane magnetizacije je razložen s posebnim kvantnim delovanjem, ki ga je težko razložiti s klasično fiziko.
Oddelek
Obstaja pogojna delitev takšnih materialov na dve vrsti: trdi in mehki feromagneti. Uporaba trdih materialov je povezana z izdelavo magnetnih diskov, trakov za shranjevanje informacij. Mehki feromagneti so nepogrešljivi pri ustvarjanju elektromagnetov, transformatorskih jeder. Razlike med obema vrstama pojasnjujejo posebnosti kemične strukture teh snovi.
Lastnosti uporabe
Oglejmo si podrobneje nekaj primerov uporabe feromagnetov v različnih vejah sodobne tehnologije. Mehki magnetni materiali se uporabljajo v elektrotehniki za izdelavo elektromotorjev, transformatorjev, generatorjev. Poleg tega je pomembno opozoriti na uporabo te vrste feromagnetov v radijskih komunikacijah in nizkotokovni tehnologiji.
Za ustvarjanje trajnih magnetov so potrebni togi tipi. Če je zunanje polje izklopljeno, feromagneti ohranijo svoje lastnosti, saj orientacija elementarnih tokov ne izgine.
Ta lastnost pojasnjuje uporabo feromagnetov. Na kratko lahko rečemo, da so takšni materiali osnova sodobne tehnologije.
Trajni magneti so potrebni pri ustvarjanju električnih merilnih instrumentov, telefonov, zvočnikov, magnetnih kompasov, snemalnikov zvoka.
feriti
Glede na uporabo feromagnetov je treba posebno pozornost nameniti feritom. Široko se uporabljajo v visokofrekvenčni radijski tehniki, saj združujejo lastnosti polprevodnikov in feromagnetov. Iz feritov se trenutno izdelujejo magnetni trakovi in filmi, jedra induktorjev in diski. So železovi oksidi, ki jih najdemo v naravi.
Zanimiva dejstva
Zanimanje je uporaba feromagnetov v električnih strojih, pa tudi v tehnologiji snemanja na trdi disk. Sodobne raziskave kažejo, da lahko pri določenih temperaturah nekateri feromagneti pridobijo paramagnetne lastnosti. Zato te snovi veljajo za slabo razumljene in so še posebej zanimive za fizike.
Jekleno jedro lahko večkrat poveča magnetno polje brez spreminjanja trenutne jakosti.
Uporaba feromagnetov lahko znatno prihrani električno energijo. Zato se za jedra generatorjev, transformatorjev, elektromotorjev uporabljajo materiali s feromagnetnimi lastnostmi.
magnetna histereza
To je pojav odvisnosti jakosti magnetnega polja in vektorja magnetizacije od zunanjega polja. Ta lastnost se kaže v feromagnetih, pa tudi v zlitinah iz železa, niklja, kob alta. Podoben pojav opazimo ne le v primeru spremembe smeri in velikosti polja, ampak tudi v primeru njegovega vrtenja.
Prepustnost
Magnetna prepustnost je fizikalna količina, ki kaže razmerje med indukcijo v določenem mediju in tisto v vakuumu. Če snov ustvari svoje magnetno polje, se šteje za magnetizirano. Glede na Amperovo hipotezo je vrednost lastnosti odvisna od orbitalnega gibanja "prostih" elektronov v atomu.
Histerezna zanka je krivulja odvisnosti spremembe velikosti magnetizacije feromagneta, ki se nahaja v zunanjem polju, od spremembe velikosti indukcije. Za popolno demagnetizacijo uporabljenega telesa morate spremeniti smer zunanjega magnetnega polja.
Pri določeni vrednosti magnetne indukcije, ki se imenuje koercivna sila, postane magnetizacija vzorca nič.
Je oblika histerezne zanke in velikost prisilne sile, ki določata sposobnost snovi, da ohrani delno magnetizacijo, pojasnjujeta široko uporabo feromagnetov. Na kratko so zgoraj opisana področja uporabe trdih feromagnetov s široko histerezno zanko. Volframova, ogljikova, aluminijeva, kromova jekla imajo veliko prisilno silo, zato na njihovi osnovi nastajajo trajni magneti različnih oblik: trak, podkev.
Med mehkimi materiali z majhno prisilno silo opazimo železove rude, pa tudi železo-nikljeve zlitine.
Proces obrata magnetizacije feromagnetov je povezan s spremembo območja spontane magnetizacije. Za to se uporablja delo, ki ga opravi zunanje polje. Količinatoplota, ki nastane v tem primeru, je sorazmerna s površino histerezne zanke.
Sklep
Trenutno se v vseh vejah tehnologije aktivno uporabljajo snovi s feromagnetnimi lastnostmi. Poleg znatnih prihrankov pri energetskih virih lahko uporaba takšnih snovi poenostavi tehnološke procese.
Na primer, oboroženi z močnimi trajnimi magneti, lahko močno poenostavite proces ustvarjanja vozil. Zmogljivi elektromagneti, ki se trenutno uporabljajo v domačih in tujih avtomobilskih tovarnah, omogočajo popolno avtomatizacijo delovno najbolj intenzivnih tehnoloških procesov, pa tudi znatno pospešijo proces sestavljanja novih vozil.
V radijskem inženirstvu feromagneti omogočajo pridobivanje naprav najvišje kakovosti in natančnosti.
Znanstveniki so uspeli ustvariti metodo v enem koraku za proizvodnjo magnetnih nanodelcev, ki so primerni za uporabo v medicini in elektroniki.
Kot rezultat številnih študij, izvedenih v najboljših raziskovalnih laboratorijih, je bilo mogoče ugotoviti magnetne lastnosti nanodelcev kob alta in železa, prevlečenih s tanko plastjo zlata. Njihova sposobnost prenašanja zdravil proti raku ali atomov radionuklidov v desni del človeškega telesa in povečanja kontrasta magnetnoresonančnih slik je že potrjena.
Poleg tega je mogoče takšne delce uporabiti za nadgradnjo magnetnih pomnilniških naprav, kar bo nov korak pri ustvarjanju inovativnegamedicinska tehnologija.
Ekipi ruskih znanstvenikov je uspelo razviti in preizkusiti metodo za redukcijo vodnih raztopin kloridov, da bi dobili kombinirane nanodelce kob alt-železo, primerne za ustvarjanje materialov z izboljšanimi magnetnimi lastnostmi. Vse raziskave, ki jih izvajajo znanstveniki, so usmerjene v izboljšanje feromagnetnih lastnosti snovi, povečanje njihovega odstotka uporabe v proizvodnji.
