La oss vurdere de viktigste bruksområdene for ferromagneter, så vel som funksjonene i deres klassifisering. La oss starte med det faktum at ferromagneter kalles faste stoffer som har ukontrollert magnetisering ved lave temperaturer. Den endres under påvirkning av deformasjon, magnetfelt, temperatursvingninger.
Properties of ferromagnets
Bruken av ferromagneter i teknologi forklares av deres fysiske egenskaper. De har en magnetisk permeabilitet som er mange ganger større enn for et vakuum. I denne forbindelse har alle elektriske enheter som bruker magnetiske felt for å konvertere en type energi til en annen, spesielle elementer laget av et ferromagnetisk materiale som er i stand til å lede en magnetisk fluks.
Features of ferromagnets
Hva er de karakteristiske egenskapene til ferromagneter? Egenskapene og bruken av disse stoffene forklares av særegenhetene til den indre strukturen. Det er en direkte sammenheng mellom de magnetiske egenskapene til materie og de elementære bærerne av magnetisme, som er elektroner som beveger seg inne i atomet.
Når de beveger seg i sirkulære baner, skaper de elementære strømmer og magnetiskedipoler som har et magnetisk moment. Retningen bestemmes av gimlet-regelen. Det magnetiske momentet til et legeme er den geometriske summen av alle deler. I tillegg til å rotere i sirkulære baner, beveger elektroner seg også rundt sine egne akser, og skaper spinnøyeblikk. De utfører en viktig funksjon i prosessen med magnetisering av ferromagneter.
Praktisk anvendelse av ferromagneter er assosiert med dannelsen i dem av spontane magnetiserte områder med parallell orientering av spinnmomenter. Hvis ferromagneten ikke er plassert i et eksternt felt, har de individuelle magnetiske momentene forskjellige retninger, summen deres er null og det er ingen magnetiseringsegenskap.
Særtegn ved ferromagneter
Hvis paramagneter er assosiert med egenskapene til individuelle molekyler eller atomer til et stoff, så kan ferromagnetiske egenskaper forklares med spesifikasjonene til krystallstrukturen. For eksempel, i damptilstand er jernatomer litt diamagnetiske, mens i fast tilstand er dette metallet en ferromagnet. Som et resultat av laboratoriestudier ble sammenhengen mellom temperatur og ferromagnetiske egenskaper avslørt.
For eksempel, Goisler-legeringen, som ligner på jern i magnetiske egenskaper, inneholder ikke dette metallet. Når Curie-punktet (en viss temperaturverdi) er nådd, forsvinner de ferromagnetiske egenskapene.
Blant deres særegne egenskaper kan man trekke frem ikke bare den høye verdien av magnetisk permeabilitet, men også forholdet mellom feltstyrken ogmagnetisering.
Samspillet mellom de magnetiske momentene til individuelle atomer i en ferromagnet bidrar til å skape kraftige interne magnetiske felt som stiller opp parallelt med hverandre. Et sterkt ytre felt fører til en endring i orientering, noe som fører til en økning i magnetiske egenskaper.
Ferromagnetenes natur
Forskere har etablert spinnnaturen til ferromagnetisme. Ved fordeling av elektroner over energilag tas Pauli eksklusjonsprinsippet i betraktning. Essensen er at bare et visst antall av dem kan være på hvert lag. De resulterende verdiene for de orbitale og spinnmagnetiske momentene til alle elektroner som befinner seg på et fullstendig fylt skall er lik null.
Kjemiske grunnstoffer med ferromagnetiske egenskaper (nikkel, kobolt, jern) er overgangselementer i det periodiske system. I atomene deres er det et brudd på algoritmen for å fylle skjell med elektroner. Først går de inn i det øvre laget (s-orbital), og først etter at det er helt fylt kommer elektronene inn i skallet som ligger under (d-orbital).
Den storstilte bruken av ferromagneter, hvor den viktigste er jern, forklares av endringen i strukturen når de utsettes for et eksternt magnetfelt.
Lignende egenskaper kan bare ha de stoffene i atomene som det er indre uferdige skjell av. Men selv denne tilstanden er ikke nok til å snakke om ferromagnetiske egenskaper. For eksempel har krom, mangan, platina ogsåuferdige skjell inne i atomer, men de er paramagnetiske. Fremveksten av spontan magnetisering forklares av en spesiell kvantehandling, som er vanskelig å forklare ved bruk av klassisk fysikk.
Department
Det er en betinget inndeling av slike materialer i to typer: harde og myke ferromagneter. Bruken av harde materialer er forbundet med produksjon av magnetiske disker, bånd for lagring av informasjon. Myke ferromagneter er uunnværlige for å lage elektromagneter, transformatorkjerner. Forskjellene mellom de to artene forklares av særegenhetene ved den kjemiske strukturen til disse stoffene.
Bruksfunksjoner
La oss se nærmere på noen eksempler på bruk av ferromagneter i ulike grener av moderne teknologi. Myke magnetiske materialer brukes i elektroteknikk for å lage elektriske motorer, transformatorer, generatorer. I tillegg er det viktig å merke seg bruken av ferromagneter av denne typen i radiokommunikasjon og svakstrømsteknologi.
Stive typer er nødvendig for å lage permanente magneter. Hvis det eksterne feltet er slått av, beholder ferromagneter egenskapene sine, siden orienteringen til elementærstrømmer ikke forsvinner.
Det er denne egenskapen som forklarer bruken av ferromagneter. Kort sagt kan vi si at slike materialer er grunnlaget for moderne teknologi.
Permanente magneter er nødvendig når du lager elektriske måleinstrumenter, telefoner, høyttalere, magnetiske kompasser, lydopptakere.
Ferrites
Med tanke på bruk av ferromagneter, er det nødvendig å være spesielt oppmerksom på ferritter. De er mye brukt i høyfrekvent radioteknikk, siden de kombinerer egenskapene til halvledere og ferromagneter. Det er fra ferritt at magnetbånd og filmer, kjerner av induktorer og disker for tiden lages. De er jernoksider som finnes i naturen.
Interessante fakta
Interesse er bruken av ferromagneter i elektriske maskiner, samt i teknologien for opptak på en harddisk. Moderne forskning indikerer at ved visse temperaturer kan noen ferromagneter få paramagnetiske egenskaper. Det er derfor disse stoffene anses som dårlig forstått og er av spesiell interesse for fysikere.
Stålkjernen er i stand til å øke magnetfeltet flere ganger uten å endre strømstyrken.
Bruk av ferromagneter kan spare elektrisk energi betydelig. Det er derfor materialer med ferromagnetiske egenskaper brukes til kjernene til generatorer, transformatorer, elektriske motorer.
Magnetisk hysterese
Dette er fenomenet avhengigheten av magnetfeltstyrken og magnetiseringsvektoren av det ytre feltet. Denne egenskapen manifesterer seg i ferromagneter, så vel som i legeringer laget av jern, nikkel, kobolt. Et lignende fenomen observeres ikke bare ved endring i feltets retning og størrelse, men også ved rotasjon.
permeabilitet
Magnetisk permeabilitet er en fysisk størrelse som viser forholdet mellom induksjon i et bestemt medium og i et vakuum. Hvis et stoff lager sitt eget magnetfelt, anses det som magnetisert. I følge Ampères hypotese avhenger verdien av egenskaper av banebevegelsen til "frie" elektroner i atomet.
Hysteresesløyfen er en kurve for avhengigheten av endringen i størrelsen på magnetiseringen til en ferromagnet plassert i et eksternt felt av endringen i størrelsen på induksjonen. For å fullstendig avmagnetisere den brukte kroppen, må du endre retningen på det eksterne magnetfeltet.
Ved en viss verdi av magnetisk induksjon, som kalles tvangskraften, blir magnetiseringen av prøven null.
Det er formen på hysteresesløyfen og størrelsen på tvangskraften som bestemmer et stoffs evne til å opprettholde delvis magnetisering, forklarer den utbredte bruken av ferromagneter. Kort fort alt er bruksområdene for harde ferromagneter med en bred hystereseløkke beskrevet ovenfor. Wolfram, karbon, aluminium, kromstål har en stor tvangskraft, derfor lages permanente magneter av forskjellige former på basis av disse: stripe, hestesko.
Blant myke materialer med liten tvangskraft merker vi jernmalm, samt jern-nikkel-legeringer.
Prosessen med magnetiseringsreversering av ferromagneter er assosiert med en endring i området for spontan magnetisering. Til dette brukes arbeidet utført av det eksterne feltet. Mengdevarmen som genereres i dette tilfellet er proporsjonal med arealet av hysteresesløyfen.
Konklusjon
For tiden, i alle grener av teknologi, brukes stoffer med ferromagnetiske egenskaper aktivt. I tillegg til betydelige besparelser i energiressurser, kan bruk av slike stoffer forenkle teknologiske prosesser.
For eksempel, bevæpnet med kraftige permanente magneter, kan du i stor grad forenkle prosessen med å lage kjøretøy. Kraftige elektromagneter, som for tiden brukes på innenlandske og utenlandske bilfabrikker, gjør det mulig å fullautomatisere de mest arbeidskrevende teknologiske prosessene, samt øke hastigheten på prosessen med å sette sammen nye kjøretøy betydelig.
I radioteknikk gjør ferromagneter det mulig å skaffe enheter av høyeste kvalitet og nøyaktighet.
Forskere har lykkes i å lage en ett-trinns metode for å produsere magnetiske nanopartikler som er egnet for bruk innen medisin og elektronikk.
Som et resultat av utallige studier utført i de beste forskningslaboratoriene, var det mulig å fastslå de magnetiske egenskapene til kobolt- og jernnanopartikler belagt med et tynt lag gull. Deres evne til å overføre kreftmedisiner eller radionuklidatomer til høyre del av menneskekroppen og øke kontrasten til magnetiske resonansbilder er allerede bekreftet.
I tillegg kan slike partikler brukes til å oppgradere magnetiske minneenheter, noe som vil være et nytt skritt i å skape en innovativmedisinsk teknologi.
Et team av russiske forskere klarte å utvikle og teste en metode for å redusere vandige løsninger av klorider for å oppnå kombinerte kobolt-jern nanopartikler egnet for å lage materialer med forbedrede magnetiske egenskaper. All forskning utført av forskere er rettet mot å forbedre de ferromagnetiske egenskapene til stoffer, øke deres prosentvise bruk i produksjonen.
