Lad os overveje de vigtigste anvendelsesområder for ferromagneter, såvel som funktionerne i deres klassificering. Lad os starte med, at ferromagneter kaldes faste stoffer, der har ukontrolleret magnetisering ved lave temperaturer. Det ændrer sig under påvirkning af deformation, magnetfelt, temperaturudsving.
Ferromagneters egenskaber
Brugen af ferromagneter i teknologi forklares ud fra deres fysiske egenskaber. De har en magnetisk permeabilitet, der er mange gange større end for et vakuum. I denne henseende har alle elektriske enheder, der bruger magnetiske felter til at omdanne én type energi til en anden, specielle elementer lavet af et ferromagnetisk materiale, der er i stand til at lede en magnetisk flux.
Features of ferromagnets
Hvad er de karakteristiske kendetegn ved ferromagneter? Egenskaberne og anvendelsen af disse stoffer forklares af den indre strukturs særegenheder. Der er en direkte sammenhæng mellem stoffets magnetiske egenskaber og magnetismens elementære bærere, som er elektroner, der bevæger sig inde i atomet.
Mens de bevæger sig i cirkulære baner, skaber de elementære strømme og magnetiskedipoler, der har et magnetisk moment. Dens retning er bestemt af gimlet-reglen. Et legemes magnetiske moment er den geometriske sum af alle dele. Udover at rotere i cirkulære baner, bevæger elektroner sig også rundt om deres egne akser, hvilket skaber spin-momenter. De udfører en vigtig funktion i processen med magnetisering af ferromagneter.
Praktisk anvendelse af ferromagneter er forbundet med dannelsen i dem af spontane magnetiserede områder med parallel orientering af spin-momenter. Hvis ferromagneten ikke er placeret i et eksternt felt, så har de enkelte magnetiske momenter forskellige retninger, deres sum er nul, og der er ingen magnetiseringsegenskab.
Særprægede træk ved ferromagneter
Hvis paramagneter er forbundet med egenskaberne af individuelle molekyler eller atomer i et stof, så kan ferromagnetiske egenskaber forklares med detaljerne i krystalstrukturen. For eksempel i damptilstand er jernatomer let diamagnetiske, mens dette metal i fast tilstand er en ferromagnet. Som et resultat af laboratorieundersøgelser blev sammenhængen mellem temperatur og ferromagnetiske egenskaber afsløret.
For eksempel indeholder Goisler-legeringen, der ligner jern i magnetiske egenskaber, ikke dette metal. Når Curie-punktet (en vis temperaturværdi) nås, forsvinder de ferromagnetiske egenskaber.
Blandt deres karakteristiske egenskaber kan man fremhæve ikke kun den høje værdi af magnetisk permeabilitet, men også forholdet mellem feltstyrken ogmagnetisering.
Samspillet mellem de magnetiske momenter af individuelle atomer i en ferromagnet bidrager til skabelsen af kraftige interne magnetfelter, der stiller op parallelt med hinanden. Et stærkt eksternt felt fører til en ændring i orienteringen, hvilket fører til en stigning i magnetiske egenskaber.
Ferromagneternes natur
Forskere har fastslået ferromagnetismens spin-natur. Ved fordeling af elektroner over energilag tages Pauli udelukkelsesprincippet i betragtning. Dens essens er, at kun et vist antal af dem kan være på hvert lag. De resulterende værdier af orbital- og spinmagnetiske momenter for alle elektroner placeret på en fuldstændig fyldt skal er lig med nul.
Kemiske grundstoffer med ferromagnetiske egenskaber (nikkel, kobolt, jern) er overgangselementer i det periodiske system. I deres atomer er der en krænkelse af algoritmen til at fylde skaller med elektroner. Først kommer de ind i det øverste lag (s-orbital), og først efter at det er helt fyldt, kommer elektronerne ind i skallen, der er placeret nedenfor (d-orbital).
Den storstilede brug af ferromagneter, hvoraf de vigtigste er jern, forklares af ændringen i strukturen, når de udsættes for et eksternt magnetfelt.
Lignende egenskaber kan kun besiddes af de stoffer i atomerne, hvoraf der er indre ufærdige skaller. Men selv denne betingelse er ikke nok til at tale om ferromagnetiske egenskaber. For eksempel har krom, mangan, platin ogsåufærdige skaller inde i atomer, men de er paramagnetiske. Fremkomsten af spontan magnetisering forklares med en særlig kvantevirkning, som er svær at forklare ved hjælp af klassisk fysik.
afdeling
Der er en betinget opdeling af sådanne materialer i to typer: hårde og bløde ferromagneter. Brugen af hårde materialer er forbundet med fremstilling af magnetiske diske, bånd til lagring af information. Bløde ferromagneter er uundværlige i skabelsen af elektromagneter, transformatorkerner. Forskellene mellem de to arter forklares af de særlige forhold ved disse stoffers kemiske struktur.
Anvendelsesfunktioner
Lad os se nærmere på nogle eksempler på brugen af ferromagneter i forskellige grene af moderne teknologi. Bløde magnetiske materialer bruges i elektroteknik til at skabe elektriske motorer, transformere, generatorer. Derudover er det vigtigt at bemærke brugen af ferromagneter af denne type i radiokommunikation og svagstrømsteknologi.
Stive typer er nødvendige for at skabe permanente magneter. Hvis det eksterne felt er slået fra, bevarer ferromagneter deres egenskaber, da orienteringen af elementære strømme ikke forsvinder.
Det er denne egenskab, der forklarer brugen af ferromagneter. Kort sagt kan vi sige, at sådanne materialer er grundlaget for moderne teknologi.
Permanente magneter er nødvendige, når man laver elektriske måleinstrumenter, telefoner, højttalere, magnetiske kompasser, lydoptagere.
Ferrites
I betragtning af brugen af ferromagneter er det nødvendigt at være særlig opmærksom på ferritter. De er meget udbredt i højfrekvent radioteknik, da de kombinerer egenskaberne af halvledere og ferromagneter. Det er fra ferrit, at magnetbånd og film, kerner af induktorer og diske i øjeblikket fremstilles. De er jernoxider, der findes i naturen.
Interessante fakta
Interesse er brugen af ferromagneter i elektriske maskiner, såvel som i teknologien til optagelse på en harddisk. Moderne forskning viser, at nogle ferromagneter ved visse temperaturer kan få paramagnetiske egenskaber. Det er grunden til, at disse stoffer anses for dårligt forståede og er af særlig interesse for fysikere.
Stålkernen er i stand til at øge magnetfeltet flere gange uden at ændre strømstyrken.
Brugen af ferromagneter kan spare betydeligt på elektrisk energi. Derfor bruges materialer med ferromagnetiske egenskaber til kernerne i generatorer, transformere, elektriske motorer.
Magnetisk hysterese
Dette er fænomenet med afhængigheden af den magnetiske feltstyrke og magnetiseringsvektoren af det ydre felt. Denne egenskab manifesterer sig i ferromagneter såvel som i legeringer lavet af jern, nikkel, kobolt. Et lignende fænomen observeres ikke kun i tilfælde af en ændring i feltets retning og størrelse, men også i tilfælde af dets rotation.
permeabilitet
Magnetisk permeabilitet er en fysisk størrelse, der viser forholdet mellem induktion i et bestemt medium og i et vakuum. Hvis et stof skaber sit eget magnetfelt, betragtes det som magnetiseret. Ifølge Ampères hypotese afhænger værdien af egenskaber af kredsløbsbevægelsen af "frie" elektroner i atomet.
Hysteresesløjfen er en kurve over afhængigheden af ændringen i størrelsen af magnetiseringen af en ferromagnet placeret i et eksternt felt af ændringen i størrelsen af induktionen. For fuldstændig at afmagnetisere den brugte krop, skal du ændre retningen af det eksterne magnetfelt.
Ved en vis værdi af magnetisk induktion, som kaldes tvangskraften, bliver magnetiseringen af prøven nul.
Det er formen på hysteresesløjfen og størrelsen af tvangskraften, der bestemmer et stofs evne til at opretholde delvis magnetisering, forklarer den udbredte brug af ferromagneter. Kort beskrevet er anvendelsesområderne for hårde ferromagneter med en bred hystereseløkke beskrevet ovenfor. Wolfram, kulstof, aluminium, kromstål har en stor tvangskraft, derfor skabes permanente magneter af forskellige former på basis af deres: strimmel, hestesko.
Blandt bløde materialer med en lille tvangskraft bemærker vi jernmalme samt jern-nikkel-legeringer.
Processen med magnetiseringsvending af ferromagneter er forbundet med en ændring i området for spontan magnetisering. Til dette bruges det arbejde, der udføres af det eksterne felt. Antalden genererede varme i dette tilfælde er proportional med arealet af hysteresesløjfen.
Konklusion
I øjeblikket bruges stoffer med ferromagnetiske egenskaber aktivt i alle grene af teknologi. Ud over betydelige besparelser i energiressourcer kan brugen af sådanne stoffer forenkle teknologiske processer.
For eksempel, bevæbnet med kraftige permanente magneter, kan du i høj grad forenkle processen med at skabe køretøjer. Kraftige elektromagneter, der i øjeblikket bruges på indenlandske og udenlandske bilfabrikker, gør det muligt fuldt ud at automatisere de mest arbejdskrævende teknologiske processer, samt fremskynde processen med at samle nye køretøjer betydeligt.
I radioteknik gør ferromagneter det muligt at opnå enheder af højeste kvalitet og nøjagtighed.
Forskere er lykkedes med at skabe en et-trins metode til fremstilling af magnetiske nanopartikler, der er velegnede til anvendelser inden for medicin og elektronik.
Som et resultat af adskillige undersøgelser udført i de bedste forskningslaboratorier, var det muligt at fastslå de magnetiske egenskaber af kobolt- og jernnanopartikler belagt med et tyndt lag guld. Deres evne til at overføre kræftlægemidler eller radionuklidatomer til den højre del af menneskekroppen og øge kontrasten af magnetiske resonansbilleder er allerede blevet bekræftet.
Derudover kan sådanne partikler bruges til at opgradere magnetiske hukommelsesenheder, hvilket vil være et nyt skridt i at skabe en innovativmedicinsk teknologi.
Et hold af russiske videnskabsmænd formåede at udvikle og teste en metode til at reducere vandige opløsninger af chlorider for at opnå kombinerede kobolt-jern-nanopartikler, der er egnede til at skabe materialer med forbedrede magnetiske egenskaber. Al forskning udført af videnskabsmænd har til formål at forbedre de ferromagnetiske egenskaber af stoffer og øge deres procentvise brug i produktionen.
