Låt oss överväga de huvudsakliga användningsområdena för ferromagneter, såväl som egenskaperna hos deras klassificering. Låt oss börja med det faktum att ferromagneter kallas fasta ämnen som har okontrollerad magnetisering vid låga temperaturer. Den förändras under påverkan av deformation, magnetfält, temperaturfluktuationer.
Ferromagneters egenskaper
Användningen av ferromagneter i teknik förklaras av deras fysiska egenskaper. De har en magnetisk permeabilitet som är många gånger större än ett vakuum. I detta avseende har alla elektriska enheter som använder magnetfält för att omvandla en typ av energi till en annan speciella element gjorda av ett ferromagnetiskt material som kan leda ett magnetiskt flöde.
Features of ferromagnets
Vilka är de utmärkande egenskaperna hos ferromagneter? Egenskaperna och användningen av dessa ämnen förklaras av den inre strukturens egenheter. Det finns ett direkt samband mellan materiens magnetiska egenskaper och magnetismens elementära bärare, som är elektroner som rör sig inuti atomen.
När de rör sig i cirkulära banor skapar de elementära strömmar och magnetiskadipoler som har ett magnetiskt moment. Dess riktning bestäms av gimlet-regeln. En kropps magnetiska moment är den geometriska summan av alla delar. Förutom att rotera i cirkulära banor rör sig elektroner också runt sina egna axlar, vilket skapar snurrmoment. De fyller en viktig funktion i processen för magnetisering av ferromagneter.
Praktisk tillämpning av ferromagneter är förknippad med bildandet i dem av spontana magnetiserade områden med parallell orientering av spinnmoment. Om ferromagneten inte är placerad i ett externt fält, har de individuella magnetmomenten olika riktningar, deras summa är noll och det finns ingen magnetiseringsegenskap.
Särskiljande egenskaper hos ferromagneter
Om paramagneter är förknippade med egenskaperna hos enskilda molekyler eller atomer i ett ämne, så kan ferromagnetiska egenskaper förklaras av kristallstrukturens särdrag. Till exempel, i ångtillståndet, är järnatomer något diamagnetiska, medan denna metall i fast tillstånd är en ferromagnet. Som ett resultat av laboratoriestudier avslöjades sambandet mellan temperatur och ferromagnetiska egenskaper.
Till exempel innehåller Goisler-legeringen, som liknar järn i magnetiska egenskaper, inte denna metall. När Curie-punkten (ett visst temperaturvärde) nås försvinner de ferromagnetiska egenskaperna.
Bland deras utmärkande egenskaper kan man peka ut inte bara det höga värdet av magnetisk permeabilitet, utan också förhållandet mellan fältstyrkan ochmagnetisering.
Samspelet mellan de magnetiska momenten hos enskilda atomer i en ferromagnet bidrar till att skapa kraftfulla interna magnetfält som är parallella med varandra. Ett starkt yttre fält leder till en förändring i orienteringen, vilket leder till en ökning av magnetiska egenskaper.
ferromagneternas natur
Forskare har fastställt ferromagnetismens spinnnatur. Vid distribution av elektroner över energilager beaktas Pauli uteslutningsprincipen. Dess kärna är att endast ett visst antal av dem kan finnas på varje lager. De resulterande värdena för de magnetiska orbital- och spinnmomenten för alla elektroner som finns på ett helt fyllt skal är lika med noll.
Kemiska grundämnen med ferromagnetiska egenskaper (nickel, kobolt, järn) är övergångselement i det periodiska systemet. I deras atomer finns det ett brott mot algoritmen för att fylla skal med elektroner. Först går de in i det övre lagret (s-orbital), och först efter att det är helt fyllt kommer elektronerna in i skalet som ligger nedanför (d-orbital).
Den storskaliga användningen av ferromagneter, vars huvudsakliga är järn, förklaras av förändringen i struktur när de utsätts för ett externt magnetfält.
Liknande egenskaper kan endast innehas av de ämnen i atomerna som det finns inre ofärdiga skal. Men även detta tillstånd är inte tillräckligt för att tala om ferromagnetiska egenskaper. Till exempel har krom, mangan, platina ocksåofärdiga skal inuti atomer, men de är paramagnetiska. Uppkomsten av spontan magnetisering förklaras av en speciell kvantverkan, som är svår att förklara med klassisk fysik.
Department
Det finns en villkorlig uppdelning av sådana material i två typer: hårda och mjuka ferromagneter. Användningen av hårda material är förknippad med tillverkning av magnetiska skivor, band för att lagra information. Mjuka ferromagneter är oumbärliga vid skapandet av elektromagneter, transformatorkärnor. Skillnaderna mellan de två arterna förklaras av särdragen hos dessa ämnens kemiska struktur.
Användningsfunktioner
Låt oss titta närmare på några exempel på användningen av ferromagneter i olika grenar av modern teknik. Mjuka magnetiska material används inom elektroteknik för att skapa elmotorer, transformatorer, generatorer. Dessutom är det viktigt att notera användningen av ferromagneter av denna typ i radiokommunikation och svagströmsteknik.
Styva typer behövs för att skapa permanenta magneter. Om det externa fältet stängs av behåller ferromagneter sina egenskaper, eftersom orienteringen av elementära strömmar inte försvinner.
Det är den här egenskapen som förklarar användningen av ferromagneter. Kortfattat kan vi säga att sådana material är grunden för modern teknik.
Permanenta magneter behövs när man skapar elektriska mätinstrument, telefoner, högtalare, magnetiska kompasser, ljudinspelare.
Ferrites
Med tanke på användningen av ferromagneter är det nödvändigt att ägna särskild uppmärksamhet åt ferriter. De används ofta inom högfrekvent radioteknik, eftersom de kombinerar egenskaperna hos halvledare och ferromagneter. Det är från ferriter som magnetband och filmer, kärnor av induktorer och skivor för närvarande tillverkas. De är järnoxider som finns i naturen.
Intressanta fakta
Intresse är användningen av ferromagneter i elektriska maskiner, såväl som i tekniken för inspelning på en hårddisk. Modern forskning visar att vid vissa temperaturer kan vissa ferromagneter få paramagnetiska egenskaper. Det är därför dessa ämnen anses vara dåligt förstådda och är av särskilt intresse för fysiker.
Stålkärnan kan öka magnetfältet flera gånger utan att ändra strömstyrkan.
Användningen av ferromagneter kan avsevärt spara elektrisk energi. Det är därför material med ferromagnetiska egenskaper används för kärnorna i generatorer, transformatorer, elmotorer.
Magnetisk hysteres
Detta är fenomenet med magnetfältets och magnetiseringsvektorns beroende av det yttre fältet. Denna egenskap manifesterar sig i ferromagneter, såväl som i legeringar gjorda av järn, nickel, kobolt. Ett liknande fenomen observeras inte bara vid en förändring av fältets riktning och storlek, utan även när det gäller dess rotation.
Permeabilitet
Magnetisk permeabilitet är en fysisk storhet som visar förhållandet mellan induktion i ett visst medium och i ett vakuum. Om ett ämne skapar sitt eget magnetfält anses det vara magnetiserat. Enligt Ampères hypotes beror egenskapernas värde på omloppsrörelsen hos "fria" elektroner i atomen.
Hysteresloopen är en kurva över beroendet av förändringen i storleken på magnetiseringen av en ferromagnet som är placerad i ett externt fält på förändringen i storleken på induktionen. För att helt avmagnetisera den använda kroppen måste du ändra riktningen på det externa magnetfältet.
Vid ett visst värde på magnetisk induktion, som kallas koercitivkraften, blir magnetiseringen av provet noll.
Det är formen på hysteresloopen och storleken på koercitivkraften som avgör ett ämnes förmåga att upprätthålla partiell magnetisering, förklarar den utbredda användningen av ferromagneter. Kortfattat beskrivs tillämpningsområdena för hårda ferromagneter med en bred hysteresloop ovan. Volfram, kol, aluminium, kromstål har en stor tvångskraft, därför skapas permanentmagneter av olika former på grundval av dessa: band, hästsko.
Bland mjuka material med liten tvångskraft noterar vi järnmalmer, samt järn-nickellegeringar.
Processen för magnetiseringsreversering av ferromagneter är associerad med en förändring i området för spontan magnetisering. För detta används det arbete som utförs av det externa fältet. Kvantitetvärmen som genereras i detta fall är proportionell mot arean av hysteresloopen.
Slutsats
För närvarande används aktivt ämnen med ferromagnetiska egenskaper inom alla teknikgrenar. Förutom betydande besparingar i energiresurser kan användningen av sådana ämnen förenkla tekniska processer.
Beväpnad med kraftfulla permanentmagneter kan du till exempel förenkla processen att skapa fordon. Kraftfulla elektromagneter, som för närvarande används vid inhemska och utländska bilfabriker, gör det möjligt att helt automatisera de mest arbetsintensiva tekniska processerna, samt avsevärt påskynda processen att montera nya fordon.
Inom radioteknik gör ferromagneter det möjligt att få enheter av högsta kvalitet och noggrannhet.
Forskare har lyckats skapa en enstegsmetod för att tillverka magnetiska nanopartiklar som är lämpliga för applikationer inom medicin och elektronik.
Som ett resultat av många studier utförda i de bästa forskningslaboratorierna, var det möjligt att fastställa de magnetiska egenskaperna hos kobolt- och järnnanopartiklar belagda med ett tunt lager av guld. Deras förmåga att överföra anticancerläkemedel eller radionuklidatomer till den högra delen av människokroppen och öka kontrasten på magnetiska resonansbilder har redan bekräftats.
Dessutom kan sådana partiklar användas för att uppgradera magnetiska minnesenheter, vilket kommer att vara ett nytt steg i att skapa en innovativmedicinsk teknik.
Ett team av ryska forskare lyckades utveckla och testa en metod för att reducera vattenh altiga lösningar av klorider för att erhålla kombinerade kobolt-järn-nanopartiklar lämpliga för att skapa material med förbättrade magnetiska egenskaper. All forskning som utförs av forskare syftar till att förbättra de ferromagnetiska egenskaperna hos ämnen och öka deras procentuella användning i produktionen.
