Razmotrimo glavna područja primjene feromagneta, kao i značajke njihove klasifikacije. Počnimo s činjenicom da se feromagneti nazivaju čvrste tvari koje imaju nekontroliranu magnetizaciju na niskim temperaturama. Mijenja se pod utjecajem deformacije, magnetskog polja, temperaturnih fluktuacija.
Svojstva feromagneta
Upotreba feromagneta u tehnologiji objašnjava se njihovim fizičkim svojstvima. Imaju magnetsku propusnost koja je mnogo puta veća od one u vakuumu. U tom smislu, svi električni uređaji koji koriste magnetska polja za pretvaranje jedne vrste energije u drugu imaju posebne elemente izrađene od feromagnetskog materijala koji je sposoban provoditi magnetski tok.
Značajke feromagneta
Koje su karakteristike feromagneta? Svojstva i korištenje ovih tvari objašnjavaju se osobitostima unutarnje strukture. Postoji izravna veza između magnetskih svojstava materije i elementarnih nositelja magnetizma, a to su elektroni koji se kreću unutar atoma.
Dok se kreću u kružnim orbitama, stvaraju elementarne struje i magnetskedipoli koji imaju magnetski moment. Njegov je smjer određen pravilom gimleta. Magnetski moment tijela je geometrijski zbroj svih dijelova. Osim što se rotiraju u kružnim orbitama, elektroni se također kreću oko vlastite osi, stvarajući momente okretanja. Oni obavljaju važnu funkciju u procesu magnetizacije feromagneta.
Praktična primjena feromagneta povezana je s stvaranjem u njima spontanih magnetiziranih područja s paralelnom orijentacijom spinskih momenata. Ako se feromagnet ne nalazi u vanjskom polju, tada pojedinačni magnetski momenti imaju različite smjerove, njihov zbroj je nula i nema svojstva magnetizacije.
Prepoznatljive karakteristike feromagneta
Ako su paramagneti povezani sa svojstvima pojedinih molekula ili atoma tvari, tada se feromagnetska svojstva mogu objasniti specifičnostima kristalne strukture. Na primjer, u stanju pare, atomi željeza su blago dijamagnetski, dok je u čvrstom stanju ovaj metal feromagnet. Kao rezultat laboratorijskih studija otkrivena je veza između temperature i feromagnetskih svojstava.
Na primjer, Goislerova legura, slična po magnetskim svojstvima željezu, ne sadrži ovaj metal. Kada se postigne Curiejeva točka (određena temperaturna vrijednost), feromagnetska svojstva nestaju.
Među njihovim karakterističnim karakteristikama može se izdvojiti ne samo visoka vrijednost magnetske permeabilnosti, već i odnos između jakosti polja imagnetizacija.
Interakcija magnetskih momenata pojedinih atoma feromagneta pridonosi stvaranju snažnih unutarnjih magnetskih polja koja se postavljaju paralelno jedno s drugim. Jako vanjsko polje dovodi do promjene orijentacije, što dovodi do povećanja magnetskih svojstava.
Priroda feromagneta
Znanstvenici su ustanovili spin prirodu feromagnetizma. Prilikom raspodjele elektrona po energetskim slojevima uzima se u obzir Paulijev princip isključenja. Njegova je bit da ih na svakom sloju može biti samo određeni broj. Rezultirajuće vrijednosti orbitalnih i spinskih magnetskih momenata svih elektrona smještenih na potpuno ispunjenoj ljusci jednake su nuli.
Kemijski elementi s feromagnetskim svojstvima (nikl, kob alt, željezo) prijelazni su elementi periodnog sustava. U njihovim atomima postoji kršenje algoritma za punjenje ljuski elektronima. Prvo ulaze u gornji sloj (s-orbitala), a tek nakon što je potpuno ispunjen, elektroni ulaze u ljusku koja se nalazi ispod (d-orbitala).
Velika upotreba feromagneta, od kojih je glavni željezo, objašnjava se promjenom strukture kada su izloženi vanjskom magnetskom polju.
Slična svojstva mogu posjedovati samo one tvari u čijim atomima postoje unutarnje nedovršene ljuske. Ali ni ovo stanje nije dovoljno da se govori o feromagnetskim karakteristikama. Na primjer, krom, mangan, platina također imajunedovršene ljuske unutar atoma, ali su paramagnetne. Pojava spontane magnetizacije objašnjava se posebnim kvantnim djelovanjem, što je teško objasniti klasičnom fizikom.
Odjel
Postoji uvjetna podjela takvih materijala u dvije vrste: tvrdi i meki feromagneti. Upotreba tvrdih materijala povezana je s proizvodnjom magnetskih diskova, vrpci za pohranu informacija. Meki feromagneti su nezamjenjivi u stvaranju elektromagneta, jezgri transformatora. Razlike između ove dvije vrste objašnjavaju se osobitostima kemijske strukture ovih tvari.
Značajke upotrebe
Pogledajmo pobliže neke primjere upotrebe feromagneta u raznim granama moderne tehnologije. Meki magnetski materijali se koriste u elektrotehnici za izradu elektromotora, transformatora, generatora. Osim toga, važno je napomenuti korištenje feromagneta ove vrste u radio komunikacijama i niskostrujnoj tehnologiji.
Za stvaranje trajnih magneta potrebni su kruti tipovi. Ako je vanjsko polje isključeno, feromagneti zadržavaju svoja svojstva, budući da orijentacija elementarnih struja ne nestaje.
To je svojstvo koje objašnjava upotrebu feromagneta. Ukratko, možemo reći da su takvi materijali osnova moderne tehnologije.
Trajni magneti su potrebni za izradu električnih mjernih instrumenata, telefona, zvučnika, magnetskih kompasa, snimača zvuka.
feriti
S obzirom na korištenje feromagneta, potrebno je posebnu pozornost obratiti na ferite. Široko se koriste u visokofrekventnoj radiotehnici, jer kombiniraju svojstva poluvodiča i feromagneta. Od ferita se trenutno izrađuju magnetske trake i filmovi, jezgre induktora i diskovi. Oni su željezni oksidi koji se nalaze u prirodi.
Zanimljive činjenice
Interes je korištenje feromagneta u električnim strojevima, kao i u tehnologiji snimanja na tvrdi disk. Suvremena istraživanja pokazuju da pri određenim temperaturama neki feromagneti mogu dobiti paramagnetska svojstva. Zato se te tvari smatraju slabo shvaćenim i od posebnog su interesa za fizičare.
Čelična jezgra može nekoliko puta povećati magnetsko polje bez promjene jačine struje.
Upotreba feromagneta može značajno uštedjeti električnu energiju. Zato se za jezgre generatora, transformatora, elektromotora koriste materijali s feromagnetskim svojstvima.
Magnetska histereza
Ovo je fenomen ovisnosti jakosti magnetskog polja i vektora magnetizacije o vanjskom polju. Ovo svojstvo očituje se u feromagnetima, kao iu legurama od željeza, nikla, kob alta. Sličan se fenomen opaža ne samo u slučaju promjene smjera i veličine polja, već iu slučaju njegove rotacije.
Permeabilnost
Magnetska propusnost fizička je veličina koja pokazuje omjer indukcije u određenom mediju prema onoj u vakuumu. Ako tvar stvara svoje magnetsko polje, smatra se magnetiziranom. Prema Ampèreovoj hipotezi, vrijednost svojstava ovisi o orbitalnom kretanju "slobodnih" elektrona u atomu.
Petlja histereze je krivulja ovisnosti promjene veličine magnetizacije feromagneta koji se nalazi u vanjskom polju o promjeni veličine indukcije. Da biste potpuno demagnetizirali korišteno tijelo, trebate promijeniti smjer vanjskog magnetskog polja.
Pri određenoj vrijednosti magnetske indukcije, koja se zove koercitivna sila, magnetizacija uzorka postaje nula.
To je oblik histerezne petlje i veličina prisilne sile koji određuju sposobnost tvari da održi djelomičnu magnetizaciju, objašnjavaju raširenu upotrebu feromagneta. Ukratko, gore su opisana područja primjene tvrdih feromagneta sa širokom histerezisnom petljom. Volfram, ugljik, aluminij, krom čelici imaju veliku prisilnu silu, stoga se na njihovoj osnovi stvaraju trajni magneti raznih oblika: traka, potkova.
Među mekim materijalima s malom prisilnom silom uočavamo željezne rude, kao i legure željeza i nikla.
Proces preokretanja magnetizacije feromagneta povezan je s promjenom područja spontane magnetizacije. Za to se koristi rad koji obavlja vanjsko polje. Količinatoplina koja se stvara u ovom slučaju proporcionalna je području histerezne petlje.
Zaključak
Trenutno se u svim granama tehnologije aktivno koriste tvari s feromagnetskim svojstvima. Osim značajnih ušteda u energetskim resursima, korištenje takvih tvari može pojednostaviti tehnološke procese.
Na primjer, naoružani snažnim trajnim magnetima, možete uvelike pojednostaviti proces stvaranja vozila. Snažni elektromagneti, koji se trenutno koriste u domaćim i stranim automobilskim tvornicama, omogućuju potpunu automatizaciju najzahtjevnijih tehnoloških procesa, kao i značajno ubrzavaju proces sklapanja novih vozila.
U radiotehnici, feromagneti omogućuju dobivanje uređaja najviše kvalitete i točnosti.
Znanstvenici su uspjeli stvoriti metodu u jednom koraku za proizvodnju magnetskih nanočestica koje su prikladne za primjenu u medicini i elektronici.
Kao rezultat brojnih istraživanja provedenih u najboljim istraživačkim laboratorijima, bilo je moguće utvrditi magnetska svojstva nanočestica kob alta i željeza obloženih tankim slojem zlata. Njihova sposobnost da prenesu lijekove protiv raka ili atome radionuklida u desni dio ljudskog tijela i povećaju kontrast slika magnetske rezonancije već je potvrđena.
Osim toga, takve se čestice mogu koristiti za nadogradnju magnetskih memorijskih uređaja, što će biti novi korak u stvaranju inovativnogmedicinska tehnologija.
Tim ruskih znanstvenika uspio je razviti i testirati metodu za redukciju vodenih otopina klorida kako bi se dobile kombinirane nanočestice kob alt-željezo pogodne za stvaranje materijala s poboljšanim magnetskim karakteristikama. Sva istraživanja koja provode znanstvenici usmjerena su na poboljšanje feromagnetskih svojstava tvari, povećanje njihovog postotka korištenja u proizvodnji.
