Zvažte hlavní oblasti použitíferomagnetiky, jakož i vlastnosti jejich klasifikace. Za prvé, feromagnetům se říká pevné látky, které mají při nízkých teplotách nekontrolovanou magnetizaci. Mění se pod vlivem deformace, magnetického pole, kolísání teploty.
Vlastnosti feromagnetů
Je vysvětleno použití feromagnetů v technologiijejich fyzikální vlastnosti. Mají magnetickou propustnost, která je mnohonásobně vyšší než propustnost vakua. V tomto ohledu mají všechna elektrická zařízení, která používají magnetická pole k přeměně jednoho druhu energie na jiný, speciální prvky vyrobené z feromagnetického materiálu schopného vést magnetický tok.
Vlastnosti feromagnetů
Jaké jsou charakteristické vlastnostiferomagnety? Vlastnosti a použití těchto látek je vysvětleno zvláštnostmi vnitřní struktury. Mezi magnetickými vlastnostmi látky a elementárními nosiči magnetismu, v jehož roli jsou elektrony pohybující se uvnitř atomu, existuje přímý vztah.
Při pohybu po kruhových drahách vytvářejíelementárních proudů a magnetických dipólů s magnetickým momentem. Jeho směr je určen pravidlem gimletu. Magnetický moment tělesa je geometrický součet všech částí. Kromě toho, že se elektrony otáčejí na kruhových drahách, pohybují se také kolem vlastních os a vytvářejí točivé momenty. Vykonávají důležitou funkci v procesu magnetizace feromagnetů.
Praktická aplikace feromagnetů je spojena svznik spontánních magnetizovaných oblastí v nich, ve kterých je orientace točivých momentů rovnoběžná. Pokud se feromagnet nenachází ve vnějším poli, pak mají jednotlivé magnetické momenty různé směry, jejich součet je roven nule a vlastnost magnetizace chybí.
Charakteristické vlastnosti feromagnetů
Pokud jsou paramagnety spojeny s vlastnostmijednotlivých molekul nebo atomů látky, lze feromagnetické vlastnosti vysvětlit specifičností krystalové struktury. Například ve stavu páry jsou atomy železa mírně diamagnetické a v pevném stavu je tento kov feromagnetický. V důsledku laboratorních studií byl odhalen vztah mezi teplotou a feromagnetickými vlastnostmi.
Například ve slitině Gousler, která je magnetickými vlastnostmi podobná železu, tento kov chybí. Po dosažení bodu Curie (určité hodnoty teploty) feromagnetické vlastnosti zmizí.
Mezi jejich charakteristické vlastnosti lze vyčlenit nejen vysokou hodnotu magnetické permeability, ale také vztah mezi intenzitou pole a magnetizací.
Interakce magnetických momentů jednotlivceatomy feromagnetu přispívají k vytváření silných vnitřních magnetických polí, která jsou navzájem rovnoběžná. Silné vnější pole vede ke změně orientace, což vede ke zvýšení magnetických vlastností.
Povaha feromagnetů
Vědci stanovili spinovou povahuferomagnetismus. Při distribuci elektronů přes energetické vrstvy se bere v úvahu princip Pauliho vyloučení. Jeho podstatou je, že na každé vrstvě jich může být jen určitý počet. Výsledné hodnoty orbitálních a spinových magnetických momentů všech elektronů umístěných na zcela vyplněné skořápce se rovnají nule.
Feromagnetické chemické prvkyvlastnosti (nikl, kobalt, železo) jsou přechodnými prvky periodické tabulky. V jejich atomech je porušen algoritmus pro plnění obalů elektrony. Nejprve dopadnou na horní vrstvu (s-orbitální), a teprve poté, co je zcela zaplněna, dopadnou elektrony na skořepinu umístěnou níže (d-orbitální).
Rozsáhlé použití feromagnetů, z nichž hlavní je železo, je vysvětleno změnou struktury při vstupu do vnějšího magnetického pole.
Pouze tylátky, v jejichž atomech jsou vnitřní nedokončené skořápky. Ale ani tato podmínka nestačí k tomu, abychom mohli mluvit o feromagnetických charakteristikách. Například chrom, mangan a platina mají také uvnitř atomů nedokončené skořápky, ale jsou paramagnetické. Vznik spontánní magnetizace je vysvětlen speciálním kvantovým efektem, který je obtížné vysvětlit pomocí klasické fyziky.
Pododdělení
Existuje podmíněné dělení takovýchmateriály do dvou typů: tvrdé a měkké feromagnety. Použití tvrdých materiálů je spojeno s výrobou magnetických disků, pásek pro ukládání informací. Měkké feromagnety jsou nepostradatelné pro vytváření elektromagnetů, transformátorových jader. Rozdíly mezi těmito dvěma druhy jsou vysvětleny zvláštnostmi chemické struktury těchto látek.
Vlastnosti použití
Podívejme se blíže na některé příklady aplikací.feromagnetů v různých odvětvích moderní technologie. Měkké magnetické materiály se v elektrotechnice používají k výrobě elektromotorů, transformátorů a generátorů. Kromě toho je důležité si uvědomit použití feromagnetů tohoto typu v radiokomunikační a tokové technologii.
K vytvoření permanentních magnetů jsou potřeba pevné typy. V případě vypnutí vnějšího pole si feromagnety zachovávají své vlastnosti, protože orientace elementárních proudů nezmizí.
Tato vlastnost vysvětluje použití feromagnetů. Stručně řečeno, můžeme říci, že takové materiály jsou základem moderní technologie.
Permanentní magnety jsou potřebné při výrobě elektrických měřicích zařízení, telefonů, reproduktorů, magnetických kompasů a zařízení pro záznam zvuku.
Ferity
Vzhledem k použití feromagnetů,zvláštní pozornost by měla být věnována feritům. Jsou rozšířené ve vysokofrekvenčním rádiovém inženýrství, protože kombinují vlastnosti polovodičů a feromagnetů. Právě z feritů se v současné době vyrábějí magnetické pásky a filmy, jádra induktorů a disky. Jsou to přirozeně se vyskytující oxidy železa.
Zajímavé fakty
Zajímavé je použití feromagnetů velektromobily, stejně jako v technologii záznamu na pevný disk. Moderní výzkumy ukazují, že za určitých teplot mohou některé feromagnety získat paramagnetické vlastnosti. Proto jsou tyto látky považovány za špatně studované a zajímají se zejména o fyziky.
Ocelové jádro je schopné několikrát zvýšit magnetické pole, aniž by se změnila aktuální síla.
Použití feromagnetů umožňuje výrazněšetřit elektrickou energii. Proto se pro jádra generátorů, transformátorů, elektromotorů používají materiály s feromagnetickými vlastnostmi.
Magnetická hystereze
Tento jev závislosti síly magnetupole a magnetizační vektor z vnějšího pole. Tato vlastnost se projevuje u feromagnetik, stejně jako u slitin ze železa, niklu, kobaltu. Podobný jev je pozorován nejen v případě změny směru a velikosti pole, ale také v případě jeho rotace.
Propustnost
Magnetická propustnost je fyzickáhodnota, která ukazuje poměr indukce v určitém prostředí k vakuu. Pokud si látka vytvoří vlastní magnetické pole, je považována za magnetizovanou. Podle Ampereovy hypotézy závisí velikost vlastností na orbitálním pohybu „volných“ elektronů v atomu.
Smyčka hystereze je křivkazávislost změny velikosti magnetizace feromagnetu umístěného ve vnějším poli na změně velikosti indukce. Chcete -li úplně demagnetizovat použité tělo, musíte změnit směr vnějšího magnetického pole.
Při určité hodnotě magnetické indukce, která se nazývá donucovací síla, nabývá magnetizace vzorku nulové hodnoty.
Je to tvar smyčky hystereze a hodnotadonucovací síly určují schopnost látky udržovat částečnou magnetizaci, vysvětlují rozšířené používání feromagnetů. Oblasti použití tvrdých feromagnetů se širokou hysterezní smyčkou jsou stručně popsány výše. Wolframové, uhlíkové, hliníkové a chromové oceli mají velkou donucovací sílu, proto jsou na jejich základě vytvořeny permanentní magnety různých tvarů: pás, ve tvaru podkovy.
Mezi měkkými materiály s malou donucovací silou zaznamenáváme železné rudy a slitiny železa a niklu.
Proces obrácení magnetizace feromagnetů je spojen szměna v oblasti spontánní magnetizace. K tomu slouží práce, kterou provádí externí pole. Množství tepla generovaného v tomto případě je úměrné ploše hysterezní smyčky.
Závěr
V současné době ve všech odvětvích technologiese aktivně používají látky s feromagnetickými vlastnostmi. Kromě výrazných úspor energetických zdrojů je díky použití takových látek možné zjednodušit technologické postupy.
Například vyzbrojeni mocnými konstantamimagnety, můžete výrazně zjednodušit proces vytváření vozidel. Výkonné elektromagnety, které se v současné době používají v domácích i zahraničních automobilových závodech, umožňují plně automatizovat technologicky nejnáročnější technologické procesy a také výrazně urychlit proces montáže nových vozidel.
V radiotechnice feromagnety umožňují získat zařízení nejvyšší kvality a přesnosti.
Vědcům se podařilo vytvořit jednostupňovou techniku pro výrobu magnetických nanočástic, které jsou vhodné pro použití v medicíně a elektronice.
V důsledku mnoha studiíprováděné v nejlepších výzkumných laboratořích, bylo možné stanovit magnetické vlastnosti nanočástic kobaltu a železa potažených tenkou vrstvou zlata. Jejich schopnost přenášet protirakovinné léky nebo radionuklidové atomy do požadované části lidského těla již byla potvrzena a zvýšit kontrast snímků magnetické rezonance.
Kromě toho lze tyto částice použít k upgradu zařízení s magnetickou pamětí, což bude nový krok při vytváření inovativní lékařské technologie.
Tým ruských vědců se podařilo vyvinouta testovat způsob redukce vodných roztoků chloridů za získání kombinovaných nanočástic kobaltu a železa vhodných pro vytváření materiálů se zlepšenými magnetickými charakteristikami. Veškerý výzkum prováděný vědci je zaměřen na zvýšení feromagnetických vlastností látek a zvýšení jejich procenta využití ve výrobě.
