Vurder de viktigste bruksområdeneferromagneter, samt funksjoner ved deres klassifisering. La oss starte med det faktum at ferromagneter kalles faste stoffer som har ukontrollert magnetisering ved lave temperaturer. Det endres under påvirkning av deformasjon, magnetfelt, temperatursvingninger.
Egenskaper til ferromagneter
Bruken av ferromagneter i teknologi er forklartderes 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 magnetfelt 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.
Funksjoner av ferromagneter
Hva er kjennetegnene vedferromagneter? 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 elektronene som beveger seg inne i atomet.
Når de beveger seg i sirkulære baner, skaper deelementærstrømmer og magnetiske dipoler 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.
Den praktiske anvendelsen av ferromagneter er forbundet meddannelse 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.
Karakteristiske trekk ved ferromagneter
Hvis paramagneter er assosiert med egenskaperindividuelle molekyler eller atomer av et stoff, så kan de ferromagnetiske egenskapene forklares av spesifikasjonene til krystallstrukturen. For eksempel, i damptilstanden, er jernatomer litt diamagnetiske, mens i fast tilstand er dette metallet en ferromagnet. Som et resultat av laboratoriestudier ble forholdet mellom temperatur og ferromagnetiske egenskaper avslørt.
For eksempel inneholder Goisler-legeringen, som i magnetiske egenskaper ligner jern, ikke dette metallet. Når Curie-punktet (en viss temperaturverdi) er nådd, forsvinner de ferromagnetiske egenskapene.
Blant deres særegne egenskaper kan man ikke bare skille ut den høye verdien av magnetisk permeabilitet, men også forholdet mellom feltstyrken og magnetiseringen.
Interaksjon av magnetiske øyeblikk av individatomer av 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 de magnetiske egenskapene.
Naturen til ferromagneter
Forskere har etablert spinnnaturenferromagnetisme. 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 av orbital- og spinnmagnetiske momenter til alle elektroner som ligger på et fullstendig fylt skall er lik null.
Kjemiske elementer som har ferromagnetiskegenskaper (nikkel, kobolt, jern) er overgangselementer i det periodiske systemet. 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, hvorav den viktigste er jern, forklares av en endring i strukturen når den går inn i et eksternt magnetfelt.
Bare destoffer i hvis atomer det er indre uferdige skall. Men selv denne tilstanden er ikke nok til å snakke om ferromagnetiske egenskaper. For eksempel har krom, mangan, platina også uferdige skall inne i atomer, men de er paramagnetiske. Fremveksten av spontan magnetisering forklares av en spesiell kvantehandling, som er vanskelig å forklare ved hjelp av klassisk fysikk.
Underavdeling
Det er en betinget deling av slikematerialer 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 til den kjemiske strukturen til disse stoffene.
Funksjoner av bruk
La oss se nærmere på noen applikasjonseksempler.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 lavstrømsteknologi.
Stive typer er nødvendig for å lage permanente magneter. I tilfelle av å slå av det eksterne feltet, beholder ferromagneter egenskapene sine, siden orienteringen av elementære strømmer 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 nødvendige for å lage elektriske måleinstrumenter, telefoner, høyttalere, magnetiske kompasser, lydopptaksenheter.
Ferritter
Med tanke på bruken av ferromagneter,spesiell oppmerksomhet bør rettes mot 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
Av interesse er bruken av ferromagneter ielektriske maskiner, samt innen harddiskopptaksteknologi. Moderne forskning tyder på 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 gjør det mulig åspare elektrisk energi. Det er derfor for kjernene til generatorer, transformatorer, elektriske motorer, materialer med ferromagnetiske egenskaper brukes.
Magnetisk hysterese
Dette er fenomenet med avhengigheten av styrken til magnetenfelt og magnetiseringsvektoren fra 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 retning og størrelse på feltet, men også ved rotasjon.
Permeabilitet
Magnetisk permeabilitet er det fysiskeen verdi som viser forholdet mellom induksjon i et bestemt miljø og en indikator i et vakuum. Hvis et stoff lager sitt eget magnetfelt, anses det for å være magnetisert. I følge Ampères hypotese avhenger verdien av egenskaper av banebevegelsen til «frie» elektroner i atomet.
Hystereseløkken er en kurveavhengigheten av endringen i størrelsen på magnetiseringen til en ferromagnet plassert i et eksternt felt på 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, får magnetiseringen av prøven en nullverdi.
Det er formen på hystereseløkken og størrelsentvangskraft bestemmer et stoffs evne til å opprettholde delvis magnetisering, forklar den utbredte bruken av ferromagneter. Kort fortalt er bruksområdene for harde ferromagneter med en bred hystereseløkke beskrevet ovenfor. Wolfram, karbon, aluminium, kromstål har en stor tvangskraft, derfor opprettes permanente magneter av forskjellige former på basis av dem: stripe, hesteskoformet.
Blant myke materialer med liten tvangskraft merker vi jernmalm, samt jern-nikkel-legeringer.
Prosessen med magnetisering reversering av ferromagneter er assosiert medendring i området for spontan magnetisering. Til dette brukes arbeidet utført av det eksterne feltet. Mengden varme som genereres i dette tilfellet er proporsjonal med arealet av hysteresesløyfen.
konklusjon
I dag, i alle grener av teknologiaktivt brukte stoffer med ferromagnetiske egenskaper. I tillegg til betydelige besparelser i energiressurser, kan bruken av slike stoffer forenkle teknologiske prosesser.
For eksempel bevæpnet med kraftige konstantermagneter, kan du betydelig forenkle prosessen med å lage kjøretøy. Kraftige elektromagneter som for tiden brukes på innenlandske og utenlandske bilfabrikker gjør det mulig å fullt ut automatisere de mest arbeidskrevende teknologiske prosessene, samt øke hastigheten på prosessen med å montere nye kjøretøy betydelig.
I radioteknikk gjør ferromagneter det mulig å få enheter av høyeste kvalitet og nøyaktighet.
Forskere har klart å lage en ett-trinns metode for å produsere magnetiske nanopartikler som er egnet for bruk innen medisin og elektronikk.
Som et resultat av en rekke 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 anti-kreftmedisiner eller radionuklidatomer til den ønskede delen 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 etableringen av innovativ medisinsk teknologi.
Et team av russiske forskere klarte å utvikle segog å teste en teknikk for reduksjon av 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, og øke deres prosentvise bruk i produksjonen.
