Să luăm în considerare principalele domenii de aplicare ale feromagneților, precum și caracteristicile clasificării acestora. Să începem cu faptul că feromagneții sunt numiți solide care au magnetizare necontrolată la temperaturi scăzute. Se modifică sub influența deformării, a câmpului magnetic, a fluctuațiilor de temperatură.
Proprietățile feromagneților
Utilizarea feromagneților în tehnologie se explică prin proprietățile lor fizice. Au o permeabilitate magnetică care este de multe ori mai mare decât cea a vidului. În acest sens, toate dispozitivele electrice care folosesc câmpuri magnetice pentru a converti un tip de energie în altul au elemente speciale realizate dintr-un material feromagnetic capabil să conducă un flux magnetic.
Caracteristici ale feromagneților
Care sunt caracteristicile distinctive ale feromagneților? Proprietățile și utilizarea acestor substanțe sunt explicate de particularitățile structurii interne. Există o relație directă între proprietățile magnetice ale materiei și purtătorii elementari ai magnetismului, care sunt electroni care se mișcă în interiorul atomului.
În timp ce se deplasează pe orbite circulare, ele creează curenți elementari și magneticidipoli care au un moment magnetic. Direcția sa este determinată de regula gimletului. Momentul magnetic al unui corp este suma geometrică a tuturor părților. Pe lângă rotirea pe orbite circulare, electronii se mișcă și în jurul propriilor axe, creând momente de rotație. Aceștia îndeplinesc o funcție importantă în procesul de magnetizare a feromagneților.
Aplicarea practică a feromagneților este asociată cu formarea în ei a unor regiuni magnetizate spontane cu orientare paralelă a momentelor de spin. Dacă feromagnetul nu este situat într-un câmp extern, atunci momentele magnetice individuale au direcții diferite, suma lor este zero și nu există nicio proprietate de magnetizare.
Trăsături distinctive ale feromagneților
Dacă paramagneții sunt asociați cu proprietățile moleculelor individuale sau ale atomilor unei substanțe, atunci proprietățile feromagnetice pot fi explicate prin specificul structurii cristaline. De exemplu, în stare de vapori, atomii de fier sunt ușor diamagnetici, în timp ce în stare solidă acest metal este un feromagnet. În urma studiilor de laborator, a fost dezvăluită relația dintre temperatură și proprietățile feromagnetice.
De exemplu, aliajul Goisler, cu proprietăți magnetice similare cu fierul, nu conține acest metal. Când se atinge punctul Curie (o anumită valoare a temperaturii), proprietățile feromagnetice dispar.
Dintre caracteristicile lor distinctive, se poate evidenția nu numai valoarea ridicată a permeabilității magnetice, ci și relația dintre puterea câmpului șimagnetizare.
Interacțiunea momentelor magnetice ale atomilor individuali ai unui feromagnet contribuie la crearea de câmpuri magnetice interne puternice care se aliniază paralel unul cu celăl alt. Un câmp extern puternic duce la o schimbare a orientării, ceea ce duce la o creștere a proprietăților magnetice.
Natura feromagneților
Oamenii de știință au stabilit natura spin a feromagnetismului. La distribuirea electronilor peste straturi de energie, se ia în considerare principiul excluderii Pauli. Esența sa este că doar un anumit număr dintre ele poate fi pe fiecare strat. Valorile rezultate ale momentelor magnetice orbitale și de spin ale tuturor electronilor aflați pe un înveliș complet umplut sunt egale cu zero.
Elementele chimice cu proprietăți feromagnetice (nichel, cob alt, fier) sunt elemente de tranziție ale tabelului periodic. În atomii lor, există o încălcare a algoritmului de umplere a cochiliilor cu electroni. Mai întâi, ei intră în stratul superior (orbital s) și numai după ce acesta este complet umplut, electronii intră în învelișul situat dedesubt (orbital d).
Utilizarea pe scară largă a feromagneților, a căror principală este fierul, se explică prin modificarea structurii atunci când sunt expuse la un câmp magnetic extern.
Proprietăți similare pot fi posedate numai de acele substanțe în atomii cărora există învelișuri interne neterminate. Dar nici această condiție nu este suficientă pentru a vorbi despre caracteristicile feromagnetice. De exemplu, crom, mangan, platină au și eleînvelișuri neterminate în interiorul atomilor, dar sunt paramagnetice. Apariția magnetizării spontane se explică printr-o acțiune cuantică specială, care este greu de explicat folosind fizica clasică.
Departament
Există o împărțire condiționată a unor astfel de materiale în două tipuri: feromagneți duri și moi. Utilizarea materialelor dure este asociată cu fabricarea de discuri magnetice, benzi pentru stocarea informațiilor. Feromagneții moi sunt indispensabili în crearea de electromagneți, miezuri de transformatoare. Diferențele dintre cele două specii sunt explicate prin particularitățile structurii chimice a acestor substanțe.
Caracteristici de utilizare
Să aruncăm o privire mai atentă la câteva exemple de utilizare a feromagneților în diferite ramuri ale tehnologiei moderne. Materialele magnetice moi sunt folosite în inginerie electrică pentru a crea motoare electrice, transformatoare, generatoare. În plus, este important de remarcat utilizarea feromagneților de acest tip în comunicațiile radio și în tehnologia cu curent scăzut.
Tipurile rigide sunt necesare pentru a crea magneți permanenți. Dacă câmpul extern este oprit, feromagneții își păstrează proprietățile, deoarece orientarea curenților elementari nu dispare.
Această proprietate explică utilizarea feromagneților. Pe scurt, putem spune că astfel de materiale sunt baza tehnologiei moderne.
Magneții permanenți sunt necesari atunci când se creează instrumente electrice de măsură, telefoane, difuzoare, busole magnetice, înregistratoare de sunet.
feriți
Având în vedere utilizarea feromagneților, este necesar să se acorde o atenție deosebită feritelor. Ele sunt utilizate pe scară largă în inginerie radio de în altă frecvență, deoarece combină proprietățile semiconductorilor și feromagneților. Din ferite sunt fabricate în prezent benzile și peliculele magnetice, miezurile inductoarelor și discurile. Sunt oxizi de fier găsiți în natură.
Fapte interesante
Interesul este utilizarea feromagneților în mașinile electrice, precum și în tehnologia de înregistrare pe un hard disk. Cercetările moderne indică faptul că, la anumite temperaturi, unii feromagneți pot dobândi caracteristici paramagnetice. De aceea, aceste substanțe sunt considerate slab înțelese și prezintă un interes deosebit pentru fizicieni.
Miezul de oțel poate crește câmpul magnetic de mai multe ori fără a modifica puterea curentului.
Folosirea feromagneților poate economisi semnificativ energie electrică. De aceea, pentru miezurile generatoarelor, transformatoarelor, motoarelor electrice se folosesc materiale cu proprietăți feromagnetice.
Histerezis magnetic
Acesta este fenomenul de dependență a intensității câmpului magnetic și a vectorului de magnetizare de câmpul extern. Această proprietate se manifestă în feromagneți, precum și în aliaje din fier, nichel, cob alt. Un fenomen similar se observă nu numai în cazul schimbării direcției și mărimii câmpului, ci și în cazul rotației acestuia.
Permeabilitate
Permeabilitatea magnetică este o mărime fizică care arată raportul inducției într-un anumit mediu față de cel din vid. Dacă o substanță își creează propriul câmp magnetic, este considerată magnetizată. Conform ipotezei lui Ampère, valoarea proprietăților depinde de mișcarea orbitală a electronilor „liberi” din atom.
Bucla de histerezis este o curbă a dependenței modificării mărimii magnetizării unui feromagnet situat într-un câmp extern de modificarea mărimii inducției. Pentru a demagnetiza complet corpul folosit, trebuie să schimbați direcția câmpului magnetic extern.
La o anumită valoare a inducției magnetice, care se numește forță coercitivă, magnetizarea probei devine zero.
Forma buclei de histerezis și magnitudinea forței coercitive determină capacitatea unei substanțe de a menține magnetizarea parțială, explică utilizarea pe scară largă a feromagneților. Pe scurt, domeniile de aplicare a feromagneților duri cu o buclă largă de histerezis sunt descrise mai sus. Oțelurile tungsten, carbon, aluminiu, crom au o forță coercitivă mare, prin urmare, pe baza lor se creează magneți permanenți de diferite forme: bandă, potcoavă.
Printre materialele moi cu o forță coercitivă mică, remarcăm minereurile de fier, precum și aliajele fier-nichel.
Procesul de inversare a magnetizării feromagneților este asociat cu o schimbare în regiunea magnetizării spontane. Pentru aceasta se folosește munca făcută de câmpul extern. Cantitatecăldura generată în acest caz este proporțională cu aria buclei de histerezis.
Concluzie
În prezent, în toate ramurile tehnologiei, sunt utilizate activ substanțe cu proprietăți feromagnetice. Pe lângă economiile semnificative ale resurselor energetice, utilizarea unor astfel de substanțe poate simplifica procesele tehnologice.
De exemplu, înarmat cu magneți permanenți puternici, puteți simplifica foarte mult procesul de creare a vehiculelor. Electromagneții puternici, utilizați în prezent la fabricile auto interne și străine, fac posibilă automatizarea completă a proceselor tehnologice cu cea mai mare intensitate de muncă, precum și accelerarea semnificativă a procesului de asamblare a vehiculelor noi.
În inginerie radio, feromagneții fac posibilă obținerea de dispozitive de cea mai în altă calitate și precizie.
Oamenii de știință au reușit să creeze o metodă într-un singur pas pentru fabricarea nanoparticulelor magnetice care sunt potrivite pentru aplicații în medicină și electronică.
Ca urmare a numeroaselor studii efectuate în cele mai bune laboratoare de cercetare, a fost posibilă stabilirea proprietăților magnetice ale nanoparticulelor de cob alt și fier acoperite cu un strat subțire de aur. Capacitatea lor de a transfera medicamente anti-cancer sau atomi de radionuclizi în partea dreaptă a corpului uman și de a crește contrastul imaginilor prin rezonanță magnetică a fost deja confirmată.
În plus, astfel de particule pot fi folosite pentru a îmbunătăți dispozitivele de memorie magnetică, ceea ce va fi un nou pas în crearea unui sistem inovator.tehnologie medicală.
O echipă de oameni de știință ruși a reușit să dezvolte și să testeze o metodă de reducere a soluțiilor apoase de cloruri pentru a obține nanoparticule combinate cob alt-fier adecvate pentru crearea de materiale cu caracteristici magnetice îmbunătățite. Toate cercetările efectuate de oamenii de știință au ca scop îmbunătățirea proprietăților feromagnetice ale substanțelor, creșterea procentului de utilizare a acestora în producție.
