Mieti tärkeimpiä käyttöalueitaferromagneetit ja niiden luokittelun ominaisuudet. Aluksi ferromagneetteja kutsutaan kiinteiksi aineiksi, joilla on hallitsematon magnetoituminen alhaisissa lämpötiloissa. Se muuttuu muodonmuutosten, magneettikentän, lämpötilan vaihtelun vaikutuksesta.
Ferromagneettien käyttöä tekniikassa selitetäänniiden fysikaaliset ominaisuudet. Niiden magneettinen läpäisevyys ylittää moninkertaisesti tyhjiön läpäisevyyden. Tässä suhteessa kaikissa sähkölaitteissa, jotka käyttävät magneettikenttiä muuntamaan yhden tyyppistä energiaa toiseksi, on erityisiä elementtejä, jotka on valmistettu ferromagneettisesta materiaalista, joka kykenee johtamaan magneettisen vuon.
Mitkä ovat erityispiirteet?ferromagneettien? Näiden aineiden ominaisuudet ja käyttö selitetään sisäisen rakenteen ominaisuuksilla. Aineen magneettisten ominaisuuksien ja magnetismin perustan kantajien välillä on suora yhteys, joita atomin sisällä liikkuvat elektronit toistavat.
Liikkuessaan ympyrän kiertoradalla, ne luovatperusvirrat ja magneettiset dipolit, joilla on magneettinen momentti. Sen suunta määräytyy kiinnittimen säännön perusteella. Kehon magneettinen momentti on kaikkien osien geometrinen summa. Pyöreän kiertoradan kiertämisen lisäksi elektronit liikkuvat myös omien akseliensa ympäri, luoden spin-momentteja. Ne suorittavat tärkeän tehtävän ferromagneettien magnetoimisessa.
Ferromagneettien käytännöllinen käyttö liittyyniihin spontaanien magnetoituneiden alueiden muodostuminen, joilla pyörimismomenttien suunta on samansuuntainen. Jos ferromagneetti ei sijaitse ulkoisessa kentässä, niin yksittäisillä magneettimomenteilla on eri suunnat, niiden summa on nolla eikä magnetointiominaisuutta ole.
Jos paramagneetit liittyvät ominaisuuksiinyksittäisiä molekyylejä tai aineatomia, niin ferromagneettiset ominaisuudet voidaan selittää kiteisen rakenteen spesifisyydellä. Esimerkiksi höyryssä raudan atomit ovat hiukan diamagneettisia ja kiinteässä tilassa tämä metalli on ferromagneetti. Laboratoriotutkimusten tuloksena löydettiin yhteys lämpötilan ja ferromagneettisten ominaisuuksien välillä.
Esimerkiksi Goisler-lejeeringissä, joka on samanlainen magneettisilta ominaisuuksiltaan kuin rauta, tämä metalli ei ole. Kun Curie-piste (tietty lämpötila-arvo) saavutetaan, ferromagneettiset ominaisuudet katoavat.
Niiden erottamisominaisuuksista voidaan erottaa paitsi magneettisen läpäisevyyden korkea arvo, myös kenttävoimakkuuden ja magnetoitumisen välinen suhde.
Yksilön magneettisten momentien vuorovaikutusFerromagneettien atomit auttavat luomaan voimakkaita sisäisiä magneettikenttiä, jotka linjautuvat keskenään. Voimakas ulkoinen kenttä johtaa suunnanmuutokseen, mikä johtaa lisääntyneisiin magneettisiin ominaisuuksiin.
Tutkijat ovat vahvistaneet spin-luonteenFerromagnetismi. Jaettaessa elektroneja energiakerrosten välillä otetaan huomioon Paulin poissulkemisperiaate. Sen ydin on, että jokaisessa kerroksessa voi olla vain tietty määrä niitä. Kaikkien täysin täytetyssä kuoressa olevien elektronien kiertorata- ja spin-magneettimomenttien tulokset ovat yhtä suuret kuin nolla.
Kemialliset elementit, joissa on ferromagneettinenominaisuudet (nikkeli, koboltti, rauta) ovat jaksollisen järjestelmän siirtymäelementtejä. Heidän atomissaan rikkoo kuorien elektronien täyttymistä. Ensinnäkin ne putoavat ylemmälle kerrokselle (s-kiertoradalla) ja vasta sen jälkeen kun se on täysin täyttynyt, elektronit tulevat alla olevaan kuoreen (d-kiertorata).
Ferromagneettien, joiden pääosa on rauta, laajamittainen käyttö selitetään rakenteen muutoksella, kun se tulee ulkoiseen magneettikenttään.
Tällaiset ominaisuudet voivat olla vain niilläaineet, joiden atomissa on sisäisiä keskeneräisiä kuoria. Mutta edes tämä ehto ei riitä puhumaan ferromagneettisista ominaisuuksista. Esimerkiksi kromilla, mangaanilla ja platinalla on keskeneräisiä kuoria atomien sisällä, mutta ne ovat paramagneettisia. Spontaanin magnetoinnin syntyminen selitetään erityisellä kvanttiefektillä, jota on vaikea selittää käyttämällä klassista fysiikkaa.
Tällaisilla on ehdollinen alajakomateriaaleja kahteen tyyppiin: kovat ja pehmeät ferromagneetit. Kovien materiaalien käyttöön liittyy magneettilevyjen, nauhojen valmistus tietojen tallentamiseksi. Pehmeät ferromagneetit ovat välttämättömiä sähkömagneettien, muuntajaytimien luomisessa. Kahden lajin väliset erot selitetään näiden aineiden kemiallisen rakenteen erityispiirteillä.
Katsotaanpa tarkemmin joitain sovellusesimerkkejä.ferromagneetteja modernin tekniikan eri aloilla. Pehmeitä magneettisia materiaaleja käytetään sähkötekniikassa sähkömoottoreiden, muuntajien ja generaattoreiden luomiseen. Lisäksi on tärkeää huomata tämän tyyppisten ferromagneettien käyttö radioviestinnässä ja virtaustekniikassa.
Jäykät tyypit tarvitaan kestomagneettien luomiseen. Ulkoisen kentän sammuttamisen tapauksessa ferromagneetit säilyttävät ominaisuutensa, koska alkuvirtojen suunta ei häviä.
Tämä ominaisuus selittää ferromagneettien käytön. Lyhyesti sanottuna voimme sanoa, että tällaiset materiaalit ovat modernin tekniikan perusta.
Pysyviä magneetteja tarvitaan sähköisten mittauslaitteiden, puhelinten, kaiuttimien, magneettisten kompassien ja äänen tallennuslaitteiden luomiseen.
Ferromagneettien käyttö huomioon ottaenerityistä huomiota olisi kiinnitettävä ferriitteihin. Ne ovat yleisiä korkean taajuuden radiotekniikassa, koska ne yhdistävät puolijohteiden ja ferromagneettien ominaisuudet. Ferriiteistä valmistetaan tällä hetkellä magneettinauhoja ja kalvoja, induktoreiden sydämiä, levyjä. Ne ovat luonnossa esiintyviä rautaoksideja.
Kiinnostavaa on ferromagneettien käyttösähköautoissa sekä kiintolevylle tallentamisen tekniikassa. Nykyaikaiset tutkimukset viittaavat siihen, että tietyissä lämpötiloissa jotkut ferromagneetit voivat saada paramagneettisia ominaisuuksia. Siksi näitä aineita pidetään huonosti tutkittuina ja ne ovat erityisen kiinnostavia fyysikoille.
Teräsydin pystyy lisäämään magneettikenttää useita kertoja muuttamatta nykyistä voimakkuutta.
Ferromagneettien käyttö mahdollistaa merkittävästisäästää sähköenergiaa. Siksi materiaaleja, joilla on ferromagneettisia ominaisuuksia, käytetään generaattoreiden, muuntajien, sähkömoottoreiden ytimissä.
Tämä magneettisen voiman riippuvuusilmiökenttä ja magnetoitumisvektori ulkoisesta kentästä. Tämä ominaisuus ilmenee ferromagneeteissa sekä raudasta, nikkelistä, koboltista valmistetuissa seoksissa. Samanlainen ilmiö havaitaan paitsi kentän suunnan ja suuruuden muutoksen lisäksi myös sen pyörimisen yhteydessä.
Magneettinen läpäisevyys on fyysinenarvo, joka näyttää induktion suhteen tietyssä ympäristössä tyhjiössä. Jos aine luo oman magneettikentän, sitä pidetään magnetoituna. Amperen hypoteesin mukaan ominaisuuksien suuruus riippuu atomissa olevien "vapaiden" elektronien kiertoradasta.
Hystereesisilmukka on käyräulkoisessa kentässä sijaitsevan ferromagnetin magnetoinnin koon muutoksen riippuvuus induktion koon muutoksesta. Jos haluat demagnetisoida käytetyn rungon kokonaan, sinun on muutettava ulkoisen magneettikentän suunta.
Tietyllä magneettisen induktion arvolla, jota kutsutaan pakkovoimaksi, näytteen magnetoituminen saa nollan arvon.
Se on hystereesisilmukan muoto ja arvopakkovoimat määräävät aineen kyvyn ylläpitää osittaista magnetoitumista, selittävät ferromagneettien laajaa käyttöä. Lyhyesti, edellä kuvataan kovien ferromagneettien, joilla on laaja hystereesisilmukka, käyttöalueet. Volframi-, hiili-, alumiini- ja kromiteräksillä on suuri pakottava voima, joten niiden pohjalle luodaan erimuotoisia kestomagneetteja: nauhat, hevosenkengän muotoiset.
Pehmeistä materiaaleista, joilla on pieni pakottava voima, huomataan rautamalmit sekä rauta-nikkeliseokset.
Ferromagneettien magnetisoitumisen kääntymisprosessi liittyymuutos spontaanin magnetoinnin alueella. Tätä varten käytetään ulkoisen kentän tekemää työtä. Tässä tapauksessa syntyvä lämmön määrä on verrannollinen hystereesisilmukan pinta-alaan.
Tällä hetkellä kaikilla tekniikan aloillaaineita, joilla on ferromagneettisia ominaisuuksia, käytetään aktiivisesti. Energiaresurssien merkittävien säästöjen lisäksi tällaisten aineiden käytön ansiosta on mahdollista yksinkertaistaa teknisiä prosesseja.
Esimerkiksi aseistettuna voimakkailla vakioillamagneetit voivat yksinkertaistaa huomattavasti ajoneuvojen luomista. Tehokkaat sähkömagneetit, joita tällä hetkellä käytetään kotimaisissa ja ulkomaisissa autotehtaissa, mahdollistavat työvoimavaltaisimpien teknisten prosessien täydellisen automatisoinnin ja nopeuttavat merkittävästi uusien ajoneuvojen kokoonpanoprosessia.
Radiotekniikassa ferromagneetit mahdollistavat korkeimman laadun ja tarkkuuden laitteiden hankkimisen.
Tutkijat ovat onnistuneet luomaan yksivaiheisen tekniikan magneettisten nanohiukkasten valmistamiseksi, jotka soveltuvat lääketieteen ja elektroniikan sovelluksiin.
Lukuisten tutkimusten tuloksenaparhaissa tutkimuslaboratorioissa suoritetulla koboltin ja raudan nanohiukkasten, jotka oli päällystetty ohuella kultaisella kerroksella, magneettiset ominaisuudet. Heidän kykynsä siirtää syöpälääkkeitä tai radionuklidiatomeja haluttuun ihmiskehon osaan on jo vahvistettu ja lisätä magneettikuvakuvien kontrastia.
Lisäksi tällaisia hiukkasia voidaan käyttää magneettisten muistilaitteiden päivittämiseen, mikä on uusi askel innovatiivisen lääketieteellisen tekniikan luomisessa.
Joukko venäläisiä tutkijoita onnistui kehittymäänja testata menetelmä kloridien vesiliuosten pelkistämiseksi yhdistettyjen koboltti-rauta-nanohiukkasten saamiseksi, jotka soveltuvat parantamaan magneettisten ominaisuuksien omaavien materiaalien luomista. Kaikilla tutkijoiden tekemillä tutkimuksilla pyritään lisäämään aineiden ferromagneettisia ominaisuuksia ja lisäämään niiden prosentuaalista käyttöä tuotannossa.
