Ferromagnetizmas: feromagnetinės medžiagos, programos ir pavyzdžiai

Ferromagnetizmas - tai savybė, kuri suteikia kai kurioms medžiagoms intensyvų ir nuolatinį magnetinį atsaką. Gamtoje yra penki elementai su šia savybe: geležies, kobalto, nikelio, gadolinio ir disprocio, pastarųjų retųjų žemių.

Esant išoriniam magnetiniam laukui, pvz., Gaminamam natūralaus magneto ar elektromagneto, medžiaga reaguoja į būdingą būdą, atsižvelgdama į jos vidinę konfigūraciją. Šis atsakas yra kiekybiškai įvertinamas magnetiniu pralaidumu.

Magnetinis pralaidumas - tai matmenis, kurį nurodo masės viduje sukurto magnetinio lauko intensyvumo ir išorinio magnetinio lauko intensyvumas.

Kai šis atsakas yra daug didesnis nei 1, medžiaga kataloguojama kaip feromagnetinė. Tačiau, jei pralaidumas nėra daug didesnis nei 1, magnetinis atsakas laikomas silpnesniu, paramagnetine medžiaga.

Geležyje magnetinis pralaidumas yra maždaug 104. Tai reiškia, kad lauko viduje geležies lauke yra maždaug 10 000 kartų didesnis už lauką, kuris yra taikomas išorėje. Tai suteikia idėją, kaip galingas šio mineralinio atsako magnetinis atsakas.

Kaip magnetinis atsakas kyla iš vidinių medžiagų?

Yra žinoma, kad magnetizmas yra poveikis, susijęs su elektros krūvių judėjimu. Būtent tai yra elektros srovė. Kur ateina magnetinio magneto savybės, su kuriomis buvo užstrigo šaldytuvas?

Magneto medžiaga, taip pat bet kuri kita medžiaga turi protonų ir elektronų, kurie turi savo judėjimą ir įvairiais būdais generuoja elektros srovę.

Labai supaprastintas modelis prielaida, kad elektronas apykaitinėje orbitoje aplink branduolį, kurį sudaro protonai ir neutronai, taip sudarant mažą srovės kilpą. Kiekvienas spiralas yra susijęs su vektoriaus dydžiu, vadinamu „orbitiniu magnetiniu momentu“, kurio intensyvumą nurodo srovės produktas ir srities, kurią nustato kilpa: Bohr magnetonas.

Žinoma, šioje mažoje kilpoje srovė priklauso nuo elektrono krūvio. Kadangi visų medžiagų sudėtyje yra elektronų, jie iš esmės turi galimybę išreikšti magnetines savybes. Tačiau ne visi jie tai daro.

Taip yra todėl, kad jų magnetiniai momentai nėra suderinti, bet atsitiktinai išdėstyti interjere taip, kad jų magnetiniai efektai makroskopiniame lygyje būtų atšaukti.

Istorija nesibaigia čia. Magnetinis momentas, kurį sukelia elektrono judėjimas aplink branduolį, nėra vienintelis galimas magnetizmo šaltinis šioje skalėje.

Elektronas turi tam tikrą sukimosi judėjimą aplink savo ašį. Tai poveikis, kuris sukelia vidinį kampinį pagreitį. Ši savybė vadinama elektrono sukimu .

Žinoma, jis taip pat turi susijusį magnetinį momentą ir yra daug intensyvesnis nei orbitos momentas. Tiesą sakant, didžiausias indėlis į neto magnetinį momentą yra per sukimą, tačiau abu magnetiniai momentai: vertimo plius vidinis kampinis momentas prisideda prie viso atomo magnetinio momento.

Šie magnetiniai momentai yra tie, kurie linkę suderinti išorinį magnetinį lauką. Jie taip pat daro juos su laukais, kuriuos sukuria gretimos momento medžiagos.

Dabar elektronai paprastai sudaro poras atomų su daugeliu elektronų. Poros yra suformuotos tarp elektronų su priešingu nugara, todėl sukimo magnetinis momentas atšaukiamas.

Vienintelis būdas, kad sukimas prisideda prie viso magnetinio momento, yra tas, kad kai kurie lieka nesusiję, ty atomas turi nelyginį elektronų skaičių.

Įdomu, kas yra apie branduolio protonų magnetinį momentą. Na, jie taip pat turi sukimosi momentą, tačiau manoma, kad tai reikšmingai neprisideda prie atomo magnetizmo. Taip yra todėl, kad gręžimo momentas atvirkščiai priklauso nuo masės ir protono masė yra daug didesnė nei elektrono masė.

Magnetiniai domenai

Geležyje, kobalto ir nikelio elementuose, turinčiuose didelį magnetinį atsaką, elektronų sukurtas grynasis sukimo momentas nėra lygus nuliui, o šiuose metaluose elektronai, esantys 3d orbitoje, atokiausiuose. kurie prisideda prie grynojo magnetinio momento. Štai kodėl tokios medžiagos laikomos feromagnetinėmis.

Tačiau šis atskiras kiekvieno atomo magnetinis momentas nėra pakankamas feromagnetinių medžiagų elgsenai paaiškinti.

Viduje stipriai magnetinės medžiagos yra regionai, vadinami magnetiniais domenais, kurių plėtinys gali būti nuo 10-4 iki 10-1 cm ir kuriuose yra milijardų atomų. Šiuose regionuose gretimų atomų gręžimo momentai pasiekia stiprią jungtį.

Kai medžiaga, turinti magnetinius domenus, artėja prie magneto, domenai susilieja vienas su kitu, stiprindami magnetinį efektą.

Būtent todėl, kad domenai, kaip ir baro magnetai, turi magnetinius polius, vienodai pažymėtus šiaurėmis ir pietomis, tokiu būdu lygūs poliai atstumiami ir priešai yra traukiami.

Kadangi domenai yra suderinti su išoriniu lauku, medžiaga skleidžia smulkmenas, kurias galima išgirsti per atitinkamą stiprinimą.

Šis efektas gali būti matomas, kai magnetas pritraukia saldaus geležies nagus, o tai savo ruožtu elgiasi kaip magnetai, pritraukiantys kitus nagus.

Magnetiniai domenai nėra statinės ribos, nustatytos medžiagoje. Jo dydis gali būti modifikuojamas atšaldant arba šildant medžiagą, taip pat veikiant išoriniams magnetiniams laukams.

Tačiau domeno augimas nėra neribotas. Tuo metu, kai nebegali juos suderinti, sakoma, kad pasiekiamas medžiagos sotinimo taškas. Šis efektas atsispindi vėliau atsirandančiose histerezės kreivėse.

Medžiagos kaitinimas sukelia magnetinių momentų išlyginimo praradimą. Temperatūra, kurioje magnetizacija visiškai prarandama, skiriasi priklausomai nuo medžiagos tipo, o juostos magnetas paprastai praranda apie 770 ° C.

Kai magnetas pašalinamas, nagų magnetizacija prarandama dėl visuomet esamo terminio maišymo. Tačiau yra ir kitų junginių, kurie turi nuolatinį magnetizavimą, nes jie savaime suderina domenus.

Magnetiniai domenai gali būti stebimi, kai labai gerai išpjauna ir poliruojama plokščia ne magnetizuotos feromagnetinės medžiagos, pvz., Saldus geležies, plotas. Kai tai bus padaryta, ji yra pabarstyta smulkiu geležies dulkiu arba padengimu.

Mikroskopu pastebima, kad lustai yra suskirstyti į mineralinio formavimo regionus su labai gerai apibrėžta orientacija, po magnetinio domeno domeno.

Įvairių magnetinių medžiagų elgesio skirtumai atsiranda dėl to, kaip domenai elgiasi interjere.

Magnetinė histerezė

Magnetinė histerezė yra savybė, kurią turi tik didelės magnetinės pralaidumo medžiagos. Jis nėra pateiktas paramagnetinių ar diamagnetinių medžiagų.

Jis rodo taikomo išorinio magnetinio lauko, kuris yra pažymėtas kaip H magnetinio indukcijos B magnetinio indukcijos B efektas magnetinio ir desimacinio ciklo metu, poveikį. Rodomas grafikas turi histerezės kreivės pavadinimą.

Iš pradžių taške O nėra taikomo lauko H, magnetinio atsako B, bet, didėjant H intensyvumui, indukcija B didėja palaipsniui, kol pasiekiamas soties A soties telkimo dydis, kuris yra tikimasi.

Dabar H intensyvumas palaipsniui mažėja, kol jis tampa 0, su kuriuo mes pasiekiame tašką C, tačiau medžiagos magnetinis atsakas neišnyksta, išlaikant remanentinį magnetizavimą, kurį nurodo reikšmė B _r . Tai reiškia, kad procesas nėra grįžtamasis.

Iš čia H intensyvumas didėja, o poliškumas invertuojamas (neigiamas ženklas), todėl likęs magnetizavimas atšaukiamas D taške. Būtina H reikšmė žymima Hc ir vadinama priverstiniu lauku .

H didėjimas didėja, kol vėl pasiekia soties vertę E ir nedelsiant sumažėja H intensyvumas, kol jis pasiekia 0, bet lieka likęs magnetizavimas, kurio poliškumas yra priešingas pirmiau aprašytam F. taškui.

Dabar H poliškumas vėl apverstas, o jo dydis didėja, kol bus panaikintas medžiagos taškas G punkte. Po kelio GA vėl gaunamas jo prisotinimas. Tačiau įdomus dalykas yra tai, kad jūs nepasiekėte pradinio kelio, pažymėto raudonomis rodyklėmis.

Magnetiškai kietos ir minkštos medžiagos: taikymas

Saldus geležis yra lengviau magnetuojamas nei plienas ir, paliesdami medžiagą, lengviau suderinamas domenų derinimas.

Kai medžiaga yra lengva magnetuoti ir demagnetizuoti, sakoma, kad ji yra magnetiškai minkšta, ir, žinoma, jei taip atsitinka, tai yra magnetiškai kieta medžiaga. Pastaruoju atveju magnetiniai domenai yra nedideli, o pirmojoje - dideli, todėl juos galima matyti per mikroskopą, kaip aprašyta aukščiau.

Histerezės kreivės apsuptas plotas yra energijos, reikalingos magnetizuoti, matas - demagnetizuoti medžiagą. Paveiksle parodyta dviejų skirtingų medžiagų histerezės kreivė. Kairėje pusėje yra magnetinis minkštas, o dešinėje - sunkus.

Minkšti feromagnetinė medžiaga turi nedidelį priverstinį lauką Hc ir siaurą ir aukštą histerezės kreivę. Tai tinkama medžiaga įdėti jį į elektros transformatoriaus šerdį. Jų pavyzdžiai yra saldus geležis ir silicio geležis ir nikelio geležies lydiniai, naudingi ryšių įrangai.

Kita vertus, magnetiškai kietos medžiagos yra sunkiai demagnetizuojamos, kai magnetizuojamos, pavyzdžiui, lydinių (aliuminio-nikelio-kobalto) lydiniai ir retųjų žemių lydiniai, su kuriais gaminami nuolatiniai magnetai.