Postoje različite vrste materijala i tvari koje se sastoje od nabijenih čestica: poput; elektrona i protona. Ovi materijali mogu pokazati neku vrstu magnetskih svojstava kada su magnetizirani vanjskim magnetskim poljem, što je poznato kao magnetski materijali. Ovi materijali imaju inducirane ili stalne magnetske momente u magnetskom polju. Za proučavanje magnetskih svojstava ovih materijala, obično se materijal nalazi u standardiziranom magnetskom polju, a zatim se magnetsko polje mijenja. U modernoj tehnologiji ovi materijali imaju ključnu ulogu i to su značajne komponente za transformatori , motori i generatori. Ovaj članak daje kratke informacije o magnetski materijali .
Što su magnetski materijali?
Materijali koji su magnetizirani na vanjsko primijenjeno magnetsko polje poznati su kao magnetski materijali. Ove tvari također dobivaju magnetizaciju kad god ih privuče magnet. Primjeri ovih materijala su; Željezo, kobalt i nikal.
Ovi materijali su kategorizirani u magnetski tvrde (ili) magnetski meke materijale.
Magnetski tvrdi materijali magnetizirani su vrlo jakim vanjskim magnetskim poljem koje stvara elektromagnet. Ovi se materijali uglavnom koriste za izradu trajnih magneta koji se izrađuju od legura koje se obično sastoje od promjenjivih količina željeza, nikla, aluminija, kobalta i elemenata rijetke zemlje kao što su samarij, neodim i disprozij.
Magnetski meki materijali se vrlo lako magnetiziraju iako je inducirani magnetizam privremen. Na primjer, ako odvijačem ili čavlom dodirnete trajni magnet, on će se privremeno magnetizirati i generirati svoje slabo magnetsko polje jer velika količina željeza atomi privremeno su usmjereni u sličnom smjeru kroz vanjsko magnetsko polje.
Svojstva
Svojstva magnetskih materijala su jedan od najtemeljnijih pojmova fizike. Dakle, svojstva uglavnom uključuju; paramagnetizam, feromagnetizam i antiferomagnetizam o kojima se govori u nastavku.
Paramagnetizam je vrsta magnetizma gdje neke materijale slabo privlači magnetsko polje koje se primjenjuje izvana. Formira unutarnja i inducirana magnetska polja unutar smjera primijenjenog magnetskog polja. U paramagnetizmu, nespareni elektroni raspoređeni su nasumično.
Feromagnetizam je fenomen u kojem materijal poput željeza postaje magnetiziran i ostaje magnetiziran unutar vanjskog magnetskog polja za tu fazu. U feromagnetizmu, svi nespareni elektroni su povezani.
Antiferomagnetizam je vrsta magnetskog reda koji se uglavnom javlja kad god se magnetski momenti susjednih atoma (ili) iona poravnaju u obrnutim smjerovima i rezultira nultim neto magnetskim momentima. Dakle, ovo ponašanje je uglavnom zbog interakcije razmjene između susjednih iona ili atoma, što pomaže antiparalelnom poravnanju za smanjenje energije sustava. Obično, antiferomagnetski materijali pokazuju magnetski poredak pod određenom temperaturom poznatom kao; Neelova temperatura. Materijal će preko te temperature postati paramagnetičan i gubi svoja antiferomagnetska svojstva.
Kako djeluju magnetski materijali?
Ovi materijali imaju mala područja u kojima se magnetski moment može usmjeriti unutar određenog smjera koji se nazivaju magnetske domene koje su uglavnom odgovorne za isključivu izvedbu materijala. Potpuna energija materijala može se pridonijeti jednostavno energijom anizotropije, energijom izmjene i magnetostatičkom energijom. Kad god se veličina magnetskog materijala smanji, tada se povećavaju različite domene u materijalu. Dakle, zbog smanjenja unutar magnetostatičke energije, više stijenki domene će povećati energiju izmjene i anizotropije. Stoga će veličina domene odlučiti o prirodi magnetskog materijala.
Magnetski moment nije stabilan za neke materijale koji imaju manji promjer čestica u usporedbi s kritičnim promjerom superparamagnetizma. Kad god je promjer čestice između kritičnog promjera superparamagnetizma i jedne domene, tada će magnetski moment postati stabilan.
Vrste magnetskih materijala
Postoje različite vrste magnetskih materijala dostupnih na tržištu o kojima se govori u nastavku.
Paramagnetski materijali
Ove materijale ne privlači jako magnet poput; kositar, magnezij, aluminij i još mnogo toga. Ovi materijali imaju malu relativnu propusnost, ali pozitivnu poput aluminija propusnost je: 1,00000065. Ovi materijali se magnetiziraju samo ako se nalaze na vrlo jakom magnetskom polju i djeluju u smjeru magnetskog polja.
Kad god se snažno magnetsko polje osigura izvana, tada ih permanentni magnetski dipoli prilagođavaju u samoparalelnu za primijenjeno magnetsko polje i povećavaju do pozitivne magnetizacije. Ako je orijentacija dipola paralelna s primijenjenim magnetskim poljem nije potpuna, tada je magnetizacija iznimno mala.
Dijamagnetski materijali
Ovi materijali koji se odbijaju kroz magnet poput žive, cinka, olova, drveta, bakra, srebra, sumpora, bizmuta itd. nazivaju se dijamagnetskim materijalima. Ovi materijali imaju propusnost nešto ispod jedan. Na primjer, propusnost materijala od bakra je 0,000005, materijala od bizmuta je 0,00083 i materijala od drveta je 0,9999995.
Kada se ti materijali nalaze u iznimno jakom magnetskom polju, tada će ti materijali biti blago magnetizirani i djelovati u suprotnom smjeru od primijenjenog magnetskog polja. U ovim vrstama materijala postoje dva prilično slaba magnetska polja uzrokovana orbitalnom rotacijom i aksijalnom rotacijom elektrona oko jezgre.
Feromagnetski materijali
Ove vrste materijala koji se snažno privlače kroz magnetsko polje nazivaju se feromagnetski materijali. Primjeri ovih materijala su; nikal, željezo, kobalt, čelik, itd. Ovi materijali imaju izuzetno visoku propusnost koja se kreće od nekoliko stotina do tisuća.
Magnetski dipoli unutar ovih materijala jednostavno su raspoređeni u različite domene gdje god je individualni raspored dipola savršen i koji može generirati jaka magnetska polja. Obično su ove domene raspoređene nasumično i magnetsko polje svake domene poništeno je drugom i cijeli materijal ne pokazuje ponašanje magneta.
Kad god se tim materijalima pruži vanjsko magnetsko polje, domene će se preusmjeriti kako bi podržale vanjsko polje i generirale vrlo jako unutarnje magnetsko polje. Oduzimanjem vanjskog polja, većina domena čeka i nastavlja biti povezana u smjeru magnetskog polja.
Stoga magnetsko polje ovih materijala postoji čak i kad vanjsko polje odstupi. Dakle, ovo glavno svojstvo koristi se za proizvodnju trajnih magneta koje svakodnevno koristimo. Materijali koji se koriste za izradu trajnih magneta obično su visoko feromagnetski poput željeza, nikla, neodima, kobalta itd.
Pogledajte ovu vezu za Feromagnetski materijali .
Magnetske sirovine
Obično se trajni magneti diljem svijeta izrađuju od različitih vrsta materijala i svaki materijal ima različite karakteristike. Ovi materijali uglavnom uključuju; alnico, fleksibilna guma, ferit, samarij kobalt i neodim o kojima se govori u nastavku.
Feriti
Posebna skupina feromagnetskih materijala koja zauzima srednji položaj između feromagnetskih i neferomagnetskih materijala poznata je kao feriti. Ovi materijali imaju fine čestice feromagnetskog materijala koje posjeduju visoku propusnost i međusobno se drže pomoću vezivne smole. U feritima je stvorena magnetizacija vrlo dovoljna iako njihovo magnetsko zasićenje nije visoko kao kod feromagnetskih materijala.
Ovi materijali nisu skupi za proizvodnju što je povezano s njihovom magnetskom snagom. Oni su znatno slabiji u usporedbi s rijetkim zemnim materijalima, ali čak se i dalje široko koriste u nekoliko komercijalnih primjena. Ovi materijali imaju snagu poput otpornosti na koroziju i demagnetizaciju.
Neodimijski
Neodim je vrlo rijedak zemni element ((Nd) i njegov atomski broj je 60. Jednostavno ga je 1885. godine otkrio austrijski kemičar Carl Auer von Welsbach. Ovaj materijal je pomiješan s borom, željezom i tragovima drugih elemenata poput prazeodimija i disprozija za stvaranje feromagnetske legure pod nazivom Nd2Fe14b koja je najjači magnetski materijal. Neodimijski magneti zamjenjuju druge vrste materijala u nekoliko industrijskih i modernih komercijalnih uređaja.
Alnico
Akronim za aluminij, nikal i kobalt je 'alnico' gdje se ova tri glavna elementa uglavnom koriste u stvaranju alnico magnetskog materijala. Ovi magneti su vrlo jaki trajni magneti u usporedbi s magnetima rijetkih zemalja. Alnico magneti mogu se zamijeniti trajnim magnetima unutar motori , zvučnici i generatori.
Samarijev kobalt
Ove magnete jednostavno je razvio Laboratorij za materijale Zračnih snaga SAD-a ranih 1970-ih. Samarij kobalt ili SmCo je magnetski materijal koji je napravljen od legure neobičnih zemljanih elemenata kao što su; samarij, tvrdi metal kobalt, tragovi željeza, hafnij, bakar, praseodim i cirkonij. Samarij kobalt magneti su magneti rijetke zemlje poput neodimija jer je samarij element slične grupe rijetkih zemalja kao što je neodim.
Magnetski materijali naspram nemagnetskih materijala
U nastavku se raspravlja o razlikama između ova dva materijala.
| Magnetski materijali | Nemagnetski materijali |
| Materijali koje privlači magnet poznati su kao magnetski materijali. | Materijali koje magnet ne privlači poznati su kao nemagnetski materijali. |
| Primjeri ovih materijala su; željezo, kobalt i nikal. | Primjeri ovih materijala su; plastika, guma, perje, nehrđajući čelik, papir, liskun, srebro, zlato, koža itd. |
| Magnetski uvjeti ovih materijala mogu se povezati u antiparalelne ili paralelne rasporede tako da oni mogu reagirati na magnetsko polje kada budu pod kontrolom vanjskog magnetskog polja. | Magnetski uvjeti ovih materijala mogu se rasporediti nasumično, tako da se magnetska kretanja ovih domena poništavaju. Stoga ne reagiraju na magnetsko polje. |
| Ovi materijali pomažu u izradi trajnih magneta jer se mogu lako magnetizirati kroz magnet. | Ovi materijali se ne mogu magnetizirati pomoću magneta. Dakle, nikada se ne može pretvoriti u magnetizirani materijal. |
Usporedba
Usporedba između različitih magnetskih materijala raspravlja se u nastavku.
| Vrsta materijala | Sastav | Maksimalna radna temperatura | Temperaturni koeficijent | Gustoća g/cm^3 |
| Ferit | Željezni oksid i keramički materijali. | 180 oC | -0,02% | 5g / cm^3 |
| Neodimijski | Uglavnom neodim, bor i željezo. | 80 oC | 0,11% | 7,4 g / cm^3 |
| Alnico | Uglavnom nikal, aluminij, željezo i kobalt. | 500 oC | -0,2% | 7,3 g / cm^3 |
| Magnetna guma | Snaga barija/stroncija i PVC ili sintetička guma. | 50 oC | 0,2% | 3, 5 g / cm^3 |
| Samarijev kobalt | Uglavnom samarij i kobalt | 350 oC | 0,11% | 8. 4 g / cm^3 |
Prijave
The primjene magnetskih materijala uključuju sljedeće.
- Koriste se za stvaranje i distribuciju električne energije u uređajima koji koriste električnu energiju.
- Koriste se za pohranu podataka na audio, videovrpce i računalne diskove.
- Ovi se materijali naširoko koriste u životu, proizvodnji, znanosti i tehnologiji nacionalne obrane.
- Koriste se u proizvodnji različitih transformatora i motora unutar energetske tehnologije, različitih magnetskih komponenti i mikrovalnih cijevi unutar elektroničke tehnologije, pojačivača i filtara unutar komunikacijske tehnologije, elektromagnetskih pušaka, kućanskih aparata i magnetskih mina unutar nacionalne obrambene tehnologije.
- Oni se široko koriste u mineralnim i geološkim istraživanjima, istraživanju oceana i novim tehnologijama unutar energije, informacija, svemira i biologije.
- Ovi materijali igraju značajnu ulogu u području elektroničke tehnologije i drugim područjima znanosti i tehnologije.
- Primjenjivi su u elektronici, medicini, elektrotehnici itd.
- Koriste se u proizvodnji elektroničkih i električnih uređaja poput elektromotora, transformatora i generatora.
- Oni se koriste u proizvodnji uređaja za magnetsku pohranu kao što su; diskete, tvrdi diskovi i magnetska traka.
- Ove vrste materijala koriste se u proizvodnji magnetskih senzora kao što su; Senzori s Hallovim efektom, senzori magnetskog polja i magnetootporni senzori.
- Oni su primjenjivi u medicinskoj opremi kao što su; MRI strojevi, pacemakeri i sustavi za ugradnju lijekova.
- Oni se koriste u metodama magnetske separacije, koje se koriste za odvajanje magnetskih čestica od nemagnetskih čestica.
- Ovi se materijali koriste u proizvodnji obnovljive energije kao što su; hidroelektrane i vjetroturbine.
Dakle, ovo je pregled magnetskih materijali, vrste, razlike, usporedba materijala i njihova primjena. Evo pitanja za vas, što je magnet?
