Materiály, aplikácie a príklady feromagnetizmu

On Feromagnetizmus Je to vlastnosť, ktorá dáva niektorým látkam intenzívnu a trvalú magnetickú reakciu. V prírode existuje päť prvkov s touto vlastnosťou: železo, kobalt, nikel, gadolinio a disposio, posledné vzácne zeminy.

V prítomnosti vonkajšieho magnetického poľa, ako je napríklad políčko produkované prírodným magnetom alebo elektromagnetom, látka reaguje charakteristickým spôsobom podľa jej vnútornej konfigurácie. Veľkosť, ktorá kvantifikuje túto reakciu, je magnetická priepustnosť.

Magnety tvoriace most. Zdroj: Pixabay

Magnetická priepustnosť je bezrozmerné množstvo dané kvocientom medzi intenzitou magnetického poľa generovaného vo vnútri materiálu a externe aplikovaným magnetickým poľom.

Ak je táto reakcia oveľa väčšia ako 1, materiál je klasifikovaný ako feromagnetický. Na druhej strane, ak priepustnosť nie je oveľa väčšia ako 1, považuje sa za to, že magnetická reakcia je slabšia, sú to paramagnetické materiály.

V železniu je magnetická priepustnosť rádovo 10⁴. To znamená, že pole vo vnútri železa je asi 10000 -krát väčšie ako pole, ktoré používa externe. Čo dáva predstavu o tom, aká mocná je magnetická reakcia tohto minerálu.

[TOC]

Ako vzniká magnetická reakcia vo vnútri látok?

Magnetizmus je známy, je účinok spojený s pohybom elektrických nábojov. To je presne elektrický prúd. Kde sú magnetické vlastnosti tyčového magnetu od tej doby, z ktorej bola v chladničke zasiahnutá nota?

Materiál magnetu a tiež akákoľvek iná látka obsahuje protóny a elektróny vo vnútri, ktoré majú svoj vlastný pohyb a vytvárajú elektrické prúdy niekoľkými spôsobmi.

Veľmi zjednodušený model predpokladá elektrón na kruhovej obežnej dráhe okolo jadra vytvoreného protónmi a neutrónmi, čím tvorí malú sparu prúdu prúdu. Každý spáza spojená vektorovú veľkosť nazývanú „orbitálny magnetický moment“, ktorého intenzita je daná produktom prúdu a oblasti určenej slučkou: Bohr magneton.

Samozrejme, v tomto kúsku je prúd závisieť od elektrónového zaťaženia. Pretože všetky látky obsahujú elektróny vo vnútri, všetky majú možnosť vyjadriť magnetické vlastnosti. Avšak, nie všetci z nich áno.

Je to preto, že ich magnetické momenty nie sú zarovnané, ale náhodne usporiadané vo vnútri, takže ich magnetické účinky na makroskopickej úrovni sú zrušené.

Príbeh tu nekončí. Magnetický moment produktu elektrónového pohybu okolo jadra nie je jediným možným zdrojom magnetizmu v tomto rozsahu.

Môže vám slúžiť: astrofyzika: objekt štúdie, história, teórie, pobočky

Elektrón má okolo svojej osi určitý druh rotácie. Je to účinok, ktorý sa premieta do vnútornej uhlovej hybnosti. Táto vlastnosť sa volá točiť sa elektrónu.

Prirodzene má tiež pridružený magnetický moment a je oveľa intenzívnejší ako orbitálny moment. V skutočnosti je najväčším prínosom k čistému magnetickému momentu atómu cez rotáciu, napriek obom magnetickým momentom: prekladu plus vnútorná uhlová hybnosť, prispieva k celkovému magnetickému momentu atómu.

Tieto magnetické momenty sú tie, ktoré majú tendenciu vyrovnať sa v prítomnosti vonkajšieho magnetického poľa. A tiež ich robia s poliami vytvorenými susednými momentmi v materiáli.

Teraz elektróny zvyčajne tvoria páry v atómoch s mnohými elektrónmi. Medzi elektrónmi s opačným spinom sa tvoria páry, čo vedie k magnetickému momentu spinov.

Jediný spôsob, ako spin prispieva k celkovému magnetickému momentu, je to, že niekto zmizne, to znamená, že atóm má nepárny počet elektrónov.

Stojí za to sa opýtať, čo existujú o magnetickom momente protónov v jadre. Pretože majú tiež čas na točenie, ale nepovažuje sa za významne prispievať k magnetizmu atómu. Je to preto, že moment rotácie závisí nepriamo od hmotnosti a hmotnosti protónu je oveľa väčší ako hmotnosť elektrónu.

Magnetické domény

V železniu, kobalte a niklu, triáde prvkov s veľkou magnetickou odozvou, je čistý moment rotácie produkovaný elektrónmi nula ... V týchto kovoch, elektróny v 3D orbitáli, najviac vonkajší prispieva k čistému magnetickému momentu. Preto sa takéto materiály považujú za feromagnetické.

Tento individuálny magnetický moment každého atómu však nestačí na vysvetlenie správania feromagnetických materiálov.

Vo vnútri silne magnetické materiály sú regióny nazývané Magnetické domény, ktorého rozšírenie sa môže pohybovať od 10^-4 a 10^-1 cm a ktoré obsahujú miliardy atómov. V týchto regiónoch spravujú momenty sieťových točení susedných atómov.

Keď sa majiteľ magnetickej domény priblíži k magnetu, domény sa navzájom zarovnajú, čo zintenzívňuje magnetický efekt.

Je to kvôli skutočnosti, že domény, podobne ako stĺpcové magnety, majú magnetické póly, rovnako označované ako sever a juh, takže rovnaké póly odpudzujú a protiklady priťahujú.

Môže vám slúžiť: zvukové šírenie

Keď sa domény v súlade s vonkajším poľom, materiál emituje vŕzganie, ktoré je možné počuť primeraným zosilnením.

Tento efekt je vidieť, keď magnet priťahuje sladké železné nechty a tieto sa správajú ako magnety priťahujúce ďalšie nechty.

Magnetické domény nie sú statické hranice stanovené v materiáli. Jeho veľkosť sa dá modifikovať ochladením alebo zahrievaním materiálu a tiež ho vystavením pôsobeniu vonkajších magnetických polí.

Rast domény však nie je neobmedzený. V čase, keď už nie je možné ich zarovnať, hovorí sa, že bod nasýtenia materiálu bol dosiahnutý. Tento účinok sa odráža v hysteréznych krivkách, ktoré sa objavia neskôr.

Zahrievanie materiálu spôsobuje stratu zarovnania magnetických momentov. Teplota, pri ktorej sa magnetizácia úplne stratí podľa typu materiálu, sa zvyčajne stratí asi 770 ° C.

Po odstránení magnetu sa magnetizácia nechtov stratí v dôsledku tepelného agitácie prítomného za všetkých okolností. Existujú však aj ďalšie zlúčeniny, ktoré majú permanentnú magnetizáciu, pretože majú spontánne zarovnané domény.

Magnetické domény je možné pozorovať, keď je plochý feromagnetický materiál narezaný a leštený veľmi dobre. Akonáhle je to posypané súbormi prachu alebo jemným železom.

Pod mikroskopom sa pozoruje, že čipy sú zoskupené do oblastí tvoriacich minerály s veľmi dobre definovanou orientáciou podľa magnetických domén materiálu.

Rozdiel správania medzi rôznymi magnetickými materiálmi je spôsobený spôsob, akým sa správajú domény.

Magnetická hysteréza

Magnetická hysteréza je charakteristika, že iba materiály s vysokou magnetickou priepustnosťou majú. Nepredstavujte paramagnetické alebo diamagnetické materiály.

Predstavuje účinok aplikovaného vonkajšieho magnetického poľa, ktoré je označené ako H O magnetickej indukcii B feromagnetického kovu počas cyklu imanácie a desimanácie. Zobrazený graf má názov hysteréznej krivky.

Cyklus feromagnetickej hysterézie

Spočiatku v bode alebo neexistuje žiadne aplikované pole H Žiadna magnetická odozva B, ale ako intenzita H, Uvádzanie B sa postupne zvyšuje, až kým nedosiahne rozsah nasýtenia B_siež V bode A, čo sa očakáva.

Teraz intenzita H Kým sa to neurobí, s tým sa dosiahne do bodu C, magnetická odozva materiálu nezmizne a zachováva zostávajúca magnetizácia označené hodnotou B_r. Znamená, že proces nie je reverzibilný.

Môže vám slúžiť: elektrodynamika

Odtiaľ intenzita H Zvýšenie, ale s prevrátenou polaritou (negatívny znak), takže zostávajúca magnetizácia je zrušená v bode D. Potrebná hodnota H Je označený ako H_c a dostávať meno donucovacie pole.

Veľkosť H zvyšuje sa na hodnotu saturácie v E a okamžite na intenzitu H Klesá, až kým nedosiahne 0, ale zostávajúca magnetizácia s polaritou oproti lakom opísanej vyššie, v bode f.

Teraz polarita H Opäť a jeho veľkosť sa zvýši, aby sa zrušila magnetická odozva materiálu v bode G. Po ceste sa jeho saturácia dostane znova. Ale zaujímavé je, že sa tam nedostal na pôvodnej ceste označenej červenými šípkami.

Magneticky tvrdé a mäkké materiály: aplikácie

Sladké železo sa ľahšie magnetizuje ako oceľ a poklepanie na materiál, zarovnanie domén sa ďalej uľahčuje.

Ak sa materiál ľahko magnetizuje a zloží, hovorí sa, že je magneticky mäkký, A samozrejme, ak sa opak stane, je materiál magneticky ťažko. V druhom prípade sú magnetické domény malé, zatiaľ čo v prvom.

Oblasť uzavretá krivkou hysterézy je miera energie potrebnej na magnetizáciu - zložte materiál. Na obrázku sú dve krivky hysterézie ocenené pre dva rôzne materiály. Ten vľavo je magneticky mäkký, zatiaľ čo ten vpravo je ťažký.

Mäkký feromagnetický materiál má donucovacie pole H_c malá a úzka a vysoká hysteréza krivka. Je to vhodný materiál na jeho umiestnenie do jadra elektrického transformátora. Príkladom z nich sú sladké železné, kremíkové a železo-nekládky, užitočné pre komunikačné vybavenie.

Na druhej strane, magneticky tvrdé materiály je ťažké sklamať, keď sa predstavuje, rovnako ako v prípade zliatin Alnoo (hliník-nickel-Colto) a zliatiny vzácnych zemín, s ktorými sa vyrábajú trvalé magnety.

Odkazy

1. Eisberg, R. 1978.  Kvantová fyzika.  Limusa. 557 -577.
2. Mladý, Hugh. 2016. Sears-Zansky's University Physics s modernou fyzikou. 14. vydanie. Pearson. 943.
3. Zapata, f. (2003). Štúdium mineralogie spojených s ropou Guafita 8x, ktorá je dobre patriaci k Guafita Campo (stav APURE) prostredníctvom meraní magnetickej citlivosti a Mossbauer. Diplomová práca. Venezuelská univerzita.