Магнитни материали: свойства, работа, видове, разлики и техните приложения

Има различни видове материали и вещества, които са съставени от заредени частици: като; електрони и протони. Тези материали могат да проявят някакъв вид магнитни свойства, когато са намагнетизирани от външно магнитно поле, което е известно като магнитни материали. Тези материали имат индуцирани или постоянни магнитни моменти в магнитното поле. За да се изследват магнитните свойства на тези материали, обикновено материалът се намира в стандартизирано магнитно поле, след което магнитното поле се променя. В съвременната технология тези материали играят ключова роля и това са важни компоненти за трансформатори , двигатели и генератори. Тази статия предоставя кратка информация за магнитни материали .

Какво представляват магнитните материали?

Материалите, които са магнетизирани към външно приложено магнитно поле, са известни като магнитни материали. Тези вещества също получават магнетизация, когато бъдат привлечени от магнита. Примери за тези материали са; Желязо, кобалт и никел.

Тези материали се категоризират като магнитно твърди (или) магнитно меки материали.

Магнитно твърдите материали се магнетизират чрез много силно външно магнитно поле, което се генерира от електромагнит. Тези материали се използват главно за създаване на постоянни магнити, които са направени от сплави, обикновено състоящи се от променливи количества желязо, никел, алуминий, кобалт и редкоземни елементи като самарий, неодим и диспрозий.

Магнитно меките материали се магнетизират много лесно, въпреки че индуцираният магнетизъм е временен. Например, ако докоснете постоянен магнит с отвертка или пирон, той временно ще се намагнетизира и ще генерира своето слабо магнитно поле, защото голямо количество желязо атоми са подравнени временно в подобна посока чрез външното магнитно поле.

Имоти

Магнитни свойства на материала са една от най-фундаменталните концепции на физиката. И така, свойствата включват главно; парамагнетизъм, феромагнетизъм и антиферомагнетизъм, които са обсъдени по-долу.

Парамагнетизмът е вид магнетизъм, при който някои материали се привличат слабо от магнитно поле, което се прилага отвън. Той образува вътрешни и индуцирани магнитни полета в посоката на приложеното магнитно поле. При парамагнетизма несдвоените електрони са подредени произволно.

Феромагнетизмът е явление, при което материал като желязо се магнетизира и остава магнетизиран във външно магнитно поле за този етап. Във феромагнетизма всички несдвоени електрони са свързани.

Антиферомагнетизмът е вид магнитен ред, който възниква главно когато магнитните моменти на съседните атоми (или) йони се подравнят в обратна посока и води до нулеви нетни магнитни моменти. Така че това поведение се дължи главно на обменното взаимодействие между съседни йони или атоми, което помага за антипаралелно подреждане за намаляване на енергията на системата. Обикновено антиферомагнитните материали показват магнитно подреждане при определена температура, известна като; Температура на Неел. Материалът над тази температура ще стане парамагнитен и губи своите антиферомагнитни свойства.

Как действат магнитните материали?

Тези материали имат малки региони, където магнитният момент може да бъде насочен в определена посока, наречена магнитни домейни, които са отговорни главно за изключителното представяне на материалите. Пълната енергия на материалите може да се допринесе просто от енергията на анизотропията, обменната енергия и магнитостатичната енергия. Всеки път, когато размерът на магнитния материал бъде намален, той подобрява различни домейни в материала. Така че поради намаляването на магнитостатичната енергия, повече домейн стени ще увеличат обменната и анизотропната енергия. По този начин размерът на домейна ще определи природата на магнитния материал.

Магнитният момент не е постоянен за някои материали, които имат по-малък диаметър на частиците в сравнение с критичния диаметър на суперпарамагнетизма. Всеки път, когато диаметърът на частицата е между критичния диаметър на суперпарамагнетизма и единичен домейн, тогава магнитният момент ще стане стабилен.

Видове магнитни материали

На пазара има различни видове магнитни материали, които са разгледани по-долу.

Парамагнитни материали

Тези материали не се привличат силно от магнит като; калай магнезий, алуминий и много други. Тези материали имат малка относителна пропускливост, но положителна като алуминиева пропускливост е: 1,00000065. Тези материали се магнетизират само когато са разположени в много силно магнитно поле и работят в посока на магнитното поле.

Всеки път, когато външно се осигури силно магнитно поле, постоянните магнитни диполи ги настройват в самопаралелност за приложеното магнитно поле и се увеличават до положителна магнетизация. Ако ориентацията на дипола е успоредна на приложеното магнитно поле не е пълна, тогава намагнитването е изключително малко.

Диамагнитни материали

Тези материали се отблъскват чрез магнит като живак, цинк, олово, дърво, мед, сребро, сяра, бисмут и т.н., се наричат ​​диамагнитни материали. Тези материали имат пропускливост малко под единица. Например пропускливостта на медния материал е 0,000005, на бисмутовия материал е 0,00083, а на дървения материал е 0,9999995.

Когато тези материали са разположени в изключително силно магнитно поле, те ще бъдат леко намагнетизирани и ще действат в посока, обратна на приложеното магнитно поле. В тези видове материали има две доста слаби магнитни полета, причинени от орбиталното въртене и аксиалното въртене на електроните около ядрото.

Феромагнитни материали

Тези видове материали, които се привличат силно чрез магнитно поле, се наричат ​​феромагнитни материали. Примери за тези материали са; никел, желязо, кобалт, стомана и др. Тези материали имат изключително висока пропускливост, която варира от няколкостотин до хиляди.

Магнитните диполи в тези материали са просто подредени в различни домейни, където индивидуалното подреждане на диполите е значително перфектно и това може да генерира силни магнитни полета. Обикновено тези домейни са подредени произволно и магнитното поле на всеки домейн се отменя чрез друго и целият материал не показва поведението на магнит.

Всеки път, когато към тези материали се осигури външно магнитно поле, тогава домейните ще се преориентират, за да поддържат външното поле и да генерират много силно вътрешно магнитно поле. Чрез приспадане на външното поле, повечето от домейните чакат и продължават да бъдат съюзени в посоката на магнитното поле.
Следователно, магнитното поле на тези материали продължава дори когато външното поле се отклони. Така че това основно свойство се използва за производството на постоянни магнити, които използваме ежедневно. Материалите, използвани при производството на постоянни магнити, обикновено са силно феромагнитни като желязо, никел, неодим, кобалт и др.

Моля, вижте тази връзка за Феромагнитни материали .

Магнитни суровини

Обикновено постоянните магнити по света се правят от различни видове материали и всеки материал има различни характеристики. Тези материали включват главно; алнико, гъвкав каучук, ферит, самариев кобалт и неодим, които са обсъдени по-долу.

Ферити

Специалната група феромагнитни материали, които заемат средно положение между феромагнитни и неферомагнитни материали, е известна като ферити. Тези материали имат фини частици от феромагнитен материал, които притежават висока пропускливост и се държат взаимно чрез свързваща смола. При феритите генерираната магнетизация е достатъчна, въпреки че тяхното магнитно насищане не е високо като феромагнитните материали.

Тези материали не са скъпи за производство, което е свързано с тяхната магнитна сила. Те са значително по-слаби в сравнение с редкоземните материали, но дори те все още се използват широко в няколко търговски приложения. Тези материали имат здравина като устойчивост на корозия и размагнитване.

Неодимови

Неодимът е много рядкоземен елемент ((Nd) и неговият атомен номер е 60. Просто е открит през 1885 г. от австрийския химик, а именно; Карл Ауер фон Велсбах. Този материал се смесва с бор, желязо и следи от други елементи като празеодим и диспрозий за генериране на феромагнитна сплав, наречена Nd2Fe14b, която е най-силният магнитен материал.Неодимовите магнити заместват други видове материали в няколко промишлени и модерни търговски уреди.

Алнико

Акронимът на алуминий, никел и кобалт е „alnico“, където тези три основни елемента се използват най-вече при създаването на магнитен материал alnico. Тези магнити са много силни постоянни магнити в сравнение с редкоземните магнити. Алнико магнитите могат да бъдат заменени с постоянни магнити вътре двигатели , високоговорители и генератори.

Самариев кобалт

Тези магнити са просто разработени от лабораторията за материали на военновъздушните сили на САЩ в началото на 70-те години. Самариевият кобалт или SmCo е магнитен материал, който е направен от сплав от необичайни земни елементи като; самарий, твърд метал кобалт, следи от желязо, хафний, мед, празеодим и цирконий. Самариево-кобалтовите магнити са редкоземни магнити като неодима, тъй като самарият е елемент от подобен елемент от групата на редкоземните елементи като неодима.

Магнитни материали срещу немагнитни материали

Разликите между тези два материала са разгледани по-долу.

Сравнение

Сравнението между различните магнитни материали е разгледано по-долу.

Приложения

The приложения на магнитни материали включват следното.

• Те се използват за създаване и разпределение на електричество в уредите, които използват електричество.
• Те се използват за съхранение на данни на аудио, видеокасети и компютърни дискове.
• Тези материали се използват широко в живота, производството, науката и технологиите за национална отбрана.
• Те се използват в производството на различни трансформатори и двигатели в рамките на енергийните технологии, различни магнитни компоненти и микровълнови тръби в рамките на електронните технологии, усилватели и филтри в рамките на комуникационните технологии, електромагнитни пушки, домакински уреди и магнитни мини в рамките на технологиите за национална отбрана.
• Те се използват широко в минерални и геоложки проучвания, изследвания на океани и нови технологии в енергетиката, информацията, космоса и биологията.
• Тези материали играят важна роля в областта на електронните технологии и други области на науката и технологиите.
• Те са приложими в електрониката, медицината, електротехниката и др.
• Те се използват в производството на електронни и електрически устройства като електрически двигатели, трансформатори и генератори.
• Те се използват в производството на устройства за магнитно съхранение като; флопи дискове, твърди дискове и магнитни ленти.
• Тези видове материали се използват в производството на магнитни сензори като; Сензори с ефект на Хол, сензори за магнитно поле и магниторезистивни сензори.
• Те са приложими в медицинско оборудване като; ЯМР машини, пейсмейкъри и имплантируеми системи за доставяне на лекарства.
• Те се използват в методите за магнитно разделяне, които се използват за разделяне на магнитни частици от немагнитни частици.
• Тези материали се използват при генерирането на възобновяема енергия като; водноелектрически централи и вятърни турбини.

По този начин, това е преглед на магнитните материали, видове, разлики, сравнение на материалите и техните приложения. Ето един въпрос към вас, какво е магнит?