Obstajajo različne vrste materialov in tudi snovi, ki so sestavljene iz nabitih delcev: kot so; elektroni in protoni. Ti materiali lahko kažejo nekakšne magnetne lastnosti, ko so magnetizirani z zunanjim magnetnim poljem, kar je znano kot magnetni materiali. Ti materiali imajo inducirane ali stalne magnetne momente v magnetnem polju. Za preučevanje magnetnih lastnosti teh materialov se običajno material nahaja v standardiziranem magnetnem polju, nato se magnetno polje spremeni. V sodobni tehnologiji imajo ti materiali ključno vlogo in so pomembne komponente za transformatorji , motorji in generatorji. Ta članek vsebuje kratke informacije o magnetni materiali .
Kaj so magnetni materiali?
Materiali, ki so namagneteni na zunanje magnetno polje, so znani kot magnetni materiali. Te snovi dobijo tudi magnetizacijo, kadar koli jih pritegne magnet. Primeri teh materialov so; Železo, kobalt in nikelj.
Ti materiali so razvrščeni v magnetno trde (ali) magnetno mehke materiale.
Magnetno trdi materiali se magnetizirajo z zelo močnim zunanjim magnetnim poljem, ki ga ustvarja elektromagnet. Ti materiali se večinoma uporabljajo za ustvarjanje trajnih magnetov, ki so narejeni iz zlitin, ki so običajno sestavljene iz spremenljivih količin železa, niklja, aluminija, kobalta in elementov redkih zemelj, kot so samarij, neodim in disprozij.
Magnetno mehki materiali se zelo enostavno magnetizirajo, čeprav je inducirani magnetizem začasen. Na primer, če trajni magnet pobožate z izvijačem ali žebljem, se bo ta začasno namagnetil in ustvaril šibko magnetno polje, ker je veliko železa atomi so začasno poravnani v podobni smeri skozi zunanje magnetno polje.
Lastnosti
Lastnosti magnetnih materialov so eden najbolj temeljnih konceptov fizike. Torej, lastnosti vključujejo predvsem; paramagnetizem, feromagnetizem in antiferomagnetizem, ki so obravnavani spodaj.
Paramagnetizem je vrsta magnetizma, pri kateri nekatere materiale šibko privlači zunanje magnetno polje. Tvori notranja in inducirana magnetna polja znotraj smeri uporabljenega magnetnega polja. V paramagnetizmu so nesparjeni elektroni razporejeni naključno.
Feromagnetizem je pojav, pri katerem se material, kot je železo, namagneti in ostane namagneten znotraj zunanjega magnetnega polja za to stopnjo. V feromagnetizmu so vsi nesparjeni elektroni povezani.
Antiferomagnetizem je nekakšen magnetni red, ki se večinoma pojavi, ko se magnetni momenti sosednjih atomov (ali) ionov poravnajo v obratni smeri in povzroči ničelne neto magnetne momente. To vedenje je torej predvsem posledica izmenjave interakcij med sosednjimi ioni ali atomi, ki pomaga pri antiparalelni poravnavi za zmanjšanje energije sistema. Običajno imajo antiferomagnetni materiali magnetno urejenost pod določeno temperaturo, znano kot; Neelova temperatura. Material nad to temperaturo postane paramagneten in izgubi svoje antiferomagnetne lastnosti.
Kako delujejo magnetni materiali?
Ti materiali imajo majhna območja, kjer je mogoče magnetni moment usmeriti znotraj določene smeri, imenovane magnetne domene, ki so odgovorne predvsem za izključno delovanje materialov. Celotno energijo materialov lahko prispeva preprosto energija anizotropije, energija izmenjave in magnetostatična energija. Kadarkoli se velikost magnetnega materiala zmanjša, se povečajo različne domene v materialu. Zaradi zmanjšanja magnetostatične energije bo več domenskih sten povečalo izmenjalno in anizotropno energijo. Tako bo velikost domene odločila o naravi magnetnega materiala.
Magnetni moment ni stabilen za nekatere materiale, ki imajo manjše premere delcev v primerjavi s kritičnim premerom superparamagnetizma. Kadarkoli je premer delca med kritičnim premerom superparamagnetizma in enojno domeno, bo magnetni moment postal stabilen.
Vrste magnetnih materialov
Na trgu so na voljo različne vrste magnetnih materialov, ki so obravnavani spodaj.
Paramagnetni materiali
Teh materialov magneti ne privlačijo močno; kositer, magnezij, aluminij in še veliko več. Ti materiali imajo majhno relativno prepustnost, vendar je pozitivna prepustnost kot aluminij: 1,00000065. Ti materiali so magnetizirani le, kadar se nahajajo na zelo močnem magnetnem polju in delujejo v smeri magnetnega polja.
Kadarkoli je od zunaj zagotovljeno močno magnetno polje, jih trajni magnetni dipoli prilagodijo v samovzporednost za uporabljeno magnetno polje in povečajo na pozitivno magnetizacijo. Če je usmerjenost dipola vzporedna z uporabljenim magnetnim poljem, ni popolna, potem je magnetizacija izjemno majhna.
Diamagnetni materiali
Ti materiali se odbijajo preko magneta, kot so živo srebro, cink, svinec, les, baker, srebro, žveplo, bizmut itd., se imenujejo diamagnetni materiali. Ti materiali imajo prepustnost nekoliko pod eno. Na primer, prepustnost bakrenega materiala je 0,000005, bizmutovega materiala je 0,00083 in lesnega materiala je 0,9999995.
Ko se ti materiali nahajajo v izredno močnem magnetnem polju, bodo rahlo magnetizirani in bodo delovali v nasprotni smeri od uporabljenega magnetnega polja. Pri teh vrstah materialov obstajata dve precej šibki magnetni polji, ki nastaneta zaradi orbitalne revolucije in aksialne rotacije elektronov okoli jedra.
Feromagnetni materiali
Te vrste materialov, ki jih magnetno polje močno privlači, imenujemo feromagnetni materiali. Primeri teh materialov so; nikelj, železo, kobalt, jeklo itd. Ti materiali imajo izjemno visoko prepustnost, ki sega od nekaj sto do tisoč.
Magnetni dipoli v teh materialih so preprosto razporejeni v različne domene, kjer je posamezna razporeditev dipolov bistveno popolna in lahko ustvari močna magnetna polja. Običajno so te domene razporejene naključno in magnetno polje vsake domene je preklicano prek drugega in celoten material ne kaže obnašanja magneta.
Kadarkoli je tem materialom zagotovljeno zunanje magnetno polje, se bodo domene preusmerile v podporo zunanjemu polju in ustvarile zelo močno notranje magnetno polje. Z odbitkom zunanjega polja večina domen čaka in je še naprej povezanih v smeri magnetnega polja.
Zato magnetno polje teh materialov obstaja, tudi ko zunanje polje odstopi. Torej se ta glavna lastnost uporablja za proizvodnjo trajnih magnetov, ki jih uporabljamo vsak dan. Materiali, ki se uporabljajo za izdelavo trajnih magnetov, so običajno zelo feromagnetni, kot so železo, nikelj, neodim, kobalt itd.
Prosimo, glejte to povezavo za Feromagnetni materiali .
Magnetne surovine
Običajno so trajni magneti po vsem svetu izdelani iz različnih vrst materialov in vsak material ima drugačne značilnosti. Ti materiali vključujejo predvsem; alnico, prožna guma, ferit, samarijev kobalt in neodim, ki so obravnavani spodaj.
Feriti
Posebna skupina feromagnetnih materialov, ki zavzema srednji položaj med feromagnetnimi in neferomagnetnimi materiali, je znana kot feriti. Ti materiali imajo drobne delce feromagnetnega materiala, ki imajo visoko prepustnost in se med seboj držijo skozi vezivno smolo. Pri feritih je ustvarjena magnetizacija zelo zadostna, čeprav njihova magnetna nasičenost ni visoka kot pri feromagnetnih materialih.
Proizvodnja teh materialov ni draga, kar je povezano z njihovo magnetno močjo. Ti so bistveno šibkejši v primerjavi z redkimi zemeljskimi materiali, vendar se kljub temu pogosto uporabljajo v več komercialnih aplikacijah. Ti materiali imajo moč, kot je odpornost proti koroziji in razmagnetenju.
Neodim
Neodim je zelo redkozemeljski element ((Nd) in njegovo atomsko število je 60. Leta 1885 ga je preprosto odkril avstrijski kemik Carl Auer von Welsbach. Ta material je mešan z borom, železom in tudi sledovi drugih elementov prazeodim in disprozij za ustvarjanje feromagnetne zlitine, imenovane Nd2Fe14b, ki je zelo močan magnetni material. Neodimovi magneti nadomeščajo druge vrste materialov v številnih industrijskih in sodobnih komercialnih napravah.
Alnico
Akronim za aluminij, nikelj in kobalt je 'alnico', kjer se ti trije glavni elementi večinoma uporabljajo pri ustvarjanju magnetnega materiala alnico. Ti magneti so zelo močni trajni magneti v primerjavi z magneti redkih zemelj. Alnico magnete je mogoče zamenjati s trajnimi magneti v notranjosti motorji , zvočniki & generatorji.
Samarijev kobalt
Te magnete je preprosto razvil Laboratorij za materiale letalskih sil ZDA v zgodnjih sedemdesetih letih. Samarijev kobalt ali SmCo je magnetni material, izdelan iz zlitine nenavadnih zemeljskih elementov, kot so; samarij, trdi kovinski kobalt, sledi železa, hafnij, baker, prazeodim in cirkonij. Samarijevi kobaltni magneti so magneti redkih zemelj, kot je neodim, ker je samarij element podobnega elementa skupine redkih zemelj, kot je neodim.
Magnetni materiali proti nemagnetnim materialom
Razlike med tema materialoma so obravnavane spodaj.
| Magnetni materiali | Nemagnetni materiali |
| Materiali, ki jih privlači magnet, so znani kot magnetni materiali. | Materiali, ki jih magnet ne privlači, so znani kot nemagnetni materiali. |
| Primeri teh materialov so; železo, kobalt in nikelj. | Primeri teh materialov so; plastika, guma, perje, nerjavno jeklo, papir, sljuda, srebro, zlato, usnje itd. |
| Magnetno stanje teh materialov je mogoče združiti v protivzporednih ali vzporednih ureditvah, tako da lahko reagirajo na magnetno polje, ko so pod nadzorom zunanjega magnetnega polja. | Magnetno stanje teh materialov je lahko razporejeno naključno, tako da se magnetna gibanja teh domen izničijo. Tako ne reagirajo na magnetno polje. |
| Ti materiali pomagajo pri izdelavi trajnih magnetov, ker jih je mogoče zlahka magnetizirati skozi magnet. | Teh materialov ni mogoče magnetizirati z magnetom. Torej se nikoli ne more spremeniti v magnetiziran material. |
Primerjava
Spodaj je obravnavana primerjava med različnimi magnetnimi materiali.
| Vrsta materiala | Sestava | Najvišja delovna temperatura | Temperaturni koeficient | Gostota g/cm^3 |
| Ferit | Železov oksid in keramični materiali. | 180 oC | -0,02 % | 5g / cm^3 |
| Neodim | Predvsem neodim, bor in železo. | 80 oC | 0,11 % | 7,4 g / cm^3 |
| Alnico | Predvsem nikelj, aluminij, železo in kobalt. | 500 oC | -0,2 % | 7,3 g / cm^3 |
| Magnetna guma | Moč barija/stroncija in PVC ali sintetični kavčuk. | 50 oC | 0,2 % | 3, 5 g / cm^3 |
| Samarijev kobalt | Predvsem samarij in kobalt | 350 oC | 0,11 % | 8, 4 g / cm^3 |
Aplikacije
The aplikacije magnetnih materialov vključujejo naslednje.
- Uporabljajo se za ustvarjanje in distribucijo električne energije v napravah, ki uporabljajo električno energijo.
- Uporabljajo se za shranjevanje podatkov na avdio, videokasetah in računalniških diskih.
- Ti materiali se široko uporabljajo v življenju, proizvodnji, nacionalni obrambni znanosti in tehnologiji.
- Ti se uporabljajo v proizvodnji različnih transformatorjev in motorjev v energetski tehnologiji, različnih magnetnih komponent in mikrovalovnih cevi v elektronski tehnologiji, ojačevalcev in filtrov v komunikacijski tehnologiji, elektromagnetnih pušk, gospodinjskih aparatov in magnetnih min v nacionalni obrambni tehnologiji.
- Te se pogosto uporabljajo pri mineralnih in geoloških raziskavah, raziskavah oceanov in novih tehnologijah v energiji, informacijah, vesolju in biologiji.
- Ti materiali igrajo pomembno vlogo na področju elektronske tehnologije in drugih področjih znanosti in tehnologije.
- Uporabljajo se v elektroniki, medicini, elektrotehniki itd.
- Uporabljajo se pri izdelavi elektronskih in električnih naprav, kot so električni motorji, transformatorji in generatorji.
- Ti se uporabljajo v proizvodnji magnetnih naprav za shranjevanje, kot so; diskete, trdi diski in magnetni trak.
- Te vrste materialov se uporabljajo v proizvodnji magnetnih senzorjev, kot so; Senzorji Hallovega učinka, senzorji magnetnega polja in magnetorezivni senzorji.
- Te se uporabljajo v medicinski opremi, kot so; Stroji za MRI, srčni spodbujevalniki in vsadljivi sistemi za dajanje zdravil.
- Ti se uporabljajo v metodah magnetnega ločevanja, ki se uporabljajo za ločitev magnetnih delcev od nemagnetnih delcev.
- Ti materiali se uporabljajo pri pridobivanju obnovljive energije, kot so; hidroelektrarne in vetrne turbine.
Torej, to je pregled magnetnih materiali, vrste, razlike, primerjava materialov in njihove uporabe. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je magnet?
