Magnetické materiály: Vlastnosti, fungovanie, typy, rozdiely a ich aplikácie

Existujú rôzne typy materiálov a tiež látok, ktoré sa skladajú z nabitých častíc: ako; elektróny a protóny. Tieto materiály môžu vykazovať určitý druh magnetických vlastností, keď sú zmagnetizované vonkajším magnetickým poľom, ktoré je známe ako magnetické materiály. Tieto materiály majú v magnetickom poli indukované alebo trvalé magnetické momenty. Na štúdium magnetických vlastností týchto materiálov sa materiál zvyčajne nachádza v štandardizovanom magnetickom poli, potom sa magnetické pole zmení. V moderných technológiách zohrávajú tieto materiály kľúčovú úlohu a sú významnými komponentmi pre transformátory , motory a generátory. Tento článok poskytuje stručné informácie o magnetické materiály .

Čo sú magnetické materiály?

Materiály, ktoré sú magnetizované na externe aplikované magnetické pole, sú známe ako magnetické materiály. Tieto látky tiež získavajú magnetizáciu vždy, keď sú priťahované k magnetu. Príklady týchto materiálov sú; Železo, kobalt a nikel.

Tieto materiály sú kategorizované na magneticky tvrdé (alebo) magneticky mäkké materiály.

Magneticky tvrdé materiály sú magnetizované veľmi silným vonkajším magnetickým poľom, ktoré je generované elektromagnetom. Tieto materiály sa používajú hlavne na vytváranie permanentných magnetov, ktoré sú vyrobené zo zliatin zvyčajne pozostávajúcich z meniteľných množstiev železa, niklu, hliníka, kobaltu a prvkov vzácnych zemín ako samárium, neodým a dysprózium.

Magneticky mäkké materiály sa veľmi ľahko magnetizujú, hoci indukovaný magnetizmus je dočasný. Napríklad, ak pohladíte permanentný magnet skrutkovačom alebo klincom, dočasne sa zmagnetizuje a vytvorí svoje slabé magnetické pole, pretože veľké množstvo železa atómov sú dočasne zarovnané v podobnom smere cez vonkajšie magnetické pole.

Vlastnosti

Vlastnosti magnetických materiálov sú jedným z najzákladnejších pojmov fyziky. Takže vlastnosti zahŕňajú hlavne; paramagnetizmus, feromagnetizmus a antiferomagnetizmus, ktoré sú diskutované nižšie.

Paramagnetizmus je typ magnetizmu, pri ktorom sú niektoré materiály slabo priťahované magnetickým poľom, ktoré pôsobí zvonka. Vytvára vnútorné a indukované magnetické polia v smere aplikovaného magnetického poľa. V paramagnetizme sú nepárové elektróny usporiadané náhodne.

Feromagnetizmus je jav, pri ktorom sa materiál ako železo zmagnetizuje a zostane zmagnetizovaný vo vonkajšom magnetickom poli pre túto fázu. Vo feromagnetizme sú všetky nepárové elektróny spojené.

Antiferomagnetizmus je druh magnetického poriadku, ktorý sa vyskytuje hlavne vtedy, keď sa magnetické momenty susedných atómov (alebo iónov) zarovnajú v opačných smeroch a výsledkom sú nulové čisté magnetické momenty. Takže toto správanie je spôsobené hlavne výmennou interakciou medzi susednými iónmi alebo atómami, čo pomáha antiparalelnému zarovnaniu na zníženie energie systému. Antiferomagnetické materiály zvyčajne vykazujú magnetické usporiadanie pri špecifickej teplote známej ako; Teplota Néel. Materiál sa pri tejto teplote stane paramagnetickým a stratí svoje antiferomagnetické vlastnosti.

Ako fungujú magnetické materiály?

Tieto materiály majú malé oblasti, kde môže byť magnetický moment nasmerovaný v špecifickom smere nazývanom magnetické domény, ktoré sú zodpovedné hlavne za výlučný výkon materiálov. Úplná energia materiálov môže byť poskytnutá jednoducho anizotropnou energiou, výmennou energiou a magnetostatickou energiou. Kedykoľvek sa veľkosť magnetického materiálu zmenší, zvýrazňuje rôzne domény v materiáli. Takže v dôsledku zníženia magnetostatickej energie viac doménových stien zvýši energiu výmeny a anizotropie. Veľkosť domény teda rozhodne o povahe magnetického materiálu.

Magnetický moment nie je stabilný pre niektoré materiály, ktoré majú menšie priemery častíc v porovnaní s kritickým priemerom superparamagnetizmu. Kedykoľvek je priemer častice medzi kritickým priemerom superparamagnetizmu a jednou doménou, potom sa magnetický moment stane stabilným.

Typy magnetických materiálov

Na trhu sú dostupné rôzne typy magnetických materiálov, ktoré sú popísané nižšie.

Paramagnetické materiály

Tieto materiály nie sú silne priťahované k magnetu; cínový horčík, hliník a mnohé ďalšie. Tieto materiály majú malú relatívnu priepustnosť, ale pozitívnu ako priepustnosť hliníka je: 1,00000065. Tieto materiály sú magnetizované iba vtedy, keď sú umiestnené vo veľmi silnom magnetickom poli a pôsobia v smere magnetického poľa.

Vždy, keď je externe zabezpečené silné magnetické pole, permanentné magnetické dipóly ich upravia do samoparalelných pre aplikované magnetické pole a zvýšia sa na pozitívnu magnetizáciu. Ak orientácia dipólu je rovnobežná s aplikovaným magnetickým poľom, nie je úplná, potom je magnetizácia extrémne malá.

Diamagnetické materiály

Tieto materiály sú odpudzované magnetom, ako je ortuť, zinok, olovo, drevo, meď, striebro, síra, bizmut atď., ktoré sa nazývajú diamagnetické materiály. Tieto materiály majú mierne nižšiu priepustnosť. Napríklad priepustnosť medeného materiálu je 0,000005, bizmutového materiálu je 0,00083 a dreveného materiálu je 0,9999995.

Keď sú tieto materiály umiestnené v extrémne silnom magnetickom poli, potom budú tieto materiály mierne zmagnetizované a budú pôsobiť v opačnom smere ako aplikované magnetické pole. V týchto typoch materiálov existujú dve celkom slabé magnetické polia spôsobené orbitálnou revolúciou a axiálnou rotáciou elektrónov okolo jadra.

Feromagnetické materiály

Tieto typy materiálov, ktoré sú silne priťahované magnetickým poľom, sa nazývajú feromagnetické materiály. Príklady týchto materiálov sú; nikel, železo, kobalt, oceľ atď. Tieto materiály majú extrémne vysokú priepustnosť, ktorá sa pohybuje od niekoľkých stoviek až po tisícky.

Magnetické dipóly v týchto materiáloch sú jednoducho usporiadané do rôznych domén všade tam, kde je usporiadanie jednotlivých dipólov výrazne dokonalé a môže generovať silné magnetické polia. Zvyčajne sú tieto domény usporiadané náhodne a magnetické pole každej domény je zrušené prostredníctvom inej a celý materiál nevykazuje správanie magnetu.

Kedykoľvek je týmto materiálom poskytnuté vonkajšie magnetické pole, domény sa preorientujú tak, aby podporovali vonkajšie pole a vytvorili veľmi silné vnútorné magnetické pole. Dedukciou vonkajšieho poľa väčšina domén čaká a pokračuje v spojení v smere magnetického poľa.
Preto magnetické pole týchto materiálov pretrváva aj vtedy, keď vonkajšie pole odíde. Takže táto hlavná vlastnosť sa používa na výrobu permanentných magnetov, ktoré používame denne. Materiály používané pri výrobe permanentných magnetov sú zvyčajne vysoko feromagnetické, ako je železo, nikel, neodým, kobalt atď.

Pozrite si tento odkaz Feromagnetické materiály .

Magnetické suroviny

Zvyčajne sa permanentné magnety na celom svete vyrábajú z rôznych druhov materiálov a každý materiál má iné vlastnosti. Medzi tieto materiály patria najmä; alnico, flexibilná guma, ferit, samárium kobalt a neodým, ktoré sú diskutované nižšie.

Ferity

Špeciálna skupina feromagnetických materiálov, ktoré zaujímajú strednú pozíciu medzi feromagnetickými a neferomagnetickými materiálmi, sú známe ako ferity. Tieto materiály majú jemné častice feromagnetického materiálu, ktoré majú vysokú permeabilitu a sú navzájom držané spojivovou živicou. Vo feritoch je generovaná magnetizácia veľmi dostatočná, hoci ich magnetická saturácia nie je vysoká ako u feromagnetických materiálov.

Výroba týchto materiálov nie je drahá, čo súvisí s ich magnetickou silou. Tieto sú výrazne slabšie v porovnaní s materiálmi vzácnych zemín, ale aj keď sú stále široko používané v niekoľkých komerčných aplikáciách. Tieto materiály majú pevnosť, ako je odolnosť proti korózii a demagnetizácii.

Neodym

Neodym je prvok veľmi vzácnych zemín ((Nd) a jeho atómové číslo je 60. Jednoducho ho v roku 1885 objavil rakúsky chemik Carl Auer von Welsbach. Tento materiál je zmiešaný cez bór, železo a tiež stopy iných prvkov. Prazeodým a dysprózium na vytvorenie feromagnetickej zliatiny s názvom Nd2Fe14b, ktorá je veľmi najsilnejším magnetickým materiálom. Neodymové magnety nahrádzajú iné druhy materiálov v niekoľkých priemyselných a moderných komerčných zariadeniach.

Alnico

Skratka hliníka, niklu a kobaltu je „alnico“, kde sa tieto tri hlavné prvky používajú väčšinou pri vytváraní magnetického materiálu alnico. Tieto magnety sú veľmi silné permanentné magnety v porovnaní s magnetmi vzácnych zemín. Alnico magnety môžu byť vo vnútri nahradené permanentnými magnetmi motory , reproduktory a generátory.

Samarium kobalt

Tieto magnety jednoducho vyvinulo laboratórium US Air Force Materials Laboratory na začiatku 70. rokov 20. storočia. Samarium kobalt alebo SmCo je magnetický materiál, ktorý je vyrobený zo zliatiny neobvyklých prvkov zeme, ako je; samárium, tvrdý kov kobalt, stopy železa, hafnium, meď, prazeodým a zirkónium. Samáriové kobaltové magnety sú magnety vzácnych zemín ako neodým, pretože samárium je prvkom podobného prvku skupiny vzácnych zemín, ako je neodým.

Magnetické materiály vs. nemagnetické materiály

Rozdiely medzi týmito dvoma materiálmi sú uvedené nižšie.

Porovnanie

Porovnanie medzi rôznymi magnetickými materiálmi je uvedené nižšie.

Aplikácie

The aplikácie magnetických materiálov zahŕňajú nasledujúce.

• Používajú sa na výrobu a distribúciu elektriny v spotrebičoch, ktoré využívajú elektrickú energiu.
• Používajú sa na ukladanie dát na audio, videokazety a počítačové disky.
• Tieto materiály sa široko používajú v živote, výrobe, vede a technike národnej obrany.
• Používajú sa pri výrobe rôznych transformátorov a motorov v rámci energetických technológií, rôznych magnetických komponentov a mikrovlnných rúr v rámci elektronickej technológie, zosilňovačov a filtrov v rámci komunikačných technológií, elektromagnetických zbraní, domácich spotrebičov a magnetických mín v rámci technológie národnej obrany.
• Široko sa používajú pri prieskume nerastov a geológie, prieskume oceánov a nových technológiách v oblasti energetiky, informácií, vesmíru a biológie.
• Tieto materiály zohrávajú významnú úlohu v oblasti elektronických technológií a iných oblastiach vedy a techniky.
• Sú použiteľné v elektronike, medicíne, elektrotechnike atď.
• Používajú sa pri výrobe elektronických a elektrických zariadení, ako sú elektromotory, transformátory a generátory.
• Používajú sa pri výrobe magnetických pamäťových zariadení, napr. diskety, pevné disky a magnetické pásky.
• Tieto typy materiálov sa používajú pri výrobe magnetických snímačov, napr. Hallove senzory, senzory magnetického poľa a magnetorezistívne senzory.
• Sú použiteľné v zdravotníckych zariadeniach, ako sú; MRI prístroje, kardiostimulátory a implantovateľné systémy na podávanie liekov.
• Používajú sa pri magnetických separačných metódach, ktoré sa využívajú na oddelenie magnetických častíc od nemagnetických častíc.
• Tieto materiály sa používajú pri výrobe obnoviteľnej energie, napr. vodné elektrárne a veterné turbíny.

Teda toto je prehľad magnet materiály, typy, rozdiely, porovnanie materiálov a ich aplikácie. Tu je otázka pre vás, čo je magnet?