Laten we eens kijken naar de belangrijkste toepassingsgebieden van ferromagneten, evenals de kenmerken van hun classificatie. Laten we beginnen met het feit dat ferromagneten vaste stoffen worden genoemd die ongecontroleerde magnetisatie hebben bij lage temperaturen. Het verandert onder invloed van vervorming, magnetisch veld, temperatuurschommelingen.
Eigenschappen van ferromagneten
Het gebruik van ferromagneten in technologie wordt verklaard door hun fysieke eigenschappen. Ze hebben een magnetische permeabiliteit die vele malen groter is dan die van een vacuüm. In dit opzicht hebben alle elektrische apparaten die magnetische velden gebruiken om het ene type energie in het andere om te zetten, speciale elementen die zijn gemaakt van een ferromagnetisch materiaal dat een magnetische flux kan geleiden.
Kenmerken van ferromagneten
Wat zijn de onderscheidende kenmerken van ferromagneten? De eigenschappen en het gebruik van deze stoffen worden verklaard door de eigenaardigheden van de interne structuur. Er is een direct verband tussen de magnetische eigenschappen van materie en de elementaire dragers van magnetisme, dit zijn elektronen die in het atoom bewegen.
Terwijl ze in cirkelvormige banen bewegen, creëren ze elementaire stromen en magnetischedipolen met een magnetisch moment. De richting wordt bepaald door de gimlet-regel. Het magnetische moment van een lichaam is de geometrische som van alle delen. Naast het roteren in cirkelvormige banen, bewegen elektronen ook om hun eigen as, waardoor spinmomenten ontstaan. Ze vervullen een belangrijke functie in het proces van magnetisatie van ferromagneten.
Praktische toepassing van ferromagneten wordt geassocieerd met de vorming daarin van spontaan gemagnetiseerde gebieden met parallelle oriëntatie van spinmomenten. Als de ferromagneet zich niet in een extern veld bevindt, hebben de individuele magnetische momenten verschillende richtingen, is hun som nul en is er geen magnetisatie-eigenschap.
Onderscheidende kenmerken van ferromagneten
Als paramagneten worden geassocieerd met de eigenschappen van individuele moleculen of atomen van een stof, dan kunnen ferromagnetische eigenschappen worden verklaard door de specifieke kenmerken van de kristalstructuur. In de damptoestand zijn ijzeratomen bijvoorbeeld licht diamagnetisch, terwijl dit metaal in de vaste toestand een ferromagneet is. Als resultaat van laboratoriumstudies werd de relatie tussen temperatuur en ferromagnetische eigenschappen onthuld.
De Goisler-legering, die qua magnetische eigenschappen vergelijkbaar is met ijzer, bevat dit metaal bijvoorbeeld niet. Wanneer het Curie-punt (een bepaalde temperatuurwaarde) wordt bereikt, verdwijnen de ferromagnetische eigenschappen.
Onder hun onderscheidende kenmerken kan men niet alleen de hoge waarde van magnetische permeabiliteit onderscheiden, maar ook de relatie tussen de veldsterkte enmagnetisatie.
De interactie van de magnetische momenten van individuele atomen van een ferromagneet draagt bij aan het creëren van krachtige interne magnetische velden die parallel aan elkaar lopen. Een sterk extern veld leidt tot een verandering in oriëntatie, wat leidt tot een toename van magnetische eigenschappen.
Natuur van ferromagneten
Wetenschappers hebben de spin-aard van ferromagnetisme vastgesteld. Bij de verdeling van elektronen over energielagen wordt rekening gehouden met het Pauli-uitsluitingsprincipe. De essentie is dat er slechts een bepaald aantal op elke laag kan zijn. De resulterende waarden van de orbitale en spinmagnetische momenten van alle elektronen die zich op een volledig gevulde schil bevinden, zijn gelijk aan nul.
Chemische elementen met ferromagnetische eigenschappen (nikkel, kob alt, ijzer) zijn overgangselementen van het periodiek systeem. In hun atomen is er een schending van het algoritme voor het vullen van schillen met elektronen. Eerst gaan ze de bovenste laag (s-orbitaal) binnen en pas nadat deze volledig is gevuld, gaan de elektronen de schil binnen (d-orbitaal).
Het grootschalige gebruik van ferromagneten, waarvan de belangrijkste ijzer is, wordt verklaard door de verandering in structuur bij blootstelling aan een extern magnetisch veld.
Soortgelijke eigenschappen kunnen alleen worden bezit door die stoffen in de atomen waarvan er interne onafgewerkte omhulsels zijn. Maar zelfs deze voorwaarde is niet genoeg om over ferromagnetische eigenschappen te praten. Chroom, mangaan, platina hebben bijvoorbeeld ook:onvoltooide schillen in atomen, maar ze zijn paramagnetisch. Het ontstaan van spontane magnetisatie wordt verklaard door een speciale kwantumactie, die moeilijk te verklaren is met behulp van klassieke fysica.
Afdeling
Er is een voorwaardelijke verdeling van dergelijke materialen in twee soorten: harde en zachte ferromagneten. Het gebruik van harde materialen wordt geassocieerd met de vervaardiging van magnetische schijven, banden voor het opslaan van informatie. Zachte ferromagneten zijn onmisbaar bij het maken van elektromagneten, transformatorkernen. De verschillen tussen de twee soorten worden verklaard door de eigenaardigheden van de chemische structuur van deze stoffen.
Gebruikskenmerken
Laten we enkele voorbeelden van het gebruik van ferromagneten in verschillende takken van moderne technologie nader bekijken. In de elektrotechniek worden zachte magnetische materialen gebruikt om elektrische motoren, transformatoren en generatoren te maken. Daarnaast is het belangrijk om het gebruik van ferromagneten van dit type in radiocommunicatie en laagstroomtechnologie op te merken.
Stijve typen zijn nodig om permanente magneten te maken. Als het externe veld wordt uitgeschakeld, behouden ferromagneten hun eigenschappen, omdat de oriëntatie van elementaire stromen niet verdwijnt.
Het is deze eigenschap die het gebruik van ferromagneten verklaart. Kortom, we kunnen zeggen dat dergelijke materialen de basis vormen van moderne technologie.
Permanente magneten zijn nodig bij het maken van elektrische meetinstrumenten, telefoons, luidsprekers, magnetische kompassen, geluidsrecorders.
Ferrieten
Gezien het gebruik van ferromagneten, is het noodzakelijk om speciale aandacht te besteden aan ferrieten. Ze worden veel gebruikt in hoogfrequente radiotechniek, omdat ze de eigenschappen van halfgeleiders en ferromagneten combineren. Van ferrieten worden momenteel magnetische banden en films, kernen van inductoren en schijven gemaakt. Het zijn ijzeroxiden die in de natuur voorkomen.
Interessante feiten
Interesse is het gebruik van ferromagneten in elektrische machines, evenals in de technologie van opname op een harde schijf. Modern onderzoek wijst uit dat sommige ferromagneten bij bepaalde temperaturen paramagnetische eigenschappen kunnen krijgen. Daarom worden deze stoffen als slecht begrepen beschouwd en zijn ze van bijzonder belang voor natuurkundigen.
De stalen kern kan het magnetische veld meerdere keren vergroten zonder de stroomsterkte te veranderen.
Het gebruik van ferromagneten kan elektrische energie aanzienlijk besparen. Daarom worden materialen met ferromagnetische eigenschappen gebruikt voor de kernen van generatoren, transformatoren, elektromotoren.
Magnetische hysterese
Dit is het fenomeen van de afhankelijkheid van de magnetische veldsterkte en de magnetisatievector van het externe veld. Deze eigenschap komt tot uiting in ferromagneten, maar ook in legeringen van ijzer, nikkel, kob alt. Een soortgelijk fenomeen wordt niet alleen waargenomen in het geval van een verandering in de richting en grootte van het veld, maar ook in het geval van zijn rotatie.
Permeabiliteit
Magnetische permeabiliteit is een fysieke grootheid die de verhouding van inductie in een bepaald medium tot die in een vacuüm aangeeft. Als een stof zijn eigen magnetisch veld creëert, wordt deze als gemagnetiseerd beschouwd. Volgens de hypothese van Ampère hangt de waarde van eigenschappen af van de orbitale beweging van "vrije" elektronen in het atoom.
De hysteresislus is een curve van de afhankelijkheid van de verandering in de grootte van de magnetisatie van een ferromagneet die zich in een extern veld bevindt op de verandering in de grootte van de inductie. Om het gebruikte lichaam volledig te demagnetiseren, moet u de richting van het externe magnetische veld veranderen.
Bij een bepaalde waarde van magnetische inductie, die de coërcitiefkracht wordt genoemd, wordt de magnetisatie van het monster nul.
Het is de vorm van de hysteresislus en de grootte van de coërcitiefkracht die het vermogen van een stof om gedeeltelijke magnetisatie te handhaven bepalen, wat het wijdverbreide gebruik van ferromagneten verklaart. In het kort zijn hierboven de toepassingsgebieden van harde ferromagneten met een brede hysteresislus beschreven. Wolfraam, koolstof, aluminium, chroomstaal hebben een grote dwangkracht, daarom worden permanente magneten van verschillende vormen op hun basis gemaakt: strip, hoefijzer.
Onder zachte materialen met een kleine dwangkracht vinden we ijzererts, evenals ijzer-nikkellegeringen.
Het proces van magnetisatie-omkering van ferromagneten wordt geassocieerd met een verandering in het gebied van spontane magnetisatie. Hiervoor wordt het werk van het externe veld gebruikt. Aantal stuksde warmte die in dit geval wordt gegenereerd, is evenredig met het gebied van de hysteresislus.
Conclusie
Momenteel worden in alle takken van technologie actief stoffen met ferromagnetische eigenschappen gebruikt. Naast aanzienlijke besparingen op energiebronnen, kan het gebruik van dergelijke stoffen technologische processen vereenvoudigen.
Bewapend met krachtige permanente magneten kunt u bijvoorbeeld het proces van het maken van voertuigen aanzienlijk vereenvoudigen. Krachtige elektromagneten, die momenteel in binnen- en buitenlandse autofabrieken worden gebruikt, maken het mogelijk om de meest arbeidsintensieve technologische processen volledig te automatiseren, en ook om het assemblageproces van nieuwe voertuigen aanzienlijk te versnellen.
In de radiotechniek maken ferromagneten het mogelijk om apparaten van de hoogste kwaliteit en nauwkeurigheid te verkrijgen.
Wetenschappers zijn erin geslaagd een eenstapsmethode te creëren voor het vervaardigen van magnetische nanodeeltjes die geschikt zijn voor toepassingen in de geneeskunde en elektronica.
Als resultaat van talrijke onderzoeken die zijn uitgevoerd in de beste onderzoekslaboratoria, was het mogelijk om de magnetische eigenschappen vast te stellen van kob alt- en ijzernanodeeltjes bedekt met een dun laagje goud. Hun vermogen om geneesmiddelen tegen kanker of radionuclide-atomen naar het rechterdeel van het menselijk lichaam over te brengen en het contrast van magnetische resonantiebeelden te vergroten, is al bevestigd.
Bovendien kunnen dergelijke deeltjes worden gebruikt om magnetische geheugenapparaten te upgraden, wat een nieuwe stap zal zijn in het creëren van een innovatiefmedische technologie.
Een team van Russische wetenschappers is erin geslaagd een methode te ontwikkelen en te testen voor het reduceren van waterige oplossingen van chloriden om gecombineerde kob alt-ijzer nanodeeltjes te verkrijgen die geschikt zijn voor het maken van materialen met verbeterde magnetische eigenschappen. Al het onderzoek dat door wetenschappers wordt uitgevoerd, is gericht op het verbeteren van de ferromagnetische eigenschappen van stoffen, waardoor het procentuele gebruik ervan bij de productie wordt verhoogd.
