Materiale magnetice: proprietăți, lucru, tipuri, diferențe și aplicațiile lor

Există diferite tipuri de materiale și, de asemenea, substanțe care sunt alcătuite din particule încărcate: cum ar fi; electroni și protoni. Aceste materiale pot prezenta un fel de proprietăți magnetice atunci când sunt magnetizate de un câmp magnetic extern, cunoscut sub numele de materiale magnetice. Aceste materiale au momente magnetice induse sau permanente în câmpul magnetic. Pentru a studia proprietățile magnetice ale acestor materiale, de obicei, materialul este situat într-un câmp magnetic standardizat, apoi câmpul magnetic este schimbat. În tehnologia modernă, aceste materiale joacă un rol cheie și acestea sunt componente semnificative pentru transformatoare , motoare și generatoare. Acest articol oferă informații scurte despre materiale magnetice .

Ce sunt materialele magnetice?

Materialele care sunt magnetizate la un câmp magnetic aplicat extern sunt cunoscute ca materiale magnetice. Aceste substanțe obțin și magnetizare ori de câte ori sunt atrase de magnet. Exemple de aceste materiale sunt; Fier, cobalt și nichel.

Aceste materiale sunt clasificate în materiale magnetic dure (sau) magnetic moi.

Materialele magnetice dure sunt magnetizate printr-un câmp magnetic extern foarte puternic, care este generat de un electromagnet. Aceste materiale sunt utilizate în principal pentru crearea de magneți permanenți care sunt fabricați din aliaje care constau de obicei din cantități variabile de fier, nichel, aluminiu, cobalt și elemente de pământuri rare, cum ar fi samariu, neodim și disproziu.

Materialele moi din punct de vedere magnetic sunt foarte ușor magnetizate, deși magnetismul indus este temporar. De exemplu, dacă mângâiți un magnet permanent cu o șurubelniță sau un cui, atunci acesta va fi magnetizat temporar și va genera câmpul magnetic slab din cauza unui număr mare de fier. atomi sunt aliniate temporar într-o direcție similară prin câmpul magnetic extern.

Proprietăți

Proprietățile materialelor magnetice sunt unul dintre cele mai fundamentale concepte ale fizicii. Deci, proprietățile includ în principal; paramagnetism, feromagnetism și antiferomagnetism care sunt discutate mai jos.

Paramagnetismul este un tip de magnetism în care unele materiale sunt atrase slab de un câmp magnetic care este aplicat în exterior. Formează câmpuri magnetice interne și induse în direcția câmpului magnetic aplicat. În paramagnetism, electronii nepereche sunt aranjați aleatoriu.

Ferromagnetismul este un fenomen în care un material precum fierul devine magnetizat și rămâne magnetizat într-un câmp magnetic extern pentru acea etapă. În feromagnetism, electronii neperechi sunt toți conectați.

Antiferomagnetismul este un fel de ordine magnetică care apare în principal ori de câte ori momentele magnetice ale atomilor (sau) ionilor adiacenți se aliniază în direcții inverse și rezultă în momente magnetice nete zero. Deci, acest comportament se datorează în principal interacțiunii de schimb între ionii sau atomii vecini, care ajută la alinierea antiparalelă pentru reducerea energiei sistemului. De obicei, materialele antiferomagnetice prezintă o ordonare magnetică la o temperatură specifică cunoscută ca; Néel temperatura. Materialul peste această temperatură va deveni paramagnetic și își pierde proprietățile antiferomagnetice.

Cum funcționează materialele magnetice?

Aceste materiale au regiuni mici în care momentul magnetic poate fi direcționat într-o direcție specifică numită domenii magnetice care sunt responsabile în principal de performanța exclusivă a materialelor. Energia completă a materialelor poate fi contribuită pur și simplu prin energia de anizotropie, energie de schimb și energie magnetostatică. Ori de câte ori dimensiunea materialului magnetic este redusă, atunci acesta îmbunătățește diferite domenii ale materialului. Deci, datorită reducerii energiei magneto-statice, mai mulți pereți de domeniu vor crește energia de schimb și anizotropie. Astfel, dimensiunea domeniului va decide natura materialului magnetic.

Momentul magnetic nu este constant pentru unele materiale care au diametre mai mici ale particulelor în comparație cu diametrul critic al superparamagnetismului. Ori de câte ori diametrul particulei este între diametrul critic al superparamagnetismului și un singur domeniu, atunci momentul magnetic va deveni stabil.

Tipuri de materiale magnetice

Există diferite tipuri de materiale magnetice disponibile pe piață, care sunt discutate mai jos.

Materiale paramagnetice

Aceste materiale nu sunt atrase puternic de un magnet ca; staniu magneziu, aluminiu și multe altele. Aceste materiale au o permeabilitate relativ mică, dar pozitivă ca permeabilitatea aluminiului este: 1,00000065. Aceste materiale sunt magnetizate numai ori de câte ori sunt situate pe un câmp magnetic foarte puternic și funcționează în direcția câmpului magnetic.

Ori de câte ori un câmp magnetic puternic este furnizat în exterior, atunci dipolii magnetici permanenți îi ajustează în auto-paralele pentru câmpul magnetic aplicat și cresc la o magnetizare pozitivă. Dacă orientarea dipolului este paralelă cu câmpul magnetic aplicat nu este completă, atunci magnetizarea este extrem de mică.

Materiale diamagnetice

Aceste materiale sunt respinse printr-un magnet precum mercur, zinc, plumb, lemn, cupru, argint, sulf, bismut etc., sunt numite materiale diamagnetice. Aceste materiale au o permeabilitate puțin sub o singură. De exemplu, permeabilitatea materialului de cupru este de 0,000005, materialul de bismut este de 0,00083 și materialul de lemn este de 0,9999995.

Când aceste materiale sunt situate într-un câmp magnetic extrem de puternic, atunci aceste materiale vor fi ușor magnetizate și vor acționa în direcția opusă câmpului magnetic aplicat. În aceste tipuri de materiale, există două câmpuri magnetice destul de slabe cauzate de revoluția orbitală și de rotația axială a electronilor în jurul nucleului.

Materiale Feromagnetice

Aceste tipuri de materiale care sunt atrase puternic printr-un câmp magnetic se numesc materiale feromagnetice. Exemple de aceste materiale sunt; nichel, fier, cobalt, oțel etc. Aceste materiale au o permeabilitate extrem de ridicată, care variază de la câteva sute la mii.

Dipolii magnetici din aceste materiale sunt pur și simplu aranjați în diferite domenii oriunde aranjamentul individual al dipolului este perfect semnificativ și poate genera câmpuri magnetice puternice. De obicei, aceste domenii sunt aranjate aleatoriu și câmpul magnetic al fiecărui domeniu este anulat printr-un altul și întregul material nu prezintă comportamentul unui magnet.

Ori de câte ori un câmp magnetic extern este furnizat acestor materiale, atunci domeniile se vor reorienta pentru a susține câmpul extern și vor genera un câmp magnetic intern foarte puternic. Prin deducerea câmpului extern, majoritatea domeniilor așteaptă și continuă să fie aliate în direcția câmpului magnetic.
Prin urmare, câmpul magnetic al acestor materiale persistă chiar și atunci când câmpul extern se îndepărtează. Deci această proprietate principală este folosită pentru producerea de magneți permanenți pe care îi folosim zilnic. Materialele folosite la fabricarea magneților permanenți sunt de obicei foarte feromagnetice, cum ar fi fierul, nichelul, neodimul, cobaltul etc.

Vă rugăm să consultați acest link pentru Materiale Feromagnetice .

Materii Prime Magnetice

De obicei, magneții permanenți din întreaga lume sunt fabricați cu diferite tipuri de materiale și fiecare material are caracteristici diferite. Aceste materiale includ în principal; alnico, cauciuc flexibil, ferită, samariu cobalt și neodim, care sunt discutate mai jos.

Ferite

Grupul special de materiale feromagnetice care ocupă o poziție de mijloc între materialele feromagnetice și neferomagnetice este cunoscut sub numele de ferite. Aceste materiale au particule fine de material feromagnetic care posedă permeabilitate ridicată și sunt menținute reciproc printr-o rășină de legare. În ferite, magnetizarea generată este foarte suficientă, deși saturația lor magnetică nu este mare ca materialele feromagnetice.

Aceste materiale nu sunt costisitoare de generat, ceea ce este legat de puterea lor magnetică. Acestea sunt semnificativ mai slabe în comparație cu materialele cu pământuri rare, dar chiar și ele sunt utilizate pe scară largă în mai multe aplicații comerciale. Aceste materiale au rezistență precum rezistența la coroziune și demagnetizare.

Neodim

Neodimul este un element pământesc foarte rar ((Nd) și numărul său atomic este 60. A fost descoperit pur și simplu în anul 1885 de chimistul austriac și anume Carl Auer von Welsbach. Acest material este amestecat prin bor, fier și, de asemenea, urme de alte elemente. cum ar fi; praseodim și disprosiu pentru a genera un aliaj feromagnetic numit Nd2Fe14b, care este cel mai puternic material magnetic. Magneții de neodim înlocuiesc alte tipuri de materiale în mai multe aparate industriale și comerciale moderne.

Alnico

Acronimul de aluminiu, nichel și cobalt este „alnico”, unde aceste trei elemente principale sunt utilizate în principal în crearea materialului magnetic alnico. Acești magneți sunt magneți permanenți foarte puternici în comparație cu magneții cu pământuri rare. Magneții alnico pot fi înlocuiți cu magneți permanenți în interior motoare , difuzoare și generatoare.

Samarium Cobalt

Acești magneți au fost pur și simplu dezvoltați de către U.S. Air Force Materials Laboratory la începutul anilor 1970. Cobaltul de samariu sau SmCo este un material magnetic care este realizat dintr-un aliaj de elemente de pământ neobișnuite, cum ar fi; samariu, cobalt din metal dur, urme de fier, hafniu, cupru, praseodim și zirconiu. Magneții de samariu-cobalt sunt magneți de pământuri rare, cum ar fi neodimul, deoarece samariul este un element al unui element similar de grup de pământuri rare precum neodimul.

Materiale magnetice vs materiale nemagnetice

Diferențele dintre aceste două materiale sunt discutate mai jos.

Comparaţie

Comparația dintre diferitele materiale magnetice este discutată mai jos.

Aplicații

The aplicatii ale materialelor magnetice includ următoarele.

• Acestea sunt folosite pentru a crea și distribui energie electrică în aparatele care utilizează electricitate.
• Sunt utilizate pentru stocarea datelor pe discuri audio, video și computer.
• Aceste materiale sunt utilizate pe scară largă în viața, producția, știința și tehnologia apărării naționale.
• Acestea sunt utilizate la fabricarea diferitelor transformatoare și motoare în tehnologia energetică, diferite componente magnetice și tuburi cu microunde în tehnologia electronică, intensificatoare și filtre în tehnologia comunicațiilor, pistoale electromagnetice, aparate de uz casnic și mine magnetice în tehnologia națională de apărare.
• Acestea sunt utilizate pe scară largă în explorarea minerală și geologică, explorarea oceanelor și noile tehnologii în domeniul energiei, informațiilor, spațiului și biologiei.
• Aceste materiale joacă un rol semnificativ în domeniul tehnologiei electronice și în alte domenii ale științei și tehnologiei.
• Acestea sunt aplicabile în electronică, medicină, inginerie electrică etc.
• Acestea sunt folosite la fabricarea de dispozitive electronice și electrice, cum ar fi motoare electrice, transformatoare și generatoare.
• Acestea sunt utilizate în producția de dispozitive de stocare magnetice cum ar fi; dischete, hard disk și bandă magnetică.
• Aceste tipuri de materiale sunt utilizate în producția de senzori magnetici cum ar fi; Senzori cu efect Hall, senzori de câmp magnetic și senzori magnetorezistivi.
• Acestea sunt aplicabile în echipamente medicale cum ar fi; Aparate RMN, stimulatoare cardiace și sisteme implantabile de administrare a medicamentelor.
• Acestea sunt utilizate în metodele de separare magnetică, care sunt utilizate pentru a deconecta particulele magnetice de particulele nemagnetice.
• Aceste materiale sunt utilizate în generarea de energie regenerabilă, cum ar fi; centrale hidroelectrice și turbine eoliene.

Astfel, aceasta este o privire de ansamblu asupra magnetic materiale, tipuri, diferențe, compararea materialelor și aplicațiile acestora. Iată o întrebare pentru tine, ce este un magnet?