Razmotrimo glavna područja primjene feromagneta, kao i karakteristike njihove klasifikacije. Počnimo s činjenicom da se feromagneti nazivaju čvrste tvari koje imaju nekontroliranu magnetizaciju na niskim temperaturama. Mijenja se pod uticajem deformacije, magnetnog polja, temperaturnih fluktuacija.
Svojstva feromagneta
Upotreba feromagneta u tehnologiji objašnjava se njihovim fizičkim svojstvima. Imaju magnetnu permeabilnost koja je mnogo puta veća od one u vakuumu. U tom smislu, svi električni uređaji koji koriste magnetna polja za pretvaranje jedne vrste energije u drugu imaju posebne elemente napravljene od feromagnetnog materijala koji je sposoban da provodi magnetni tok.
Karakteristike feromagneta
Koje su karakteristične karakteristike feromagneta? Svojstva i upotreba ovih supstanci objašnjavaju se posebnostima unutrašnje strukture. Postoji direktna veza između magnetnih svojstava materije i elementarnih nosilaca magnetizma, a to su elektroni koji se kreću unutar atoma.
Dok se kreću kružnim orbitama, stvaraju elementarne struje i magnetnedipoli koji imaju magnetni moment. Njegov smjer je određen pravilom gimleta. Magnetski moment tijela je geometrijski zbir svih dijelova. Osim što se rotiraju po kružnim orbitama, elektroni se također kreću oko svojih osa, stvarajući momente okretanja. Oni obavljaju važnu funkciju u procesu magnetizacije feromagneta.
Praktična primena feromagneta povezana je sa formiranjem u njima spontanih magnetizovanih oblasti sa paralelnom orijentacijom spinskih momenata. Ako se feromagnet ne nalazi u vanjskom polju, tada pojedinačni magnetni momenti imaju različite smjerove, njihov zbir je nula i nema svojstva magnetizacije.
Prepoznatljive karakteristike feromagneta
Ako su paramagneti povezani sa svojstvima pojedinačnih molekula ili atoma supstance, onda se feromagnetna svojstva mogu objasniti specifičnostima kristalne strukture. Na primjer, u stanju pare, atomi željeza su blago dijamagnetni, dok je u čvrstom stanju ovaj metal feromagnet. Kao rezultat laboratorijskih studija, otkrivena je veza između temperature i feromagnetskih svojstava.
Na primjer, Goislerova legura, slična po magnetskim svojstvima željezu, ne sadrži ovaj metal. Kada se dostigne Kirijeva tačka (određena temperaturna vrednost), feromagnetna svojstva nestaju.
Među njihovim karakterističnim karakteristikama može se izdvojiti ne samo visoka vrijednost magnetne permeabilnosti, već i odnos između jačine polja imagnetizacija.
Interakcija magnetnih momenata pojedinačnih atoma feromagneta doprinosi stvaranju snažnih unutrašnjih magnetnih polja koja se postavljaju paralelno jedno s drugim. Jako vanjsko polje dovodi do promjene orijentacije, što dovodi do povećanja magnetnih svojstava.
Priroda feromagneta
Naučnici su ustanovili spin prirodu feromagnetizma. Prilikom raspodjele elektrona po energetskim slojevima uzima se u obzir Paulijev princip isključenja. Njegova suština je da samo određeni broj njih može biti na svakom sloju. Rezultirajuće vrijednosti orbitalnih i spin magnetnih momenata svih elektrona koji se nalaze na potpuno ispunjenoj ljusci jednake su nuli.
Hemijski elementi sa feromagnetnim svojstvima (nikl, kob alt, gvožđe) su prelazni elementi periodnog sistema. U njihovim atomima postoji kršenje algoritma za punjenje ljuski elektronima. Prvo ulaze u gornji sloj (s-orbitala), a tek nakon što se potpuno popuni, elektroni ulaze u ljusku koja se nalazi ispod (d-orbitala).
Velika upotreba feromagneta, od kojih je glavni gvožđe, objašnjava se promenom strukture kada su izloženi spoljašnjem magnetnom polju.
Slična svojstva mogu posjedovati samo one tvari u atomima čiji su unutrašnji nedovršeni omotači. Ali ni ovo stanje nije dovoljno da se govori o feromagnetnim karakteristikama. Na primjer, hrom, mangan, platina takođe imajunedovršene ljuske unutar atoma, ali su paramagnetne. Pojava spontane magnetizacije objašnjava se posebnim kvantnim djelovanjem, što je teško objasniti klasičnom fizikom.
Odjel
Postoji uslovna podjela takvih materijala u dvije vrste: tvrdi i meki feromagneti. Upotreba tvrdih materijala povezana je s proizvodnjom magnetnih diskova, traka za pohranjivanje informacija. Meki feromagneti su nezamjenjivi u stvaranju elektromagneta, jezgra transformatora. Razlike između ove dvije vrste objašnjavaju se posebnostima hemijske strukture ovih supstanci.
Karakteristike upotrebe
Pogledajmo pobliže neke primjere upotrebe feromagneta u različitim granama moderne tehnologije. Meki magnetni materijali se koriste u elektrotehnici za izradu elektromotora, transformatora, generatora. Osim toga, važno je napomenuti upotrebu feromagneta ove vrste u radio komunikacijama i niskostrujnoj tehnologiji.
Za stvaranje trajnih magneta potrebni su čvrsti tipovi. Ako je vanjsko polje isključeno, feromagneti zadržavaju svoja svojstva, jer orijentacija elementarnih struja ne nestaje.
To je svojstvo koje objašnjava upotrebu feromagneta. Ukratko, možemo reći da su takvi materijali osnova moderne tehnologije.
Trajni magneti su potrebni za izradu električnih mjernih instrumenata, telefona, zvučnika, magnetnih kompasa, snimača zvuka.
Ferrits
S obzirom na upotrebu feromagneta, potrebno je posebnu pažnju posvetiti feritima. Oni se široko koriste u visokofrekventnoj radiotehnici, jer kombinuju svojstva poluvodiča i feromagneta. Od ferita se trenutno prave magnetne trake i filmovi, jezgre induktora i diskovi. Oni su željezni oksidi koji se nalaze u prirodi.
Zanimljive činjenice
Interesovanje je upotreba feromagneta u električnim mašinama, kao i u tehnologiji snimanja na hard disk. Savremena istraživanja pokazuju da na određenim temperaturama neki feromagneti mogu dobiti paramagnetne karakteristike. Zbog toga se ove supstance smatraju slabo shvaćenim i od posebnog su interesa za fizičare.
Čelično jezgro može povećati magnetsko polje nekoliko puta bez promjene jačine struje.
Upotreba feromagneta može značajno uštedjeti električnu energiju. Zato se za jezgra generatora, transformatora, elektromotora koriste materijali sa feromagnetnim svojstvima.
Magnetna histereza
Ovo je fenomen zavisnosti jačine magnetnog polja i vektora magnetizacije od spoljašnjeg polja. Ovo svojstvo se očituje u feromagnetima, kao iu legurama od željeza, nikla, kob alta. Sličan fenomen se uočava ne samo u slučaju promjene smjera i veličine polja, već iu slučaju njegove rotacije.
Permeabilnost
Magnetna permeabilnost je fizička veličina koja pokazuje odnos indukcije u određenom mediju prema onoj u vakuumu. Ako tvar stvara svoje magnetsko polje, smatra se magnetiziranom. Prema Amperovoj hipotezi, vrijednost svojstava ovisi o orbitalnom kretanju "slobodnih" elektrona u atomu.
Petlja histereze je kriva zavisnosti promjene veličine magnetizacije feromagneta koji se nalazi u vanjskom polju od promjene veličine indukcije. Da biste potpuno demagnetizirali korišteno tijelo, morate promijeniti smjer vanjskog magnetskog polja.
Pri određenoj vrijednosti magnetne indukcije, koja se zove koercitivna sila, magnetizacija uzorka postaje nula.
To je oblik histerezne petlje i veličina koercivne sile koji određuju sposobnost supstance da održi delimičnu magnetizaciju, objašnjavaju raširenu upotrebu feromagneta. Ukratko, gore su opisana područja primjene tvrdih feromagneta sa širokom histerezisnom petljom. Volfram, ugljik, aluminij, krom čelici imaju veliku koercitivnu silu, pa se na njihovoj osnovi stvaraju trajni magneti raznih oblika: traka, potkovica.
Među mekim materijalima sa malom prisilnom silom izdvajamo željezne rude, kao i legure željeza i nikla.
Proces preokretanja magnetizacije feromagneta povezan je sa promjenom područja spontane magnetizacije. Za to se koristi rad koji obavlja vanjsko polje. Količinatoplina koja se stvara u ovom slučaju je proporcionalna površini petlje histereze.
Zaključak
Trenutno se u svim granama tehnologije aktivno koriste supstance sa feromagnetnim svojstvima. Pored značajnih ušteda u energetskim resursima, upotreba ovakvih supstanci može pojednostaviti tehnološke procese.
Na primjer, naoružani snažnim trajnim magnetima, možete uvelike pojednostaviti proces stvaranja vozila. Snažni elektromagneti, koji se trenutno koriste u domaćim i stranim fabrikama automobila, omogućavaju potpunu automatizaciju radno najintenzivnijih tehnoloških procesa, kao i značajno ubrzavaju proces sklapanja novih vozila.
U radiotehnici, feromagneti omogućavaju dobijanje uređaja najvišeg kvaliteta i tačnosti.
Naučnici su uspjeli stvoriti metodu u jednom koraku za proizvodnju magnetnih nanočestica koje su pogodne za primjenu u medicini i elektronici.
Kao rezultat brojnih studija sprovedenih u najboljim istraživačkim laboratorijama, bilo je moguće utvrditi magnetna svojstva nanočestica kob alta i gvožđa prekrivenih tankim slojem zlata. Njihova sposobnost da prenesu lijekove protiv raka ili atome radionuklida u desni dio ljudskog tijela i povećaju kontrast magnetne rezonancije već je potvrđena.
Osim toga, takve čestice se mogu koristiti za nadogradnju magnetnih memorijskih uređaja, što će biti novi korak u stvaranju inovativnogmedicinska tehnologija.
Tim ruskih naučnika uspeo je da razvije i testira metodu za redukciju vodenih rastvora hlorida kako bi se dobile kombinovane nanočestice kob alt-gvožđe pogodne za stvaranje materijala sa poboljšanim magnetnim karakteristikama. Sva istraživanja koja provode naučnici imaju za cilj poboljšanje feromagnetnih svojstava supstanci, povećanje njihovog procenta upotrebe u proizvodnji.
