Свойства и приложения на феромагнитите

Нека разгледаме основните области на приложение на феромагнитите, както и характеристиките на тяхната класификация. Първо, какви феромагнити се обаждат твърди частици,

Свойства на феромагнитите

Използването на феромагнитите в инженерството се обяснява с техните физични свойства. Те имат магнитна пропускливост, която превишава многократно пропускливостта на вакуума. В това отношение всички електрически уреди, които използват магнитни полета за преобразуване на един вид енергия в друг, имат специални елементи феромагнитен материал, способни да провеждат магнитен поток.

Характеристики на феромагнитите

Какви са отличителните характеристики на феромагнитите? Свойствата и приложението на тези вещества се обяснява с особеностите на вътрешната структура. Има пряка връзка между магнитното свойствата на материята и елементарните носители на магнетизъм, в чиято роля са електроните, движещи се в атома.

Когато пътуват в кръгови орбити, те създават елементарни токове и магнитни диполи, които имат магнитен момент. Неговата посока се определя от правилото на издънка. Магнитният момент на тялото е геометричната сума на всички части. В допълнение към въртенето в кръгови орбити, електроните също се движат около собствените си оси, създавайки спинни моменти. Те изпълняват важна функция в процеса на магнетизиране на феромагнитите.

Практическото приложение на феромагнитите се свързва с образуването на спонтанни магнетизирани участъци в тях, при които въртящите моменти имат паралелна ориентация. Ако един феромагнит се намира във външно поле, то отделните магнитни моменти имат различни посоки, тяхната сума е нула и няма магнетизиращо свойство.

Отличителни черти на феромагнитите

Ако парамагнетите са свързани със свойствата на отделните молекули или атоми на материята, тогава феромагнитните свойства могат да бъдат обяснени със спецификата на кристалната структура. Например, в състояние на изпарение атомите на желязото са леко диамагнитни, а в твърдо състояние този метал е феромагнит. В резултат на лабораторни изследвания се установи връзка между температурата и феромагнитните свойства.

Например, в Heusler сплав, подобно на магнитни свойства с желязо, няма метал. Когато се достигне точката Кюри (определена стойност на температурата), феромагнитните свойства изчезват.

Сред отличителните им характеристики ние можем да различим не само високата стойност на магнитната пропускливост, но и връзката между силата на полето и магнетизацията.

Взаимодействието на магнитните моменти на отделните атоми на феромагнита допринася за създаването на мощни вътрешни магнитни полета, които са подредени успоредно един на друг. Мощното външно поле води до промяна в ориентацията, което води до увеличаване на магнитните свойства.

Естеството на феромагнитите

Учените са установили въртенето на феромагнетизма. Когато електроните се разпределят върху енергийните слоеве, се взема под внимание принципът за изключване на Паули. Същността на това е, че на всеки слой може да има само определен брой от тях. Получените стойности на орбиталните и въртящите се магнитни моменти на всички електрони, разположени върху напълно запълнена обвивка, са равни на нула.

Химичните елементи, които имат феромагнитни свойства (никел, кобалт, желязо), са преходни елементи на периодичната таблица. В техните атоми има нарушение на алгоритъма за запълване на черупките с електрони. Първо те попадат на горния слой (s-орбитал) и едва след като пълните му електрони запълване падат върху обвивката, разположена под него (d-орбитал).

Широкомащабното приложение на феромагнити, основен от които е желязо, се обяснява с промяна в структурата, когато тя навлезе в външно магнитно поле.

Подобни свойства могат да имат само тези вещества, в чиито атоми има вътрешни недовършени черупки. Но това условие не е достатъчно, за да се говори за феромагнитни характеристики. Например, хром, манган, платина също имат недовършени черупки вътре в атомите, но те са парамагнитни. Произходът на спонтанната магнитизация се обяснява със специално квантово действие, което трудно се обяснява с помощта на класическата физика.

подразделение

Има условно подразделяне на такива материали на два вида: твърди и меки феромагнити. Използването на твърди материали е свързано с производството на магнитни дискове, ленти за съхранение на информация. Меките феромагнити са незаменими при създаването на електромагнити, ядра на трансформатори. Различията между двата вида се обясняват с особеностите на химическата структура на тези вещества.

Характеристики на употреба

Нека разгледаме по-подробно някои примери за приложението на феромагнитите в различни отрасли на съвременната технология. Магнитно-меките материали се използват в електротехниката за създаване на електрически двигатели, трансформатори, генератори. Освен това е важно да се отбележи използването на феромагнити от този тип в радиосъобщенията и в областта на технологиите.

Необходими са невероятни изгледи за създаване на постоянни магнити. В случай на изключване на външното поле, ferromagnetics запазват свойствата си, тъй като ориентацията на елементарните токове не изчезва.

Тази характеристика обяснява използването на феромагнити. Накратко, може да се каже, че такива материали са в основата на съвременната технология.

Постоянни магнити са необходими при създаването на електрически измервателни уреди, телефони, високоговорители, магнитни компаси, звукозаписи.

ферити

Като се има предвид използването на феромагнити, специално внимание трябва да се обърне на феритите. Те са широко разпространени в високочестотния радиотелефон, защото съчетават свойствата на полупроводниците и феромагнитите. От феритите се произвеждат магнитни ленти и филми, сърцевини на индуктори, дискове. Те са железни оксиди, които са в природата.

Интересни факти

Интерес представлява използването на феромагнити в електрически машини, както и в записващата технология на твърдия диск. Съвременните изследвания показват, че при определени температури някои феромагнити могат да придобият парамагнитни характеристики. Ето защо тези вещества се считат за слабо проучени и са от особен интерес за физиците.

Стоманената сърцевина е способна няколко пъти да увеличава магнитното поле, без да променя тока едновременно.

Използването на феромагнити може значително да спести енергия. Ето защо материалите с феромагнитни свойства се използват за сърцевините на генератори, трансформатори и електродвигатели.

Магнитна хистерезис

Това явление е зависимостта на силата на магнитното поле и на магнетизиращия вектор върху външното поле. Това свойство се проявява в фероманети, както и в сплави, изработени от желязо, никел, кобалт. Подобно явление се наблюдава не само при промяна на полето по посока и магнитуд, но и при ротация.

пропускливост

Магнитната пропускливост е физична величина, която показва съотношението на индукция в определена среда към индекс във вакуум. Ако веществото създава свое собствено магнитно поле, то се счита за магнетизирано. Според хипотезата на Ампер величината на свойствата зависи от орбиталното движение на "свободните" електрони в атома.

Хистерезисният контур е крива на зависимостта на изменението в магнетизацията на феромагнит, разположен във външно поле, върху промяната в размера на индукцията. За да се демагнетизира напълно използваното тяло, трябва да се промени посоката на външното магнитно поле.

При определена стойност на магнитната индукция, която се нарича коерцитивна сила, магнетизацията на пробата приема нулева стойност.

Това е формата на хистерезисната бримка и величината на принудителната сила, която определя способността на дадено вещество да запази частичната магнетизация, обяснява широкото използване на феромагнитите. Накратко, областите на приложение на твърди феромагнити с широк хистерезисен контур са описани по-горе. Волфрамовите, въглеродните, алуминиевите, хромовите стомани имат голяма коерцитивна сила, така че те се основават на постоянни магнити с различни форми: ленти, подкова.

Сред меките материали, които имат малка сила на принуда, отбелязваме железни руди, както и сплави от желязо с никел.

Процесът на обръщане на магнетизацията на феромагнитите е свързан с промяна в областта на спонтанната магнетизация. За тази цел се използва работата, която се извършва от външното поле. Количеството генерирана топлина в този случай е пропорционално на площта на хистерезисната верига.

заключение

Понастоящем веществата с феромагнитни свойства се използват активно във всички отрасли на технологиите. В допълнение към значително икономия на енергийни ресурси, благодарение на използването на такива вещества е възможно да се опростят технологичните процеси.

Например, въоръжени с мощни постоянни магнити, можете значително да опростите процеса на създаване на превозни средства. Мощните електромагнити, които понастоящем се използват в местни и чуждестранни автомобилни заводи, могат напълно да автоматизират най-трудоемките технологични процеси и значително да ускорят процеса на сглобяване на нови превозни средства.

При радиотехниката, феромагнитите позволяват да се получат устройства с най-високо качество и точност.

Учените успяват да създадат едноетапна техника за производство на магнитни наночастици, които са подходящи за употреба в медицината и електрониката.

В резултат на многобройни изследвания, проведени в най-добрите изследователски лаборатории, е възможно да се установят магнитните свойства на кобалт и железни наночастици, покрити с тънък слой злато. Вече потвърдена способността им да носят противоракови лекарства или радионуклидни атоми в дясната част на човешкото тяло, увеличават контраста на изображения с магнитен резонанс.

В допълнение, такива частици могат да се използват за надстройване на устройства за магнитна памет, което ще бъде нова стъпка в създаването на иновативно медицинско оборудване.

Екипът от руски учени успя да разработи и тества метод за разтваряне на водни разтвори на хлориди за производство на комбинирани наночастици от кобалт-желязо, подходящи за създаване на материали с подобрени магнитни характеристики. Всички научни изследвания са насочени към увеличаване на феромагнитните свойства на веществата, като увеличават процентното им използване в производството.