Magneettiset materiaalit: ominaisuudet, toiminta, tyypit, erot ja niiden sovellukset

On olemassa erilaisia ​​materiaaleja ja myös aineita, jotka koostuvat varautuneista hiukkasista: kuten; elektroneja ja protoneja. Näillä materiaaleilla voi olla jonkinlaisia ​​magneettisia ominaisuuksia, kun ne magnetoidaan ulkoisella magneettikentällä, joka tunnetaan magneettisina materiaaleina. Näillä materiaaleilla on indusoituneita tai pysyviä magneettisia momentteja magneettikentässä. Näiden materiaalien magneettisten ominaisuuksien tutkimiseksi yleensä materiaali sijoitetaan standardoituun magneettikenttään, jonka jälkeen magneettikenttää muutetaan. Nykytekniikassa näillä materiaaleilla on keskeinen rooli ja ne ovat tärkeitä komponentteja muuntajat , moottorit ja generaattorit. Tämä artikkeli tarjoaa lyhyet tiedot magneettisia materiaaleja .

Mitä ovat magneettiset materiaalit?

Materiaalit, jotka on magnetoitu ulkoisesti kohdistettuun magneettikenttään, tunnetaan magneettisina materiaaleina. Nämä aineet myös magnetisoituvat aina, kun magneetti vetää niitä puoleensa. Esimerkkejä näistä materiaaleista ovat; Rauta, koboltti ja nikkeli.

Nämä materiaalit luokitellaan magneettisesti koviin (tai) magneettisesti pehmeisiin materiaaleihin.

Magneettisesti kovat materiaalit magnetoidaan erittäin voimakkaan ulkoisen magneettikentän kautta, jonka sähkömagneetti synnyttää. Näitä materiaaleja käytetään pääasiassa kestomagneettien luomiseen, jotka on valmistettu metalliseoksista, jotka koostuvat yleensä vaihtelevista määristä rautaa, nikkeliä, alumiinia, kobolttia ja harvinaisia ​​maametallien alkuaineita, kuten samarium, neodyymi ja dysprosium.

Magneettisesti pehmeät materiaalit magnetoituvat erittäin helposti, vaikka indusoitunut magnetismi on väliaikaista. Jos esimerkiksi vedät kestomagneettia ruuvimeisselillä tai naulalla, se magnetoituu väliaikaisesti ja muodostaa heikon magneettikentän, koska suuri määrä rautaa atomeja on kohdistettu väliaikaisesti samaan suuntaan ulkoisen magneettikentän kautta.

Ominaisuudet

Magneettisen materiaalin ominaisuudet ovat yksi fysiikan peruskäsitteistä. Joten ominaisuudet sisältävät pääasiassa; paramagnetismi, ferromagnetismi ja antiferromagnetismi, joita käsitellään alla.

Paramagnetismi on eräänlainen magnetismi, jossa jotkut materiaalit houkuttelevat heikosti ulkoisesti kohdistetun magneettikentän vaikutuksesta. Se muodostaa sisäiset ja indusoidut magneettikentät käytetyn magneettikentän suunnassa. Paramagnetismissa parittomia elektroneja on järjestetty satunnaisesti.

Ferromagnetismi on ilmiö, jossa materiaali, kuten rauta, magnetoituu ja pysyy magnetoituneena ulkoisessa magneettikentässä tätä vaihetta varten. Ferromagnetismissa kaikki parittomat elektronit ovat yhteydessä toisiinsa.

Antiferromagnetismi on eräänlainen magneettinen järjestys, joka esiintyy pääasiassa aina, kun viereisten atomien (tai ionien) magneettiset momentit kohdistuvat vastakkaisiin suuntiin ja tuloksena on nolla nettomagneettista momenttia. Joten tämä käyttäytyminen johtuu pääasiassa viereisten ionien tai atomien välisestä vaihtovuorovaikutuksesta, mikä auttaa antirinnakkaissuuntausta vähentämään järjestelmän energiaa. Yleensä antiferromagneettiset materiaalit osoittavat magneettista järjestystä tietyssä lämpötilassa, joka tunnetaan nimellä; Néelin lämpötila. Tämän lämpötilan ylittävä materiaali muuttuu paramagneettiseksi ja se menettää antiferromagneettiset ominaisuutensa.

Kuinka magneettiset materiaalit toimivat?

Näissä materiaaleissa on pieniä alueita, joissa magneettinen momentti voidaan suunnata tiettyyn suuntaan, jota kutsutaan magneettisiksi alueiksi, jotka ovat vastuussa pääasiassa materiaalien yksinomaisesta suorituskyvystä. Materiaalien täydellinen energia voidaan lisätä yksinkertaisesti anisotropiaenergialla, vaihtoenergialla ja magnetostaattisella energialla. Aina kun magneettisen materiaalin kokoa pienennetään, se parantaa materiaalin erilaisia ​​alueita. Joten johtuen magnetostaattisen energian vähenemisestä, enemmän verkkoalueen seinämiä lisää vaihto- ja anisotropiaenergiaa. Siten alueen koko ratkaisee magneettisen materiaalin luonteen.

Magneettinen momentti ei ole vakaa joillekin materiaaleille, joilla on pienempi hiukkashalkaisija verrattuna kriittiseen superparamagnetismin halkaisijaan. Aina kun hiukkasen halkaisija on superparamagnetismin kriittisen halkaisijan ja yhden alueen välillä, magneettinen momentti muuttuu vakaaksi.

Magneettisten materiaalien tyypit

Markkinoilla on saatavilla erilaisia ​​magneettisia materiaaleja, joita käsitellään alla.

Paramagneettiset materiaalit

Näitä materiaaleja ei houkuttele voimakkaasti magneetin kaltaiset; tina magnesiumia, alumiinia ja monia muita. Näillä materiaaleilla on pieni suhteellinen läpäisevyys, mutta positiivinen, kuten alumiinin läpäisevyys on: 1,00000065. Nämä materiaalit magnetoidaan vain aina, kun ne sijaitsevat erittäin vahvassa magneettikentässä ja ne toimivat magneettikentän suunnassa.

Aina kun voimakas magneettikenttä tarjotaan ulkoisesti, pysyvät magneettiset dipolit säätävät ne itserinnakkaisiksi käytetylle magneettikentälle ja kasvavat positiiviseksi magnetisaatioksi. Jos dipoliorientaatio on yhdensuuntainen käytetyn magneettikentän kanssa, ei ole täydellinen, magnetointi on erittäin pieni.

Diamagneettiset materiaalit

Näitä materiaaleja hylkivät magneetit, kuten elohopea, sinkki, lyijy, puu, kupari, hopea, rikki, vismutti jne., joita kutsutaan diamagneettisiksi materiaaleiksi. Näiden materiaalien läpäisevyys on hieman alle yksi. Esimerkiksi kuparimateriaalin läpäisevyys on 0,000005, vismuttimateriaalin 0,00083 ja puumateriaalin 0,9999995.

Kun nämä materiaalit sijaitsevat erittäin voimakkaassa magneettikentässä, nämä materiaalit magnetisoituvat hieman ja toimivat vastakkaiseen suuntaan kuin käytetty magneettikenttä. Tämän tyyppisissä materiaaleissa on kaksi melko heikkoa magneettikenttää, jotka aiheutuvat kiertoradan kierrosta ja elektronien aksiaalista pyörimistä ytimen ympäri.

Ferromagneettiset materiaalit

Tämän tyyppisiä materiaaleja, jotka houkuttelevat voimakkaasti magneettikenttä, kutsutaan ferromagneettisiksi materiaaleiksi. Esimerkkejä näistä materiaaleista ovat; nikkeli, rauta, koboltti, teräs jne. Näillä materiaaleilla on erittäin korkea läpäisevyys, joka vaihtelee useista sadaista tuhansiin.

Näissä materiaaleissa olevat magneettiset dipolit on yksinkertaisesti järjestetty eri alueisiin aina, kun yksittäinen dipolijärjestely on täydellinen ja joka voi tuottaa voimakkaita magneettikenttiä. Yleensä nämä alueet on järjestetty satunnaisesti ja jokaisen domeenin magneettikenttä kumoutuu toisen kautta eikä koko materiaali näytä magneetin käyttäytymistä.

Aina kun näille materiaaleille tarjotaan ulkoinen magneettikenttä, domeenit suuntautuvat uudelleen tukemaan ulkoista kenttää ja synnyttävät erittäin vahvan sisäisen magneettikentän. Ulkoisen kentän perusteella useimmat alueet odottavat ja ovat edelleen liittoutuneita magneettikentän suunnassa.
Siksi näiden materiaalien magneettikenttä säilyy aina, kun ulkoinen kenttä poistuu. Joten tätä pääominaisuutta käytetään kestomagneettien valmistukseen, joita käytämme päivittäin. Kestomagneettien valmistuksessa käytetyt materiaalit ovat yleensä erittäin ferromagneettisia, kuten rauta, nikkeli, neodyymi, koboltti jne.

Katso tästä linkistä Ferromagneettiset materiaalit .

Magneettiset raaka-aineet

Yleensä kestomagneetteja ympäri maailmaa valmistetaan erityyppisistä materiaaleista ja jokaisella materiaalilla on erilaiset ominaisuudet. Näitä materiaaleja ovat pääasiassa; alnico, joustava kumi, ferriitti, samariumkoboltti ja neodyymi, joita käsitellään alla.

Ferriitit

Erityinen ryhmä ferromagneettisia materiaaleja, jotka ovat ferromagneettisten ja ei-ferromagneettisten materiaalien välissä, tunnetaan ferriiteinä. Näissä materiaaleissa on hienoja ferromagneettisia materiaalihiukkasia, joilla on korkea läpäisevyys ja jotka pysyvät keskenään sitovan hartsin läpi. Ferriiteissä syntyvä magnetointi on erittäin riittävä, vaikka niiden magneettinen kylläisyys ei ole korkea kuin ferromagneettisten materiaalien.

Nämä materiaalit eivät ole kalliita tuottaa, mikä johtuu niiden magneettisesta lujuudesta. Nämä ovat huomattavasti heikompia kuin harvinaiset maametallit, mutta niitäkin käytetään laajalti useissa kaupallisissa sovelluksissa. Näillä materiaaleilla on lujuutta, kuten korroosionkestävyys ja demagnetoituminen.

Neodyymi

Neodyymi on erittäin harvinainen maametalli ((Nd) ja sen atominumero on 60 Sen löysi itävaltalainen kemisti Carl Auer von Welsbach yksinkertaisesti vuonna 1885. Tämä materiaali sekoitetaan boorin, raudan ja myös muiden alkuaineiden jäämien kanssa. kuten praseodyymi ja dysprosium tuottaakseen ferromagneettisen metalliseoksen nimeltä Nd2Fe14b, joka on erittäin vahvin magneettinen materiaali. Neodyymimagneetit korvaavat muunlaisia ​​materiaaleja useissa teollisissa ja moderneissa kaupallisissa laitteissa.

Alnico

Alumiinin, nikkelin ja koboltin lyhenne on 'alnico', jossa näitä kolmea pääelementtiä käytetään enimmäkseen alnico-magneettisen materiaalin luomisessa. Nämä magneetit ovat erittäin vahvoja kestomagneetteja verrattuna harvinaisten maametallien magneetteihin. Alnico-magneetit voidaan korvata kestomagneeteilla moottorit , kaiuttimet ja generaattorit.

Samariumin koboltti

Nämä magneetit kehitti yksinkertaisesti Yhdysvaltain ilmavoimien materiaalilaboratorio 1970-luvun alussa. Samariumkoboltti tai SmCo on magneettinen materiaali, joka on valmistettu epätavallisten maaelementtien, kuten; Samarium, kovametallikoboltti, rautajäämät, hafnium, kupari, praseodyymi ja zirkonium. Samariumkobolttimagneetit ovat harvinaisten maametallien magneetteja, kuten neodyymi, koska samarium on samankaltaisen harvinaisen maametalliryhmän alkuaine, kuten neodyymi.

Magneettiset materiaalit vs ei-magneettiset materiaalit

Näiden kahden materiaalin välisiä eroja käsitellään alla.

Vertailu

Eri magneettisten materiaalien vertailua käsitellään alla.

Sovellukset

The magneettisten materiaalien sovellukset Sisällytä seuraavat.

• Niitä käytetään sähkön tuottamiseen ja jakamiseen sähköä käyttäviin laitteisiin.
• Niitä käytetään tietojen tallentamiseen ääni-, videonauha- ja tietokonelevyille.
• Näitä materiaaleja käytetään laajasti elämässä, tuotannossa, maanpuolustuksessa ja tekniikassa.
• Näitä käytetään erilaisten muuntajien ja moottoreiden valmistuksessa tehotekniikassa, erilaisten magneettikomponenttien ja mikroaaltoputkien valmistuksessa elektroniikkatekniikassa, vahvistimien ja suodattimien valmistuksessa viestintätekniikassa, sähkömagneettisten aseiden, kodinkoneiden ja magneettimiinojen valmistuksessa maanpuolustustekniikassa.
• Näitä käytetään laajalti mineraalien ja geologisten tutkimusten, valtamerien etsinnässä ja uusissa energia-, informaatio-, avaruus- ja biologian teknologioissa.
• Näillä materiaaleilla on merkittävä rooli elektroniikkatekniikan alalla ja muilla tieteen ja teknologian aloilla.
• Nämä soveltuvat elektroniikkaan, lääketieteeseen, sähkötekniikkaan jne.
• Näitä käytetään elektronisten ja sähkölaitteiden, kuten sähkömoottoreiden, muuntajien ja generaattoreiden, valmistuksessa.
• Näitä käytetään magneettisten tallennuslaitteiden tuotannossa, kuten; levykkeet, kiintolevyasemat ja magneettinauha.
• Tämän tyyppisiä materiaaleja käytetään magneettisensorin tuotannossa, kuten; Hall-efektianturit, magneettikenttäanturit ja magnetoresistiiviset anturit.
• Näitä voidaan soveltaa lääketieteellisiin laitteisiin, kuten; MRI-laitteet, sydämentahdistimet ja implantoitavat lääkkeenantojärjestelmät.
• Näitä hyödynnetään magneettisissa erotusmenetelmissä, joita käytetään erottamaan magneettiset hiukkaset ei-magneettisista hiukkasista.
• Näitä materiaaleja käytetään uusiutuvan energian tuotannossa, kuten; vesivoimalat ja tuulivoimalat.

Näin ollen tämä on yleiskatsaus magneettiseen materiaalit, tyypit, erot, materiaalien vertailu ja sen sovellukset. Tässä on sinulle kysymys, mikä on magneetti?