Существуют различные типы материалов, а также вещества, состоящие из заряженных частиц: например; электроны и протоны. Эти материалы могут проявлять некоторые магнитные свойства, когда они намагничены внешним магнитным полем, которое известно как магнитные материалы. Эти материалы обладают индуцированными или постоянными магнитными моментами в магнитном поле. Для изучения магнитных свойств этих материалов обычно материал помещают в стандартизированное магнитное поле, затем магнитное поле меняют. В современных технологиях эти материалы играют ключевую роль и являются важными компонентами для трансформаторы , двигатели и генераторы. В этой статье представлена краткая информация о магнитные материалы .
Что такое магнитные материалы?
Материалы, намагниченные внешним магнитным полем, называются магнитными материалами. Эти вещества также приобретают намагниченность всякий раз, когда их притягивает магнит. Примеры этих материалов: Железо, кобальт и никель.
Эти материалы подразделяются на магнитожесткие (или) магнитомягкие материалы.
Магнитотвердые материалы намагничиваются очень сильным внешним магнитным полем, создаваемым электромагнитом. Эти материалы в основном используются для создания постоянных магнитов, которые изготавливаются из сплавов, обычно состоящих из изменяющихся количеств железа, никеля, алюминия, кобальта и редкоземельных элементов, таких как самарий, неодим и диспрозий.
Магнитомягкие материалы очень легко намагничиваются, хотя индуцированный магнетизм носит временный характер. Например, если вы погладите постоянный магнит отверткой или гвоздем, он временно намагничится и создаст слабое магнитное поле, поскольку большое количество железа атомы временно выровнены в одном направлении через внешнее магнитное поле.
Характеристики
Магнитные свойства материала являются одним из самых фундаментальных понятий физики. Итак, свойства в основном включают в себя; парамагнетизм, ферромагнетизм и антиферромагнетизм, которые обсуждаются ниже.
Парамагнетизм — это тип магнетизма, при котором некоторые материалы слабо притягиваются внешним магнитным полем. Он формирует внутренние и индуцированные магнитные поля в пределах направления приложенного магнитного поля. В парамагнетизме неспаренные электроны располагаются хаотично.
Ферромагнетизм — это явление, при котором такой материал, как железо, намагничивается и на этом этапе остается намагниченным во внешнем магнитном поле. В ферромагнетизме все неспаренные электроны связаны.
Антиферромагнетизм — это своего рода магнитный порядок, который в основном возникает всякий раз, когда магнитные моменты соседних атомов (или) ионов выравниваются в обратных направлениях и приводят к нулевым суммарным магнитным моментам. Таким образом, такое поведение обусловлено главным образом обменным взаимодействием между соседними ионами или атомами, которое способствует антипараллельному выравниванию и снижению энергии системы. Обычно антиферромагнитные материалы демонстрируют магнитное упорядочение при определенной температуре, известной как; Температура Нееля. При этой температуре материал становится парамагнитным и теряет антиферромагнитные свойства.
Как работают магнитные материалы?
Эти материалы имеют небольшие области, где магнитный момент может быть направлен в определенном направлении, называемые магнитными доменами, которые в основном отвечают за исключительные характеристики материалов. Полная энергия материалов может быть обеспечена просто энергией анизотропии, обменной энергией и магнитостатической энергией. Всякий раз, когда размер магнитного материала уменьшается, это увеличивает различные домены в материале. Таким образом, из-за уменьшения магнитостатической энергии большее количество доменных стенок увеличит энергию обмена и анизотропии. Таким образом, размер домена будет определять природу магнитного материала.
Магнитный момент не является постоянным для некоторых материалов, диаметр частиц которых меньше критического диаметра суперпарамагнетизма. Всякий раз, когда диаметр частицы находится между критическим диаметром суперпарамагнетизма и однодоменным, магнитный момент становится стабильным.
Типы магнитных материалов
На рынке доступны различные типы магнитных материалов, которые обсуждаются ниже.
Парамагнитные материалы
Эти материалы не сильно притягиваются к магниту; олово, магний, алюминий и многое другое. Эти материалы имеют небольшую относительную проницаемость, но положительную, как проницаемость алюминия: 1,00000065. Эти материалы намагничиваются только тогда, когда они находятся в очень сильном магнитном поле и действуют в направлении магнитного поля.
Всякий раз, когда извне создается сильное магнитное поле, постоянные магнитные диполи настраивают их на самопараллельность приложенному магнитному полю и увеличивают намагниченность до положительного значения. Если ориентация диполя параллельна приложенному магнитному полю не полная, то намагниченность крайне мала.
Диамагнитные материалы
Эти материалы отталкиваются магнитом, такие как ртуть, цинк, свинец, дерево, медь, серебро, сера, висмут и т. д., называются диамагнитными материалами. Эти материалы имеют проницаемость чуть ниже единицы. Например, проницаемость медного материала составляет 0,000005, висмутового материала — 0,00083, а древесного материала — 0,9999995.
Когда эти материалы находятся в чрезвычайно сильном магнитном поле, они будут слегка намагничены и будут действовать в направлении, противоположном приложенному магнитному полю. В этих типах материалов существуют два довольно слабых магнитных поля, вызванных орбитальным вращением и осевым вращением электронов вокруг ядра.
Ферромагнитные материалы
Эти типы материалов, которые сильно притягиваются магнитным полем, называются ферромагнитными материалами. Примеры этих материалов: никель, железо, кобальт, сталь и т. д. Эти материалы обладают чрезвычайно высокой проницаемостью, которая колеблется от нескольких сотен до тысяч.
Магнитные диполи в этих материалах просто распределяются по разным доменам, где расположение отдельных диполей значительно идеально и может генерировать сильные магнитные поля. Обычно эти домены расположены случайным образом, и магнитное поле каждого домена компенсируется другим, и весь материал не демонстрирует поведение магнита.
Всякий раз, когда к этим материалам прикладывается внешнее магнитное поле, домены переориентируются, чтобы поддерживать внешнее поле и генерировать очень сильное внутреннее магнитное поле. За вычетом внешнего поля большинство доменов ждут и продолжают оставаться союзниками в направлении магнитного поля.
Следовательно, магнитное поле этих материалов сохраняется даже тогда, когда внешнее поле исчезает. Таким образом, это основное свойство используется для производства постоянных магнитов, которые мы используем ежедневно. Материалы, используемые при изготовлении постоянных магнитов, обычно являются высокоферромагнитными, такими как железо, никель, неодим, кобальт и т. д.
Пожалуйста, обратитесь к этой ссылке для Ферромагнитные материалы .
Магнитное сырье
Обычно постоянные магниты во всем мире изготавливаются из разных типов материалов, и каждый материал имеет разные характеристики. Эти материалы в основном включают в себя; алнико, гибкая резина, феррит, самарий, кобальт и неодим, которые обсуждаются ниже.
Ферриты
Особая группа ферромагнитных материалов, занимающая среднее положение между ферромагнитными и неферромагнитными материалами, известна как ферриты. Эти материалы содержат мелкие частицы ферромагнитного материала, которые обладают высокой проницаемостью и удерживаются друг с другом посредством связующей смолы. В ферритах создаваемая намагниченность весьма достаточна, хотя их магнитное насыщение не такое высокое, как у ферромагнитных материалов.
Производство этих материалов не требует больших затрат, что связано с их магнитной силой. Они значительно слабее по сравнению с редкоземельными материалами, но даже они все еще широко используются в ряде коммерческих применений. Эти материалы обладают такой прочностью, как устойчивость к коррозии и размагничиванию.
Неодим
Неодим — очень редкоземельный элемент ((Nd), его атомный номер 60. Он был открыт в 1885 году австрийским химиком, а именно Карлом Ауэром фон Вельсбахом. Этот материал содержит бор, железо, а также следы других элементов. например, празеодим и диспрозий для создания ферромагнитного сплава под названием Nd2Fe14b, который является очень сильным магнитным материалом.Неодимовые магниты заменяют другие виды материалов в ряде промышленных и современных коммерческих приборов.
Алнико
Акроним алюминия, никеля и кобальта — «алнико», где эти три основных элемента используются в основном при создании магнитного материала алнико. Эти магниты являются очень сильными постоянными магнитами по сравнению с редкоземельными магнитами. Магниты алнико можно заменить постоянными магнитами внутри. моторы , громкоговорители и генераторы.
Самарий Кобальт
Эти магниты были просто разработаны Лабораторией материалов ВВС США в начале 1970-х годов. Самарий-кобальт или SmCo — это магнитный материал, изготовленный из сплава необычных земных элементов, таких как; самарий, твердый металл кобальт, следы железа, гафний, медь, празеодим и цирконий. Магниты из самария и кобальта представляют собой редкоземельные магниты, такие как неодим, потому что самарий является элементом аналогичного элемента редкоземельной группы, такого как неодим.
Магнитные материалы против немагнитных материалов
Различия между этими двумя материалами обсуждаются ниже.
| Магнитные материалы | Немагнитные материалы |
| Материалы, которые притягиваются магнитом, называются магнитными материалами. | Материалы, которые не притягиваются магнитом, называются немагнитными. |
| Примеры этих материалов: железо, кобальт и никель. | Примерами таких материалов являются пластик, резина, перо, нержавеющая сталь, бумага, слюда, серебро, золото, кожа и т. д. |
| Магнитное состояние этих материалов может быть как антипараллельным, так и параллельным, поэтому они могут реагировать на магнитное поле, когда находятся под контролем внешнего магнитного поля. | Магнитное состояние этих материалов может быть организовано хаотично, таким образом, магнитные движения этих доменов компенсируются. Таким образом, они не реагируют на магнитное поле. |
| Эти материалы помогают создавать постоянные магниты, поскольку их легко намагничивать с помощью магнита. | Эти материалы не могут быть намагничены с помощью магнита. Поэтому он никогда не сможет превратиться в намагниченный материал. |
Сравнение
Сравнение различных магнитных материалов обсуждается ниже.
| Тип материала | Состав | Максимальная рабочая температура | Температурный коэффициент | Плотность г/см^3 |
| Феррит | Оксид железа и керамические материалы. | 180 оС | -0,02% | 5г / см^3 |
| Неодим | В основном неодим, бор и железо. | 80 оС | 0,11% | 7,4 г / см^3 |
| Алнико | В основном никель, алюминий, железо и кобальт. | 500 оС | -0,2% | 7,3 г / см^3 |
| Магнитная резина | Барий/стронций и ПВХ или синтетический каучук. | 50 оС | 0,2% | 3. 5 г / см^3 |
| Самарий Кобальт | В основном самарий и кобальт | 350 оС | 0,11% | 8. 4 г / см^3 |
Приложения
применение магнитных материалов включая следующее.
- Они используются для создания и распределения электроэнергии в приборах, использующих электричество.
- Они используются для хранения данных на аудио, видеокассетах и компьютерных дисках.
- Эти материалы широко используются в быту, производстве, оборонной науке и технике.
- Они используются в производстве различных трансформаторов и двигателей в энергетической технике, различных магнитных компонентов и микроволновых трубок в электронных технологиях, усилителей и фильтров в коммуникационных технологиях, электромагнитных пушек, бытовой техники и магнитных мин в технологиях национальной обороны.
- Они широко используются в разведке полезных ископаемых и геологии, исследовании океана и новых технологиях в области энергетики, информации, космоса и биологии.
- Эти материалы играют значительную роль в области электронных технологий и других областях науки и техники.
- Они применимы в электронике, медицине, электротехнике и т. д.
- Они используются в производстве электронных и электрических устройств, таких как электродвигатели, трансформаторы и генераторы.
- Они используются в производстве магнитных запоминающих устройств, таких как; дискеты, жесткие диски и магнитная лента.
- Эти типы материалов используются в производстве магнитных датчиков, например; Датчики Холла, датчики магнитного поля и магниторезистивные датчики.
- Они применимы в медицинском оборудовании, например; Аппараты МРТ, кардиостимуляторы и имплантируемые системы доставки лекарств.
- Они используются в методах магнитной сепарации, которые используются для отделения магнитных частиц от немагнитных частиц.
- Эти материалы используются в производстве возобновляемой энергии, например; гидроэлектростанции и ветряные турбины.
Таким образом, это обзор магнитных материалы, типы, различия, сравнение материалов и их применение. Вот вам вопрос, что такое магнит?
