Ferromagnetismusmaterialien, Anwendungen und Beispiele

Er Ferromagnetismus Es ist die Eigenschaft, die einigen Substanzen eine intensive und dauerhafte magnetische Reaktion verleiht. In der Natur gibt es fünf Elemente mit dieser Eigenschaft: Eisen, Kobalt, Nickel, Gadolinio und Disposio, letztere Seltene Erden.

In Gegenwart eines externen Magnetfelds, wie der von einem natürlichen Magneten oder einem Elektromagnet erzeugt, reagiert eine Substanz auf charakteristische Weise gemäß seiner internen Konfiguration. Die Größe, die diese Reaktion quantifiziert.

Magnete, die eine Brücke bilden. Quelle: Pixabay

Die magnetische Permeabilität ist eine dimensionslose Menge, die durch den Quotienten zwischen der Intensität des im Material erzeugten Magnetfelds und dem des äußeren angelegten Magnetfelds gegeben ist.

Wenn diese Reaktion viel größer als 1 ist, wird das Material als ferromagnetisch eingestuft. Wenn die Durchlässigkeit dagegen nicht viel größer als 1 ist, wird berücksichtigt, dass die magnetische Reaktion schwächer ist, sie sind paramagnetische Materialien.

In Eisen liegt die magnetische Permeabilität in der Größenordnung von 10⁴. Dies bedeutet, dass das Feld im Eisen etwa 10000 Mal größer ist als das Feld, das extern anliegt. Das gibt eine Vorstellung davon, wie stark die magnetische Reaktion dieses Minerals ist.

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Wie entsteht die magnetische Reaktion in den Substanzen??

Magnetismus ist bekannt, dass mit der Bewegung elektrischer Ladungen ein Effekt verbunden ist. Das ist genau der elektrische Strom. Woher kommen die magnetischen Eigenschaften des Stabmagneten von da an, aus dem eine Notiz im Kühlschrank getroffen wurde??

Das Material des Magneten und auch jede andere Substanz enthält Protonen und Elektronen im Inneren, die ihre eigene Bewegung haben und auf verschiedene Weise elektrische Ströme erzeugen.

Ein sehr vereinfachtes Modell vermutet das Elektron in kreisförmiger Umlaufbahn um den Kern, der von Protonen und Neutronen gebildet wird, und bildet so einen winzigen Strom von Strom. Jede Spase hat eine Vektorgröße mit dem Namen "Orbital Magnetic Moment" in Verbindung gebracht, deren Intensität durch das Produkt des Stroms und die von der Schleife bestimmte Fläche angegeben ist: der Bohr Magneton.

Natürlich hängt der Strom in diesem kleinen Teil von der Elektronenlast ab. Da alle Substanzen im Inneren Elektronen enthalten, haben sie alle die Möglichkeit, magnetische Eigenschaften auszudrücken. Allerdings tun es jedoch nicht alle.

Dies liegt daran.

Die Geschichte endet hier nicht. Das Magnetmomentprodukt der Elektronenbewegung um den Kern ist in dieser Skala nicht die einzig mögliche Magnetismusquelle.

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Das Elektron hat eine Art Rotationsbewegung um seine Achse. Es ist ein Effekt, der zu einem intrinsischen Winkelimpuls führt. Diese Eigenschaft heißt drehen des Elektrons.

Natürlich hat es auch einen damit verbundenen magnetischen Moment und ist viel intensiver als der Orbitalmoment. In der Tat ist der größte Beitrag zum Netto -Magnetmoment des Atom.

Diese magnetischen Momente sind solche, die dazu neigen, sich in Gegenwart eines externen Magnetfelds auszurichten. Und sie machen sie auch mit den Feldern, die von benachbarten Momenten im Material erstellt wurden.

Jetzt bilden Elektronen normalerweise Paare in Atomen mit vielen Elektronen. Paare zwischen Elektronen mit entgegengesetzten Spin bilden, was zu dem magnetischen Moment von Spin führt.

Der einzige Weg, wie der Spin zum gesamten magnetischen Moment beiträgt, besteht darin, dass jemand verschwunden ist, das heißt, das Atom hat eine ungerade Anzahl von Elektronen.

Es lohnt sich zu fragen, was es über den magnetischen Moment der Protonen im Kern gibt. Weil sie auch eine Spin -Zeit haben, aber es wird nicht angenommen, dass sie wesentlich zum Magnetismus eines Atoms beitragen. Es liegt daran.

Magnetische Domänen

In Eisen, Cobalt und Nickel, der Triade von Elementen mit großer magnetischer Reaktion, ist das von Elektronen erzeugte Netto -Moment des Spins nicht Null. Deshalb werden solche Materialien als ferromagnetisch angesehen.

Dieses individuelle magnetische Moment jedes Atoms reicht jedoch nicht aus, um das Verhalten ferromagnetischer Materialien zu erklären.

Innen stark magnetische Materialien gibt es Regionen, die genannt werden Magnetische Domänen, deren Erweiterung kann ab 10 reichen^-4 und 10^-1 cm und die Milliarden von Atomen enthalten. In diesen Regionen bewältigen die Net -Spin -Momente benachbarter Atome.

Wenn sich ein magnetischer Domänenbesitzer einem Magneten nähert.

Es liegt an der Tatsache, dass die Domänen, wie Barmagnete, Magnetpolen haben, die gleichermaßen Nord- und Süden bezeichnet werden, so dass sich die gleichen Pole und Gegensätze anziehen.

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Wenn sich die Domänen mit dem externen Feld übereinstimmen.

Dieser Effekt ist zu sehen, wenn ein Magnet süße Eisennägel anzieht, und diese werden wiederum wie Magnete, die andere Nägel anziehen.

Magnetische Domänen sind keine statischen Grenzen, die im Material festgelegt sind. Seine Größe kann durch Abkühlen oder Erhitzen des Materials modifiziert werden und es auch der Wirkung externer Magnetfelder ausgesetzt werden.

Das Domänenwachstum ist jedoch nicht unbegrenzt. Zum Zeitpunkt, an dem es nicht mehr möglich ist, sie auszurichten, wird gesagt, dass der materielle Sättigungspunkt erreicht wurde. Dieser Effekt spiegelt sich in den Hysteresekurven wider, die später erscheinen.

Die Erwärmung des Materials verursacht den Verlust der Ausrichtung magnetischer Momente. Die Temperatur, bei der die Magnetisierung vollständig entsprechend der Art des Materials für einen Stabmagneten, etwa 770 ° C, vollständig verloren geht.

Sobald der Magnet entfernt wurde, geht die Magnetisierung der Nägel aufgrund der thermischen Agitation zu jeder Zeit verloren. Es gibt jedoch andere Verbindungen, die eine dauerhafte Magnetisierung haben, um spontan ausgerichtete Domänen zu haben.

Magnetische Domänen können beobachtet werden, wenn ein flaches ferromagnetisches Material sehr gut geschnitten und poliert wird. Sobald dies mit Staub- oder feinen Eisenakten bestreut ist.

Unter dem Mikroskop wird beobachtet, dass die Chips mit einer sehr gut definierten Orientierung auf den Mineralformungsregionen gruppiert sind, gemäß den magnetischen Domänen des Materials.

Der Verhaltensunterschied zwischen verschiedenen magnetischen Materialien ist auf die Art und Weise zurückzuführen, wie sich Domänen verhalten werden.

Magnetische Hysterese

Magnetische Hysterese ist ein Merkmal, das nur Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität haben. Präsentieren Sie nicht die paramagnetischen oder diamagnetischen Materialien.

Repräsentiert die Wirkung eines angelegten externen Magnetfelds, das als bezeichnet wird als H Über magnetische Induktion B eines ferromagnetischen Metalls während eines Zyklus der Abhaltung und Beginnung. Die gezeigte Grafik hat den Namen der Hysteresekurve.

Ferromagnetischer Hysteresezyklus

Anfangs am Punkt oder es gibt kein Feld angewendet H Keine magnetische Reaktion B, aber als Intensität von H, Induktion B steigt progressiv an, bis es das Ausmaß der Sättigung erreicht B_S An Punkt A, was erwartet wird.

Jetzt die Intensität von H Bis es fertig ist, damit es bis zu Punkt C erreicht ist, die magnetische Reaktion des Materials verschwindet jedoch nicht und behält a verbleibende Magnetisierung durch Wert angezeigt B_R. Bedeutet, dass der Prozess nicht reversibel ist.

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Von dort die Intensität von H Erhöhen Sie jedoch mit umgekehrter Polarität (negatives Vorzeichen), so dass die verbleibende Magnetisierung an Punkt D annulliert wird. Der notwendige Wert von H Es ist als bezeichnet als als H_C und den Namen von erhalten Zwangsfeld.

Die Größe von H Erhöht sich auf den Sättigungswert in E und sofort die Intensität von H Es nimmt ab, bis es 0 erreicht, aber es gibt eine verbleibende Magnetisierung mit der Polarität gegenüber dem oben beschriebenen an Punkt F.

Jetzt die Polarität von H Wieder und seine Größe wird erhöht, um die magnetische Reaktion des Materials an Punkt G zu stornieren. Nach dem Weg kommt seine Sättigung wieder. Das Interessante ist jedoch, dass es nicht auf der ursprünglichen Straße dort ankam, die von den roten Pfeilen angegeben ist.

Magnetisch harte und weiche Materialien: Anwendungen

Süßes Eisen ist leichter zu magnetisieren als Stahl und das Klopfen des Materials. Die Ausrichtung der Domänen wird weiter erleichtert.

Wenn ein Material leicht zu magnetisieren und zu falten ist, wird gesagt, dass es ist Magnetisch weich, Und natürlich, wenn das Gegenteil ein Material ist magnetisch hart. Im letzteren sind magnetische Domänen klein, während sie in den ersteren große sind, sodass sie durch das Mikroskop gesehen werden können.

Der Bereich, der durch die Hysteresekurve eingeschlossen ist. In Abbildung zwei Hysteresekurven werden für zwei verschiedene Materialien geschätzt. Der links ist magnetisch weich, während der rechts schwierig ist.

Ein weiches ferromagnetisches Material hat ein Zwangsfeld H_C klein und eine schmale und hohe Hysteresekurve. Es ist ein geeignetes Material, um es in den Kern eines elektrischen Transformators zu legen. Beispiel dafür sind süße Eisen- und Silizium- und Eisen-Nickel-Legierungen, die für Kommunikationsgeräte nützlich sind.

Andererseits sind magnetisch harte Materialien, die sich einmal vorgestellt haben.

Verweise

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2. Junge, Hugh. 2016. Sears-Zanskys Universitätsphysik mit moderner Physik. 14. ed. Pearson. 943.
3. Zapata, f. (2003). Untersuchung von Mineralogien im Zusammenhang mit dem Guafita 8x -Öl, das zum Guafita Campo (APIRE -Zustand) durch Messungen der magnetischen Anfälligkeit und Mossbauer gehört. Abschlussarbeit. Zentrale Universität von Venezuela.