Isaalang-alang natin ang mga pangunahing lugar ng aplikasyon ng mga ferromagnets, pati na rin ang mga tampok ng kanilang pag-uuri. Magsimula tayo sa katotohanan na ang mga ferromagnets ay tinatawag na mga solid na may hindi nakokontrol na magnetization sa mababang temperatura. Nagbabago ito sa ilalim ng impluwensya ng deformation, magnetic field, mga pagbabago sa temperatura.
Mga katangian ng ferromagnets
Ang paggamit ng mga ferromagnets sa teknolohiya ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng kanilang mga pisikal na katangian. Mayroon silang magnetic permeability na maraming beses na mas malaki kaysa sa vacuum. Kaugnay nito, ang lahat ng mga de-koryenteng aparato na gumagamit ng mga magnetic field upang i-convert ang isang uri ng enerhiya sa isa pa ay may mga espesyal na elemento na gawa sa isang ferromagnetic na materyal na may kakayahang magsagawa ng magnetic flux.
Mga tampok ng ferromagnets
Ano ang mga natatanging katangian ng ferromagnets? Ang mga katangian at paggamit ng mga sangkap na ito ay ipinaliwanag ng mga kakaibang katangian ng panloob na istraktura. Mayroong direktang ugnayan sa pagitan ng mga magnetic properties ng matter at ng elementary carriers ng magnetism, na mga electron na gumagalaw sa loob ng atom.
Habang gumagalaw sa mga pabilog na orbit, lumilikha sila ng mga elementarya na alon at magneticdipoles na may magnetic moment. Ang direksyon nito ay tinutukoy ng panuntunan ng gimlet. Ang magnetic moment ng isang katawan ay ang geometric na kabuuan ng lahat ng bahagi. Bilang karagdagan sa pag-ikot sa mga pabilog na orbit, ang mga electron ay gumagalaw din sa kanilang sariling mga palakol, na lumilikha ng mga sandali ng pag-ikot. Gumaganap sila ng mahalagang function sa proseso ng magnetization ng mga ferromagnets.
Ang praktikal na paggamit ng mga ferromagnets ay nauugnay sa pagbuo sa mga ito ng kusang magnetized na mga rehiyon na may parallel na oryentasyon ng mga spin moment. Kung ang ferromagnet ay hindi matatagpuan sa isang panlabas na field, ang mga indibidwal na magnetic moment ay may iba't ibang direksyon, ang kanilang kabuuan ay zero at walang magnetization property.
Mga natatanging tampok ng ferromagnets
Kung ang mga paramagnet ay nauugnay sa mga katangian ng mga indibidwal na molekula o mga atomo ng isang sangkap, kung gayon ang mga katangian ng ferromagnetic ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng mga detalye ng istraktura ng kristal. Halimbawa, sa estado ng singaw, ang mga atomo ng bakal ay bahagyang diamagnetic, habang sa solidong estado ang metal na ito ay isang ferromagnet. Bilang resulta ng mga pag-aaral sa laboratoryo, nahayag ang kaugnayan sa pagitan ng temperatura at ferromagnetic na katangian.
Halimbawa, ang Goisler alloy, na katulad ng magnetic properties sa iron, ay hindi naglalaman ng metal na ito. Kapag naabot ang Curie point (isang partikular na halaga ng temperatura), mawawala ang mga ferromagnetic na katangian.
Sa kanilang mga natatanging katangian, maaaring isa-isa hindi lamang ang mataas na halaga ng magnetic permeability, kundi pati na rin ang kaugnayan sa pagitan ng lakas ng field atmagnetization.
Ang interaksyon ng mga magnetic moment ng mga indibidwal na atom ng isang ferromagnet ay nag-aambag sa paglikha ng malalakas na panloob na magnetic field na nakahanay sa isa't isa. Ang isang malakas na panlabas na field ay humahantong sa isang pagbabago sa oryentasyon, na humahantong sa isang pagtaas sa mga magnetic na katangian.
Nature ng ferromagnets
Itinakda ng mga siyentipiko ang katangian ng spin ng ferromagnetism. Kapag namamahagi ng mga electron sa mga layer ng enerhiya, ang prinsipyo ng pagbubukod ng Pauli ay isinasaalang-alang. Ang kakanyahan nito ay isang tiyak na bilang lamang ng mga ito ang maaaring nasa bawat layer. Ang mga resultang halaga ng orbital at spin magnetic moments ng lahat ng electron na matatagpuan sa isang ganap na napunong shell ay katumbas ng zero.
Ang mga kemikal na elemento na may ferromagnetic na katangian (nickel, cob alt, iron) ay mga transitional na elemento ng periodic table. Sa kanilang mga atomo, mayroong isang paglabag sa algorithm para sa pagpuno ng mga shell na may mga electron. Una, pumapasok sila sa itaas na layer (s-orbital), at pagkatapos lamang itong mapuno, ang mga electron ay pumapasok sa shell na matatagpuan sa ibaba (d-orbital).
Ang malakihang paggamit ng mga ferromagnets, na ang pangunahin ay iron, ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pagbabago sa istraktura kapag nalantad sa isang panlabas na magnetic field.
Ang mga katulad na katangian ay maaari lamang taglayin ng mga sangkap na iyon sa mga atomo kung saan mayroong panloob na hindi natapos na mga shell. Ngunit kahit na ang kundisyong ito ay hindi sapat upang pag-usapan ang tungkol sa mga katangian ng ferromagnetic. Halimbawa, mayroon ding chromium, manganese, platinumhindi natapos na mga shell sa loob ng mga atomo, ngunit sila ay paramagnetic. Ang paglitaw ng spontaneous magnetization ay ipinaliwanag ng isang espesyal na quantum action, na mahirap ipaliwanag gamit ang classical physics.
Department
May kondisyon na paghahati ng mga naturang materyales sa dalawang uri: matigas at malambot na ferromagnets. Ang paggamit ng mga matitigas na materyales ay nauugnay sa paggawa ng mga magnetic disk, mga teyp para sa pag-iimbak ng impormasyon. Ang mga malambot na ferromagnets ay kailangang-kailangan sa paglikha ng mga electromagnet, mga core ng transpormer. Ang mga pagkakaiba sa pagitan ng dalawang species ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng mga kakaibang istraktura ng kemikal ng mga sangkap na ito.
Mga tampok ng paggamit
Tingnan natin ang ilang halimbawa ng paggamit ng ferromagnets sa iba't ibang sangay ng modernong teknolohiya. Ang malambot na magnetic na materyales ay ginagamit sa electrical engineering upang lumikha ng mga de-koryenteng motor, mga transformer, mga generator. Bilang karagdagan, mahalagang tandaan ang paggamit ng mga ferromagnets ng ganitong uri sa mga komunikasyon sa radyo at mababang kasalukuyang teknolohiya.
Ang mga matibay na uri ay kailangan para makalikha ng mga permanenteng magnet. Kung naka-off ang panlabas na field, pananatilihin ng mga ferromagnets ang kanilang mga katangian, dahil hindi nawawala ang oryentasyon ng mga elementarya.
Ito ang property na nagpapaliwanag sa paggamit ng mga ferromagnets. Sa madaling salita, masasabi nating ang mga naturang materyales ang batayan ng makabagong teknolohiya.
Kailangan ang mga permanenteng magnet kapag gumagawa ng mga electrical measurement instrument, telepono, loudspeaker, magnetic compass, sound recorder.
Ferrites
Isinasaalang-alang ang paggamit ng mga ferromagnets, kinakailangang bigyang-pansin ang mga ferrite. Malawakang ginagamit ang mga ito sa high-frequency radio engineering, dahil pinagsasama nila ang mga katangian ng semiconductors at ferromagnets. Ito ay mula sa mga ferrite na kasalukuyang ginawa ang mga magnetic tape at pelikula, mga core ng inductors, at mga disk. Ang mga ito ay mga iron oxide na matatagpuan sa kalikasan.
Mga kawili-wiling katotohanan
Ang interes ay ang paggamit ng mga ferromagnets sa mga de-koryenteng makina, gayundin sa teknolohiya ng pagre-record sa isang hard drive. Ipinahihiwatig ng modernong pananaliksik na sa ilang partikular na temperatura, ang ilang ferromagnets ay maaaring makakuha ng paramagnetic na katangian. Iyon ang dahilan kung bakit ang mga sangkap na ito ay itinuturing na hindi gaanong nauunawaan at partikular na interesado sa mga physicist.
Nagagawa ng steel core na pataasin ang magnetic field nang ilang beses nang hindi binabago ang kasalukuyang lakas.
Ang paggamit ng mga ferromagnets ay maaaring makatipid nang malaki sa elektrikal na enerhiya. Kaya naman ang mga materyales na may ferromagnetic properties ay ginagamit para sa mga core ng generator, transformer, electric motors.
Magnetic hysteresis
Ito ang phenomenon ng dependence ng lakas ng magnetic field at ng magnetization vector sa external field. Ang ari-arian na ito ay nagpapakita ng sarili sa mga ferromagnets, pati na rin sa mga haluang metal na gawa sa bakal, nikel, kob alt. Ang isang katulad na kababalaghan ay naobserbahan hindi lamang sa kaso ng pagbabago sa direksyon at magnitude ng field, kundi pati na rin sa kaso ng pag-ikot nito.
Permeability
Ang
Magnetic permeability ay isang pisikal na dami na nagpapakita ng ratio ng induction sa isang partikular na medium sa na nasa vacuum. Kung ang isang substance ay lumikha ng sarili nitong magnetic field, ito ay itinuturing na magnetized. Ayon sa hypothesis ni Ampère, ang halaga ng mga katangian ay nakadepende sa orbital motion ng mga "libreng" electron sa atom.
Ang hysteresis loop ay isang curve ng dependence ng pagbabago sa laki ng magnetization ng isang ferromagnet na matatagpuan sa isang panlabas na field sa pagbabago sa laki ng induction. Upang ganap na ma-demagnetize ang ginamit na katawan, kailangan mong baguhin ang direksyon ng panlabas na magnetic field.
Sa isang tiyak na halaga ng magnetic induction, na tinatawag na coercive force, nagiging zero ang magnetization ng sample.
Ito ang hugis ng hysteresis loop at ang magnitude ng coercive force na tumutukoy sa kakayahan ng isang substance na mapanatili ang partial magnetization, ipaliwanag ang malawakang paggamit ng ferromagnets. Sa madaling sabi, ang mga lugar ng aplikasyon ng mga hard ferromagnets na may malawak na hysteresis loop ay inilarawan sa itaas. Ang mga tungsten, carbon, aluminum, chromium steels ay may malaking puwersang pumipilit, samakatuwid, ang mga permanenteng magnet ng iba't ibang hugis ay nilikha batay sa kanilang batayan: strip, horseshoe.
Sa mga malalambot na materyales na may maliit na puwersang pumipilit, napapansin namin ang mga iron ores, gayundin ang mga iron-nickel alloy.
Ang proseso ng pagbabaligtad ng magnetization ng mga ferromagnets ay nauugnay sa isang pagbabago sa rehiyon ng spontaneous magnetization. Para dito, ginagamit ang gawaing ginawa ng panlabas na larangan. Damiang init na nabuo sa kasong ito ay proporsyonal sa lugar ng hysteresis loop.
Konklusyon
Sa kasalukuyan, sa lahat ng sangay ng teknolohiya, aktibong ginagamit ang mga substance na may ferromagnetic properties. Bilang karagdagan sa makabuluhang pagtitipid sa mga mapagkukunan ng enerhiya, ang paggamit ng mga naturang substance ay maaaring gawing simple ang mga teknolohikal na proseso.
Halimbawa, armado ng malalakas na permanenteng magnet, maaari mong lubos na pasimplehin ang proseso ng paggawa ng mga sasakyan. Ang malalakas na electromagnets, na kasalukuyang ginagamit sa mga domestic at foreign automobile plant, ay ginagawang posible na ganap na i-automate ang mga pinaka-labor-intensive teknolohikal na proseso, pati na rin ang makabuluhang pagpapabilis sa proseso ng pag-assemble ng mga bagong sasakyan.
Sa radio engineering, ginagawang posible ng mga ferromagnets na makakuha ng mga device na may pinakamataas na kalidad at katumpakan.
Nagtagumpay ang mga siyentipiko sa paglikha ng one-step na paraan para sa paggawa ng mga magnetic nanoparticle na angkop para sa mga aplikasyon sa medisina at electronics.
Bilang resulta ng maraming pag-aaral na isinagawa sa pinakamahusay na mga laboratoryo ng pananaliksik, posibleng maitatag ang magnetic properties ng cob alt at iron nanoparticle na pinahiran ng manipis na layer ng ginto. Nakumpirma na ang kanilang kakayahang maglipat ng mga anti-cancer na gamot o radionuclide atoms sa kanang bahagi ng katawan ng tao at pataasin ang contrast ng magnetic resonance images.
Sa karagdagan, ang mga naturang particle ay maaaring gamitin upang mag-upgrade ng mga magnetic memory device, na magiging isang bagong hakbang sa paglikha ng isang makabagongteknolohiyang medikal.
Nagawa ng isang pangkat ng mga siyentipikong Ruso na bumuo at sumubok ng isang paraan para sa pagbabawas ng mga may tubig na solusyon ng mga chlorides upang makakuha ng pinagsamang cob alt-iron nanoparticle na angkop para sa paglikha ng mga materyales na may pinahusay na magnetic na katangian. Ang lahat ng pananaliksik na isinagawa ng mga siyentipiko ay naglalayong pahusayin ang mga katangian ng ferromagnetic ng mga sangkap, pataasin ang porsyento ng paggamit nito sa produksyon.
