Μαγνητικά Υλικά : Ιδιότητες, Εργασία, Τύποι, Διαφορές & Εφαρμογές τους

Υπάρχουν διάφοροι τύποι υλικών και επίσης ουσιών που αποτελούνται από φορτισμένα σωματίδια: όπως; ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Αυτά τα υλικά μπορούν να εμφανίσουν κάποιου είδους μαγνητικές ιδιότητες όταν μαγνητίζονται από ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο που είναι γνωστό ως μαγνητικά υλικά. Αυτά τα υλικά έχουν επαγόμενες ή μόνιμες μαγνητικές ροπές στο μαγνητικό πεδίο. Για τη μελέτη των μαγνητικών ιδιοτήτων αυτών των υλικών, συνήθως, το υλικό βρίσκεται σε ένα τυποποιημένο μαγνητικό πεδίο και στη συνέχεια αλλάζει το μαγνητικό πεδίο. Στη σύγχρονη τεχνολογία, αυτά τα υλικά παίζουν βασικό ρόλο και αποτελούν σημαντικά συστατικά για μετασχηματιστές , κινητήρες και γεννήτριες. Αυτό το άρθρο παρέχει σύντομες πληροφορίες σχετικά με μαγνητικά υλικά .

Τι είναι τα μαγνητικά υλικά;

Τα υλικά που μαγνητίζονται σε ένα εξωτερικά εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο είναι γνωστά ως μαγνητικά υλικά. Αυτές οι ουσίες αποκτούν επίσης μαγνήτιση κάθε φορά που έλκονται από τον μαγνήτη. Παραδείγματα αυτών των υλικών είναι: Σίδηρος, Κοβάλτιο & Νίκο.

Αυτά τα υλικά κατηγοριοποιούνται σε μαγνητικά σκληρά (ή) μαγνητικά μαλακά υλικά.

Τα μαγνητικά σκληρά υλικά μαγνητίζονται μέσω ενός πολύ ισχυρού εξωτερικού μαγνητικού πεδίου το οποίο δημιουργείται από έναν ηλεκτρομαγνήτη. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται κυρίως για τη δημιουργία μόνιμων μαγνητών που κατασκευάζονται από κράματα που συνήθως αποτελούνται από μεταβαλλόμενες ποσότητες σιδήρου, νικελίου, αλουμινίου, κοβαλτίου και στοιχείων σπάνιων γαιών όπως σαμάριο, νεοδύμιο και δυσπρόσιο.

Τα μαγνητικά μαλακά υλικά μαγνητίζονται πολύ εύκολα αν και ο επαγόμενος μαγνητισμός είναι προσωρινός. Για παράδειγμα, εάν χτυπήσετε έναν μόνιμο μαγνήτη με ένα κατσαβίδι ή ένα καρφί, τότε θα μαγνητιστεί προσωρινά και θα δημιουργήσει το ασθενές μαγνητικό του πεδίο επειδή υπάρχει μεγάλος αριθμός σιδήρου άτομα ευθυγραμμίζονται προσωρινά σε παρόμοια κατεύθυνση μέσω του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου.

Ιδιότητες

Ιδιότητες μαγνητικού υλικού αποτελούν μια από τις πιο θεμελιώδεις έννοιες της φυσικής. Έτσι, οι ιδιότητες περιλαμβάνουν κυρίως? παραμαγνητισμός, σιδηρομαγνητισμός και αντισιδηρομαγνητισμός που συζητούνται παρακάτω.

Ο παραμαγνητισμός είναι ένας τύπος μαγνητισμού όπου ορισμένα υλικά έλκονται ασθενώς από ένα μαγνητικό πεδίο που εφαρμόζεται εξωτερικά. Σχηματίζει εσωτερικά και επαγόμενα μαγνητικά πεδία εντός της κατεύθυνσης του εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου. Στον παραμαγνητισμό, τα ασύζευκτα ηλεκτρόνια διατάσσονται τυχαία.

Ο σιδηρομαγνητισμός είναι ένα φαινόμενο όπου ένα υλικό όπως ο σίδηρος μαγνητίζεται και παραμένει μαγνητισμένο μέσα σε ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο για αυτό το στάδιο. Στον σιδηρομαγνητισμό, τα ασύζευκτα ηλεκτρόνια είναι όλα συνδεδεμένα.

Ο αντισιδηρομαγνητισμός είναι ένα είδος μαγνητικής τάξης που εμφανίζεται κυρίως κάθε φορά που οι μαγνητικές ροπές των γειτονικών ατόμων (ή ιόντων) ευθυγραμμίζονται σε αντίστροφες κατευθύνσεις και καταλήγουν σε μηδενικές καθαρές μαγνητικές ροπές. Έτσι αυτή η συμπεριφορά οφείλεται κυρίως στην αλληλεπίδραση ανταλλαγής μεταξύ γειτονικών ιόντων ή ατόμων, η οποία βοηθά στην αντιπαράλληλη ευθυγράμμιση για τη μείωση της ενέργειας του συστήματος. Συνήθως, τα αντισιδηρομαγνητικά υλικά παρουσιάζουν μαγνητική διάταξη κάτω από μια συγκεκριμένη θερμοκρασία γνωστή ως? Θερμοκρασία Neel. Το υλικό σε αυτή τη θερμοκρασία θα γίνει παραμαγνητικό και θα χάσει τις αντισιδηρομαγνητικές του ιδιότητες.

Πώς λειτουργούν τα μαγνητικά υλικά;

Αυτά τα υλικά έχουν μικρές περιοχές όπου η μαγνητική ροπή μπορεί να κατευθυνθεί εντός μιας συγκεκριμένης κατεύθυνσης που ονομάζεται μαγνητικές περιοχές οι οποίες είναι υπεύθυνες κυρίως για την αποκλειστική απόδοση των υλικών. Η πλήρης ενέργεια των υλικών μπορεί να συνεισφέρει απλώς από την ανισοτροπική ενέργεια, την ενέργεια ανταλλαγής και τη μαγνητοστατική ενέργεια. Κάθε φορά που το μέγεθος του μαγνητικού υλικού μειώνεται, τότε ενισχύει διάφορους τομείς στο υλικό. Έτσι, λόγω της μείωσης εντός της μαγνητοστατικής ενέργειας, περισσότερα τοιχώματα τομέα θα αυξήσουν την ενέργεια ανταλλαγής και ανισοτροπίας. Έτσι, το μέγεθος της περιοχής θα καθορίσει τη φύση του μαγνητικού υλικού.

Η μαγνητική ροπή δεν είναι σταθερή για ορισμένα υλικά που έχουν μικρότερες διαμέτρους σωματιδίων σε σύγκριση με την κρίσιμη διάμετρο υπερπαραμαγνητισμού. Κάθε φορά που η διάμετρος του σωματιδίου είναι μεταξύ της κρίσιμης διαμέτρου του υπερπαραμαγνητισμού και της μονής περιοχής, τότε η μαγνητική ροπή θα γίνει σταθερή.

Τύποι Μαγνητικών Υλικών

Υπάρχουν διάφοροι τύποι μαγνητικών υλικών που διατίθενται στην αγορά που αναλύονται παρακάτω.

Παραμαγνητικά Υλικά

Αυτά τα υλικά δεν έλκονται έντονα από έναν μαγνήτη όπως? κασσίτερος μαγνήσιο, αλουμίνιο και πολλά άλλα. Αυτά τα υλικά έχουν μικρή σχετική διαπερατότητα αλλά θετική όπως το αλουμίνιο διαπερατότητα είναι: 1,00000065. Αυτά τα υλικά μαγνητίζονται μόνο όταν βρίσκονται σε πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο και λειτουργούν στην κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου.

Κάθε φορά που παρέχεται ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο εξωτερικά, τότε τα μόνιμα μαγνητικά δίπολα τα προσαρμόζουν σε αυτοπαράλληλα για το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο και αυξάνουν σε θετική μαγνήτιση. Εάν ο προσανατολισμός του διπόλου είναι παράλληλος με το μαγνητικό πεδίο που εφαρμόζεται δεν είναι πλήρης, τότε η μαγνήτιση είναι εξαιρετικά μικρή.

Διαμαγνητικά Υλικά

Αυτά τα υλικά απωθούνται μέσω ενός μαγνήτη όπως ο υδράργυρος, ο ψευδάργυρος, ο μόλυβδος, το ξύλο, ο χαλκός, το ασήμι, το θείο, το βισμούθιο κ.λπ. ονομάζονται διαμαγνητικά υλικά. Αυτά τα υλικά έχουν ελαφρώς κάτω από τη μία διαπερατότητα. Για παράδειγμα, η διαπερατότητα του υλικού χαλκού είναι 0,000005, του υλικού βισμούθιου είναι 0,00083 και του υλικού ξύλου είναι 0,9999995.

Όταν αυτά τα υλικά βρίσκονται σε ένα εξαιρετικά ισχυρό μαγνητικό πεδίο, τότε αυτά τα υλικά θα μαγνητιστούν ελαφρώς και θα δρουν προς την αντίθετη κατεύθυνση από το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο. Σε αυτούς τους τύπους υλικών, υπάρχουν δύο αρκετά αδύναμα μαγνητικά πεδία που προκαλούνται λόγω της τροχιακής περιστροφής και της αξονικής περιστροφής των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα.

Σιδηρομαγνητικά Υλικά

Αυτοί οι τύποι υλικών που έλκονται ισχυρά μέσω ενός μαγνητικού πεδίου ονομάζονται σιδηρομαγνητικά υλικά. Παραδείγματα αυτών των υλικών είναι: νικέλιο, σίδηρος, κοβάλτιο, χάλυβας κ.λπ. Αυτά τα υλικά έχουν εξαιρετικά υψηλή διαπερατότητα που κυμαίνεται από αρκετές εκατοντάδες έως χιλιάδες.

Τα μαγνητικά δίπολα μέσα σε αυτά τα υλικά είναι απλά διατεταγμένα σε διαφορετικά πεδία όπου η μεμονωμένη διάταξη διπόλων είναι τέλεια τέλεια και αυτό μπορεί να δημιουργήσει ισχυρά μαγνητικά πεδία. Συνήθως, αυτοί οι τομείς διατάσσονται τυχαία και το μαγνητικό πεδίο κάθε τομέα ακυρώνεται μέσω ενός άλλου και ολόκληρο το υλικό δεν δείχνει τη συμπεριφορά ενός μαγνήτη.

Κάθε φορά που παρέχεται ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο σε αυτά τα υλικά, τότε οι τομείς θα επαναπροσανατολιστούν για να υποστηρίξουν το εξωτερικό πεδίο και να δημιουργήσουν ένα πολύ ισχυρό εσωτερικό μαγνητικό πεδίο. Με αφαίρεση του εξωτερικού πεδίου, οι περισσότεροι τομείς περιμένουν και συνεχίζουν να συνδέονται στην κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου.
Επομένως, το μαγνητικό πεδίο αυτών των υλικών παραμένει ακόμα και όταν το εξωτερικό πεδίο φεύγει. Έτσι, αυτή η κύρια ιδιότητα χρησιμοποιείται για την παραγωγή Μόνιμων μαγνητών που χρησιμοποιούμε καθημερινά. Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μόνιμων μαγνητών είναι συνήθως εξαιρετικά σιδηρομαγνητικά όπως ο σίδηρος, το νικέλιο, το νεοδύμιο, το κοβάλτιο κ.λπ.

Ανατρέξτε σε αυτόν τον σύνδεσμο για Σιδηρομαγνητικά Υλικά .

Μαγνητικές Πρώτες Ύλες

Συνήθως, οι μόνιμοι μαγνήτες σε όλο τον κόσμο κατασκευάζονται με διαφορετικούς τύπους υλικών και κάθε υλικό έχει διαφορετικά χαρακτηριστικά. Αυτά τα υλικά περιλαμβάνουν κυρίως? alnico, εύκαμπτο καουτσούκ, φερρίτης, κοβάλτιο σαμάριου & νεοδύμιο που αναλύονται παρακάτω.

Φερρίτες

Η ειδική ομάδα σιδηρομαγνητικών υλικών που καταλαμβάνει μια μεσαία θέση μεταξύ σιδηρομαγνητικών και μη σιδηρομαγνητικών υλικών είναι γνωστή ως φερρίτες. Αυτά τα υλικά έχουν λεπτά σωματίδια σιδηρομαγνητικού υλικού που διαθέτουν υψηλή διαπερατότητα και συγκρατούνται αμοιβαία μέσω μιας δεσμευτικής ρητίνης. Στους φερρίτες, η παραγόμενη μαγνήτιση είναι πολύ επαρκής, αν και ο μαγνητικός κορεσμός τους δεν είναι υψηλός όπως τα σιδηρομαγνητικά υλικά.

Αυτά τα υλικά δεν είναι ακριβά στην παραγωγή τους, γεγονός που σχετίζεται με τη μαγνητική τους ισχύ. Αυτά είναι σημαντικά πιο αδύναμα σε σύγκριση με τα υλικά σπάνιων γαιών, αλλά ακόμη και αυτά χρησιμοποιούνται ευρέως σε αρκετές εμπορικές εφαρμογές. Αυτά τα υλικά έχουν αντοχή όπως αντίσταση στη διάβρωση και τον απομαγνητισμό.

Νεοδύμιο

Το νεοδύμιο είναι ένα στοιχείο πολύ σπάνιας γαίας ((Nd) και ο ατομικός του αριθμός είναι 60 Ανακαλύφθηκε απλώς το έτος 1885 από τον Αυστριακό χημικό Carl Auer von Welsbach. Αυτό το υλικό αναμειγνύεται μέσω βορίου, σιδήρου και ίχνη άλλων στοιχείων όπως το πρασεοδύμιο και το δυσπρόσιο για τη δημιουργία ενός σιδηρομαγνητικού κράματος που ονομάζεται Nd2Fe14b το οποίο είναι το ισχυρότερο μαγνητικό υλικό.Οι μαγνήτες νεοδυμίου αντικαθιστούν άλλα είδη υλικών σε πολλές βιομηχανικές και σύγχρονες εμπορικές συσκευές.

Alnico

Το ακρωνύμιο του αλουμινίου, του νικελίου και του κοβαλτίου είναι «alnico» όπου αυτά τα τρία κύρια στοιχεία χρησιμοποιούνται κυρίως στη δημιουργία αλνικομαγνητικού υλικού. Αυτοί οι μαγνήτες είναι πολύ ισχυροί μόνιμοι μαγνήτες σε σύγκριση με μαγνήτες σπάνιων γαιών. Οι μαγνήτες alnico μπορούν να αντικατασταθούν με μόνιμους μαγνήτες μέσα κινητήρες , ηχεία & γεννήτριες.

Σαμάριο Κοβάλτιο

Αυτοί οι μαγνήτες αναπτύχθηκαν απλώς από το Εργαστήριο Υλικών της Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ στις αρχές της δεκαετίας του 1970. Το κοβάλτιο σαμάριου ή SmCo είναι ένα μαγνητικό υλικό που κατασκευάζεται με ένα κράμα ασυνήθιστων γαιών όπως π. σαμάριο, σκληρό μέταλλο κοβάλτιο, ίχνη σιδήρου, άφνιο, χαλκός, πρασεοδύμιο & ζιρκόνιο. Οι μαγνήτες κοβαλτίου σαμάριου είναι μαγνήτες σπάνιων γαιών όπως το νεοδύμιο επειδή το σαμάριο είναι στοιχείο ενός παρόμοιου στοιχείου της ομάδας σπάνιων γαιών όπως το νεοδύμιο.

Μαγνητικά Υλικά εναντίον Μη Μαγνητικών Υλικών

Οι διαφορές μεταξύ αυτών των δύο υλικών συζητούνται παρακάτω.

Σύγκριση

Η σύγκριση μεταξύ διαφορετικών μαγνητικών υλικών συζητείται παρακάτω.

Εφαρμογές

ο εφαρμογές μαγνητικών υλικών περιλαμβάνουν τα ακόλουθα.

• Αυτά χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία και τη διανομή ηλεκτρικής ενέργειας στις συσκευές που χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια.
• Χρησιμοποιούνται για αποθήκευση δεδομένων σε δίσκους ήχου, βίντεο και υπολογιστών.
• Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται ευρέως στη ζωή, την παραγωγή, την εθνική αμυντική επιστήμη και την τεχνολογία.
• Αυτά χρησιμοποιούνται στην κατασκευή διαφορετικών μετασχηματιστών και κινητήρων εντός τεχνολογίας ισχύος, διαφορετικών μαγνητικών εξαρτημάτων και σωλήνων μικροκυμάτων στην ηλεκτρονική τεχνολογία, ενισχυτών και φίλτρων στην τεχνολογία επικοινωνίας, ηλεκτρομαγνητικών όπλων, οικιακών συσκευών και μαγνητικών ορυχείων στην εθνική αμυντική τεχνολογία.
• Αυτά χρησιμοποιούνται ευρέως στην εξερεύνηση ορυκτών και γεωλογικών στοιχείων, στην εξερεύνηση ωκεανών και στις νέες τεχνολογίες στην ενέργεια, τις πληροφορίες, το διάστημα και τη βιολογία.
• Αυτά τα υλικά παίζουν σημαντικό ρόλο στον τομέα της ηλεκτρονικής τεχνολογίας και σε άλλους τομείς της επιστήμης και της τεχνολογίας.
• Αυτά ισχύουν στην ηλεκτρονική, την ιατρική, την ηλεκτρική μηχανική κ.λπ.
• Αυτά χρησιμοποιούνται στην κατασκευή ηλεκτρονικών και ηλεκτρικών συσκευών όπως ηλεκτροκινητήρες, μετασχηματιστές και γεννήτριες.
• Αυτά χρησιμοποιούνται στην παραγωγή μαγνητικών συσκευών αποθήκευσης όπως π. δισκέτες, σκληροί δίσκοι & μαγνητική ταινία.
• Αυτοί οι τύποι υλικών χρησιμοποιούνται στην παραγωγή μαγνητικών αισθητήρων όπως π. Αισθητήρες εφέ Hall, αισθητήρες μαγνητικού πεδίου & αισθητήρες μαγνητοαντίστασης.
• Αυτά ισχύουν σε ιατρικό εξοπλισμό όπως: Μηχανήματα μαγνητικής τομογραφίας, βηματοδότες και εμφυτεύσιμα συστήματα χορήγησης φαρμάκων.
• Αυτά χρησιμοποιούνται σε μεθόδους μαγνητικού διαχωρισμού, οι οποίες χρησιμοποιούνται για την αποσύνδεση των μαγνητικών σωματιδίων από τα μη μαγνητικά σωματίδια.
• Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως π. υδροηλεκτρικοί σταθμοί και ανεμογεννήτριες.

Έτσι, αυτό είναι μια επισκόπηση του μαγνητικού υλικά, είδη, διαφορές, σύγκριση υλικών και εφαρμογές τους. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, τι είναι ο μαγνήτης;