Mágneses anyagok: Tulajdonságok, Működés, Típusok, Különbségek és Alkalmazásaik

Különféle típusú anyagok és olyan anyagok is léteznek, amelyek töltött részecskékből állnak: hasonlók; elektronok és protonok. Ezek az anyagok bizonyos típusú mágneses tulajdonságokat mutathatnak, ha egy külső mágneses mező mágnesezi őket, amelyet mágneses anyagoknak neveznek. Ezeknek az anyagoknak a mágneses térben indukált vagy állandó mágneses momentumai vannak. Ezen anyagok mágneses tulajdonságainak tanulmányozásához általában az anyagot szabványos mágneses térben helyezik el, majd a mágneses teret megváltoztatják. A modern technológiában ezek az anyagok kulcsszerepet töltenek be, és ezek jelentős alkotóelemei transzformátorok , motorok és generátorok. Ez a cikk rövid tájékoztatást ad erről mágneses anyagok .

Mik azok a mágneses anyagok?

A külsőleg alkalmazott mágneses térre mágnesezett anyagokat mágneses anyagoknak nevezzük. Ezek az anyagok is mágnesezettséget kapnak, amikor vonzódnak a mágneshez. Példák ezekre az anyagokra: Vas, kobalt és nikkel.

Ezeket az anyagokat mágnesesen kemény (vagy) mágnesesen lágy anyagok kategóriába sorolják.

A mágnesesen kemény anyagokat nagyon erős külső mágneses tér mágnesezi, amelyet elektromágnes hoz létre. Ezeket az anyagokat főként állandó mágnesek készítésére használják, amelyek általában változó mennyiségű vasból, nikkelből, alumíniumból, kobaltból és ritkaföldfémekből, például szamáriumból, neodímiumból és diszpróziumból álló ötvözetekből készülnek.

A mágnesesen lágy anyagok nagyon könnyen mágnesezhetők, bár az indukált mágnesesség átmeneti. Például, ha megsimogat egy állandó mágnest egy csavarhúzóval vagy szöggel, akkor az ideiglenesen mágnesezetté válik, és gyenge mágneses teret generál, mert sok vas atomok a külső mágneses téren keresztül ideiglenesen hasonló irányba helyezkednek el.

Tulajdonságok

Mágneses anyag tulajdonságai a fizika egyik legalapvetőbb fogalma. Tehát a tulajdonságok főleg: paramágnesesség, ferromágnesesség és antiferromágnesesség, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk.

A paramágnesesség a mágnesesség olyan fajtája, ahol bizonyos anyagokat gyengén vonz a külsőleg alkalmazott mágneses tér. Belső és indukált mágneses tereket képez az alkalmazott mágneses tér irányában. A paramágnesességben a párosítatlan elektronok véletlenszerűen helyezkednek el.

A ferromágnesesség egy olyan jelenség, amikor egy anyag, például a vas mágnesezetté válik, és mágnesezve marad egy külső mágneses térben ebben a szakaszban. A ferromágnesességben a párosítatlan elektronok mind összekapcsolódnak.

Az antiferromágnesesség egyfajta mágneses rend, amely főleg akkor fordul elő, amikor a szomszédos atomok (vagy ionok) mágneses momentumai fordított irányban igazodnak, és nulla nettó mágneses momentumot eredményez. Ez a viselkedés tehát főként a szomszédos ionok vagy atomok közötti cserekölcsönhatásnak köszönhető, ami segíti az antiparallel összehangolást a rendszer energiájának csökkentésére. Általában az antiferromágneses anyagok mágneses rendeződést mutatnak egy meghatározott hőmérsékleten, amelyet ún. Néel hőmérséklet. Ezen a hőmérsékleten az anyag paramágnesessé válik, és elveszíti antiferromágneses tulajdonságait.

Hogyan működnek a mágneses anyagok?

Ezeknek az anyagoknak kis tartományai vannak, ahol a mágneses momentum egy meghatározott irányba irányítható, úgynevezett mágneses tartományok, amelyek főként az anyagok kizárólagos teljesítményéért felelősek. Az anyagok teljes energiájához egyszerűen hozzájárulhat az anizotrópia energia, a csereenergia és a magnetosztatikus energia. Amikor a mágneses anyag mérete csökken, az az anyag különböző tartományait növeli. Tehát a magnetosztatikus energia csökkenése miatt több tartományfal növeli a csere- és anizotrópia energiát. Így a tartomány mérete határozza meg a mágneses anyag természetét.

A mágneses momentum nem állandó néhány olyan anyag esetében, amelyek részecskeátmérője kisebb a kritikus szuperparamágneses átmérőhöz képest. Ha a részecske átmérője a szuperparamágnesesség kritikus átmérője és az egydomén között van, akkor a mágneses momentum stabil lesz.

Mágneses anyagok típusai

Különféle típusú mágneses anyagok állnak rendelkezésre a piacon, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk.

Paramágneses anyagok

Ezeket az anyagokat nem vonzzák erősen a mágnesek; ón magnézium, alumínium és még sok más. Ezeknek az anyagoknak kicsi a relatív permeabilitása, de pozitívak, mint az alumínium permeabilitása: 1,00000065. Ezeket az anyagokat csak akkor mágnesezik, ha nagyon erős mágneses téren helyezkednek el, és a mágneses tér irányában teljesítenek.

Ha külső erős mágneses mezőt biztosítanak, akkor az állandó mágneses dipólusok önpárhuzamba állítják őket az alkalmazott mágneses térhez, és pozitív mágnesezettségre növelik. Ha a dipólus orientációja párhuzamos az alkalmazott mágneses térrel, nem teljes, akkor a mágnesezettség rendkívül kicsi.

Diamágneses anyagok

Ezeket az anyagokat mágnessel taszítják, mint a higany, cink, ólom, fa, réz, ezüst, kén, bizmut stb., ezeket diamágneses anyagoknak nevezzük. Ezeknek az anyagoknak az áteresztőképessége valamivel egy alatti. Például a réz anyag áteresztőképessége 0,000005, a bizmut anyaga 0,00083 és a faanyag 0,9999995.

Ha ezek az anyagok rendkívül erős mágneses térben helyezkednek el, akkor ezek az anyagok enyhén mágneseződnek, és az alkalmazott mágneses térrel ellentétes irányban hatnak. Az ilyen típusú anyagokban két meglehetősen gyenge mágneses tér van, amelyet a pályafordulat és az elektronok atommag körüli tengelyirányú forgása okoz.

Ferromágneses anyagok

Az ilyen típusú anyagokat, amelyeket a mágneses tér erősen vonz, ferromágneses anyagoknak nevezzük. Példák ezekre az anyagokra: nikkel, vas, kobalt, acél stb. Ezek az anyagok rendkívül nagy áteresztőképességgel rendelkeznek, amely több száztól ezerig terjed.

Ezekben az anyagokban a mágneses dipólusok egyszerűen különböző tartományokba vannak elrendezve, ahol az egyes dipólusok elrendezése jelentős mértékben tökéletes, és erős mágneses mezőket generálhat. Általában ezek a tartományok véletlenszerűen vannak elrendezve, és minden tartomány mágneses tere egy másikon keresztül megszűnik, és az egész anyag nem mutatja a mágnes viselkedését.

Amikor külső mágneses mezőt biztosítanak ezeknek az anyagoknak, akkor a tartományok átorientálják magukat, hogy támogassák a külső mezőt, és nagyon erős belső mágneses teret generáljanak. A külső mező levonásával a legtöbb tartomány vár és továbbra is szövetséges a mágneses tér irányában.
Ezért ezeknek az anyagoknak a mágneses tere akkor is megmarad, amikor a külső tér eltávolodik. Tehát ezt a fő tulajdonságot állandó mágnesek előállítására használják, amelyeket naponta használunk. Az állandó mágnesek előállításához használt anyagok általában erősen ferromágnesesek, mint például a vas, nikkel, neodímium, kobalt stb.

Kérjük, tekintse meg ezt a linket Ferromágneses anyagok .

Mágneses nyersanyagok

Általában az állandó mágnesek világszerte különböző típusú anyagokból készülnek, és minden anyagnak más-más tulajdonsága van. Ezek az anyagok főként a következők: alnico, rugalmas gumi, ferrit, szamárium-kobalt és neodímium, amelyeket alább tárgyalunk.

Ferritek

A ferromágneses anyagok azon speciális csoportját, amelyek a ferromágneses és nem ferromágneses anyagok között középső helyet foglalnak el, ferriteknek nevezzük. Ezek az anyagok finom ferromágneses anyagrészecskéket tartalmaznak, amelyek nagy permeabilitással rendelkeznek, és egy kötőgyanta révén kölcsönösen tartják egymást. A ferriteknél a keletkező mágnesezettség nagyon elegendő, bár a mágneses telítettségük nem olyan magas, mint a ferromágneses anyagoké.

Ezeknek az anyagoknak az előállítása nem drága, ami a mágneses erősségükhöz kapcsolódik. Ezek lényegesen gyengébbek a ritkaföldfémekhez képest, de még ezek is széles körben használatosak számos kereskedelmi alkalmazásban. Ezek az anyagok olyan szilárdságúak, mint a korrózióállóság és a lemágnesezés.

Neodímium

A neodímium egy nagyon ritka földfém elem ((Nd), rendszáma 60. Egyszerűen 1885-ben fedezte fel Carl Auer von Welsbach osztrák vegyész. Ezt az anyagot bórral, vassal és nyomokban más elemekkel is keverik. prazeodímium és diszprózium az Nd2Fe14b nevű ferromágneses ötvözet előállításához, amely a legerősebb mágneses anyag. A neodímium mágnesek más típusú anyagokat helyettesítenek számos ipari és modern kereskedelmi készülékben.

Alnico

Az alumínium, nikkel és kobalt mozaikszó az „alnico”, ahol ezt a három fő elemet leginkább az alnico mágneses anyagok létrehozására használják. Ezek a mágnesek nagyon erős állandó mágnesek a ritkaföldfém mágnesekhez képest. Az alnico mágnesek cserélhetők állandó mágnesekre motorok , hangszórók és generátorok.

Szamáriumi kobalt

Ezeket a mágneseket egyszerűen az Egyesült Államok Légierejének Anyaglaboratóriuma fejlesztette ki az 1970-es évek elején. A szamáriumi kobalt vagy az SmCo egy mágneses anyag, amely szokatlan földelemek ötvözetéből készül, mint pl. szamárium, keményfém-kobalt, vasnyomok, hafnium, réz, prazeodímium és cirkónium. A szamáriumi kobaltmágnesek ritkaföldfém mágnesek, mint a neodímium, mivel a szamárium egy hasonló ritkaföldfém-elem eleme, mint a neodímium.

Mágneses anyagok vs nem mágneses anyagok

A két anyag közötti különbségeket az alábbiakban tárgyaljuk.

Összehasonlítás

A különböző mágneses anyagok összehasonlítását az alábbiakban tárgyaljuk.

Alkalmazások

A mágneses anyagok alkalmazása a következőket tartalmazzák.

• Ezeket arra használják, hogy villamos energiát hoznak létre és osztanak el az elektromosságot hasznosító készülékekben.
• Adattárolásra használják hang-, videokazettán és számítógépes lemezeken.
• Ezeket az anyagokat széles körben használják az életben, a termelésben, a honvédelmi tudományban és a technológiában.
• Ezeket különféle transzformátorok és motorok gyártásához használják az energiatechnológián belül, különböző mágneses alkatrészek és mikrohullámú csövek az elektronikai technológián belül, erősítők és szűrők a kommunikációs technológiában, elektromágneses fegyverek, háztartási készülékek és mágneses aknák a honvédelmi technológiában.
• Ezeket széles körben használják ásványi és geológiai kutatásokban, óceánkutatásban és új technológiákban az energia, az információ, az űr és a biológia területén.
• Ezek az anyagok jelentős szerepet játszanak az elektronikai technológia területén és más tudományos és technológiai területeken.
• Ezek alkalmazhatók az elektronikában, az orvostudományban, az elektrotechnikában stb.
• Ezeket elektronikus és elektromos eszközök, például elektromos motorok, transzformátorok és generátorok gyártásához használják.
• Ezeket mágneses tárolóeszközök gyártásában használják, mint pl. hajlékonylemezek, merevlemez-meghajtók és mágnesszalag.
• Az ilyen típusú anyagokat a mágneses érzékelők gyártásához használják, mint pl. Hall-effektus érzékelők, mágneses térérzékelők és magnetorezisztív érzékelők.
• Ezek olyan orvosi berendezésekben alkalmazhatók, mint; MRI gépek, pacemakerek és beültethető gyógyszeradagoló rendszerek.
• Ezeket a mágneses elválasztási módszerekben használják, amelyek a mágneses részecskék és a nem mágneses részecskék szétválasztására szolgálnak.
• Ezeket az anyagokat a megújuló energia előállításához használják, pl. vízerőművek és szélturbinák.

Ez tehát az a mágneses áttekintése anyagok, típusok, különbségek, anyagok összehasonlítása és alkalmazásai. Itt egy kérdés, hogy mi az a mágnes?