Magnetiske materialer: egenskaber, funktion, typer, forskelle og deres anvendelser

Der er forskellige typer materialer og også stoffer, der består af ladede partikler: som; elektroner og protoner. Disse materialer kan vise en slags magnetiske egenskaber, når de magnetiseres af et eksternt magnetfelt, som er kendt som magnetiske materialer. Disse materialer har inducerede eller permanente magnetiske momenter i magnetfeltet. For at studere disse materialers magnetiske egenskaber er materialet normalt placeret i et standardiseret magnetfelt, hvorefter magnetfeltet ændres. I moderne teknologi spiller disse materialer en nøglerolle, og disse er væsentlige komponenter til transformere , motorer og generatorer. Denne artikel giver kort information om magnetiske materialer .

Hvad er magnetiske materialer?

De materialer, der magnetiseres til et eksternt påført magnetfelt, er kendt som magnetiske materialer. Disse stoffer opnår også magnetisering, når de bliver tiltrukket af magneten. Eksempler på disse materialer er; Jern, kobolt og nikkel.

Disse materialer er kategoriseret i magnetisk hårde (eller) magnetisk bløde materialer.

Magnetisk hårde materialer magnetiseres gennem et meget stærkt eksternt magnetfelt, som genereres af en elektromagnet. Disse materialer bruges hovedsageligt til at skabe permanente magneter, som er lavet af legeringer, der normalt består af foranderlige mængder af jern, nikkel, aluminium, kobolt og sjældne jordarters elementer som samarium, neodym og dysprosium.

Magnetisk bløde materialer magnetiseres meget let, selvom den inducerede magnetisme er midlertidig. For eksempel, hvis du stryger en permanent magnet med en skruetrækker eller et søm, vil den blive magnetiseret midlertidigt og vil generere sit svage magnetfelt, fordi et stort antal jern atomer justeres midlertidigt i en lignende retning gennem det eksterne magnetfelt.

Ejendomme

Magnetiske materialeegenskaber er et af fysikkens mest grundlæggende begreber. Så ejendommene omfatter hovedsageligt; paramagnetisme, ferromagnetisme og antiferromagnetisme, som diskuteres nedenfor.

Paramagnetisme er en type magnetisme, hvor nogle materialer tiltrækkes svagt af et magnetfelt, der påføres eksternt. Det danner interne og inducerede magnetiske felter inden for det påførte magnetfelts retning. I paramagnetisme er de uparrede elektroner arrangeret tilfældigt.

Ferromagnetisme er et fænomen, hvor et materiale som jern bliver magnetiseret og forbliver magnetiseret inden for et eksternt magnetfelt for det trin. I ferromagnetisme er de uparrede elektroner alle forbundet.

Antiferromagnetisme er en slags magnetisk orden, der hovedsageligt opstår, når de tilstødende atomers (eller) ioners magnetiske momenter justeres i modsatte retninger og resulterer i nul netto magnetiske momenter. Så denne adfærd er hovedsageligt på grund af udvekslingsinteraktionen mellem tilstødende ioner eller atomer, hvilket hjælper antiparallel justering for at reducere systemets energi. Normalt udviser antiferromagnetiske materialer magnetisk orden under en specifik temperatur kendt som; Néel temperatur. Materialet over denne temperatur bliver paramagnetisk, og det mister sine antiferromagnetiske egenskaber.

Hvordan virker magnetiske materialer?

Disse materialer har små områder, hvor det magnetiske moment kan rettes i en bestemt retning kaldet magnetiske domæner, som hovedsageligt er ansvarlige for materialers eksklusive ydeevne. Materialernes komplette energi kan blot bidrages af anisotropi-energi, udvekslingsenergi og magnetostatisk energi. Når det magnetiske materiales størrelse reduceres, forbedrer det forskellige domæner i materialet. Så på grund af reduktionen inden for magneto-statisk energi, vil flere domænevægge øge udvekslings- og anisotropi-energien. Således vil størrelsen af ​​domænet afgøre det magnetiske materiales natur.

Det magnetiske moment er ikke stabilt for nogle materialer, der har mindre partikeldiametre sammenlignet med den kritiske superparamagnetismediameter. Når som helst diameteren af ​​partiklen er mellem den kritiske diameter af superparamagnetisme og enkelt domæne, så vil det magnetiske moment blive stabilt.

Magnetiske materialetyper

Der findes forskellige typer magnetiske materialer på markedet, som diskuteres nedenfor.

Paramagnetiske materialer

Disse materialer tiltrækkes ikke stærkt af en magnet som; tin magnesium, aluminium og mange flere. Disse materialer har lille relativ permeabilitet, men positiv ligesom aluminiumpermeabilitet på er: 1,00000065. Disse materialer magnetiseres kun, når de er placeret på et meget stærkt magnetfelt, og de fungerer i magnetfeltretningen.

Når der er tilvejebragt et stærkt magnetisk felt eksternt, justerer permanente magnetiske dipoler dem til selvparallelle for det påførte magnetfelt og øges til en positiv magnetisering. Hvis dipolorienteringen er parallel med det påførte magnetfelt ikke er fuldstændig, så er magnetiseringen ekstremt lille.

Diamagnetiske materialer

Disse materialer frastødes gennem en magnet som kviksølv, zink, bly, træ, kobber, sølv, svovl, vismut osv. kaldes diamagnetiske materialer. Disse materialer har lidt under én permeabilitet. For eksempel er permeabiliteten af ​​kobbermateriale 0,000005, vismutmateriale er 0,00083, og træmateriale er 0,9999995.

Når disse materialer er placeret i et ekstremt stærkt magnetfelt, vil disse materialer være let magnetiserede og virke i modsat retning af det påførte magnetfelt. I disse typer materialer er der to ret svage magnetfelter forårsaget på grund af den orbitale omdrejning og elektronernes aksiale rotation omkring kernen.

Ferromagnetiske materialer

Disse typer materialer, der tiltrækkes stærkt gennem et magnetfelt, kaldes ferromagnetiske materialer. Eksempler på disse materialer er; nikkel, jern, kobolt, stål osv. Disse materialer har ekstremt høj permeabilitet, som spænder fra flere hundrede til tusinde.

De magnetiske dipoler i disse materialer er simpelthen arrangeret i forskellige domæner, hvor det individuelle dipolarrangement er perfekt betydeligt, og som kan generere stærke magnetiske felter. Normalt er disse domæner arrangeret tilfældigt, og hvert domænes magnetfelt annulleres gennem et andet, og hele materialet viser ikke en magnets opførsel.

Når et eksternt magnetfelt tilføres til disse materialer, vil domæner reorientere sig selv for at understøtte det eksterne felt og generere et meget stærkt indre magnetfelt. Ved fradrag af det ydre felt venter de fleste domæner og fortsætter med at blive allieret i magnetfeltretningen.
Derfor fortsætter disse materialers magnetiske felt, selv når det ydre felt forsvinder. Så denne hovedegenskab bruges til at producere permanente magneter, som vi bruger dagligt. Materialerne, der bruges til fremstilling af permanente magneter, er normalt stærkt ferromagnetiske som jern, nikkel, neodym, kobolt osv.

Se venligst dette link for Ferromagnetiske materialer .

Magnetiske råmaterialer

Normalt er permanente magneter rundt om i verden lavet med forskellige typer materialer, og hvert materiale har forskellige egenskaber. Disse materialer omfatter hovedsageligt; alnico, fleksibel gummi, ferrit, samarium kobolt & neodym, som diskuteres nedenfor.

Ferriter

Den særlige gruppe af ferromagnetiske materialer, der indtager en midterposition mellem ferromagnetiske og ikke-ferromagnetiske materialer, er kendt som ferritter. Disse materialer har fine ferromagnetiske materialepartikler, der har høj permeabilitet og holdes gensidigt gennem en bindende harpiks. I ferritter er den genererede magnetisering meget tilstrækkelig, selvom deres magnetiske mætning ikke er høj som ferromagnetiske materialer.

Disse materialer er ikke dyre at fremstille, hvilket er relateret til deres magnetiske styrke. Disse er betydeligt svagere sammenlignet med sjældne jordarters materialer, men selv de er stadig udbredt i flere kommercielle applikationer. Disse materialer har styrke som modstand mod korrosion og afmagnetisering.

Neodym

Neodym er et meget sjældent jordartsgrundstof ((Nd) og dets atomnummer er 60 Det blev simpelthen opdaget i år 1885 af den østrigske kemiker, nemlig Carl Auer von Welsbach. Dette materiale er blandet gennem bor, jern og også spor af andre grundstoffer praseodym & dysprosium til at generere en ferromagnetisk legering kaldet Nd2Fe14b, som er det meget stærkeste magnetiske materiale. Neodymmagneter erstatter andre slags materialer i adskillige industrielle og moderne kommercielle apparater.

Alnico

Akronymet for aluminium, nikkel og kobolt er 'alnico', hvor disse tre hovedelementer mest bruges til at skabe alnico magnetisk materiale. Disse magneter er meget stærke permanente magneter sammenlignet med sjældne jordarters magneter. Alnico-magneterne kan udskiftes med permanente magneter indeni motorer , højttalere og generatorer.

Samarium kobolt

Disse magneter blev simpelthen udviklet af U.S. Air Force Materials Laboratory i begyndelsen af ​​1970'erne. Samarium kobolt eller SmCo er et magnetisk materiale, der er lavet med en legering af usædvanlige jordelementer som; samarium, hårdmetal kobolt, jernspor, hafnium, kobber, praseodym og zirconium. Samarium koboltmagneter er sjældne jordarters magneter som neodym, fordi samarium er et element af et lignende sjældent jordgruppeelement som neodym.

Magnetiske materialer vs ikke-magnetiske materialer

Forskellene mellem disse to materialer diskuteres nedenfor.

Sammenligning

Sammenligningen mellem forskellige magnetiske materialer diskuteres nedenfor.

Ansøgninger

Det anvendelser af magnetiske materialer omfatte følgende.

• Disse bruges til at skabe og distribuere elektricitet i de apparater, der udnytter elektricitet.
• De bruges til datalagring på lyd, videobånd og computerdiske.
• Disse materialer bruges i vid udstrækning inden for liv, produktion, national forsvarsvidenskab og teknologi.
• Disse bruges til fremstilling af forskellige transformatorer & motorer indenfor strømteknologi, forskellige magnetiske komponenter & mikrobølgerør indenfor elektronisk teknologi, forstærkere & filtre indenfor kommunikationsteknologi, elektromagnetiske kanoner, husholdningsapparater & magnetiske miner indenfor national forsvarsteknologi.
• Disse bruges bredt i mineral- og geologisk udforskning, havudforskning og nye teknologier inden for energi, information, rum og biologi.
• Disse materialer spiller en væsentlig rolle inden for det elektroniske teknologiområde og andre videnskabs- og teknologiområder.
• Disse er anvendelige inden for elektronik, medicin, elektroteknik osv.
• Disse bruges til fremstilling af elektroniske og elektriske enheder som elektriske motorer, transformere og generatorer.
• Disse bruges i produktion af magnetiske lagerenheder som; disketter, harddiske og magnetbånd.
• Disse typer materialer bruges i magnetisk sensor produktion som; Halleffektsensorer, magnetfeltsensorer og magnetoresistive sensorer.
• Disse er anvendelige i medicinsk udstyr som; MR-maskiner, pacemakere og implanterbare lægemiddelleveringssystemer.
• Disse bruges i magnetiske separationsmetoder, som bruges til at afbryde magnetiske partikler fra ikke-magnetiske partikler.
• Disse materialer bruges i produktionen af ​​vedvarende energi som; vandkraftværker og vindmøller.

Dette er således en oversigt over magnetiske materialer, typer, forskelle, materialesammenligning og dets anvendelser. Her er et spørgsmål til dig, hvad er en magnet?