Ferromagnetismmaterial, applikationer och exempel

han Ferromagnetism Det är egenskapen som ger vissa ämnen ett intensivt och permanent magnetiskt svar. I naturen finns det fem element med den här egenskapen: järn, kobolt, nickel, gadolinio och disposio, de senare sällsynta jordarna.

I närvaro av ett yttre magnetfält, såsom det som produceras av en naturlig magnet eller en elektromagnet, svarar ett ämne på ett karakteristiskt sätt, enligt dess interna konfiguration. Storleken som kvantifierar detta svar är magnetisk permeabilitet.

Magneter bildar en bro. Källa: Pixabay

Magnetisk permeabilitet är en dimensionslös mängd som ges av kvoten mellan intensiteten hos magnetfältet som genereras inuti materialet och det för det externt applicerade magnetfältet.

När detta svar är mycket större än 1 klassificeras materialet som ferromagnetiskt. Å andra sidan, om permeabiliteten inte är mycket större än 1, anses det att det magnetiska svaret är svagare, de är paramagnetiska material.

I järn är magnetisk permeabilitet i storleksordningen 10⁴. Detta innebär att fältet inuti järnet är ungefär 10000 gånger större än fältet som gäller externt. Som ger en uppfattning om hur kraftfullt det magnetiska svaret från detta mineral är.

[TOC]

Hur har det magnetiska svaret sitt ursprung i ämnena?

Magnetism är känd är en effekt förknippad med rörelsen av elektriska laddningar. Det är just den elektriska strömmen. Var kommer magnetiska egenskaper hos stångmagneten från den från vilken en anteckning har träffats i kylen?

Magnetens material, och även andra ämnen innehåller protoner och elektroner inuti, som har sin egen rörelse och genererar elektriska strömmar på flera sätt.

En mycket förenklad modell antar att elektronen i cirkulär bana runt kärnan bildas av protoner och neutroner och bildar således en liten ström av strömmen av strömmen. Varje spas har associerat en vektorstorlek som kallas "orbital magnetmoment", vars intensitet ges av produkten från strömmen och området bestäms av slingan: Bohr magneton.

Naturligtvis beror i detta lilla strömmen på elektronbelastningen. Eftersom alla ämnen innehåller elektroner inuti har de alla möjligheten att uttrycka magnetiska egenskaper. Men inte alla gör det.

Detta beror på att deras magnetiska stunder inte är inriktade, utan arrangeras slumpmässigt, så att deras magnetiska effekter på makroskopisk nivå avbryts.

Historien slutar inte här. Den magnetiska momentprodukten från elektronrörelsen runt kärnan är inte den enda möjliga källan till magnetism i denna skala.

Kan tjäna dig: astrofysik: objekt av studie, historia, teorier, grenar

Elektronen har en slags rotationsrörelse runt sin axel. Det är en effekt som översätter till ett inneboende vinkelmoment. Den här egenskapen kallas snurra av elektronen.

Naturligtvis har det också ett tillhörande magnetiskt ögonblick och är mycket mer intensiv än det omloppande ögonblicket. I själva verket är det största bidraget till atomens nettomagnetiska ögonblick genom snurret, trots båda magnetiska stunder: översättningen plus det inneboende vinkelmomentet, bidrar till atomens totala magnetiska ögonblick.

Dessa magnetiska stunder är de som tenderar att anpassa sig i närvaro av ett yttre magnetfält. Och de gör dem också med de fält som skapas av angränsande ögonblick i materialet.

Nu bildar elektroner vanligtvis par i atomer med många elektroner. Par bildas mellan elektroner med motsatt snurr, vilket resulterar i spinnens magnetiska ögonblick.

Det enda sättet som snurret bidrar till det totala magnetiska ögonblicket är att någon försvinner, det vill säga atomen har ett udda antal elektroner.

Det är värt att fråga vad det finns om protonernas magnetiska ögonblick i kärnan. Eftersom de också har en snurrtid, men det anses inte bidra väsentligt till magnetismen hos en atom. Det beror på att snurrmomentet beror omvänt på protonens massa och massa är mycket större än elektronen.

Magnetomän

I järn, kobolt och nickel, triaden av element med stort magnetiskt svar, är nätmomentet för spinn som produceras av elektroner inte noll ... I dessa metaller, elektroner i 3D -orbital, det yttersta bidrar till nettomagnetmomentet. Det är därför sådana material betraktas som ferromagnetiska.

Detta individuella magnetiska ögonblick för varje atom räcker emellertid inte för att förklara beteendet hos ferromagnetiska material.

Inuti starkt magnetiska material finns det regioner som kallas Magnetomän, vars förlängning kan variera från 10^-4 och 10^-1 cm och som innehåller miljarder atomer. I dessa regioner hanterar nätspinnstunderna hos angränsande atomer.

När en magnetisk domänbesättare närmar sig en magnet, är domäner i linje med varandra och intensifierar magneteffekten.

Det beror på att domänerna, som stångmagneter, har magnetiska poler, lika betecknade som norr och söder, så att de lika polerna avvisar och motsatser lockar.

Det kan tjäna dig: ljudutbredning

När domänerna är i linje med det yttre fältet avger materialet knakar som kan höras genom lämplig förstärkning.

Denna effekt kan ses när en magnet lockar söta järnnaglar och dessa i sin tur uppträder som magneter som lockar andra naglar.

Magnetiska domäner är inte statiska gränser etablerade inom materialet. Dess storlek kan modifieras genom att kyla eller värma upp materialet och utsätta det för att verkan av yttre magnetfält.

Domäntillväxt är dock inte obegränsad. Vid den tidpunkt då det inte längre är möjligt att anpassa dem, sägs det att materialmättnadspunkten har uppnåtts. Denna effekt återspeglas i hystereskurvorna som visas senare.

Uppvärmningen av materialet orsakar förlust av anpassning av magnetiska stunder. Temperaturen vid vilken magnetisering går helt förlorad enligt typen av material, för en stångmagnet, cirka 770 ° C förloras vanligtvis.

När magneten har tagits bort förloras magnetiseringen av naglarna på grund av den termiska omrörningen hela tiden. Men det finns andra föreningar som har permanent magnetisering, för att ha spontant anpassade domäner.

Magnetiska domäner kan observeras när ett platt ferromagnetiskt material skärs och poleras mycket bra. När detta är strö med damm eller fina järnfiler.

Under mikroskopet observeras att chips är grupperade på mineralbildande regioner med en mycket väl definierad orientering, efter materialets magnetiska domäner.

Beteende skillnaden mellan olika magnetiska material beror på hur domäner uppfördes.

Magnethysteres

Magnetisk hysteres är en egenskap att endast material med hög magnetisk permeabilitet har. Presentera inte de paramagnetiska eller diamagnetiska material.

Representerar effekten av ett applicerat yttre magnetfält, som betecknas som H Om magnetisk induktion B av en ferromagnetisk metall under en cykel av imanation och desimanation. Diagrammet har namnet på hystereskurvan.

Ferromagnetisk hysterescykel

Ursprungligen vid punkten eller det finns inget tillämpat fält H Inget magnetiskt svar B, men som intensiteten av H, Induktion B ökar gradvis tills det når mättnadens storlek B_s Vid punkt A, vilket förväntas.

Nu intensiteten av H Tills det är gjort, med det nås det till punkt C, men materialets magnetiska svar försvinner inte och behåller en återstående magnetisering indikerad med värde B_r. Betyder att processen inte är reversibel.

Kan tjäna dig: elektrodynamik

Därifrån intensiteten av H Öka men med inverterad polaritet (negativt tecken), så att den återstående magnetiseringen upphävs vid punkt D. Det nödvändiga värdet på H Det betecknas som H_c och få namnet på tvångsfält.

Storleken på H ökar mättnadsvärdet i E och omedelbart intensiteten av H Det minskar tills den når 0, men det finns en återstående magnetisering med polaritet motsatt till den som beskrivs ovan, vid punkt F.

Nu polariteten hos H Igen och dess storlek ökas för att avbryta materialets magnetiska svar vid punkt G. Efter vägen blir hans mättnad igen. Men det intressanta är att det inte kom dit på den ursprungliga vägen som anges av de röda pilarna.

Magnetiskt hårda och mjuka material: applikationer

Sweet Iron är lättare att magnetisera än stål och knacka på materialet, justering av domäner underlättas ytterligare.

När ett material är lätt att magnetisera och vika det sägs det att det är magnetiskt mjuk, Och naturligtvis om det motsatta händer är ett material hård. I det senare är magnetiska domäner små, medan de i de förstnämnda är stora, så de kan ses genom mikroskopet, som beskrivs ovan.

Området som är inneslutet av hystereskurvan är ett mått på den energi som krävs för att magnetisera - vika materialet. I figuren uppskattas två hystereskurvor för två olika material. Den till vänster är magnetiskt mjuk, medan den till höger är svår.

Ett mjukt ferromagnetiskt material har ett tvångsfält H_c liten och en smal och hög hystereskurva. Det är ett lämpligt material att placera det i kärnan i en elektrisk transformator. Exempel på dem är söta järn- och kisel- och järnnicklegeringar, användbara för kommunikationsutrustning.

Å andra sidan är magnetiskt hårda material svåra att försvinna en gång föreställda, som med Alnico-legeringarna (aluminium-nickel-colto) och sällsynta jordlegeringar som permanentmagneter tillverkas.

Referenser

1. Eisberg, r. 1978.  Kvantfysik.  Limusa. 557 -577.
2. Young, Hugh. 2016. Sears-Zanskys universitetsfysik med modern fysik. 14: e upplagan. Pearson. 943.
3. Zapata, f. (2003). Studie av mineralogier associerade med Guafita 8x olja som tillhör Guafita Campo (Apure State) genom mätningar av magnetisk känslighet och Mossbauer. Examensuppsats. Central University of Venezuela.