Lastnosti feromagnetnih materialov in njihova uporaba v tehnologiji
Okoli žice z električnim tokom tudi v vakuumu je magnetno polje… In če se snov vnese v to polje, se bo magnetno polje spremenilo, saj je katera koli snov v magnetnem polju magnetizirana, to pomeni, da pridobi večji ali manjši magnetni moment, definiran kot vsota elementarnih magnetnih momentov, povezanih z deli, ki sestavljajo to snov.
Bistvo pojava je v tem, da imajo molekule mnogih snovi svoje magnetne momente, ker se znotraj molekul gibljejo naboji, ki tvorijo elementarne krožne tokove in jih zato spremljajo magnetna polja. Če na snov ne deluje zunanje magnetno polje, so magnetni momenti njenih molekul naključno usmerjeni v prostoru in skupno magnetno polje (kot tudi skupni magnetni moment molekul) takega vzorca bo nič.
Če vzorec vnesemo v zunanje magnetno polje, bo orientacija elementarnih magnetnih momentov njegovih molekul pod vplivom zunanjega polja pridobila prednostno smer. Zaradi tega skupni magnetni moment snovi ne bo več enak nič, saj se magnetna polja posameznih molekul v novih pogojih ne kompenzirajo. Tako snov razvije magnetno polje B.
Če molekule snovi na začetku nimajo magnetnih momentov (obstajajo takšne snovi), potem ko se tak vzorec vnese v magnetno polje, se v njem inducirajo krožni tokovi, to pomeni, da molekule pridobijo magnetne momente, ki spet, posledično vodi do pojava skupnih magnetnih polj B.
Večina znanih snovi je v magnetnem polju šibko magnetiziranih, obstajajo pa tudi snovi, ki jih odlikujejo močne magnetne lastnosti, imenujemo jih feromagneti… Primeri feromagnetov: železo, kobalt, nikelj in njihove zlitine.
Feromagneti vključujejo trdne snovi, ki imajo pri nizkih temperaturah spontano (spontano) magnetizacijo, ki se znatno spreminja pod vplivom zunanjega magnetnega polja, mehanske deformacije ali spreminjanja temperature. Tako se obnašajo jeklo in železo, nikelj in kobalt ter zlitine. Njihova magnetna prepustnost je tisočkrat višja kot pri vakuumu.
Zaradi tega se v elektrotehniki tradicionalno uporablja za prevajanje magnetnega toka in pretvorbo energije magnetna jedra iz feromagnetnih materialov.
V takih snoveh so magnetne lastnosti odvisne od magnetnih lastnosti osnovnih nosilcev magnetizma - elektroni, ki se gibljejo znotraj atomov… Seveda elektroni, ki se gibljejo po orbitah v atomih okoli njihovih jeder, tvorijo krožne tokove (magnetne dipole). Toda v tem primeru se tudi elektroni vrtijo okoli svojih osi in ustvarjajo spinske magnetne momente, ki preprosto igrajo glavno vlogo pri magnetizaciji feromagnetov.
Feromagnetne lastnosti se pokažejo le, ko je snov v kristalnem stanju. Poleg tega so te lastnosti zelo odvisne od temperature, saj toplotno gibanje preprečuje stabilno orientacijo elementarnih magnetnih momentov. Torej je za vsak feromagnet določena določena temperatura (Curiejeva točka), pri kateri se struktura magnetizacije uniči in snov postane paramagnet. Na primer, za železo je 900 ° C.
Tudi v šibkih magnetnih poljih lahko feromagnete namagnetimo do nasičenosti. Poleg tega je njihova magnetna prepustnost odvisna od velikosti uporabljenega zunanjega magnetnega polja.
Na začetku procesa magnetizacije magnetna indukcija B postane močnejša v feromagnetnem, kar pomeni magnetna prepustnost super je. Toda ko pride do nasičenja, nadaljnje povečevanje magnetne indukcije zunanjega polja ne vodi več do povečanja magnetnega polja feromagneta, zato se je magnetna prepustnost vzorca zmanjšala, zdaj se nagiba k 1.
Pomembna lastnost feromagnetov je ostanek… Predpostavimo, da je feromagnetna palica nameščena v tuljavo in jo s povečanjem toka v tuljavi spravimo v nasičenost. Nato smo tok v tuljavi izklopili, to pomeni, da smo odstranili magnetno polje tuljave.
Opaziti bo mogoče, da palica ni razmagnetena v stanje, v katerem je bila na začetku, njeno magnetno polje bo večje, to pomeni, da bo prisotna zaostala indukcija. Palica se je vrtela na ta način na trajni magnet.
Za demagnetizacijo takšne palice bo treba nanjo uporabiti zunanje magnetno polje v nasprotni smeri in z indukcijo, ki je enaka preostali indukciji. Vrednost modula indukcije magnetnega polja, ki jo je treba uporabiti za magnetiziran feromagnet (trajni magnet), da se razmagneti, se imenuje prisilna sila.
Magnetizacijske krivulje (histerezne zanke) za različne feromagnetne materiale se med seboj razlikujejo.
Nekateri materiali imajo široke histerezne zanke — to so materiali z visoko preostalo magnetizacijo, imenujemo jih magnetno trdi materiali. Pri izdelavi trajnih magnetov se uporabljajo trdi magnetni materiali.
Ravno nasprotno, mehki magnetni materiali imajo ozko histerezno zanko, nizko preostalo magnetizacijo in se zlahka magnetizirajo v šibkih poljih. To so mehki magnetni materiali, ki se uporabljajo kot magnetna jedra transformatorjev, statorjev motorjev itd.
Feromagneti imajo danes zelo pomembno vlogo v tehnologiji. Mehki magnetni materiali (feriti, elektro jeklo) se uporabljajo v elektromotorjih in generatorjih, v transformatorjih in dušilkah ter v radijski tehniki. Feriti so narejeni iz induktorska jedra.
Za izdelavo trajnih magnetov se uporabljajo trdi magnetni materiali (feriti barija, kobalta, stroncija, neodima-železa-bora). Trajni magneti se pogosto uporabljajo v električnih in akustičnih instrumentih, v motorjih in generatorjih, v magnetnih kompasih itd.