Considerem les principals àrees d'aplicació dels ferroimants, així com les característiques de la seva classificació. Comencem pel fet que els ferroimants s'anomenen sòlids que tenen magnetització incontrolada a baixes temperatures. Canvia sota la influència de la deformació, el camp magnètic i les fluctuacions de temperatura.
Propietats dels ferroimants
L'ús de ferroimants en tecnologia s'explica per les seves propietats físiques. Tenen una permeabilitat magnètica moltes vegades més gran que la del buit. En aquest sentit, tots els dispositius elèctrics que utilitzen camps magnètics per convertir un tipus d'energia en un altre tenen elements especials fets d'un material ferromagnètic capaç de conduir un flux magnètic.
Característiques dels ferroimants
Quines són les característiques distintives dels ferroimants? Les propietats i l'ús d'aquestes substàncies s'expliquen per les peculiaritats de l'estructura interna. Hi ha una relació directa entre les propietats magnètiques de la matèria i els portadors elementals del magnetisme, que són electrons que es mouen a l'interior de l'àtom.
Mentre es mouen en òrbites circulars, creen corrents elementals i magnèticsdipols que tenen un moment magnètic. La seva direcció està determinada per la regla del gimlet. El moment magnètic d'un cos és la suma geomètrica de totes les parts. A més de girar en òrbites circulars, els electrons també es mouen al voltant dels seus propis eixos, creant moments de gir. Realitzen una funció important en el procés de magnetització dels ferroimants.
L'aplicació pràctica dels ferroimants s'associa amb la formació en ells de regions magnetitzades espontànies amb una orientació paral·lela dels moments de spin. Si el ferroimant no es troba en un camp extern, aleshores els moments magnètics individuals tenen direccions diferents, la seva suma és zero i no hi ha propietat de magnetització.
Característiques distintives dels ferroimants
Si els paraimants s'associen amb les propietats de molècules o àtoms individuals d'una substància, les propietats ferromagnètiques es poden explicar per les especificitats de l'estructura cristal·lina. Per exemple, en estat de vapor, els àtoms de ferro són lleugerament diamagnètics, mentre que en estat sòlid aquest metall és un ferroimant. Com a resultat d'estudis de laboratori, es va revelar la relació entre la temperatura i les propietats ferromagnètiques.
Per exemple, l'aliatge Goisler, de propietats magnètiques similars al ferro, no conté aquest metall. Quan s'assoleix el punt de Curie (un determinat valor de temperatura), les propietats ferromagnètiques desapareixen.
Entre les seves característiques distintives, es pot destacar no només l' alt valor de la permeabilitat magnètica, sinó també la relació entre la intensitat del camp imagnetització.
La interacció dels moments magnètics dels àtoms individuals d'un ferroimant contribueix a la creació de potents camps magnètics interns que s'alineen paral·lels entre si. Un camp extern fort provoca un canvi d'orientació, que comporta un augment de les propietats magnètiques.
Natura dels ferroimants
Els científics han establert la naturalesa de spin del ferromagnetisme. Quan es distribueixen electrons sobre capes d'energia, es té en compte el principi d'exclusió de Pauli. La seva essència és que només un nombre determinat d'ells pot estar a cada capa. Els valors resultants dels moments magnètics orbitals i de spin de tots els electrons situats en una capa completament plena són iguals a zero.
Els elements químics amb propietats ferromagnètiques (níquel, cob alt, ferro) són elements de transició de la taula periòdica. En els seus àtoms, hi ha una violació de l'algorisme per omplir les closques amb electrons. Primer, entren a la capa superior (orbital s) i només després d'omplir-la completament, els electrons entren a la capa situada a sota (orbital d).
L'ús a gran escala de ferroimants, el principal dels quals és el ferro, s'explica pel canvi d'estructura quan s'exposa a un camp magnètic extern.
Les propietats similars només poden tenir aquelles substàncies en els àtoms de les quals hi ha capes internes sense acabar. Però fins i tot aquesta condició no és suficient per parlar de característiques ferromagnètiques. Per exemple, crom, manganès, platí també tenenclosques inacabades dins dels àtoms, però són paramagnètiques. L'aparició de la magnetització espontània s'explica per una acció quàntica especial, que és difícil d'explicar amb la física clàssica.
Departament
Hi ha una divisió condicional d'aquests materials en dos tipus: ferroimants durs i tous. L'ús de materials durs està associat a la fabricació de discos magnètics, cintes per emmagatzemar informació. Els ferroimants tous són indispensables en la creació d'electroimants, nuclis de transformadors. Les diferències entre les dues espècies s'expliquen per les peculiaritats de l'estructura química d'aquestes substàncies.
Característiques d'ús
Fem una ullada més de prop a alguns exemples de l'ús de ferroimants en diverses branques de la tecnologia moderna. Els materials magnètics suaus s'utilitzen en enginyeria elèctrica per crear motors elèctrics, transformadors i generadors. A més, és important tenir en compte l'ús d'aquest tipus de ferroimants en comunicacions de ràdio i tecnologia de baixa intensitat.
Es necessiten tipus rígids per crear imants permanents. Si el camp extern està desactivat, els ferroimants conserven les seves propietats, ja que l'orientació dels corrents elementals no desapareix.
És aquesta propietat la que explica l'ús dels ferroimants. En resum, podem dir que aquests materials són la base de la tecnologia moderna.
Es necessiten imants permanents quan es creen instruments de mesura elèctrics, telèfons, altaveus, brúixoles magnètiques i gravadores de so.
Ferrites
Tenint en compte l'ús de ferroimants, cal prestar especial atenció a les ferrites. S'utilitzen àmpliament en enginyeria de ràdio d' alta freqüència, ja que combinen les propietats dels semiconductors i els ferroimants. Actualment, a partir de ferrites es fabriquen cintes i pel·lícules magnètiques, nuclis d'inductors i discos. Són òxids de ferro que es troben a la natura.
Dats interessants
L'interès és l'ús de ferroimants en màquines elèctriques, així com en la tecnologia d'enregistrament en un disc dur. Les investigacions modernes indiquen que a determinades temperatures, alguns ferroimants poden adquirir característiques paramagnètiques. És per això que aquestes substàncies es consideren poc enteses i són d'especial interès per als físics.
El nucli d'acer és capaç d'augmentar el camp magnètic diverses vegades sense canviar la força actual.
L'ús de ferroimants pot estalviar significativament l'energia elèctrica. És per això que s'utilitzen materials amb propietats ferromagnètiques per als nuclis de generadors, transformadors, motors elèctrics.
Histèresi magnètica
Aquest és el fenomen de la dependència de la força del camp magnètic i el vector de magnetització del camp extern. Aquesta propietat es manifesta en ferroimants, així com en aliatges de ferro, níquel, cob alt. Un fenomen semblant s'observa no només en el cas d'un canvi de direcció i magnitud del camp, sinó també en el cas de la seva rotació.
Permeabilitat
La permeabilitat magnètica és una magnitud física que mostra la proporció d'inducció en un determinat medi amb la del buit. Si una substància crea el seu propi camp magnètic, es considera magnetitzada. Segons la hipòtesi d'Ampère, el valor de les propietats depèn del moviment orbital dels electrons "lliures" a l'àtom.
El bucle d'histèresi és una corba de la dependència del canvi en la mida de la magnetització d'un ferroimant situat en un camp extern del canvi en la mida de la inducció. Per desmagnetitzar completament el cos utilitzat, heu de canviar la direcció del camp magnètic extern.
A un determinat valor d'inducció magnètica, que s'anomena força coercitiva, la magnetització de la mostra esdevé zero.
És la forma del bucle d'histèresi i la magnitud de la força coercitiva que determinen la capacitat d'una substància per mantenir la magnetització parcial, expliquen l'ús generalitzat dels ferroimants. Breument, les àrees d'aplicació dels ferroimants durs amb un ampli bucle d'histèresi es descriuen anteriorment. Els acers de tungstè, carboni, alumini i crom tenen una gran força coercitiva, per tant, es creen imants permanents de diferents formes: cinta, ferradura.
Entre els materials tous amb una petita força coercitiva, destaquem els minerals de ferro, així com els aliatges de ferro-níquel.
El procés de reversió de la magnetització dels ferroimants està associat a un canvi en la regió de magnetització espontània. Per a això s'utilitza el treball realitzat per l'àmbit extern. Quantitatla calor generada en aquest cas és proporcional a l'àrea del bucle d'histèresi.
Conclusió
Actualment, en totes les branques de la tecnologia, s'utilitzen activament substàncies amb propietats ferromagnètiques. A més d'un important estalvi de recursos energètics, l'ús d'aquestes substàncies pot simplificar els processos tecnològics.
Per exemple, armat amb potents imants permanents, podeu simplificar molt el procés de creació de vehicles. Els potents electroimants, que s'utilitzen actualment a les plantes d'automòbil nacionals i estrangeres, permeten automatitzar completament els processos tecnològics que requereixen més mà d'obra, així com accelerar significativament el procés de muntatge de nous vehicles.
En enginyeria de ràdio, els ferroimants permeten obtenir dispositius de la màxima qualitat i precisió.
Els científics han aconseguit crear un mètode d'un sol pas per a la fabricació de nanopartícules magnètiques adequades per a aplicacions en medicina i electrònica.
Com a resultat de nombrosos estudis realitzats als millors laboratoris de recerca, es va poder establir les propietats magnètiques de les nanopartícules de cob alt i ferro recobertes d'una fina capa d'or. Ja s'ha confirmat la seva capacitat per transferir fàrmacs anticancerígens o àtoms de radionúclids a la part dreta del cos humà i augmentar el contrast de les imatges de ressonància magnètica.
A més, aquestes partícules es poden utilitzar per actualitzar dispositius de memòria magnètica, la qual cosa serà un nou pas per crear un innovadortecnologia mèdica.
Un equip de científics russos va aconseguir desenvolupar i provar un mètode per reduir solucions aquoses de clorurs per obtenir nanopartícules combinades de cob alt i ferro adequades per crear materials amb característiques magnètiques millorades. Totes les investigacions realitzades pels científics tenen com a objectiu millorar les propietats ferromagnètiques de les substàncies, augmentant el seu percentatge d'ús en la producció.
