Det finns olika typer av material och även ämnen som är uppbyggda av laddade partiklar: som; elektroner och protoner. Dessa material kan uppvisa någon form av magnetiska egenskaper när de magnetiseras av ett externt magnetfält som är känt som magnetiska material. Dessa material har inducerade eller permanenta magnetiska moment i magnetfältet. För att studera dessa materials magnetiska egenskaper är materialet vanligtvis beläget i ett standardiserat magnetfält, sedan ändras magnetfältet. I modern teknik spelar dessa material en nyckelroll och dessa är viktiga komponenter för transformatorer , motorer och generatorer. Den här artikeln ger kort information om magnetiska material .
Vad är magnetiska material?
Materialen som magnetiseras till ett externt applicerat magnetfält är kända som magnetiska material. Dessa ämnen får också magnetisering närhelst de attraheras av magneten. Exempel på dessa material är; Järn, Kobolt & Nickel.
Dessa material kategoriseras i magnetiskt hårda (eller) magnetiskt mjuka material.
Magnetiskt hårda material magnetiseras genom ett mycket starkt externt magnetfält som genereras av en elektromagnet. Dessa material används huvudsakligen för att skapa permanenta magneter som är gjorda av legeringar som vanligtvis består av föränderliga mängder järn, nickel, aluminium, kobolt och sällsynta jordartsmetaller som samarium, neodym och dysprosium.
Magnetiskt mjuka material magnetiseras mycket lätt även om den inducerade magnetismen är tillfällig. Om du till exempel stryker en permanentmagnet med en skruvmejsel eller spik, kommer den att magnetiseras tillfälligt och generera sitt svaga magnetfält eftersom ett stort antal järn atomer är tillfälligt inriktade i en liknande riktning genom det externa magnetfältet.
Egenskaper
Magnetiska materialegenskaper är ett av fysikens mest grundläggande begrepp. Så, fastigheterna inkluderar främst; paramagnetism, ferromagnetism och antiferromagnetism som diskuteras nedan.
Paramagnetism är en typ av magnetism där vissa material attraheras svagt av ett magnetfält som appliceras externt. Det bildar interna och inducerade magnetfält inom det applicerade magnetfältets riktning. I paramagnetism är de oparade elektronerna ordnade slumpmässigt.
Ferromagnetism är ett fenomen där ett material som järn blir magnetiserat och förblir magnetiserat inom ett externt magnetfält för det stadiet. I ferromagnetism är de oparade elektronerna alla anslutna.
Antiferromagnetism är en slags magnetisk ordning som huvudsakligen uppstår när de intilliggande atomernas (eller) jonernas magnetiska moment riktas in i motsatta riktningar och resulterar i noll netto magnetiska moment. Så detta beteende är främst på grund av utbytesinteraktionen mellan närliggande joner eller atomer, vilket hjälper antiparallell inriktning för att minska systemets energi. Vanligtvis uppvisar antiferromagnetiska material magnetisk ordning under en specifik temperatur som kallas; Néel temperatur. Materialet över denna temperatur kommer att bli paramagnetiskt och det förlorar sina antiferromagnetiska egenskaper.
Hur fungerar magnetiska material?
Dessa material har små områden där det magnetiska momentet kan riktas in i en specifik riktning som kallas magnetiska domäner som huvudsakligen är ansvariga för materialens exklusiva prestanda. Materialets fullständiga energi kan helt enkelt bidra med anisotropienergi, utbytesenergi och magnetostatisk energi. Närhelst det magnetiska materialets storlek minskar, förstärker det olika domäner i materialet. Så på grund av minskningen inom magnetostatisk energi, kommer fler domänväggar att öka utbytes- och anisotropienergin. Således kommer storleken på domänen att avgöra det magnetiska materialets natur.
Det magnetiska momentet är inte stabilt för vissa material som har mindre partikeldiametrar jämfört med den kritiska superparamagnetismdiametern. Närhelst partikelns diameter är mellan den kritiska diametern för superparamagnetism och en enda domän, kommer det magnetiska momentet att bli stabilt.
Magnetiska materialtyper
Det finns olika typer av magnetiska material tillgängliga på marknaden som diskuteras nedan.
Paramagnetiska material
Dessa material attraheras inte starkt av en magnet som; tennmagnesium, aluminium och många fler. Dessa material har liten relativ permeabilitet men positiv som aluminiumpermeabilitet på är: 1,00000065. Dessa material magnetiseras endast när de befinner sig på ett mycket starkt magnetfält och de fungerar i magnetfältets riktning.
Närhelst ett starkt magnetfält tillhandahålls externt, justerar de permanenta magnetiska dipolerna dem till självparallella för det applicerade magnetfältet och ökar till en positiv magnetisering. Om dipolorienteringen är parallell med magnetfältet som appliceras inte är komplett, då är magnetiseringen extremt liten.
Diamagnetiska material
Dessa material stöts bort genom en magnet som kvicksilver, zink, bly, trä, koppar, silver, svavel, vismut, etc kallas diamagnetiska material. Dessa material har något under en permeabilitet. Till exempel är kopparmaterialets permeabilitet 0,000005, vismutmaterialet är 0,00083 och trämaterialet är 0,9999995.
När dessa material är belägna i ett extremt starkt magnetfält, kommer dessa material att magnetiseras något och verka i motsatt riktning mot det applicerade magnetfältet. I dessa typer av material finns det två ganska svaga magnetfält som orsakas på grund av omloppsrotationen och elektronernas axiella rotation runt kärnan.
Ferromagnetiska material
Dessa typer av material som attraheras starkt genom ett magnetfält kallas ferromagnetiska material. Exempel på dessa material är; nickel, järn, kobolt, stål etc. Dessa material har extremt hög permeabilitet som sträcker sig från flera hundra till tusen.
De magnetiska dipolerna i dessa material är helt enkelt ordnade i olika domäner där det individuella dipolarrangemanget är avsevärt perfekt och som kan generera starka magnetfält. Vanligtvis är dessa domäner ordnade slumpmässigt och varje domäns magnetfält avbryts genom en annan och hela materialet visar inte beteendet hos en magnet.
Närhelst ett externt magnetfält tillhandahålls till dessa material, kommer domäner att omorientera sig för att stödja det externa fältet och generera ett mycket starkt internt magnetfält. Genom avdrag av det yttre fältet väntar de flesta domänerna och fortsätter att vara allierade i magnetfältsriktningen.
Därför kvarstår dessa materials magnetfält även när det yttre fältet avgår. Så denna huvudegenskap används för att producera permanenta magneter som vi använder dagligen. Materialen som används för att göra permanentmagneter är vanligtvis mycket ferromagnetiska som järn, nickel, neodym, kobolt, etc.
Se den här länken för Ferromagnetiska material .
Magnetiska råvaror
Vanligtvis tillverkas permanentmagneter runt om i världen med olika typer av material och varje material har olika egenskaper. Dessa material inkluderar huvudsakligen; alnico, flexibelt gummi, ferrit, samariumkobolt & neodym som diskuteras nedan.
Ferriter
Den speciella gruppen av ferromagnetiska material som upptar en mittposition mellan ferromagnetiska och icke-ferromagnetiska material kallas ferriter. Dessa material har fina ferromagnetiska materialpartiklar som har hög permeabilitet och hålls ömsesidigt genom ett bindande harts. I ferriter är magnetiseringen som genereras mycket tillräcklig även om deras magnetiska mättnad inte är hög som ferromagnetiska material.
Dessa material är inte dyra att generera vilket är relaterat till deras magnetiska styrka. Dessa är betydligt svagare jämfört med sällsynta jordartsmetaller, men även de används fortfarande i stor utsträckning i flera kommersiella tillämpningar. Dessa material har styrka som motstånd mot korrosion och avmagnetisering.
Neodym
Neodym är ett mycket sällsynt jordartsmetall ((Nd) och dess atomnummer är 60 Det upptäcktes helt enkelt år 1885 av den österrikiska kemisten Carl Auer von Welsbach. Detta material blandas genom bor, järn och även spår av andra grundämnen som; praseodym & dysprosium för att generera en ferromagnetisk legering som kallas Nd2Fe14b som är det allra starkaste magnetiska materialet Neodymiummagneter ersätter andra typer av material i flera industriella och moderna kommersiella apparater.
Alnico
Förkortningen av aluminium, nickel och kobolt är 'alnico' där dessa tre huvudelement används mest för att skapa alnico magnetiskt material. Dessa magneter är mycket starka permanentmagneter jämfört med sällsynta jordartsmetaller. Alnico-magneterna kan ersättas med permanentmagneter inuti motorer , högtalare & generatorer.
Samarium kobolt
Dessa magneter utvecklades helt enkelt av U.S. Air Force Materials Laboratory i början av 1970-talet. Samariumkobolt eller SmCo är ett magnetiskt material som är tillverkat av en legering av ovanliga jordelement som; samarium, hårdmetallkobolt, järnspår, hafnium, koppar, praseodym och zirkonium. Samarium-koboltmagneter är sällsynta jordartsmetallmagneter som neodym eftersom samarium är ett element av ett liknande element i en sällsynt jordartsmetallgrupp som neodym.
Magnetiska material kontra icke-magnetiska material
Skillnaderna mellan dessa två material diskuteras nedan.
| Magnetiska material | Icke magnetiska material |
| Materialen som attraheras av en magnet kallas magnetiska material. | Materialen som inte attraheras av en magnet kallas icke-magnetiska material. |
| Exempel på dessa material är; järn, kobolt & nickel. | Exempel på dessa material är;, plast, gummi, fjäder, rostfritt stål, papper, glimmer, silver, guld, läder, etc. |
| Det magnetiska tillståndet för dessa material kan förenas i antingen antiparallella eller parallella arrangemang, så att de kan reagera på ett magnetfält när de väl har kontroll över ett yttre magnetfält. | Det magnetiska tillståndet för dessa material kan ordnas på måfå, så dessa domäners magnetiska rörelser upphävs. De reagerar alltså inte på ett magnetfält. |
| Dessa material hjälper till att göra permanentmagneter eftersom de lätt kan magnetiseras genom en magnet. | Dessa material kan inte magnetiseras genom en magnet. Så det kan aldrig förvandlas till ett magnetiserat material. |
Jämförelse
Jämförelsen mellan olika magnetiska material diskuteras nedan.
| material Typ | Sammansättning | Maximal drifttemperatur | Temperatur koefficient | Densitet g/cm^3 |
| Ferrit | Järnoxid och keramiska material. | 180 oC | -0,02 % | 5g / cm^3 |
| Neodym | Främst neodym, bor och järn. | 80 oC | 0,11 % | 7,4 g / cm^3 |
| Alnico | Främst nickel, aluminium, järn & kobolt. | 500 oC | -0,2 % | 7,3 g / cm^3 |
| Magnetisk gummi | Barium/Strontiumkraft & PVC eller Syntetgummi. | 50 oC | 0,2 % | 3,5 g / cm^3 |
| Samarium kobolt | Främst samarium & kobolt | 350 oC | 0,11 % | 8,4 g / cm^3 |
Ansökningar
De tillämpningar av magnetiska material inkluderar följande.
- Dessa används för att skapa och distribuera el i de apparater som använder el.
- De används för datalagring på ljud, videoband och datordiskar.
- Dessa material används i stor utsträckning inom liv, produktion, nationell försvarsvetenskap och teknik.
- Dessa används vid tillverkning av olika transformatorer & motorer inom kraftteknik, olika magnetiska komponenter & mikrovågsrör inom elektronikteknik, förstärkare & filter inom kommunikationsteknik, elektromagnetiska pistoler, hushållsapparater & magnetminor inom nationell försvarsteknik.
- Dessa används flitigt inom mineral & geologisk utforskning, havsutforskning & ny teknologi inom energi, information, rymd & biologi.
- Dessa material spelar en betydande roll inom det elektroniska teknikområdet och andra vetenskaps- och teknikområden.
- Dessa är tillämpliga inom elektronik, medicin, elektroteknik, etc.
- Dessa används vid tillverkning av elektroniska och elektriska apparater som elmotorer, transformatorer och generatorer.
- Dessa används i produktion av magnetiska lagringsenheter som; disketter, hårddiskar och magnetband.
- Dessa typer av material används i produktion av magnetiska sensorer som; Halleffektsensorer, magnetfältssensorer och magnetoresistiva sensorer.
- Dessa är tillämpliga i medicinsk utrustning som; MRT-maskiner, pacemakers och implanterbara läkemedelstillförselsystem.
- Dessa används i magnetiska separationsmetoder, som används för att koppla bort magnetiska partiklar från icke-magnetiska partiklar.
- Dessa material används vid generering av förnybar energi som; vattenkraftverk och vindkraftverk.
Detta är alltså en översikt över magnetiska material, typer, skillnader, materialjämförelse och dess tillämpningar. Här är en fråga till dig, vad är en magnet?
