Нека разгледаме основните области на приложение на феромагнитите, както и характеристиките на тяхната класификация. Нека започнем с факта, че феромагнитите се наричат твърди тела, които имат неконтролирано намагнитване при ниски температури. Променя се под влияние на деформация, магнитно поле, температурни колебания.
Свойства на феромагнитите
Използването на феромагнитите в технологиите се обяснява с техните физически свойства. Те имат магнитна проницаемост, която е многократно по-голяма от тази на вакуум. В тази връзка всички електрически устройства, които използват магнитни полета за преобразуване на един вид енергия в друг, имат специални елементи, изработени от феромагнитен материал, способен да провежда магнитен поток.
Характеристики на феромагнитите
Какви са отличителните характеристики на феромагнитите? Свойствата и употребата на тези вещества се обясняват с особеностите на вътрешната структура. Съществува пряка връзка между магнитните свойства на материята и елементарните носители на магнетизма, които са електрони, движещи се вътре в атома.
Докато се движат в кръгови орбити, те създават елементарни токове и магнитнидиполи, които имат магнитен момент. Посоката му се определя от правилото на гиллета. Магнитният момент на тялото е геометричната сума от всички части. Освен че се въртят в кръгови орбити, електроните се движат и около собствените си оси, създавайки моменти на въртене. Те изпълняват важна функция в процеса на намагнитване на феромагнитите.
Практическото приложение на феромагнетиците е свързано с образуването в тях на спонтанно намагнетизирани области с паралелна ориентация на спиновите моменти. Ако феромагнетикът не е разположен във външно поле, тогава отделните магнитни моменти имат различни посоки, тяхната сума е нула и няма свойство на намагнитване.
Отличителни характеристики на феромагнитите
Ако парамагнитите са свързани със свойствата на отделни молекули или атоми на дадено вещество, тогава феромагнитните свойства могат да се обяснят със спецификата на кристалната структура. Например, в състояние на пара, атомите на желязо са леко диамагнитни, докато в твърдо състояние този метал е феромагнит. В резултат на лабораторни изследвания беше разкрита връзката между температурата и феромагнитните свойства.
Например, сплавта Goisler, подобна по магнитни свойства на желязото, не съдържа този метал. Когато се достигне точката на Кюри (определена температурна стойност), феромагнитните свойства изчезват.
Сред техните отличителни характеристики може да се открои не само високата стойност на магнитната проницаемост, но и връзката между силата на полето инамагнитване.
Взаимодействието на магнитните моменти на отделните атоми на феромагнетика допринася за създаването на мощни вътрешни магнитни полета, които се подреждат успоредно едно на друго. Силно външно поле води до промяна в ориентацията, което води до увеличаване на магнитните свойства.
Природа на феромагнитите
Учените са установили спиновата природа на феромагнетизма. При разпределението на електроните върху енергийните слоеве се взема предвид принципът на изключване на Паули. Същността му е, че само определен брой от тях могат да бъдат на всеки слой. Получените стойности на орбиталните и спинови магнитни моменти на всички електрони, разположени върху напълно запълнена обвивка, са равни на нула.
Химически елементи с феромагнитни свойства (никел, кобалт, желязо) са преходни елементи на периодичната таблица. В атомите им има нарушение на алгоритъма за запълване на обвивки с електрони. Първо те влизат в горния слой (s-орбитала) и едва след като той е напълно запълнен, електроните влизат в обвивката, разположена отдолу (d-орбитала).
Мащабното използване на феромагнети, основният от които е желязо, се обяснява с промяната в структурата при излагане на външно магнитно поле.
Подобни свойства могат да притежават само онези вещества, в атомите на които има вътрешни незавършени обвивки. Но дори това условие не е достатъчно, за да говорим за феромагнитни характеристики. Например, хром, манган, платина също иматнезавършени обвивки вътре в атомите, но те са парамагнитни. Появата на спонтанно намагнитване се обяснява със специално квантово действие, което е трудно да се обясни с помощта на класическата физика.
Отдел
Има условно разделение на такива материали на два вида: твърди и меки феромагнети. Използването на твърди материали е свързано с производството на магнитни дискове, ленти за съхранение на информация. Меките феромагнети са незаменими при създаването на електромагнити, трансформаторни ядра. Разликите между двата вида се обясняват с особеностите на химичната структура на тези вещества.
Характеристики на употреба
Нека да разгледаме по-отблизо някои примери за използване на феромагнети в различни клонове на съвременните технологии. Меките магнитни материали се използват в електротехниката за създаване на електрически двигатели, трансформатори, генератори. Освен това е важно да се отбележи използването на феромагнети от този тип в радиокомуникациите и нискотоковите технологии.
Необходими са твърди типове за създаване на постоянни магнити. Ако външното поле е изключено, феромагнитите запазват свойствата си, тъй като ориентацията на елементарните токове не изчезва.
Това свойство обяснява използването на феромагнити. Накратко можем да кажем, че такива материали са в основата на съвременните технологии.
Постоянни магнити са необходими при създаване на електрически измервателни уреди, телефони, високоговорители, магнитни компаси, звукозаписващи устройства.
Ферити
Като се има предвид използването на феромагнети, е необходимо да се обърне специално внимание на феритите. Те се използват широко във високочестотната радиотехника, тъй като съчетават свойствата на полупроводниците и феромагнитите. Именно от ферити в момента се произвеждат магнитни ленти и филми, сърцевини на индуктори и дискове. Те са железни оксиди, открити в природата.
Интересни факти
Интерес представлява използването на феромагнити в електрическите машини, както и в технологията за запис на твърд диск. Съвременните изследвания показват, че при определени температури някои феромагнити могат да придобият парамагнитни характеристики. Ето защо тези вещества се считат за слабо разбрани и представляват особен интерес за физиците.
Стоманената сърцевина е в състояние да увеличи магнитното поле няколко пъти, без да променя силата на тока.
Използването на феромагнети може значително да спести електрическа енергия. Ето защо за сърцевината на генератори, трансформатори, електродвигатели се използват материали с феромагнитни свойства.
магнитен хистерезис
Това е явлението на зависимостта на силата на магнитното поле и вектора на намагнитване от външното поле. Това свойство се проявява във феромагнитите, както и в сплавите от желязо, никел, кобалт. Подобно явление се наблюдава не само в случай на промяна в посоката и големината на полето, но и в случай на неговото въртене.
Пропускливост
Магнитната пропускливост е физическа величина, която показва съотношението на индукцията в определена среда към тази във вакуум. Ако дадено вещество създаде свое собствено магнитно поле, то се счита за намагнетизирано. Според хипотезата на Ампер, стойността на свойствата зависи от орбиталното движение на "свободните" електрони в атома.
Хистерезисната верига е крива на зависимостта на промяната в размера на намагнитването на феромагнит, разположен във външно поле, от промяната в размера на индукцията. За да демагнетизирате напълно използваното тяло, трябва да промените посоката на външното магнитно поле.
При определена стойност на магнитната индукция, която се нарича коерцитивна сила, намагнитването на пробата става нула.
Това е формата на хистерезисната верига и величината на коерцитивната сила, които определят способността на веществото да поддържа частично намагнитване, обяснява широкото използване на феромагнитите. Накратко, по-горе са описани областите на приложение на твърди феромагнетици с широк хистерезис. Волфрамови, въглеродни, алуминиеви, хромови стомани имат голяма коерцитивна сила, следователно на тяхна основа се създават постоянни магнити с различни форми: лента, подкова.
Сред меките материали с малка принудителна сила отбелязваме железни руди, както и желязо-никелови сплави.
Процесът на обръщане на намагнитването на феромагнетиците е свързан с промяна в областта на спонтанно намагнитване. За това се използва работата, извършена от външното поле. количествогенерираната топлина в този случай е пропорционална на площта на хистерезисната верига.
Заключение
В момента във всички клонове на технологията активно се използват вещества с феромагнитни свойства. В допълнение към значителните спестявания на енергийни ресурси, използването на такива вещества може да опрости технологичните процеси.
Например, въоръжени с мощни постоянни магнити, можете значително да опростите процеса на създаване на превозни средства. Мощните електромагнити, които в момента се използват в местни и чуждестранни автомобилни заводи, позволяват напълно автоматизиране на най-трудоемките технологични процеси, както и значително ускоряване на процеса на сглобяване на нови превозни средства.
В радиотехниката феромагнитите правят възможно получаването на устройства с най-високо качество и точност.
Учените успяха да създадат метод в една стъпка за производство на магнитни наночастици, които са подходящи за приложения в медицината и електрониката.
В резултат на многобройни изследвания, проведени в най-добрите изследователски лаборатории, беше възможно да се установят магнитните свойства на наночастиците от кобалт и желязо, покрити с тънък слой злато. Тяхната способност да пренасят противоракови лекарства или радионуклидни атоми в дясната част на човешкото тяло и да увеличават контраста на изображенията с магнитен резонанс вече е потвърдена.
В допълнение, такива частици могат да се използват за надграждане на устройства с магнитна памет, което ще бъде нова стъпка в създаването на иновативнамедицинска технология.
Екип от руски учени успя да разработи и тества метод за редуциране на водни разтвори на хлориди за получаване на комбинирани наночастици кобалт-желязо, подходящи за създаване на материали с подобрени магнитни характеристики. Всички изследвания, проведени от учени, са насочени към подобряване на феромагнитните свойства на веществата, увеличаване на процента на тяхното използване в производството.
