Consideriamo le principali aree di applicazione dei ferromagneti, nonché le caratteristiche della loro classificazione. Partiamo dal fatto che i ferromagneti sono chiamati solidi che hanno una magnetizzazione incontrollata a basse temperature. Cambia sotto l'influenza di deformazione, campo magnetico, fluttuazioni di temperatura.
Proprietà dei ferromagneti
L'uso dei ferromagneti nella tecnologia è spiegato dalle loro proprietà fisiche. Hanno una permeabilità magnetica molte volte maggiore di quella del vuoto. A questo proposito, tutti i dispositivi elettrici che utilizzano i campi magnetici per convertire un tipo di energia in un altro hanno elementi speciali costituiti da un materiale ferromagnetico in grado di condurre un flusso magnetico.
Caratteristiche dei ferromagneti
Quali sono le caratteristiche distintive dei ferromagneti? Le proprietà e l'uso di queste sostanze sono spiegate dalle peculiarità della struttura interna. C'è una relazione diretta tra le proprietà magnetiche della materia ei vettori elementari del magnetismo, che sono gli elettroni che si muovono all'interno dell'atomo.
Mentre si muovono in orbite circolari, creano correnti elementari e magnetichedipoli che hanno un momento magnetico. La sua direzione è determinata dalla regola del succhiello. Il momento magnetico di un corpo è la somma geometrica di tutte le parti. Oltre a ruotare in orbite circolari, gli elettroni si muovono anche attorno ai propri assi, creando momenti di rotazione. Svolgono un'importante funzione nel processo di magnetizzazione dei ferromagneti.
L'applicazione pratica dei ferromagneti è associata alla formazione in essi di regioni magnetizzate spontanee con orientamento parallelo dei momenti di spin. Se il ferromagnete non si trova in un campo esterno, i singoli momenti magnetici hanno direzioni diverse, la loro somma è zero e non c'è proprietà di magnetizzazione.
Caratteristiche distintive dei ferromagneti
Se i paramagneti sono associati alle proprietà di singole molecole o atomi di una sostanza, le proprietà ferromagnetiche possono essere spiegate dalle specifiche della struttura cristallina. Ad esempio, allo stato di vapore, gli atomi di ferro sono leggermente diamagnetici, mentre allo stato solido questo metallo è un ferromagnete. Come risultato di studi di laboratorio, è stata rivelata la relazione tra temperatura e proprietà ferromagnetiche.
Ad esempio, la lega Goisler, simile per proprietà magnetiche al ferro, non contiene questo metallo. Quando viene raggiunto il punto di Curie (un certo valore di temperatura), le proprietà ferromagnetiche scompaiono.
Tra le loro caratteristiche distintive, si può individuare non solo l' alto valore della permeabilità magnetica, ma anche il rapporto tra intensità di campo emagnetizzazione.
L'interazione dei momenti magnetici dei singoli atomi di un ferromagnete contribuisce alla creazione di potenti campi magnetici interni che si allineano parallelamente tra loro. Un forte campo esterno porta a un cambiamento nell'orientamento, che porta ad un aumento delle proprietà magnetiche.
Natura dei ferromagneti
Gli scienziati hanno stabilito la natura spin del ferromagnetismo. Quando si distribuiscono elettroni su strati di energia, viene preso in considerazione il principio di esclusione di Pauli. La sua essenza è che solo un certo numero di essi può essere su ogni livello. I valori risultanti dei momenti magnetici orbitali e di spin di tutti gli elettroni situati su un guscio completamente riempito sono pari a zero.
Gli elementi chimici con proprietà ferromagnetiche (nichel, cob alto, ferro) sono elementi di transizione della tavola periodica. Nei loro atomi, c'è una violazione dell'algoritmo per riempire i gusci di elettroni. In primo luogo, entrano nello strato superiore (orbitale s) e solo dopo che è completamente riempito, gli elettroni entrano nel guscio situato sotto (orbitale d).
L'uso su larga scala di ferromagneti, il principale dei quali è il ferro, si spiega con il cambiamento della struttura quando esposto a un campo magnetico esterno.
Proprietà simili possono essere possedute solo da quelle sostanze negli atomi di cui ci sono gusci interni non finiti. Ma anche questa condizione non basta per parlare di caratteristiche ferromagnetiche. Ad esempio, hanno anche cromo, manganese, platinogusci non finiti all'interno degli atomi, ma sono paramagnetici. L'emergere della magnetizzazione spontanea è spiegato da una speciale azione quantistica, difficile da spiegare usando la fisica classica.
Dipartimento
Esiste una divisione condizionale di tali materiali in due tipi: ferromagneti duri e morbidi. L'uso di materiali rigidi è associato alla produzione di dischi magnetici, nastri per la memorizzazione di informazioni. I ferromagneti morbidi sono indispensabili nella creazione di elettromagneti, nuclei di trasformatori. Le differenze tra le due specie sono spiegate dalle peculiarità della struttura chimica di queste sostanze.
Caratteristiche di utilizzo
Diamo un'occhiata più da vicino ad alcuni esempi dell'uso dei ferromagneti in vari rami della tecnologia moderna. I materiali magnetici morbidi sono utilizzati nell'ingegneria elettrica per creare motori elettrici, trasformatori, generatori. Inoltre, è importante notare l'uso di ferromagneti di questo tipo nelle comunicazioni radio e nella tecnologia a bassa corrente.
I tipi rigidi sono necessari per creare magneti permanenti. Se il campo esterno è disattivato, i ferromagneti mantengono le loro proprietà, poiché l'orientamento delle correnti elementari non scompare.
È questa proprietà che spiega l'uso dei ferromagneti. In breve, possiamo dire che tali materiali sono alla base della moderna tecnologia.
I magneti permanenti sono necessari quando si creano strumenti di misura elettrici, telefoni, altoparlanti, bussole magnetiche, registratori di suoni.
Ferriti
Considerando l'uso dei ferromagneti, è necessario prestare particolare attenzione alle ferriti. Sono ampiamente utilizzati nell'ingegneria radio ad alta frequenza, poiché combinano le proprietà dei semiconduttori e dei ferromagneti. È dalle ferriti che attualmente vengono realizzati nastri e pellicole magnetiche, nuclei di induttori e dischi. Sono ossidi di ferro presenti in natura.
Fatti interessanti
L'interesse è l'uso di ferromagneti nelle macchine elettriche, così come nella tecnologia di registrazione su un disco rigido. La ricerca moderna indica che a determinate temperature, alcuni ferromagneti possono acquisire caratteristiche paramagnetiche. Ecco perché queste sostanze sono considerate poco conosciute e sono di particolare interesse per i fisici.
Il nucleo in acciaio è in grado di aumentare il campo magnetico più volte senza modificare l'intensità della corrente.
L'uso di ferromagneti può risparmiare notevolmente energia elettrica. Ecco perché per i nuclei di generatori, trasformatori, motori elettrici vengono utilizzati materiali con proprietà ferromagnetiche.
Isteresi magnetica
Questo è il fenomeno della dipendenza dell'intensità del campo magnetico e del vettore di magnetizzazione dal campo esterno. Questa proprietà si manifesta nei ferromagneti e nelle leghe di ferro, nichel, cob alto. Un fenomeno simile si osserva non solo nel caso di un cambiamento nella direzione e nell'ampiezza del campo, ma anche nel caso della sua rotazione.
Permeabilità
La permeabilità magnetica è una quantità fisica che mostra il rapporto tra l'induzione in un determinato mezzo e quella nel vuoto. Se una sostanza crea il proprio campo magnetico, è considerata magnetizzata. Secondo l'ipotesi di Ampère, il valore delle proprietà dipende dal moto orbitale degli elettroni "liberi" nell'atomo.
Il ciclo di isteresi è una curva della dipendenza della variazione della dimensione della magnetizzazione di un ferromagnete situato in un campo esterno dalla variazione della dimensione dell'induzione. Per smagnetizzare completamente il corpo utilizzato, è necessario cambiare la direzione del campo magnetico esterno.
Ad un certo valore di induzione magnetica, chiamato forza coercitiva, la magnetizzazione del campione diventa zero.
È la forma dell'anello di isteresi e l'entità della forza coercitiva che determinano la capacità di una sostanza di mantenere la magnetizzazione parziale, spiegano l'uso diffuso dei ferromagneti. In breve, sono sopra descritti i campi di applicazione dei ferromagneti duri con un ampio ciclo di isteresi. Gli acciai al tungsteno, al carbonio, all'alluminio, al cromo hanno una grande forza coercitiva, quindi sulla base vengono creati magneti permanenti di varie forme: nastro, ferro di cavallo.
Tra i materiali morbidi con una piccola forza coercitiva, notiamo minerali di ferro e leghe ferro-nichel.
Il processo di inversione della magnetizzazione dei ferromagneti è associato a un cambiamento nella regione della magnetizzazione spontanea. Per questo viene utilizzato il lavoro svolto dal campo esterno. Quantitàil calore generato in questo caso è proporzionale all'area del ciclo di isteresi.
Conclusione
Attualmente, in tutti i rami della tecnologia, vengono utilizzate attivamente sostanze con proprietà ferromagnetiche. Oltre a un notevole risparmio di risorse energetiche, l'uso di tali sostanze può semplificare i processi tecnologici.
Ad esempio, armato di potenti magneti permanenti, puoi semplificare notevolmente il processo di creazione dei veicoli. Potenti elettromagneti, attualmente utilizzati negli stabilimenti automobilistici nazionali ed esteri, consentono di automatizzare completamente i processi tecnologici più laboriosi, oltre a velocizzare notevolmente il processo di assemblaggio di nuovi veicoli.
Nell'ingegneria radio, i ferromagneti consentono di ottenere dispositivi della massima qualità e precisione.
Gli scienziati sono riusciti a creare un metodo in un unico passaggio per la produzione di nanoparticelle magnetiche adatte per applicazioni in medicina ed elettronica.
A seguito di numerosi studi effettuati nei migliori laboratori di ricerca, è stato possibile stabilire le proprietà magnetiche di nanoparticelle di cob alto e ferro rivestite da un sottile strato di oro. La loro capacità di trasferire farmaci antitumorali o atomi di radionuclidi nella parte destra del corpo umano e aumentare il contrasto delle immagini di risonanza magnetica è già stata confermata.
Inoltre, tali particelle possono essere utilizzate per aggiornare i dispositivi di memoria magnetica, che sarà un nuovo passo nella creazione di un innovativotecnologia medica.
Un team di scienziati russi è riuscito a sviluppare e testare un metodo per ridurre le soluzioni acquose di cloruri per ottenere nanoparticelle combinate di cob alto-ferro adatte alla creazione di materiali con caratteristiche magnetiche migliorate. Tutte le ricerche condotte dagli scienziati sono volte a migliorare le proprietà ferromagnetiche delle sostanze, aumentandone l'uso percentuale nella produzione.
