Det ferromagnetisme Det er egenskaben, der giver nogle stoffer en intens og permanent magnetisk reaktion. I naturen er der fem elementer med denne egenskab: jern, cobalt, nikkel, gadolinium og dysprosium, sidstnævnte sjældne jordarter.
I nærvær af et eksternt magnetfelt, såsom det, der produceres af en naturlig magnet eller en elektromagnet, reagerer et stof på en karakteristisk måde i henhold til dets interne konfiguration. Størrelsen, der kvantificerer dette svar, er den magnetiske permeabilitet.
Magnetisk permeabilitet er en dimensionsløs størrelse givet af kvotienten mellem intensiteten af det magnetfelt, der genereres inde i materialet, og det af det eksternt påførte magnetfelt..
Når dette svar er meget større end 1, klassificeres materialet som ferromagnetisk. På den anden side, hvis permeabiliteten ikke er meget større end 1, anses den magnetiske respons for at være svagere, de er paramagnetiske materialer.
I jern er den magnetiske permeabilitet i størrelsesordenen 104. Dette betyder, at feltet inden i jernet er ca. 10.000 gange større end det felt, der påføres eksternt. Hvilket giver en idé om, hvor stærk magnetisk reaktion dette mineral har..
Artikelindeks
Magnetisme er kendt for at være en effekt forbundet med bevægelse af elektriske ladninger. Det er præcis, hvad den elektriske strøm består af. Hvor kommer de magnetiske egenskaber af stavmagneten fra, hvormed en note er blevet fastgjort i køleskabet?
Magnetets materiale og også ethvert andet stof indeholder inde i protoner og elektroner, som har deres egen bevægelse og genererer elektriske strømme på forskellige måder..
En meget forenklet model antager, at elektronen i en cirkulær bane omkring kernen består af protoner og neutroner og dermed danner en lille strømsløjfe. Hver sløjfe er associeret med en vektorstørrelse kaldet "orbitalt magnetisk øjeblik", hvis intensitet er givet af strømproduktet og det område, der bestemmes af sløjfen: Bohr magneton.
Selvfølgelig afhænger strømmen i denne lille sløjfe af elektronens opladning. Da alle stoffer indeholder elektroner i deres indre, har alle i princippet muligheden for at udtrykke magnetiske egenskaber. Men ikke alle gør det.
Dette skyldes, at dens magnetiske øjeblikke ikke er justeret, men snarere tilfældigt arrangeret indeni, på en sådan måde, at dens makroskopiske magnetiske effekter annulleres..
Historien slutter ikke her. Det magnetiske øjebliksprodukt af elektronbevægelsen omkring kernen er ikke den eneste mulige kilde til magnetisme på denne skala..
Elektronen har en slags rotationsbevægelse omkring sin akse. Det er en effekt, der oversættes til et indre vinkelmoment. Denne egenskab kaldes spin elektron.
Naturligvis har det også et tilhørende magnetisk øjeblik, og det er meget stærkere end det kredsløbsmoment. Faktisk er det største bidrag til atommets nettomagnetiske øjeblik gennem spin, men begge magnetiske øjeblikke: oversættelsens plus det indre vinkelmoment bidrager til atomets samlede magnetiske øjeblik..
Disse magnetiske øjeblikke er dem, der har tendens til at justere i nærvær af et eksternt magnetfelt. Og de laver dem også med markerne skabt af de nærliggende øjeblikke i materialet.
Nu parres elektroner normalt i atomer med mange elektroner. Par dannes mellem elektroner med modsat centrifugering, hvilket resulterer i, at det magnetiske spin-moment annulleres.
Den eneste måde, som centrifugeringen bidrager til det samlede magnetiske øjeblik, er, hvis en af dem ikke er parret, dvs. atomet har et ulige antal elektroner.
Man undrer sig over, hvad der er ved protonernes magnetiske øjeblik i kernen. Nå, de har også spin-øjeblik, men det anses ikke for at bidrage væsentligt til magnetismen af et atom. Det skyldes, at centrifugeringsmomentet afhænger omvendt af massen, og protonens masse er meget større end elektronens.
I jern, cobalt og nikkel er triaden af grundstoffer med stor magnetisk respons, netto-spin-øjeblikket produceret af elektronerne ikke nul ... I disse metaller er elektronerne i 3d-orbitalen, de yderste, dem der bidrager til nettets magnetiske øjeblik. Derfor betragtes sådanne materialer som ferromagnetiske..
Imidlertid er dette individuelle magnetiske øjeblik for hvert atom ikke nok til at forklare opførelsen af ferromagnetiske materialer..
Inde i stærkt magnetiske materialer er der regioner kaldet magnetiske domæner, hvis udvidelse kan svinge mellem 10-4 og 10-1 cm og indeholdende billioner atomer. I disse regioner klarer nettospindmomenterne for naboatomer at parre sig stærkt.
Når et materiale, der har magnetiske domæner, nærmer sig en magnet, tilpasser domænerne sig med hinanden og forstærker den magnetiske effekt.
Det er fordi domæner, ligesom stangmagneter, har magnetiske poler, lige så betegnet Nord og Syd, sådan at ligesom poler frastøder og modsatte poler tiltrækker..
Da domænerne flugter med det eksterne felt, udsender materialet knæklyde, der kan høres ved passende forstærkning.
Denne effekt kan ses, når en magnet tiltrækker de bløde jernspik, og disse opfører sig igen som magneter, der tiltrækker andre negle.
Magnetiske domæner er ikke statiske grænser, der er etableret i materialet. Dens størrelse kan modificeres ved afkøling eller opvarmning af materialet og også udsætte det for virkningen af eksterne magnetfelter.
Væksten i domænet er dog ikke ubegrænset. I det øjeblik, hvor det ikke længere er muligt at justere dem, siges det, at mætningspunktet for materialet er nået. Denne effekt afspejles i hysteresekurverne nedenfor..
Opvarmning af materialet medfører tab af justering af de magnetiske øjeblikke. Temperaturen, ved hvilken magnetisering helt mistes, varierer alt efter materialetype. For en stangmagnet går den normalt tabt ved omkring 770 ° C..
Når først magneten er fjernet, går magnetiseringen af neglene tabt på grund af den til enhver tid tilstedeværende termiske omrøring. Men der er andre forbindelser, der har permanent magnetisering, da de spontant har justeret domæner..
Magnetiske domæner kan ses, når et fladt område af ikke-magnetiseret ferromagnetisk materiale, såsom blødt jern, er meget godt skåret og poleret. Når dette er gjort, drysses det med pulver eller fine jernarkasser.
Under mikroskopet observeres det, at chipsene er grupperet på de mineraldannende regioner med en meget veldefineret orientering efter materialets magnetiske domæner..
Forskellen i adfærd mellem forskellige magnetiske materialer skyldes den måde, domænerne opfører sig inde i dem..
Magnetisk hysterese er et kendetegn, som kun materialer med høj magnetisk permeabilitet besidder. Det findes ikke i paramagnetiske eller diamagnetiske materialer.
Repræsenterer effekten af et anvendt eksternt magnetfelt, der betegnes som H om magnetisk induktion B af et ferromagnetisk metal under en cyklus af magnetisering og demagnetisering. Den viste graf har navnet på hysteresekurven.
Oprindeligt ved punkt O er der ikke noget anvendt felt H intet magnetisk respons B, men som intensiteten af H, induktion B øges gradvis, indtil den når mætningens størrelse Bs ved punkt A, som forventes.
Nu intensiteten af H indtil det bliver 0, hvor man når punkt C, men materialets magnetiske reaktion forsvinder imidlertid ikke og bibeholder a remanent magnetisering markeret med værdi Br. Det betyder, at processen ikke er reversibel.
Derfra intensiteten af H stiger, men med polariteten omvendt (negativt tegn), så den remanente magnetisering annulleres ved punkt D. Den nødvendige værdi af H betegnes som Hc og modtager navnet på tvangsmark.
Størrelsen af H øges, indtil mætningsværdien i E igen når straks intensiteten af H falder, indtil det når 0, men der forbliver en remanent magnetisering med polaritet modsat den tidligere beskrevne, ved punkt F.
Nu er polariteten af H igen, og dens størrelse øges, indtil materialets magnetiske respons ved punkt G. annulleres. Efter stien GA opnås dens mætning igen. Men det interessante er, at du ikke kom derhen ved den oprindelige sti, der er angivet med de røde pile.
Mildt jern er lettere at magnetisere end stål, og aflytning af materialet letter yderligere justeringen af domænerne..
Når et materiale er let at magnetisere og demagnetisere, siges det at være det magnetisk blød, og selvfølgelig, hvis det modsatte sker, er det et materiale magnetisk hårdt. I sidstnævnte er de magnetiske domæner små, mens de i de førstnævnte er store, derfor kan de ses gennem mikroskopet som beskrevet ovenfor..
Området, der er omgivet af hysteresekurven, er et mål for den energi, der kræves for at magnetisere - demagnetisere materialet. Figuren viser to hysteresekurver for to forskellige materialer. Den ene til venstre er magnetisk blød, mens den til højre er hård.
Et blødt ferromagnetisk materiale har et tvangsfelt Hc lille og en smal og høj hysteresekurve. Det er et passende materiale, der skal placeres i kernen i en elektrisk transformer. Eksempler på dem er blødt jern og silicium-jern og jern-nikkel-legeringer, der er nyttige til kommunikationsudstyr..
På den anden side er magnetisk hårde materialer vanskelige at de-magnetisere, når de først er magnetiseret, som det er tilfældet med alnico-legeringer (aluminium-nikkel-kobolt) og sjældne jordlegeringer, som der fremstilles permanente magneter med..
Endnu ingen kommentarer