Bahan, Aplikasi dan Contoh Ferromagnetisme

Dia Ferromagnetisme Adalah harta yang memberikan beberapa bahan tindak balas magnet yang sengit dan kekal. Secara semula jadi terdapat lima elemen dengan harta ini: besi, kobalt, nikel, gadolinio dan disposio, yang terakhir nadir bumi.

Di hadapan medan magnet luaran, seperti yang dihasilkan oleh magnet semulajadi atau elektromagnet, bahan bertindak balas dengan cara yang bersifat, mengikut konfigurasi dalamannya. Besarnya yang mengukur tindak balas ini adalah kebolehtelapan magnet.

Magnet membentuk jambatan. Sumber: Pixabay

Kebolehtelapan magnet adalah jumlah tanpa dimensi yang diberikan oleh kuota antara keamatan medan magnet yang dihasilkan di dalam bahan dan medan magnet yang digunakan secara luaran.

Apabila tindak balas ini jauh lebih besar daripada 1, bahan diklasifikasikan sebagai ferromagnetik. Sebaliknya, jika kebolehtelapan tidak lebih besar daripada 1, dianggap bahawa tindak balas magnet lebih lemah, mereka adalah bahan paramagnetik.

Dalam besi, kebolehtelapan magnet adalah urutan 10⁴. Ini bermaksud bahawa medan di dalam besi adalah kira -kira 10000 kali lebih besar daripada medan yang digunakan secara luaran. Yang memberi gambaran betapa kuatnya tindak balas magnet mineral ini.

[TOC]

Bagaimana tindak balas magnet berasal di dalam bahan?

Magnetisme diketahui adalah kesan yang berkaitan dengan pergerakan caj elektrik. Itu tepatnya arus elektrik. Di mana sifat magnet magnet bar datang dari masa itu dari mana nota telah dipukul di dalam peti sejuk?

Bahan magnet, dan juga bahan lain mengandungi proton dan elektron di dalam, yang mempunyai pergerakan mereka sendiri dan menghasilkan arus elektrik dalam beberapa cara.

Model yang sangat dipermudahkan menganggap elektron dalam orbit bulat di sekitar nukleus yang dibentuk oleh proton dan neutron, dengan itu membentuk spase kecil arus arus. Setiap spase telah mengaitkan magnitud vektor yang disebut "momen magnet orbital", yang keamatannya diberikan oleh produk arus dan kawasan yang ditentukan oleh gelung: magneton bohr.

Sudah tentu, dalam sedikit arus ini bergantung pada beban elektron. Oleh kerana semua bahan mengandungi elektron di dalam, mereka semua mempunyai kemungkinan untuk menyatakan sifat magnet. Walau bagaimanapun, tidak semua mereka lakukan.

Ini kerana momen magnet mereka tidak diselaraskan, tetapi diatur secara rawak, sehingga kesan magnet mereka di tahap makroskopik dibatalkan.

Kisahnya tidak berakhir di sini. Produk momen magnet pergerakan elektron di sekitar nukleus bukanlah satu -satunya sumber daya magnet yang mungkin pada skala ini.

Boleh melayani anda: astrofizik: objek kajian, sejarah, teori, cawangan

Elektron mempunyai pergerakan putaran di sekitar paksi. Ini adalah kesan yang diterjemahkan ke dalam momentum sudut intrinsik. Harta ini dipanggil berputar daripada elektron.

Secara semulajadi ia juga mempunyai momen magnet yang berkaitan dan jauh lebih sengit daripada saat orbit. Malah, sumbangan terbesar kepada momen magnet bersih atom adalah melalui putaran, walaupun kedua -dua momen magnetik: terjemahan ditambah momentum sudut intrinsik, menyumbang kepada jumlah momen magnet atom.

Momen -momen magnetik ini adalah yang cenderung menyelaraskan dengan kehadiran medan magnet luaran. Dan mereka juga melakukannya dengan bidang yang dicipta oleh detik -detik jiran dalam bahan.

Sekarang, elektron biasanya membentuk pasangan dalam atom dengan banyak elektron. Pasangan terbentuk di antara elektron dengan putaran bertentangan, mengakibatkan momen magnet Spin.

Satu -satunya cara putaran menyumbang kepada jumlah momen magnet adalah bahawa seseorang hilang, iaitu atom mempunyai bilangan elektron ganjil.

Perlu bertanya apa yang ada mengenai momen magnet proton dalam nukleus. Kerana mereka juga mempunyai masa putaran, tetapi ia tidak dianggap menyumbang dengan ketara kepada magnetisme atom. Ini kerana momen putaran bergantung kepada jisim dan jisim proton jauh lebih besar daripada elektron.

Domain magnet

Dalam besi, kobalt dan nikel, triad unsur -unsur dengan tindak balas magnet yang hebat, momen bersih putaran yang dihasilkan oleh elektron tidak sifar ... Dalam logam ini, elektron dalam orbital 3d, yang paling luar menyumbang kepada momen magnet bersih. Itulah sebabnya bahan -bahan tersebut dianggap ferromagnetik.

Walau bagaimanapun, momen magnet individu ini setiap atom tidak mencukupi untuk menjelaskan tingkah laku bahan ferromagnetik.

Di dalam bahan -bahan yang sangat magnet ada kawasan yang dipanggil Domain magnet, yang lanjutannya boleh berkisar dari 10^-4 dan 10^-1 CM dan yang mengandungi berbilion atom. Di kawasan ini, momen putaran bersih atom jiran menguruskan.

Apabila pemilik domain magnet mendekati magnet, domain sejajar dengan satu sama lain, meningkatkan kesan magnet.

Ia disebabkan oleh fakta bahawa domain, seperti magnet bar, mempunyai tiang magnet, sama -sama dilambangkan sebagai utara dan selatan, sehingga tiang yang sama menolak dan bertentangan menarik.

Ia dapat melayani anda: penyebaran bunyi

Oleh kerana domain sejajar dengan medan luaran, bahan memancarkan creaks yang dapat didengar dengan amplifikasi yang sesuai.

Kesan ini dapat dilihat apabila magnet menarik kuku besi manis dan ini seterusnya berkelakuan seperti magnet yang menarik kuku lain.

Domain magnet bukan sempadan statik yang ditubuhkan dalam bahan. Saiznya boleh diubahsuai dengan menyejukkan atau memanaskan bahan, dan juga menundukkannya dengan tindakan medan magnet luaran.

Walau bagaimanapun, pertumbuhan domain tidak terhad. Pada masa ketika tidak lagi mungkin untuk menyelaraskan mereka, dikatakan bahawa titik ketepuan bahan telah dicapai. Kesan ini dicerminkan dalam lengkung histerisis yang muncul kemudian.

Pemanasan bahan menyebabkan kehilangan penjajaran momen magnet. Suhu di mana magnetisasi hilang sepenuhnya mengikut jenis bahan, untuk magnet bar, kira -kira 770 º C biasanya hilang.

Setelah magnet telah dikeluarkan, magnetisasi kuku hilang disebabkan oleh pergolakan haba yang ada pada setiap masa. Tetapi ada sebatian lain yang mempunyai magnetisasi kekal, kerana mempunyai domain sejajar secara spontan.

Domain magnet dapat diperhatikan apabila bahan ferromagnet rata dipotong dan digilap dengan baik. Sebaik sahaja ini ditaburi dengan debu atau fail besi halus.

Di bawah mikroskop diperhatikan bahawa cip dikumpulkan di kawasan pembentukan mineral dengan orientasi yang sangat jelas, berikutan domain magnet bahan.

Perbezaan tingkah laku antara pelbagai bahan magnet adalah disebabkan oleh cara domain berkelakuan di dalam.

Histeresis magnet

Hysteresis magnetik adalah ciri yang hanya bahan dengan kebolehtelapan magnet yang tinggi. Jangan tunjukkan bahan paramagnetik atau diamagnetik.

Mewakili kesan medan magnet luaran yang digunakan, yang dilambangkan sebagai H Mengenai induksi magnet B logam ferromagnetik semasa kitaran pengiraan dan desimanation. Grafik yang ditunjukkan mempunyai nama lengkung histeresis.

Kitaran histerisis ferromagnetik

Pada mulanya pada titik atau tidak ada medan yang digunakan H Tiada tindak balas magnet B, tetapi sebagai intensiti H, Induksi B meningkat secara progresif sehingga mencapai magnitud ketepuan B_s Pada titik A, yang diharapkan.

Sekarang intensiti H Sehingga ia selesai, dengan itu dicapai ke titik C, namun tindak balas magnet bahan tidak hilang, mengekalkan a magnetisasi yang tinggal ditunjukkan dengan nilai B_r. Bermaksud bahawa proses itu tidak boleh diterbalikkan.

Boleh melayani anda: Elektrodinamik

Dari situ intensiti H Peningkatan tetapi dengan polaritas terbalik (tanda negatif), supaya magnetisasi yang tersisa dibatalkan pada titik d. Nilai yang diperlukan untuk H Ia dilambangkan sebagai H_c dan terima nama medan paksaan.

Magnitud H meningkat kepada nilai ketepuan di e dan segera intensiti H Ia berkurangan sehingga mencapai 0, tetapi terdapat magnetisasi yang tersisa dengan polaritas yang bertentangan dengan yang diterangkan di atas, pada titik f.

Sekarang polaritas H Sekali lagi dan magnitudnya meningkat untuk membatalkan tindak balas magnet bahan pada titik g. Mengikuti cara, ketepuannya mendapat lagi. Tetapi perkara yang menarik ialah ia tidak sampai di jalan asal yang ditunjukkan oleh anak panah merah.

Bahan keras dan lembut magnetik: Aplikasi

Besi manis lebih mudah dimagnetkan daripada keluli dan mengetuk bahan, penjajaran domain lebih mudah difasilitasi.

Apabila bahan mudah dimagnetkan dan melipatnya, dikatakan bahawa ia adalah Magnetik lembut, Dan tentu saja jika sebaliknya berlaku adalah bahan magnetik keras. Di dalamnya, domain magnet adalah kecil, sementara di bekas mereka besar, sehingga mereka dapat dilihat melalui mikroskop, seperti yang terperinci di atas.

Kawasan yang dilampirkan oleh lengkung histerisis adalah ukuran tenaga yang diperlukan untuk magnetkan - lipat bahan. Dalam angka dua lengkung histerisis dihargai untuk dua bahan yang berbeza. Yang di sebelah kiri lembut secara magnetik, sementara yang di sebelah kanan sukar.

Bahan ferromagnetik yang lembut mempunyai medan paksaan H_c lengkung histerisis yang kecil dan sempit dan tinggi. Ia adalah bahan yang sesuai untuk meletakkannya dalam nukleus pengubah elektrik. Contohnya adalah besi manis dan silikon dan aloi besi-nikel, berguna untuk peralatan komunikasi.

Sebaliknya, bahan-bahan keras magnetik sukar untuk dibayangkan sekali dibayangkan, seperti dengan aloi Alnico (aluminium-nickel-colto) dan aloi nadir bumi yang mana magnet kekal dihasilkan.

Rujukan

1. Eisberg, r. 1978.  Fizik kuantum.  Limusa. 557 -577.
2. Young, Hugh. 2016. Fizik Universiti Sears-Zansky dengan Fizik Moden. Edisi ke -14. Pearson. 943.
3. Zapata, f. (2003). Kajian mineralogi yang dikaitkan dengan minyak guafita 8x yang milik guafita Campo (keadaan apure) melalui pengukuran kerentanan magnet dan mossbauer. Tesis Ijazah. Universiti Pusat Venezuela.