Sot, është pothuajse e pamundur të gjesh një industri teknike që nuk përdor materiale të forta magnetike dhe magnet të përhershëm. Këto janë akustika, dhe radio-elektronika, dhe kompjuteri, dhe pajisjet matëse, dhe automatizimi, dhe nxehtësia dhe energjia, dhe energjia elektrike, dhe ndërtimi, dhe metalurgjia, dhe çdo lloj transporti, dhe bujqësia, dhe mjekësia, dhe përpunimi i xeheve, dhe edhe në kuzhinën e të gjithëve ka një furrë me mikrovalë, e ngroh picën. Është e pamundur të numërosh gjithçka, materialet magnetike na shoqërojnë në çdo hap të jetës sonë. Dhe të gjitha produktet me ndihmën e tyre punojnë sipas parimeve krejtësisht të ndryshme: motorët dhe gjeneratorët kanë funksionet e tyre, dhe pajisjet e frenimit kanë të tyret, ndarësi bën një gjë dhe detektori i defekteve një tjetër. Ndoshta, nuk ka një listë të plotë të pajisjeve teknike ku përdoren materiale të forta magnetike, ka kaq shumë prej tyre.
Çfarë janë sistemet magnetike
Vetë planeti ynë është një sistem magnetik jashtëzakonisht i lyer mirë. Të gjitha të tjerat janë ndërtuar mbi të njëjtin parim. Materialet e forta magnetike kanë veti funksionale shumë të ndryshme. Në katalogët e furnitorëve, jo më kot jepen jo vetëm parametrat e tyre, por edhe vetitë fizike. Përveç kësaj, mund të jenë materiale magnetikisht të forta dhe magnetikisht të buta. Për shembull, merrni tomografë rezonantë, ku përdoren sisteme me një fushë magnetike shumë uniforme, dhe krahasoni me ndarësit, ku fusha është ashpër johomogjene. Një parim krejt tjetër! Sistemet magnetike janë zotëruar, ku fusha mund të ndizet dhe fiket. Kështu janë projektuar dorezat. Dhe disa sisteme madje ndryshojnë fushën magnetike në hapësirë. Këto janë klystron të njohur dhe llambat e valëve udhëtuese. Vetitë e materialeve magnetike të buta dhe të forta janë vërtet magjike. Ata janë si katalizatorë, pothuajse gjithmonë veprojnë si ndërmjetës, por pa humbjen më të vogël të energjisë së tyre, ata janë në gjendje të transformojnë atë të dikujt tjetër, duke e kthyer një specie në një tjetër.
Për shembull, një impuls magnetik shndërrohet në energji mekanike në funksionimin e bashkimeve, ndarësve dhe të ngjashme. Energjia mekanike shndërrohet me ndihmën e magneteve në energji elektrike, nëse kemi të bëjmë me mikrofona dhe gjeneratorë. Dhe ndodh anasjelltas! Në altoparlantët dhe motorët, magnetët konvertojnë energjinë elektrike në energji mekanike, për shembull. Dhe kjo nuk është e gjitha. Energjia mekanike madje mund të shndërrohet në energji termike, siç bën sistemi magnetik në funksionimin e një furrë me mikrovalë ose në një pajisje frenimi. janë në gjendjeMaterialet magnetikisht të forta dhe magnetike të buta dhe në efekte speciale - në sensorët Hall, në tomografët me rezonancë magnetike, në komunikimin me mikrovalë. Ju mund të shkruani një artikull të veçantë për efektin katalitik në proceset kimike, se si fushat magnetike të gradientit në ujë ndikojnë në strukturat e joneve, molekulave të proteinave dhe gazeve të tretura.
Magji nga lashtësia
Materiali natyror - magnetiti - ishte i njohur për njerëzimin disa mijëvjeçarë më parë. Në atë kohë, të gjitha vetitë e materialeve të forta magnetike nuk ishin ende të njohura, dhe për këtë arsye ato nuk përdoreshin në pajisjet teknike. Dhe ende nuk kishte pajisje teknike. Askush nuk dinte të bënte llogaritjet për funksionimin e sistemeve magnetike. Por ndikimi në objektet biologjike tashmë është vënë re. Përdorimi i materialeve të forta magnetike në fillim shkoi thjesht për qëllime mjekësore, derisa kinezët shpikën busullën në shekullin e tretë para Krishtit. Megjithatë, trajtimi me magnet nuk ka të ndalur deri më sot, edhe pse vazhdimisht diskutohet për dëmshmërinë e metodave të tilla. Përdorimi i materialeve të forta magnetike në mjekësi në SHBA, Kinë dhe Japoni është veçanërisht aktiv. Dhe në Rusi ka ndjekës të metodave alternative, megjithëse është e pamundur të matet madhësia e ndikimit në trup ose bimë me ndonjë instrument.
Por përsëri në histori. Në Azinë e Vogël, shumë shekuj më parë, qyteti antik i Magnezisë ekzistonte tashmë në brigjet e Meanderit të rrjedhshëm. Dhe sot mund të vizitoni rrënojat e saj piktoreske në Turqi. Aty u zbulua minerali i parë magnetik i hekurit, i cili mori emrinqytetet. Shumë shpejt, ajo u përhap në të gjithë botën, dhe kinezët pesë mijë vjet më parë, me ndihmën e saj, shpikën një pajisje navigimi që ende nuk vdes. Tani njerëzimi ka mësuar të prodhojë magnet artificialisht në një shkallë industriale. Baza për ta janë një shumëllojshmëri e feromagneteve. Universiteti i Tartu ka magnetin më të madh natyror, i aftë për të ngritur rreth dyzet kilogramë, ndërsa vetë peshon vetëm trembëdhjetë. Pluhurat e sotme janë bërë nga kob alt, hekur dhe aditivë të tjerë të ndryshëm, ato mbajnë ngarkesa pesë mijë herë më shumë sesa peshojnë.
Cak i histerezës
Ekzistojnë dy lloje magnetësh artificialë. Lloji i parë janë konstantet, të cilat përbëhen nga materiale të forta magnetike, vetitë e tyre nuk lidhen në asnjë mënyrë me burime ose rryma të jashtme. Lloji i dytë janë elektromagnetët. Ata kanë një bërthamë prej hekuri - një material magnetikisht i butë, dhe një rrymë kalon nëpër dredha-dredha të kësaj bërthame, e cila krijon një fushë magnetike. Tani duhet të shqyrtojmë parimet e punës së tij. Karakterizon vetitë magnetike të lakut të histerezës për materialet e forta magnetike. Ekzistojnë teknologji mjaft komplekse për prodhimin e sistemeve magnetike, dhe për këtë arsye nevojiten informacione mbi magnetizimin, përshkueshmërinë magnetike dhe humbjet e energjisë kur ndodh kthimi i magnetizimit. Nëse ndryshimi i intensitetit është ciklik, kurba e rimagnetizimit (ndryshimet në induksion) gjithmonë do të duket si një kurbë e mbyllur. Ky është laku i histerezës. Nëse fusha është e dobët, atëherë laku është më shumë si një elips.
Kur tensionifusha magnetike rritet, përftohet një seri e tërë sythesh të tilla, të mbyllura në njëra-tjetrën. Në procesin e magnetizimit, të gjithë vektorët janë të orientuar përgjatë, dhe në fund do të vijë një gjendje e ngopjes teknike, materiali do të magnetizohet plotësisht. Cikli i përftuar gjatë ngopjes quhet cikli limit, ai tregon vlerën maksimale të arritur të induksionit Bs (induksioni i ngopjes). Kur tensioni zvogëlohet, induksioni i mbetur mbetet. Zona e sytheve të histerezës në gjendjet kufitare dhe të ndërmjetme tregon shpërndarjen e energjisë, domethënë humbjen e histerezës. Kjo varet mbi të gjitha nga frekuenca e kthimit të magnetizimit, vetitë e materialit dhe dimensionet gjeometrike. Laku i histerezës kufizuese mund të përcaktojë karakteristikat e mëposhtme të materialeve të forta magnetike: induksionin e ngopjes Bs, induksionin e mbetur Bc dhe forcën shtrënguese Hc.
Kurba e magnetizimit
Kjo kurbë është karakteristika më e rëndësishme, sepse tregon varësinë e magnetizimit dhe forcën e fushës së jashtme. Induksioni magnetik matet në Tesla dhe lidhet me magnetizimin. Kurba e ndërrimit është ajo kryesore, është vendndodhja e majave në sythe histerezë, të cilat fitohen gjatë rimagnetizimit ciklik. Kjo pasqyron ndryshimin në induksionin magnetik, i cili varet nga forca e fushës. Kur qarku magnetik është i mbyllur, forca e fushës e reflektuar në formën e një toroidi është e barabartë me forcën e fushës së jashtme. Nëse qarku magnetik është i hapur, në skajet e magnetit shfaqen polet, të cilat krijojnë demagnetizim. Dallimi midiskëto tensione përcaktojnë tensionin e brendshëm të materialit.
Ka seksione karakteristike në kurbën kryesore që bien në sy kur një kristal i vetëm i një ferromagneti magnetizohet. Seksioni i parë tregon procesin e zhvendosjes së kufijve të fushave të akorduara në mënyrë të pafavorshme, dhe në të dytën, vektorët e magnetizimit kthehen drejt fushës magnetike të jashtme. Seksioni i tretë është paraprocesi, faza përfundimtare e magnetizimit, këtu fusha magnetike është e fortë dhe e drejtuar. Aplikimi i materialeve magnetike të buta dhe të forta varet në një masë të madhe nga karakteristikat e marra nga kurba e magnetizimit.
Përshkueshmëria dhe humbja e energjisë
Për të karakterizuar sjelljen e një materiali në një fushë tensioni, është e nevojshme të përdoret një koncept i tillë si përshkueshmëria absolute magnetike. Ekzistojnë përkufizime të përshkueshmërisë magnetike impulsive, diferenciale, maksimale, fillestare, normale. I afërmi gjurmohet përgjatë kurbës kryesore, kështu që ky përkufizim nuk përdoret - për thjeshtësi. Përshkueshmëria magnetike në kushtet kur H=0 quhet fillestare dhe mund të përcaktohet vetëm në fusha të dobëta, deri në afërsisht 0.1 njësi. Maksimumi, përkundrazi, karakterizon përshkueshmërinë më të lartë magnetike. Vlerat normale dhe maksimale ofrojnë një mundësi për të vëzhguar rrjedhën normale të procesit në çdo rast të veçantë. Në rajonin e ngopjes në fusha të forta, përshkueshmëria magnetike gjithmonë tenton në unitet. Të gjitha këto vlera janë të nevojshme për përdorimin e magnetit të fortëmaterialet, përdorni gjithmonë ato.
Humbja e energjisë gjatë kthimit të magnetizimit është e pakthyeshme. Energjia elektrike lirohet në material si nxehtësi, dhe humbjet e saj përbëhen nga humbje dinamike dhe humbje të histerezës. Këto të fundit fitohen duke zhvendosur muret e domenit kur procesi i magnetizimit sapo ka filluar. Meqenëse materiali magnetik ka një strukturë johomogjene, energjia shpenzohet domosdoshmërisht në shtrirjen e mureve të domenit. Dhe humbjet dinamike merren në lidhje me rrymat vorbull që ndodhin në momentin e ndryshimit të forcës dhe drejtimit të fushës magnetike. Energjia shpërndahet në të njëjtën mënyrë. Dhe humbjet për shkak të rrymave vorbull tejkalojnë edhe humbjet e histerezës në frekuenca të larta. Gjithashtu, humbjet dinamike fitohen për shkak të ndryshimeve të mbetura në gjendjen e fushës magnetike pasi të ketë ndryshuar intensiteti. Sasia e humbjeve pas efektit varet nga përbërja, nga trajtimi termik i materialit, ato shfaqen veçanërisht në frekuenca të larta. Efekti i mëvonshëm është viskoziteti magnetik dhe këto humbje merren gjithmonë parasysh nëse ferromagnetët përdoren në modalitetin pulsues.
Klasifikimi i materialeve të forta magnetike
Termat që flasin për butësi dhe fortësi nuk vlejnë fare për vetitë mekanike. Shumë materiale të forta janë në të vërtetë të butë magnetikisht, dhe nga pikëpamja mekanike, materialet e buta janë gjithashtu mjaft të forta magnetike. Procesi i magnetizimit në të dy grupet e materialeve ndodh në të njëjtën mënyrë. Së pari, kufijtë e domenit zhvendosen, më pas fillon rrotulliminë drejtim të një fushe gjithnjë e më magnetizuese dhe më në fund fillon paraprocesi. Dhe këtu vjen dallimi. Kurba e magnetizimit tregon se është më e lehtë për të lëvizur kufijtë, harxhohet më pak energji, por procesi i rrotullimit dhe paraprocesi janë më intensive për energji. Materialet e buta magnetike magnetizohen nga zhvendosja e kufijve. Magnetike e fortë - për shkak të rrotullimit dhe paraprocesit.
Forma e lakut të histerezës është afërsisht e njëjtë për të dy grupet e materialeve, ngopja dhe induksioni i mbetur janë gjithashtu afërsisht të barabartë, por ndryshimi ekziston në forcën shtrënguese dhe është shumë i madh. Materialet magnetike të forta kanë Hc=800 kA-m, ndërsa materialet magnetike të buta kanë vetëm 0,4 A-m. Në total, ndryshimi është i madh: 2106 herë. Kjo është arsyeja pse, bazuar në këto karakteristika, u miratua një ndarje e tillë. Edhe pse, duhet pranuar se është mjaft e kushtëzuar. Materialet magnetike të buta mund të ngopen edhe në një fushë magnetike të dobët. Ato përdoren në fusha me frekuencë të ulët. Për shembull, në pajisjet e memories magnetike. Materialet e forta magnetike janë të vështira për t'u magnetizuar, por ato ruajnë magnetizimin për një kohë shumë të gjatë. Është prej tyre që fitohen magnet të mirë të përhershëm. Fushat e aplikimit të materialeve të forta magnetike janë të shumta dhe të gjera, disa prej tyre janë renditur në fillim të artikullit. Ekziston një grup tjetër - materiale magnetike për qëllime të veçanta, shtrirja e tyre është shumë e ngushtë.
Detajet e fortësisë
Siç është përmendur tashmë, materialet e forta magnetike kanë një lak të gjerë histeresis dhe një forcë të madhe shtrënguese, përshkueshmëri të ulët magnetike. Ato karakterizohen nga energjia magnetike specifike maksimale e lëshuar nëhapësirë. Dhe sa më "i fortë" të jetë materiali magnetik, aq më e lartë është forca e tij, aq më e ulët është përshkueshmëria. Energjisë specifike magnetike i jepet roli më i rëndësishëm në vlerësimin e cilësisë së materialit. Një magnet i përhershëm praktikisht nuk lëshon energji në hapësirën e jashtme me një qark magnetik të mbyllur, sepse të gjitha linjat e forcës janë brenda bërthamës dhe nuk ka fushë magnetike jashtë saj. Për të shfrytëzuar sa më shumë energjinë e magnetëve të përhershëm, krijohet një hendek ajri me madhësi dhe konfigurim të përcaktuar rreptësisht brenda një qarku magnetik të mbyllur.
Me kalimin e kohës, magneti "vlakohet", fluksi i tij magnetik zvogëlohet. Megjithatë, një plakje e tillë mund të jetë e pakthyeshme dhe e kthyeshme. Në rastin e fundit, shkaqet e plakjes së tij janë goditjet, goditjet, luhatjet e temperaturës, fushat e jashtme konstante. Induksioni magnetik zvogëlohet. Por mund të magnetizohet përsëri, duke rikthyer kështu vetitë e tij të shkëlqyera. Por nëse magneti i përhershëm ka pësuar ndonjë ndryshim strukturor, rimagnetizimi nuk do të ndihmojë, plakja nuk do të eliminohet. Por ato shërbejnë për një kohë të gjatë, dhe qëllimi i materialeve të forta magnetike është i madh. Shembujt janë fjalë për fjalë kudo. Nuk janë vetëm magnet të përhershëm. Ky është një material për ruajtjen e informacionit, për regjistrimin e tij - si zëri, ashtu edhe dixhital dhe video. Por sa më sipër është vetëm një pjesë e vogël e aplikimit të materialeve të forta magnetike.
Materiale të forta magnetike të derdhura
Sipas metodës së prodhimit dhe përbërjes, materialet e forta magnetike mund të derdhen, pluhur dhe të tjera. Ato bazohen në lidhje.hekur, nikel, alumin dhe hekur, nikel, kob alt. Këto kompozime janë më themeloret për të marrë një magnet të përhershëm. Ato i përkasin saktësisë, pasi numri i tyre përcaktohet nga faktorët më të rreptë teknologjikë. Materialet e forta magnetike të derdhura fitohen gjatë forcimit të aliazhit me precipitim, ku ftohja ndodh me një shpejtësi të llogaritur nga shkrirja deri në fillimin e dekompozimit, e cila ndodh në dy faza.
E para - kur përbërja është afër hekurit të pastër me veti magnetike të theksuara. Sikur shfaqen pllaka me trashësi me një domen. Dhe faza e dytë është më afër përbërjes ndërmetalike në përbërje, ku nikeli dhe alumini kanë veti të ulëta magnetike. Rezulton një sistem ku faza jomagnetike është e kombinuar me përfshirje të forta magnetike me një forcë të madhe shtrënguese. Por kjo aliazh nuk është mjaft e mirë në vetitë magnetike. Më e zakonshme është një përbërje tjetër, e lidhur: hekur, nikel, alumin dhe bakër me kob alt për aliazh. Lidhjet pa kob alt kanë veti magnetike më të ulëta, por ato janë shumë më të lira.
Pluhur materiale të forta magnetike
Materialet pluhur përdoren për magnet të përhershëm miniaturë por kompleks. Ato janë metal-qeramikë, metal-plastikë, oksid dhe mikropluhur. Qermeti është veçanërisht i mirë. Për sa i përket vetive magnetike, është mjaft inferior ndaj atyre të derdhura, por disi më të shtrenjta se ato. Magnetet qeramike-metalike prodhohen duke shtypur pluhurat metalikë pa asnjë material lidhës dhe duke i sinterizuar në temperatura shumë të larta. Përdoren pluhuratme lidhjet e përshkruara më sipër, si dhe ato të bazuara në platin dhe metale të rralla të tokës.
Për sa i përket forcës mekanike, metalurgjia e pluhurit është superiore ndaj derdhjes, por vetitë magnetike të magnetëve metal-qeramikë janë ende disi më të ulëta se ato të atyre të derdhura. Magnetët me bazë platini kanë vlera shumë të larta të forcës shtrënguese dhe parametrat janë shumë të qëndrueshëm. Lidhjet me uranium dhe metale të rralla të tokës kanë vlera rekord të energjisë magnetike maksimale: vlera kufi është 112 kJ për metër katror. Lidhjet e tilla fitohen me shtypje të ftohtë të pluhurit në shkallën më të lartë të densitetit, pastaj briketat sinterizohen me praninë e një faze të lëngshme dhe derdhjen e një përbërje shumëkomponente. Është e pamundur të përzihen përbërësit në një masë të tillë me derdhje të thjeshtë.
Materiale të tjera të forta magnetike
Materialet e forta magnetike përfshijnë gjithashtu ato me një qëllim shumë të specializuar. Këta janë magnet elastikë, lidhje të deformueshme plastikisht, materiale për transportuesit e informacionit dhe magnet të lëngshëm. Magnetët e deformueshëm kanë veti të shkëlqyera plastike, ato përshtaten në mënyrë të përsosur për çdo lloj përpunimi mekanik - vulosje, prerje, përpunim. Por këta magnet janë të shtrenjtë. Magnetët Kunife të bëra nga bakri, nikeli dhe hekuri janë anizotropikë, domethënë magnetizohen në drejtim të rrotullimit, përdoren në formën e stampimit dhe telit. Magnetët Vikalloy të bëra nga kob alti dhe vanadiumi janë bërë në formën e një shiriti magnetik me forcë të lartë, si dhe teli. Kjo përbërje është e mirë për magnet shumë të vegjël me konfigurimin më kompleks.
Manete elastike - në një bazë gome, në të cilënMbushësi është një pluhur i imët i një materiali të fortë magnetik. Më shpesh është ferrit barium. Kjo metodë ju lejon të merrni produkte absolutisht të çdo forme me prodhimtari të lartë. Ata janë gjithashtu të prerë në mënyrë të përkryer me gërshërë, të përkulur, të stampuar, të përdredhur. Ato janë shumë më të lira. Goma magnetike përdoret si fletë memorie magnetike për kompjuterë, në televizion, për sisteme korrigjuese. Si bartës informacioni, materialet magnetike plotësojnë shumë kërkesa. Ky është një induksion i mbetur i nivelit të lartë, një efekt i vogël i vetë-demagnetizimit (përndryshe informacioni do të humbasë), një vlerë e lartë e forcës shtrënguese. Dhe për të lehtësuar procesin e fshirjes së të dhënave, nevojitet vetëm një sasi e vogël e kësaj force, por kjo kontradiktë hiqet me ndihmën e teknologjisë.
