Le të shqyrtojmë fushat kryesore të aplikimit të ferromagneteve, si dhe veçoritë e klasifikimit të tyre. Le të fillojmë me faktin se feromagnetët quhen trupa të ngurtë që kanë magnetizim të pakontrolluar në temperatura të ulëta. Ai ndryshon nën ndikimin e deformimit, fushës magnetike, luhatjeve të temperaturës.
Vetitë e feromagneteve
Përdorimi i feromagneteve në teknologji shpjegohet nga vetitë e tyre fizike. Ata kanë një përshkueshmëri magnetike që është shumë herë më e madhe se ajo e një vakumi. Në lidhje me këtë, të gjitha pajisjet elektrike që përdorin fusha magnetike për të kthyer një lloj energjie në një tjetër kanë elementë të veçantë të bërë nga një material ferromagnetik i aftë për të përcjellë një fluks magnetik.
Veçoritë e ferromagneteve
Cilat janë karakteristikat dalluese të ferromagneteve? Vetitë dhe përdorimi i këtyre substancave shpjegohen nga veçoritë e strukturës së brendshme. Ekziston një lidhje e drejtpërdrejtë midis vetive magnetike të materies dhe bartësve elementare të magnetizmit, të cilët janë elektronet që lëvizin brenda atomit.
Ndërsa lëvizin në orbita rrethore, ato krijojnë rryma elementare dhe magnetikedipole që kanë një moment magnetik. Drejtimi i tij përcaktohet nga rregulli i gimletit. Momenti magnetik i një trupi është shuma gjeometrike e të gjitha pjesëve. Përveç rrotullimit në orbita rrethore, elektronet lëvizin edhe rreth boshteve të tyre, duke krijuar momente rrotullimi. Ato kryejnë një funksion të rëndësishëm në procesin e magnetizimit të feromagneteve.
Zbatimi praktik i feromagneteve shoqërohet me formimin në to të rajoneve spontane të magnetizuara me orientim paralel të momenteve të rrotullimit. Nëse ferromagneti nuk ndodhet në një fushë të jashtme, atëherë momentet magnetike individuale kanë drejtime të ndryshme, shuma e tyre është zero dhe nuk ka veti magnetizimi.
Veçoritë dalluese të ferromagneteve
Nëse paramagnetët shoqërohen me vetitë e molekulave individuale ose atomeve të një substance, atëherë vetitë ferromagnetike mund të shpjegohen me specifikat e strukturës kristalore. Për shembull, në gjendjen e avullit, atomet e hekurit janë pak diamagnetikë, ndërsa në gjendje të ngurtë ky metal është një ferromagnet. Si rezultat i studimeve laboratorike, u zbulua marrëdhënia midis temperaturës dhe vetive ferromagnetike.
Për shembull, aliazhi Goisler, i ngjashëm në vetitë magnetike me hekurin, nuk përmban këtë metal. Kur arrihet pika Curie (një vlerë e caktuar e temperaturës), vetitë ferromagnetike zhduken.
Ndër karakteristikat e tyre dalluese, mund të veçohet jo vetëm vlera e lartë e përshkueshmërisë magnetike, por edhe marrëdhënia midis forcës së fushës dhemagnetizimi.
Ndërveprimi i momenteve magnetike të atomeve individuale të një ferromagneti kontribuon në krijimin e fushave magnetike të brendshme të fuqishme që rreshtohen paralelisht me njëra-tjetrën. Një fushë e fortë e jashtme çon në një ndryshim në orientim, gjë që çon në një rritje të vetive magnetike.
Natyra e ferromagneteve
Shkencëtarët kanë përcaktuar natyrën spin të ferromagnetizmit. Kur shpërndahen elektronet mbi shtresat e energjisë, merret parasysh parimi i përjashtimit të Paulit. Thelbi i saj është se vetëm një numër i caktuar i tyre mund të jetë në secilën shtresë. Vlerat rezultuese të momenteve magnetike të orbitës dhe spinit të të gjithë elektroneve të vendosura në një shtresë të mbushur plotësisht janë të barabarta me zero.
Elementet kimike me veti feromagnetike (nikel, kob alt, hekur) janë elementë kalimtarë të tabelës periodike. Në atomet e tyre, ka një shkelje të algoritmit për mbushjen e predhave me elektrone. Së pari, ato hyjnë në shtresën e sipërme (s-orbital) dhe vetëm pasi të jetë mbushur plotësisht, elektronet hyjnë në shtresën e vendosur poshtë (orbital d).
Përdorimi në shkallë të gjerë i feromagneteve, kryesori i të cilëve është hekuri, shpjegohet me ndryshimin e strukturës kur ekspozohet ndaj një fushe magnetike të jashtme.
Vetitë e ngjashme mund të kenë vetëm ato substanca në atomet e të cilave ka predha të brendshme të papërfunduara. Por edhe kjo gjendje nuk mjafton për të folur për karakteristikat ferromagnetike. Për shembull, kromi, mangani, platini gjithashtu kanëpredha të papërfunduara brenda atomeve, por ato janë paramagnetike. Shfaqja e magnetizimit spontan shpjegohet me një veprim të veçantë kuantik, i cili është i vështirë të shpjegohet duke përdorur fizikën klasike.
Departament
Ekziston një ndarje e kushtëzuar e materialeve të tilla në dy lloje: ferromagnetët e fortë dhe të butë. Përdorimi i materialeve të forta shoqërohet me prodhimin e disqeve magnetike, shiritave për ruajtjen e informacionit. Ferromagnetët e butë janë të domosdoshëm në krijimin e elektromagnetëve, bërthamave të transformatorëve. Dallimet midis dy specieve shpjegohen nga veçoritë e strukturës kimike të këtyre substancave.
Veçoritë e përdorimit
Le të hedhim një vështrim më të afërt në disa shembuj të përdorimit të ferromagneteve në degë të ndryshme të teknologjisë moderne. Materialet e buta magnetike përdoren në inxhinierinë elektrike për të krijuar motorë elektrikë, transformatorë, gjeneratorë. Përveç kësaj, është e rëndësishme të theksohet përdorimi i ferromagneteve të këtij lloji në komunikimet radio dhe teknologjinë me rrymë të ulët.
Llojet e ngurtë nevojiten për të krijuar magnet të përhershëm. Nëse fusha e jashtme është e fikur, ferromagnetët ruajnë vetitë e tyre, pasi orientimi i rrymave elementare nuk zhduket.
Është kjo veti që shpjegon përdorimin e ferromagneteve. Me pak fjalë, mund të themi se materiale të tilla janë baza e teknologjisë moderne.
Nevojiten magnet të përhershëm kur krijohen instrumente matëse elektrike, telefona, altoparlantë, busull magnetike, regjistrues zëri.
Ferrite
Duke marrë parasysh përdorimin e ferromagneteve, është e nevojshme t'i kushtohet vëmendje e veçantë ferriteve. Ato përdoren gjerësisht në inxhinierinë radio me frekuencë të lartë, pasi ato kombinojnë vetitë e gjysmëpërçuesve dhe ferromagnetëve. Nga ferritet prodhohen aktualisht shiritat dhe filmat magnetikë, bërthamat e induktorëve dhe disqet. Ato janë okside hekuri që gjenden në natyrë.
Fakte interesante
Interesi është përdorimi i feromagneteve në makinat elektrike, si dhe në teknologjinë e regjistrimit në një hard disk. Hulumtimet moderne tregojnë se në temperatura të caktuara, disa feromagnet mund të fitojnë karakteristika paramagnetike. Kjo është arsyeja pse këto substanca konsiderohen të kuptuara dobët dhe janë me interes të veçantë për fizikantët.
Bërthama e çelikut është në gjendje të rrisë fushën magnetike disa herë pa ndryshuar forcën aktuale.
Përdorimi i feromagneteve mund të kursejë ndjeshëm energjinë elektrike. Kjo është arsyeja pse materialet me veti feromagnetike përdoren për bërthamat e gjeneratorëve, transformatorëve, motorëve elektrikë.
Histerezë magnetike
Ky është fenomeni i varësisë së fuqisë së fushës magnetike dhe vektorit të magnetizimit nga fusha e jashtme. Kjo veti manifestohet në feromagnet, si dhe në lidhjet e bëra nga hekuri, nikeli, kob alti. Një fenomen i ngjashëm vërehet jo vetëm në rastin e ndryshimit të drejtimit dhe madhësisë së fushës, por edhe në rastin e rrotullimit të saj.
Përshkueshmëri
Përshkueshmëria magnetike është një sasi fizike që tregon raportin e induksionit në një mjedis të caktuar me atë në vakum. Nëse një substancë krijon fushën e saj magnetike, ajo konsiderohet e magnetizuar. Sipas hipotezës së Amperit, vlera e vetive varet nga lëvizja orbitale e elektroneve "të lira" në atom.
Laku i histerezës është një kurbë e varësisë së ndryshimit të madhësisë së magnetizimit të një ferromagneti të vendosur në një fushë të jashtme nga ndryshimi i madhësisë së induksionit. Për të demagnetizuar plotësisht trupin e përdorur, duhet të ndryshoni drejtimin e fushës magnetike të jashtme.
Në një vlerë të caktuar të induksionit magnetik, e cila quhet forcë shtrënguese, magnetizimi i kampionit bëhet zero.
Është forma e lakut të histerezës dhe madhësia e forcës shtrënguese që përcaktojnë aftësinë e një substance për të ruajtur magnetizimin e pjesshëm, shpjegojnë përdorimin e gjerë të ferromagneteve. Shkurtimisht, zonat e aplikimit të feromagneteve të forta me një lak të gjerë histerezi janë përshkruar më sipër. Çeliqet tungsteni, karboni, alumini, kromi kanë një forcë të madhe shtrënguese, prandaj mbi bazën e tyre krijohen magnet të përhershëm të formave të ndryshme: shirit, patkua.
Ndër materialet e buta me një forcë të vogël shtrënguese, vëmë re mineralet e hekurit, si dhe lidhjet hekur-nikel.
Procesi i përmbysjes së magnetizimit të ferromagneteve shoqërohet me një ndryshim në rajonin e magnetizimit spontan. Për këtë përdoret puna e bërë nga fusha e jashtme. sasinxehtësia e gjeneruar në këtë rast është proporcionale me sipërfaqen e lakut të histerezës.
Përfundim
Aktualisht, në të gjitha degët e teknologjisë përdoren në mënyrë aktive substanca me veti feromagnetike. Përveç kursimeve të konsiderueshme në burimet e energjisë, përdorimi i substancave të tilla mund të thjeshtojë proceset teknologjike.
Për shembull, të armatosur me magnet të fuqishëm të përhershëm, ju mund ta thjeshtoni shumë procesin e krijimit të automjeteve. Elektromagnetët e fuqishëm, të përdorur aktualisht në fabrikat e automobilave vendas dhe të huaj, bëjnë të mundur automatizimin e plotë të proceseve teknologjike më intensive të punës, si dhe përshpejtojnë ndjeshëm procesin e montimit të automjeteve të reja.
Në inxhinierinë radio, ferromagnetët bëjnë të mundur marrjen e pajisjeve të cilësisë dhe saktësisë më të lartë.
Shkencëtarët kanë arritur të krijojnë një metodë me një hap për prodhimin e nanogrimcave magnetike që janë të përshtatshme për aplikime në mjekësi dhe elektronikë.
Si rezultat i studimeve të shumta të kryera në laboratorët më të mirë kërkimor, u arrit të përcaktoheshin vetitë magnetike të nanogrimcave të kob altit dhe hekurit të veshura me një shtresë të hollë ari. Aftësia e tyre për të transferuar ilaçe kundër kancerit ose atome radionuklide në pjesën e djathtë të trupit të njeriut dhe për të rritur kontrastin e imazheve të rezonancës magnetike tashmë është konfirmuar.
Përveç kësaj, grimca të tilla mund të përdoren për të përmirësuar pajisjet e memories magnetike, gjë që do të jetë një hap i ri në krijimin e një inovativeteknologji mjekësore.
Një ekip shkencëtarësh rusë arriti të zhvillojë dhe testojë një metodë për reduktimin e solucioneve ujore të klorureve për të marrë nanogrimca të kombinuara kob alt-hekur të përshtatshme për krijimin e materialeve me karakteristika të përmirësuara magnetike. Të gjitha kërkimet e kryera nga shkencëtarët synojnë përmirësimin e vetive ferromagnetike të substancave, rritjen e përqindjes së përdorimit të tyre në prodhim.
