Plik ferromagnetyzm Jest to właściwość, która nadaje niektórym substancjom intensywną i trwałą odpowiedź magnetyczną. W naturze występuje pięć pierwiastków o tej właściwości: żelazo, kobalt, nikiel, gadolin i dysproz, te ostatnie metale ziem rzadkich.
W obecności zewnętrznego pola magnetycznego, takiego jak wytwarzane przez naturalny magnes lub elektromagnes, substancja reaguje w charakterystyczny sposób, zgodnie z jej wewnętrzną konfiguracją. Wielkość, która określa ilościowo tę odpowiedź, to przenikalność magnetyczna.
Przenikalność magnetyczna to bezwymiarowa wielkość wyrażona jako iloraz między natężeniem pola magnetycznego wytwarzanego wewnątrz materiału i natężeniem pola magnetycznego przyłożonego zewnętrznie..
Kiedy ta odpowiedź jest znacznie większa niż 1, materiał jest klasyfikowany jako ferromagnetyczny. Z drugiej strony, jeśli przepuszczalność nie jest dużo większa niż 1, odpowiedź magnetyczna jest uważana za słabszą, są to materiały paramagnetyczne.
W przypadku żelaza przenikalność magnetyczna jest rzędu 104. Oznacza to, że pole wewnątrz żelazka jest około 10 000 razy większe niż pole zastosowane zewnętrznie. Co daje wyobrażenie o tym, jak potężna jest odpowiedź magnetyczna tego minerału..
Indeks artykułów
Wiadomo, że magnetyzm jest efektem związanym z ruchem ładunków elektrycznych. To jest dokładnie to, z czego składa się prąd elektryczny. Skąd zatem biorą się właściwości magnetyczne magnesu sztabkowego, za pomocą którego na lodówce została przyklejona notatka?
Materiał magnesu, a także każda inna substancja, zawiera wewnątrz protony i elektrony, które poruszają się własnym ruchem i na różne sposoby generują prądy elektryczne..
Bardzo uproszczony model zakłada, że elektron krąży po kołowej orbicie wokół jądra złożonego z protonów i neutronów, tworząc w ten sposób małą pętlę prądu. Każda pętla jest powiązana z wielkością wektorową zwaną „orbitalnym momentem magnetycznym”, którego natężenie jest wynikiem iloczynu prądu i obszaru wyznaczonego przez pętlę: magneton Bohra.
Oczywiście w tej małej pętli prąd zależy od ładunku elektronu. Ponieważ wszystkie substancje zawierają w swoim wnętrzu elektrony, wszystkie mają w zasadzie możliwość wyrażania właściwości magnetycznych. Jednak nie wszyscy.
Dzieje się tak, ponieważ momenty magnetyczne nie są wyrównane, ale raczej rozmieszczone losowo wewnątrz, w taki sposób, że jego makroskopowe efekty magnetyczne niwelują..
Na tym historia się nie kończy. Iloczyn momentu magnetycznego ruchu elektronu wokół jądra nie jest jedynym możliwym źródłem magnetyzmu w tej skali..
Elektron ma pewien rodzaj ruchu obrotowego wokół własnej osi. Jest to efekt, który przekłada się na wewnętrzny moment pędu. Ta właściwość nazywa się obracać elektron.
Naturalnie wiąże się również z momentem magnetycznym i jest znacznie silniejszy niż moment orbitalny. W rzeczywistości największy wkład w moment magnetyczny netto atomu ma spin, jednak oba momenty magnetyczne: przesunięcia i momentu wewnętrznego pędu, przyczyniają się do całkowitego momentu magnetycznego atomu..
Te momenty magnetyczne mają tendencję do wyrównania się w obecności zewnętrznego pola magnetycznego. Robią je także z polami stworzonymi przez sąsiednie momenty w materiale.
Otóż elektrony zwykle łączą się w pary w atomach z wieloma elektronami. Pary powstają między elektronami o przeciwnym spinie, co powoduje zniesienie momentu magnetycznego spinu.
Jedynym sposobem, w jaki spin przyczynia się do całkowitego momentu magnetycznego, jest sytuacja, gdy jeden z nich jest niesparowany, to znaczy atom ma nieparzystą liczbę elektronów.
Można się zastanawiać, co jest z momentem magnetycznym protonów w jądrze. Cóż, mają również moment spinowy, ale uważa się, że nie przyczynia się on znacząco do magnetyzmu atomu. Dzieje się tak, ponieważ moment spinowy zależy odwrotnie od masy, a masa protonu jest znacznie większa niż elektronu.
W żelazie, kobalcie i niklu, triadzie pierwiastków o dużej odpowiedzi magnetycznej, moment spinowy netto wytwarzany przez elektrony nie wynosi zero ... W tych metalach elektrony na orbicie 3d, te najbardziej zewnętrzne, są tymi, które przyczyniają się do do momentu magnetycznego netto. Dlatego takie materiały są uważane za ferromagnetyczne..
Jednak ten indywidualny moment magnetyczny każdego atomu nie wystarczy do wyjaśnienia zachowania materiałów ferromagnetycznych..
Wewnątrz materiałów silnie magnetycznych znajdują się tzw domeny magnetyczne, których rozszerzenie może oscylować między 10-4 i 10-1 cm i zawiera biliony atomów. W tych regionach momenty spinu sieciowego sąsiednich atomów są w stanie silnie sprzęgać.
Kiedy materiał posiadający domeny magnetyczne zbliża się do magnesu, domeny te ustawiają się w jednej linii, intensyfikując efekt magnetyczny.
Dzieje się tak, ponieważ domeny, podobnie jak magnesy sztabkowe, mają bieguny magnetyczne, równo oznaczone jako północ i południe, takie, że podobne bieguny odpychają się, a przeciwne przyciągają..
Gdy domeny wyrównują się z polem zewnętrznym, materiał emituje trzaskające dźwięki, które można usłyszeć przy odpowiednim wzmocnieniu.
Efekt ten można zauważyć, gdy magnes przyciąga gwoździe z miękkiego żelaza, a te z kolei zachowują się jak magnesy przyciągające inne paznokcie.
Domeny magnetyczne nie są statycznymi granicami ustanowionymi w materiale. Jego wielkość można modyfikować poprzez chłodzenie lub ogrzewanie materiału, a także poddawanie go działaniu zewnętrznych pól magnetycznych.
Jednak wzrost domeny nie jest nieograniczony. W momencie, gdy nie można ich już wyrównać, mówi się, że osiągnięto punkt nasycenia materiału. Efekt ten znajduje odzwierciedlenie w poniższych krzywych histerezy..
Nagrzanie materiału powoduje utratę wyrównania momentów magnetycznych. Temperatura, w której następuje całkowita utrata magnetyzacji, różni się w zależności od rodzaju materiału, w przypadku magnesu sztabkowego zwykle tracona jest przy około 770ºC..
Po usunięciu magnesu magnesowanie paznokci zostaje utracone z powodu ciągłego mieszania termicznego. Ale są też inne związki, które mają trwałe namagnesowanie, ponieważ mają spontanicznie wyrównane domeny..
Domeny magnetyczne można zobaczyć, gdy płaski obszar niemagnetyzowanego materiału ferromagnetycznego, takiego jak miękkie żelazo, jest bardzo dobrze wycięty i wypolerowany. Po wykonaniu tej czynności posypuje się go proszkiem lub drobnymi opiłkami żelaza.
Pod mikroskopem obserwuje się, że wióry są zgrupowane na obszarach tworzących minerały o bardzo dobrze określonej orientacji, podążając za domenami magnetycznymi materiału.
Różnica w zachowaniu między różnymi materiałami magnetycznymi wynika ze sposobu, w jaki domeny zachowują się w nich..
Histereza magnetyczna jest cechą, którą posiadają tylko materiały o wysokiej przenikalności magnetycznej. Nie występuje w materiałach paramagnetycznych lub diamagnetycznych.
Reprezentuje efekt przyłożonego zewnętrznego pola magnetycznego, które jest oznaczone jako H. o indukcji magnetycznej b metalu ferromagnetycznego podczas cyklu namagnesowania i rozmagnesowania. Pokazany wykres ma nazwę krzywej histerezy.
Początkowo w punkcie O nie ma pola zastosowanego H. brak odpowiedzi magnetycznej b, ale jako intensywność H., indukcja b narasta stopniowo, aż do osiągnięcia wielkości nasycenia bs w punkcie A, co jest oczekiwane.
Teraz intensywność H. dopóki nie osiągnie 0, z tym osiągnie punkt C, jednak reakcja magnetyczna materiału nie znika, zachowując a remanentne namagnesowanie oznaczone wartością br. Oznacza to, że proces ten jest nieodwracalny.
Stamtąd intensywność H. wzrasta, ale z odwróconą polaryzacją (znak ujemny), tak że remanentne namagnesowanie jest anulowane w punkcie D. H. jest oznaczony jako H.do i otrzymuje imię pole przymusu.
Wielkość H. rośnie aż do ponownego osiągnięcia wartości nasycenia w E i natychmiast intensywność H. maleje aż do osiągnięcia 0, ale pozostaje namagnesowanie remanentne o biegunowości przeciwnej do poprzednio opisanej, w punkcie F.
Teraz polaryzacja H. ponownie, a jego wielkość jest zwiększana, aż do zniesienia odpowiedzi magnetycznej materiału w punkcie G. Podążając ścieżką GA ponownie uzyskuje się jego nasycenie. Ciekawostką jest jednak to, że nie dotarłeś tam oryginalną ścieżką oznaczoną czerwonymi strzałkami.
Łagodne żelazo jest łatwiejsze do namagnesowania niż stal, a stukanie w materiał dodatkowo ułatwia wyrównanie domen..
Mówi się, że kiedy materiał jest łatwy do namagnesowania i rozmagnesowania magnetycznie miękki, i oczywiście, jeśli dzieje się odwrotnie, jest to materiał magnetycznie twardy. W tym drugim przypadku domeny magnetyczne są małe, podczas gdy w pierwszym są duże, dlatego można je zobaczyć pod mikroskopem, jak szczegółowo opisano powyżej..
Obszar objęty krzywą histerezy jest miarą energii potrzebnej do namagnesowania - rozmagnesowania materiału. Rysunek przedstawia dwie krzywe histerezy dla dwóch różnych materiałów. Ta po lewej jest magnetycznie miękka, a ta po prawej jest twarda.
Miękki materiał ferromagnetyczny ma koercyjne pole H.do mała oraz wąska i wysoka krzywa histerezy. Jest to odpowiedni materiał do umieszczenia w rdzeniu transformatora elektrycznego. Przykładami są miękkie żelazo oraz stopy krzemowo-żelazowe i żelazowo-niklowe przydatne w sprzęcie komunikacyjnym..
Z drugiej strony magnetycznie twarde materiały są trudne do rozmagnesowania po namagnesowaniu, jak ma to miejsce w przypadku stopów alniko (aluminium-nikiel-kobalt) i stopów ziem rzadkich, z których wykonane są magnesy trwałe..
Jeszcze bez komentarzy