Betrachten wir die Hauptanwendungsbereiche von Ferromagneten sowie die Merkmale ihrer Klassifizierung. Beginnen wir damit, dass Ferromagnete als Festkörper bezeichnet werden, die bei niedrigen Temperaturen eine unkontrollierte Magnetisierung aufweisen. Sie verändert sich unter Einfluss von Verformung, Magnetfeld, Temperaturschwankungen.
Eigenschaften von Ferromagneten
Der Einsatz von Ferromagneten in der Technik erklärt sich aus ihren physikalischen Eigenschaften. Sie haben eine magnetische Permeabilität, die um ein Vielfaches größer ist als die eines Vakuums. In diesem Zusammenhang haben alle elektrischen Geräte, die Magnetfelder verwenden, um eine Energieart in eine andere umzuwandeln, spezielle Elemente aus einem ferromagnetischen Material, das einen magnetischen Fluss leiten kann.
Eigenschaften von Ferromagneten
Was sind die Unterscheidungsmerkmale von Ferromagneten? Die Eigenschaften und Verwendung dieser Substanzen erklären sich aus den Besonderheiten der inneren Struktur. Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen den magnetischen Eigenschaften der Materie und den elementaren Trägern des Magnetismus, den sich im Inneren des Atoms bewegenden Elektronen.
Während sie sich auf kreisförmigen Bahnen bewegen, erzeugen sie elementare und magnetische StrömeDipole, die ein magnetisches Moment haben. Seine Richtung wird durch die Gimlet-Regel bestimmt. Das magnetische Moment eines Körpers ist die geometrische Summe aller Teile. Elektronen drehen sich nicht nur auf Kreisbahnen, sondern bewegen sich auch um ihre eigene Achse, wodurch Spinmomente entstehen. Sie erfüllen eine wichtige Funktion bei der Magnetisierung von Ferromagneten.
Die praktische Anwendung von Ferromagneten ist mit der Bildung spontaner magnetisierter Bereiche mit paralleler Ausrichtung der Spinmomente in ihnen verbunden. Befindet sich der Ferromagnet nicht in einem äußeren Feld, so haben die einzelnen magnetischen Momente unterschiedliche Richtungen, ihre Summe ist Null und es liegt keine Magnetisierungseigenschaft vor.
Besonderheiten von Ferromagneten
Wenn Paramagnete mit den Eigenschaften einzelner Moleküle oder Atome eines Stoffes in Verbindung gebracht werden, dann lassen sich ferromagnetische Eigenschaften durch die Besonderheiten der Kristallstruktur erklären. Beispielsweise sind Eisenatome im Dampfzustand leicht diamagnetisch, während dieses Metall im festen Zustand ein Ferromagnet ist. Als Ergebnis von Laborstudien wurde die Beziehung zwischen Temperatur und ferromagnetischen Eigenschaften aufgedeckt.
Zum Beispiel enthält die Goisler-Legierung, die in ihren magnetischen Eigenschaften Eisen ähnlich ist, dieses Metall nicht. Wenn der Curie-Punkt (ein bestimmter Temperaturwert) erreicht ist, verschwinden die ferromagnetischen Eigenschaften.
Unter ihren charakteristischen Merkmalen kann man nicht nur den hohen Wert der magnetischen Permeabilität hervorheben, sondern auch das Verhältnis zwischen der Feldstärke undMagnetisierung.
Die Wechselwirkung der magnetischen Momente einzelner Atome eines Ferromagneten trägt zur Entstehung starker interner Magnetfelder bei, die parallel zueinander ausgerichtet sind. Ein starkes äußeres Feld führt zu einer Orientierungsänderung, die zu einer Erhöhung der magnetischen Eigenschaften führt.
Natur von Ferromagneten
Wissenschaftler haben die Spin-Natur des Ferromagnetismus festgestellt. Bei der Verteilung von Elektronen über Energieschichten wird das Pauli-Ausschlussprinzip berücksichtigt. Das Wesentliche ist, dass sich auf jeder Schicht nur eine bestimmte Anzahl von ihnen befinden kann. Die resultierenden Werte der magnetischen Bahn- und Spinmomente aller Elektronen, die sich auf einer vollständig gefüllten Schale befinden, sind gleich Null.
Chemische Elemente mit ferromagnetischen Eigenschaften (Nickel, Kob alt, Eisen) sind Übergangselemente des Periodensystems. In ihren Atomen gibt es eine Verletzung des Algorithmus zum Füllen von Schalen mit Elektronen. Zuerst treten sie in die obere Schicht (s-Orbital) ein, und erst nachdem diese vollständig gefüllt ist, treten die Elektronen in die darunter liegende Schale (d-Orbital) ein.
Die großflächige Verwendung von Ferromagneten, deren Hauptbestandteil Eisen ist, erklärt sich aus der Strukturänderung, wenn sie einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt werden.
Ähnliche Eigenschaften können nur solche Substanzen besitzen, in deren Atomen sich innere unfertige Hüllen befinden. Aber selbst diese Bedingung reicht nicht aus, um von ferromagnetischen Eigenschaften zu sprechen. B. auch Chrom, Mangan, Platin habenunfertige Hüllen in Atomen, aber sie sind paramagnetisch. Die Entstehung der spontanen Magnetisierung wird durch eine spezielle Quantenwirkung erklärt, die mit der klassischen Physik schwer zu erklären ist.
Abteilung
Es gibt eine bedingte Unterteilung solcher Materialien in zwei Arten: harte und weiche Ferromagnete. Die Verwendung von harten Materialien ist mit der Herstellung von Magnetplatten, Bändern zum Speichern von Informationen verbunden. Weiche Ferromagnete sind bei der Herstellung von Elektromagneten und Transformatorkernen unverzichtbar. Die Unterschiede zwischen den beiden Spezies erklären sich aus den Besonderheiten der chemischen Struktur dieser Substanzen.
Nutzungsmerkmale
Schauen wir uns einige Beispiele für den Einsatz von Ferromagneten in verschiedenen Zweigen der modernen Technik genauer an. Weichmagnetische Materialien werden in der Elektrotechnik zur Herstellung von Elektromotoren, Transformatoren und Generatoren verwendet. Außerdem ist auf den Einsatz derartiger Ferromagnete in der Funkkommunikation und Schwachstromtechnik hinzuweisen.
Starre Typen werden benötigt, um Permanentmagnete herzustellen. Wird das äußere Feld abgesch altet, beh alten Ferromagnete ihre Eigenschaften, da die Orientierung der Elementarströme nicht verschwindet.
Diese Eigenschaft erklärt die Verwendung von Ferromagneten. Zusammenfassend können wir sagen, dass solche Materialien die Grundlage moderner Technologie sind.
Permanentmagnete werden bei der Herstellung von elektrischen Messinstrumenten, Telefonen, Lautsprechern, Magnetkompassen, Tonaufzeichnungsgeräten benötigt.
Ferrite
Beim Einsatz von Ferromagneten ist besonderes Augenmerk auf Ferrite zu legen. Sie sind in der Hochfrequenz-Funktechnik weit verbreitet, da sie die Eigenschaften von Halbleitern und Ferromagneten vereinen. Aus Ferriten werden derzeit Magnetbänder und -filme, Spulenkerne und Platten hergestellt. Sie sind Eisenoxide, die in der Natur vorkommen.
Interessante Fakten
Interesse gilt der Verwendung von Ferromagneten in elektrischen Maschinen sowie der Technologie der Aufzeichnung auf einer Festplatte. Moderne Forschung zeigt, dass einige Ferromagnete bei bestimmten Temperaturen paramagnetische Eigenschaften annehmen können. Deshalb gelten diese Substanzen als wenig verstanden und sind für Physiker von besonderem Interesse.
Der Stahlkern kann das Magnetfeld um ein Vielfaches erhöhen, ohne die Stromstärke zu verändern.
Durch den Einsatz von Ferromagneten kann erheblich elektrische Energie eingespart werden. Deshalb werden Materialien mit ferromagnetischen Eigenschaften für die Kerne von Generatoren, Transformatoren und Elektromotoren verwendet.
Magnetische Hysterese
Das ist das Phänomen der Abhängigkeit der Magnetfeldstärke und des Magnetisierungsvektors vom äußeren Feld. Diese Eigenschaft manifestiert sich in Ferromagneten sowie in Legierungen aus Eisen, Nickel, Kob alt. Ein ähnliches Phänomen wird nicht nur bei einer Richtungs- und Größenänderung des Feldes beobachtet, sondern auch bei seiner Rotation.
Durchlässigkeit
Die magnetische Permeabilität ist eine physikalische Größe, die das Verhältnis der Induktion in einem bestimmten Medium zu der im Vakuum angibt. Wenn ein Stoff ein eigenes Magnetfeld erzeugt, gilt er als magnetisiert. Nach der Hypothese von Ampère hängt der Wert von Eigenschaften von der Orbitalbewegung "freier" Elektronen im Atom ab.
Die Hystereseschleife ist eine Kurve der Abhängigkeit der Änderung der Magnetisierungsgröße eines in einem äußeren Feld befindlichen Ferromagneten von der Änderung der Induktionsgröße. Um den gebrauchten Körper vollständig zu entmagnetisieren, müssen Sie die Richtung des externen Magnetfelds ändern.
Bei einem bestimmten Wert der magnetischen Induktion, der Koerzitivkraft genannt wird, wird die Magnetisierung der Probe Null.
Es ist die Form der Hystereseschleife und die Größe der Koerzitivkraft, die die Fähigkeit einer Substanz bestimmen, eine teilweise Magnetisierung aufrechtzuerh alten, erklären die weit verbreitete Verwendung von Ferromagneten. Vorstehend sind kurz die Anwendungsgebiete von Hartferromagneten mit breiter Hystereseschleife beschrieben. Wolfram-, Kohlenstoff-, Aluminium- und Chromstähle haben eine große Koerzitivkraft, daher werden auf ihrer Basis Permanentmagnete in verschiedenen Formen hergestellt: Streifen, Hufeisen.
Unter weichen Materialien mit geringer Koerzitivfeldstärke sind Eisenerze sowie Eisen-Nickel-Legierungen zu nennen.
Der Prozess der Ummagnetisierung von Ferromagneten ist mit einer Veränderung im Bereich der spontanen Magnetisierung verbunden. Dazu wird die vom externen Feld geleistete Arbeit verwendet. Mengedie dabei erzeugte Wärme ist proportional zur Fläche der Hystereseschleife.
Schlussfolgerung
Derzeit werden in allen Bereichen der Technik Substanzen mit ferromagnetischen Eigenschaften aktiv eingesetzt. Neben erheblichen Einsparungen an Energieressourcen kann der Einsatz solcher Stoffe technologische Prozesse vereinfachen.
Zum Beispiel können Sie mit starken Permanentmagneten den Prozess der Fahrzeugerstellung erheblich vereinfachen. Leistungsstarke Elektromagnete, die derzeit in in- und ausländischen Automobilwerken eingesetzt werden, ermöglichen die vollständige Automatisierung der arbeitsintensivsten technologischen Prozesse und beschleunigen den Prozess der Montage neuer Fahrzeuge erheblich.
In der Funktechnik ermöglichen Ferromagnete Geräte von höchster Qualität und Genauigkeit.
Wissenschaftlern ist es gelungen, ein einstufiges Verfahren zur Herstellung magnetischer Nanopartikel zu entwickeln, die für Anwendungen in Medizin und Elektronik geeignet sind.
Als Ergebnis zahlreicher Studien, die in den besten Forschungslabors durchgeführt wurden, war es möglich, die magnetischen Eigenschaften von Kob alt- und Eisen-Nanopartikeln, die mit einer dünnen Goldschicht beschichtet sind, festzustellen. Ihre Fähigkeit, Krebsmedikamente oder Radionuklidatome in den richtigen Teil des menschlichen Körpers zu transportieren und den Kontrast von Magnetresonanzbildern zu erhöhen, wurde bereits bestätigt.
Darüber hinaus können solche Partikel verwendet werden, um magnetische Speichergeräte aufzurüsten, was ein neuer Schritt bei der Schaffung eines innovativen istMedizintechnik.
Einem Team russischer Wissenschaftler gelang es, eine Methode zur Reduktion wässriger Chloridlösungen zu entwickeln und zu testen, um kombinierte Kob alt-Eisen-Nanopartikel zu erh alten, die sich zur Herstellung von Materialien mit verbesserten magnetischen Eigenschaften eignen. Alle von Wissenschaftlern durchgeführten Forschungen zielen darauf ab, die ferromagnetischen Eigenschaften von Substanzen zu verbessern und ihren prozentualen Einsatz in der Produktion zu erhöhen.
