بیایید زمینه های اصلی کاربرد فرومغناطیس ها و همچنین ویژگی های طبقه بندی آنها را در نظر بگیریم. بیایید با این واقعیت شروع کنیم که فرومغناطیس به جامداتی گفته می شود که در دماهای پایین دارای خاصیت مغناطیسی کنترل نشده هستند. تحت تأثیر تغییر شکل، میدان مغناطیسی، نوسانات دما تغییر می کند.
خواص فرومغناطیس
استفاده از فرومغناطیس ها در فناوری با خواص فیزیکی آنها توضیح داده می شود. آنها دارای نفوذپذیری مغناطیسی هستند که چندین برابر بیشتر از خلاء است. در این راستا، تمام دستگاه‌های الکتریکی که از میدان‌های مغناطیسی برای تبدیل یک نوع انرژی به انرژی دیگر استفاده می‌کنند، دارای عناصر خاصی هستند که از یک ماده فرومغناطیسی ساخته شده‌اند که قادر به هدایت شار مغناطیسی است.
ویژگی های فرومغناطیس
ویژگی های متمایز فرومغناطیس چیست؟ خواص و استفاده از این مواد با ویژگی های ساختار داخلی توضیح داده شده است. رابطه مستقیمی بین خواص مغناطیسی ماده و حامل های اولیه مغناطیس وجود دارد که الکترون هایی هستند که در داخل اتم حرکت می کنند.
هنگامی که در مدارهای دایره ای حرکت می کنند، جریان های ابتدایی و مغناطیسی ایجاد می کنند.دوقطبی هایی که دارای گشتاور مغناطیسی هستند. جهت آن توسط قانون گیملت تعیین می شود. گشتاور مغناطیسی یک جسم مجموع هندسی همه اجزاء است. الکترون‌ها علاوه بر چرخش در مدارهای دایره‌ای، حول محورهای خود نیز حرکت می‌کنند و لحظات اسپینی ایجاد می‌کنند. آنها عملکرد مهمی در فرآیند مغناطیسی فرومغناطیس ها انجام می دهند.
کاربرد عملی فرومغناطیس با تشکیل نواحی مغناطیسی خود به خودی با جهت گیری موازی گشتاورهای اسپین در آنها همراه است. اگر فرومغناطیس در میدان خارجی قرار نگیرد، گشتاورهای مغناطیسی منفرد جهت های متفاوتی دارند، مجموع آنها صفر است و خاصیت مغناطیسی وجود ندارد.
ویژگی های متمایز فرومغناطیس
اگر پارامغناطیس‌ها با خواص مولکول‌ها یا اتم‌های یک ماده مرتبط باشند، می‌توان خواص فرومغناطیسی را با ویژگی‌های ساختار بلوری توضیح داد. به عنوان مثال، در حالت بخار، اتم های آهن کمی دیامغناطیس هستند، در حالی که در حالت جامد این فلز یک فرومغناطیس است. در نتیجه مطالعات آزمایشگاهی، رابطه بین دما و خواص فرومغناطیسی آشکار شد.
برای مثال، آلیاژ گویسلر، که از نظر خواص مغناطیسی مشابه آهن است، حاوی این فلز نیست. وقتی به نقطه کوری (مقدار دمایی معین) رسید، خواص فرومغناطیسی ناپدید می‌شوند.
در میان ویژگی های متمایز آنها، می توان نه تنها ارزش بالای نفوذپذیری مغناطیسی، بلکه همچنین رابطه بین قدرت میدان ومغناطیسی.
برهمکنش گشتاورهای مغناطیسی اتم های منفرد یک فرومغناطیس به ایجاد میدان های مغناطیسی داخلی قدرتمندی کمک می کند که به موازات یکدیگر ردیف می شوند. یک میدان خارجی قوی منجر به تغییر جهت می شود که منجر به افزایش خواص مغناطیسی می شود.
ماهیت فرومغناطیس
دانشمندان ماهیت چرخشی فرومغناطیس را مشخص کرده اند. هنگام توزیع الکترون ها بر روی لایه های انرژی، اصل طرد پائولی در نظر گرفته می شود. ماهیت آن این است که فقط تعداد معینی از آنها می تواند در هر لایه باشد. مقادیر حاصل از گشتاورهای مغناطیسی مداری و اسپینی همه الکترون‌های واقع در یک پوسته کاملاً پر برابر با صفر است.
عناصر شیمیایی با خواص فرومغناطیسی (نیکل، کبالت، آهن) عناصر انتقالی جدول تناوبی هستند. در اتم های آنها، نقض الگوریتم برای پر کردن پوسته ها با الکترون وجود دارد. ابتدا آنها وارد لایه بالایی (اوربیتال s) می شوند و تنها پس از پر شدن کامل، الکترون ها وارد پوسته زیر (اوربیتال d) می شوند.
استفاده در مقیاس بزرگ از فرومغناطیس ها، که اصلی ترین آنها آهن است، با تغییر ساختار هنگام قرار گرفتن در معرض میدان مغناطیسی خارجی توضیح داده می شود.
خواص مشابه را فقط موادی می‌توانند داشته باشند که در اتم‌هایشان پوسته‌های ناتمام داخلی وجود دارد. اما حتی این شرایط برای صحبت در مورد ویژگی های فرومغناطیسی کافی نیست. به عنوان مثال، کروم، منگنز، پلاتین نیز دارندپوسته های ناتمام درون اتم ها، اما پارامغناطیس هستند. ظهور مغناطش خود به خود با یک عمل کوانتومی خاص توضیح داده می شود که توضیح آن با استفاده از فیزیک کلاسیک دشوار است.
بخش
تقسیم مشروط چنین موادی به دو نوع وجود دارد: فرومغناطیس های سخت و نرم. استفاده از مواد سخت با ساخت دیسک های مغناطیسی، نوارهایی برای ذخیره اطلاعات همراه است. فرومغناطیس های نرم در ایجاد آهنرباهای الکتریکی، هسته های ترانسفورماتور ضروری هستند. تفاوت بین این دو گونه با ویژگی های ساختار شیمیایی این مواد توضیح داده می شود.
ویژگی های استفاده
بیایید نگاهی دقیق تر به چند نمونه از استفاده از فرومغناطیس در شاخه های مختلف فناوری مدرن بیندازیم. مواد مغناطیسی نرم در مهندسی برق برای ایجاد موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها، ژنراتورها استفاده می شود. علاوه بر این، توجه به استفاده از فرومغناطیس از این نوع در ارتباطات رادیویی و فناوری جریان پایین بسیار مهم است.
انواع سفت برای ایجاد آهنرباهای دائمی مورد نیاز است. اگر میدان خارجی خاموش شود، فرومغناطیس‌ها خواص خود را حفظ می‌کنند، زیرا جهت‌گیری جریان‌های اولیه ناپدید نمی‌شود.
این ویژگی است که استفاده از فرومغناطیس را توضیح می دهد. به طور خلاصه می توان گفت که چنین موادی اساس فناوری مدرن هستند.
هنگام ایجاد وسایل اندازه گیری الکتریکی، تلفن، بلندگوها، قطب نماهای مغناطیسی، ضبط کننده های صدا به آهنرباهای دائمی نیاز است.
فریت
با توجه به استفاده از فرومغناطیس، توجه ویژه به فریت ها ضروری است. آنها به طور گسترده ای در مهندسی رادیویی با فرکانس بالا استفاده می شوند، زیرا آنها خواص نیمه هادی ها و فرومغناطیس ها را ترکیب می کنند. در حال حاضر نوارها و فیلم های مغناطیسی، هسته سلف ها و دیسک ها از فریت ها ساخته می شود. آنها اکسیدهای آهن موجود در طبیعت هستند.
حقایق جالب
بهره استفاده از فرومغناطیس در ماشین های الکتریکی و همچنین در فناوری ضبط در هارد دیسک است. تحقیقات مدرن نشان می‌دهد که در دماهای معین، برخی فرومغناطیس‌ها می‌توانند ویژگی‌های پارامغناطیس را به دست آورند. به همین دلیل است که این مواد درک ناقصی در نظر گرفته می شوند و مورد توجه فیزیکدانان هستند.
هسته فولادی قادر است میدان مغناطیسی را چندین برابر بدون تغییر قدرت جریان افزایش دهد.
استفاده از فرومغناطیس می تواند به میزان قابل توجهی در انرژی الکتریکی صرفه جویی کند. به همین دلیل است که از مواد با خواص فرومغناطیسی برای هسته ژنراتورها، ترانسفورماتورها، موتورهای الکتریکی استفاده می شود.
هیسترزیس مغناطیسی
این پدیده وابستگی قدرت میدان مغناطیسی و بردار مغناطیسی به میدان خارجی است. این ویژگی در فرومغناطیس ها و همچنین در آلیاژهای ساخته شده از آهن، نیکل، کبالت ظاهر می شود. پدیده مشابهی نه تنها در مورد تغییر جهت و بزرگی میدان، بلکه در مورد چرخش آن نیز مشاهده می‌شود.
نفوذپذیری
نفوذپذیری مغناطیسی یک کمیت فیزیکی است که نسبت القاء را در یک محیط خاص به آن در خلاء نشان می دهد. اگر ماده ای میدان مغناطیسی خود را ایجاد کند، مغناطیسی در نظر گرفته می شود. بر اساس فرضیه آمپر، ارزش خواص به حرکت مداری الکترون های "آزاد" در اتم بستگی دارد.
حلقه پسماند منحنی وابستگی تغییر اندازه مغناطیسی فرومغناطیس واقع در یک میدان خارجی به تغییر اندازه القاء است. برای مغناطیس زدایی کامل بدنه استفاده شده، باید جهت میدان مغناطیسی خارجی را تغییر دهید.
در مقدار معینی از القای مغناطیسی که به آن نیروی اجباری می گویند، مغناطش نمونه صفر می شود.
این شکل حلقه پسماند و بزرگی نیروی اجباری است که توانایی یک ماده را برای حفظ مغناطیسی جزئی تعیین می کند، استفاده گسترده از فرومغناطیس ها را توضیح می دهد. به طور خلاصه، مناطق کاربرد فرومغناطیس های سخت با یک حلقه پسماند گسترده در بالا توضیح داده شده است. فولادهای تنگستن، کربن، آلومینیوم، کروم نیروی اجباری زیادی دارند، بنابراین، آهنرباهای دائمی با اشکال مختلف بر اساس آنها ایجاد می شود: نوار، نعل اسب.
در میان مواد نرم با نیروی اجباری کوچک، سنگ آهن و همچنین آلیاژهای آهن-نیکل را مورد توجه قرار می دهیم.
فرایند معکوس مغناطیسی فرومغناطیس با تغییر در ناحیه مغناطش خود به خود همراه است. برای این کار از کار انجام شده توسط میدان خارجی استفاده می شود. تعدادگرمای تولید شده در این حالت متناسب با مساحت حلقه پسماند است.
نتیجه گیری
در حال حاضر در تمامی شاخه های فناوری از موادی با خواص فرومغناطیسی به طور فعال استفاده می شود. علاوه بر صرفه جویی قابل توجه در منابع انرژی، استفاده از چنین موادی می تواند فرآیندهای فناوری را ساده کند.
به عنوان مثال، مسلح به آهنرباهای دائمی قدرتمند، می توانید روند ساخت وسایل نقلیه را تا حد زیادی ساده کنید. آهنرباهای الکتریکی قدرتمندی که در حال حاضر در کارخانه‌های خودروسازی داخلی و خارجی استفاده می‌شوند، این امکان را فراهم می‌آورند که به طور کامل فرآیندهای فنی پرمشغله را به طور کامل خودکار کند و همچنین روند مونتاژ وسایل نقلیه جدید را به میزان قابل توجهی سرعت بخشد.
در مهندسی رادیو، فرومغناطیس به دست آوردن دستگاه هایی با بالاترین کیفیت و دقت ممکن می شود.
دانشمندان موفق به ایجاد روشی تک مرحله ای برای تولید نانوذرات مغناطیسی شده اند که برای کاربردهای پزشکی و الکترونیک مناسب است.
در نتیجه مطالعات متعددی که در بهترین آزمایشگاه‌های تحقیقاتی انجام شد، می‌توان خواص مغناطیسی نانوذرات کبالت و آهن را با لایه نازکی از طلا مشخص کرد. توانایی آنها در انتقال داروهای ضد سرطان یا اتم های رادیونوکلئید به قسمت راست بدن انسان و افزایش کنتراست تصاویر تشدید مغناطیسی قبلاً تأیید شده است.
علاوه بر این، چنین ذراتی را می توان برای ارتقای دستگاه های حافظه مغناطیسی استفاده کرد که گامی جدید در ایجاد یک حافظه ابتکاری خواهد بود.فناوری پزشکی.
تیمی از دانشمندان روسی موفق به توسعه و آزمایش روشی برای کاهش محلول های آبی کلریدها برای به دست آوردن نانوذرات ترکیبی کبالت-آهن مناسب برای ایجاد مواد با ویژگی های مغناطیسی بهبودیافته شدند. تمام تحقیقات انجام شده توسط دانشمندان با هدف بهبود خواص فرومغناطیسی مواد و افزایش درصد استفاده از آنها در تولید است.
