Sifat bahan feromagnetik dan aplikasinya dalam teknologi
Di sekeliling wayar dengan arus elektrik, walaupun dalam vakum, ada medan magnet… Dan jika bahan dimasukkan ke dalam medan ini, maka medan magnet akan berubah, kerana mana-mana bahan dalam medan magnet dimagnetkan, iaitu, ia memperoleh momen magnet yang lebih besar atau lebih kecil, ditakrifkan sebagai jumlah momen magnet asas yang dikaitkan dengan bahagian yang membentuk bahan tersebut.
Intipati fenomena ini terletak pada fakta bahawa molekul banyak bahan mempunyai momen magnet mereka sendiri, kerana cas bergerak di dalam molekul, yang membentuk arus bulat asas dan oleh itu disertai dengan medan magnet. Jika tiada medan magnet luar dikenakan pada bahan, momen magnet molekulnya berorientasikan secara rawak di angkasa, dan jumlah medan magnet (serta jumlah momen magnet molekul) sampel sedemikian akan menjadi sifar.
Jika sampel dimasukkan ke dalam medan magnet luaran, maka orientasi momen magnet asas molekulnya akan memperoleh arah keutamaan di bawah pengaruh medan luaran. Akibatnya, jumlah momen magnet bahan tidak lagi menjadi sifar, kerana medan magnet molekul individu di bawah keadaan baru tidak mengimbangi satu sama lain. Oleh itu, bahan membina medan magnet B.
Jika molekul bahan pada mulanya tidak mempunyai momen magnetik (terdapat bahan sedemikian), maka apabila sampel sedemikian dimasukkan ke dalam medan magnet, arus bulat teraruh di dalamnya, iaitu, molekul memperoleh momen magnet, yang sekali lagi, akibatnya, membawa kepada kemunculan jumlah medan magnet B.
Kebanyakan bahan yang diketahui bermagnet dengan lemah dalam medan magnet, tetapi terdapat juga bahan yang dibezakan oleh sifat magnet yang kuat, ia dipanggil ferromagnet… Contoh feromagnet: besi, kobalt, nikel dan aloinya.
Ferromagnet termasuk pepejal yang pada suhu rendah mempunyai kemagnetan spontan (spontan) yang berbeza dengan ketara di bawah pengaruh medan magnet luar, ubah bentuk mekanikal, atau suhu yang berubah-ubah. Ini adalah bagaimana keluli dan besi, nikel dan kobalt dan aloi berkelakuan. Kebolehtelapan magnetik mereka beribu-ribu kali lebih tinggi daripada vakum.
Atas sebab ini, dalam kejuruteraan elektrik, untuk menjalankan fluks magnet dan untuk menukar tenaga, ia digunakan secara tradisional teras magnet yang diperbuat daripada bahan feromagnetik.
Dalam bahan sedemikian, sifat magnet bergantung pada sifat magnet pembawa asas kemagnetan - elektron bergerak di dalam atom… Sudah tentu, elektron yang bergerak dalam orbit dalam atom di sekeliling nukleus mereka membentuk arus bulat (dipol magnet). Tetapi dalam kes ini, elektron juga berputar di sekeliling paksi mereka, mewujudkan momen magnet putaran, yang hanya memainkan peranan utama dalam magnetisasi feromagnet.
Sifat feromagnetik hanya ditunjukkan apabila bahan berada dalam keadaan kristal. Di samping itu, sifat-sifat ini sangat bergantung pada suhu, kerana gerakan haba menghalang orientasi stabil momen magnet asas. Jadi, untuk setiap ferromagnet, suhu tertentu (titik Curie) ditentukan di mana struktur kemagnetan dimusnahkan dan bahan menjadi paramagnet. Sebagai contoh, untuk besi adalah 900 ° C.
Walaupun dalam medan magnet yang lemah, ferromagnet boleh dimagnetkan kepada tepu. Tambahan pula, kebolehtelapan magnet mereka bergantung pada magnitud medan magnet luaran yang digunakan.
Pada permulaan proses magnetisasi aruhan magnetik B menjadi lebih kuat dalam feromagnetik, yang bermaksud kebolehtelapan magnet Ia hebat. Tetapi apabila tepu berlaku, meningkatkan lagi aruhan magnet medan luaran tidak lagi membawa kepada peningkatan dalam medan magnet feromagnet, dan oleh itu kebolehtelapan magnet sampel telah berkurangan, kini ia cenderung kepada 1.
Sifat penting ferromagnet ialah baki… Katakan rod feromagnetik diletakkan di dalam gegelung dan dengan meningkatkan arus dalam gegelung ia dibawa ke dalam tepu. Kemudian arus dalam gegelung dimatikan, iaitu, medan magnet gegelung telah dikeluarkan.
Adalah mungkin untuk melihat bahawa rod tidak dinyahmagnetkan ke keadaan di mana ia berada pada mulanya, medan magnetnya akan lebih besar, iaitu, akan ada induksi sisa. Batang itu diputar dengan cara ini kepada magnet kekal.
Untuk menyahmagnetkan rod sedemikian ke belakang, ia perlu menggunakan medan magnet luaran dengan arah yang bertentangan dan dengan aruhan sama dengan aruhan sisa. Nilai modulus aruhan medan magnet yang mesti digunakan pada feromagnet bermagnet (magnet kekal) untuk menyahmagnetkannya dipanggil paksaan.
Lengkung kemagnetan (gelung histerisis) untuk bahan feromagnetik berbeza berbeza antara satu sama lain.
Sesetengah bahan mempunyai gelung histerisis yang luas — ini adalah bahan dengan kemagnetan sisa yang tinggi, ia dipanggil bahan keras magnet. Bahan magnet keras digunakan dalam pembuatan magnet kekal.
Sebaliknya, bahan magnet lembut mempunyai gelung histerisis yang sempit, kemagnetan sisa yang rendah, dan mudah dimagnetkan dalam medan yang lemah. Ini adalah bahan magnet lembut yang digunakan sebagai teras magnet pengubah, pemegun motor, dsb.
Ferromagnet memainkan peranan yang sangat penting dalam teknologi hari ini. Bahan magnet lembut (ferit, keluli elektrik) digunakan dalam motor elektrik dan penjana, dalam transformer dan pencekik, serta dalam kejuruteraan radio. Ferit diperbuat daripada teras induktor.
Bahan magnet keras (ferit barium, kobalt, strontium, neodymium-besi-boron) digunakan untuk membuat magnet kekal. Magnet kekal digunakan secara meluas dalam instrumen elektrik dan akustik, dalam motor dan penjana, dalam kompas magnet, dsb.