The feromagnetismus Je to vlastnost, která dává některým látkám intenzivní a trvalou magnetickou odezvu. V přírodě existuje pět prvků s touto vlastností: železo, kobalt, nikl, gadolinium a dysprosium, druhé vzácné zeminy.
V přítomnosti vnějšího magnetického pole, jako je pole vytvářené přírodním magnetem nebo elektromagnetem, reaguje látka charakteristickým způsobem podle své vnitřní konfigurace. Velikost, která kvantifikuje tuto odezvu, je magnetická permeabilita.
Magnetická permeabilita je bezrozměrná veličina daná kvocientem mezi intenzitou magnetického pole generovaného uvnitř materiálu a intenzitou externě aplikovaného magnetického pole..
Pokud je tato odpověď mnohem větší než 1, je materiál klasifikován jako feromagnetický. Na druhou stranu, pokud propustnost není mnohem větší než 1, považuje se magnetická odezva za slabší, jsou to paramagnetické materiály.
U železa je magnetická permeabilita řádově 104. To znamená, že pole uvnitř železa je asi 10 000krát větší než pole aplikované externě. Což dává představu o tom, jak silná je magnetická odezva tohoto minerálu..
Rejstřík článků
Je známo, že magnetismus je účinek spojený s pohybem elektrických nábojů. To je přesně to, z čeho se skládá elektrický proud. Odkud tedy pocházejí magnetické vlastnosti tyčového magnetu, z něhož byla na chladničku nalepena nota?
Materiál magnetu a také jakákoli jiná látka obsahuje uvnitř protony a elektrony, které mají svůj vlastní pohyb a generují různé elektrické proudy..
Velmi zjednodušený model předpokládá elektron v kruhové dráze kolem jádra složeného z protonů a neutronů, čímž vytváří malou smyčku proudu. Každá smyčka je spojena s vektorovou velikostí zvanou „orbitální magnetický moment“, jejíž intenzita je dána součinem proudu a oblastí určenou smyčkou: Bohrův magneton.
Samozřejmě v této malé smyčce proud závisí na náboji elektronu. Protože všechny látky obsahují elektrony ve svém nitru, všechny mají v zásadě možnost vyjádření magnetických vlastností. Ne všichni to však dělají.
Je to proto, že jeho magnetické momenty nejsou vyrovnány, ale jsou náhodně uspořádány uvnitř takovým způsobem, že jeho makroskopické magnetické efekty se ruší..
Tím příběh nekončí. Produkt magnetického momentu pohybu elektronů kolem jádra není jediným možným zdrojem magnetismu v tomto měřítku..
Elektron má jakýsi rotační pohyb kolem své osy. Je to účinek, který se promítá do skutečného momentu hybnosti. Tato vlastnost se nazývá roztočit elektron.
Přirozeně má také přidružený magnetický moment a je mnohem silnější než orbitální moment. Ve skutečnosti je největší příspěvek k čistému magnetickému momentu atomu prostřednictvím rotace, avšak oba magnetické momenty: moment translace plus moment vnitřní hybnosti přispívají k celkovému magnetickému momentu atomu..
Tyto magnetické momenty jsou ty, které mají tendenci se vyrovnat v přítomnosti vnějšího magnetického pole. A také je vytvářejí pomocí polí vytvořených sousedními momenty v materiálu.
Nyní se elektrony obvykle spárují v atomech s mnoha elektrony. Mezi elektrony s opačným spinem se tvoří páry, což má za následek zrušení magnetického momentu spinu.
Jediný způsob, jakým spin přispívá k celkovému magnetickému momentu, je ten, že jeden z nich je nepárový, to znamená, že atom má lichý počet elektronů.
Člověk si klade otázku, co je magnetického momentu protonů v jádře. Mají také spinový moment, ale nepovažuje se to za významné přispění k magnetismu atomu. Je to proto, že spinový moment závisí nepřímo na hmotnosti a hmotnost protonu je mnohem větší než hmotnost elektronu.
V železě, kobaltu a niklu, triádě prvků s velkou magnetickou odezvou, není čistý spinový moment produkovaný elektrony nula ... V těchto kovech přispívají elektrony v 3d orbitálu, nejvzdálenějších na čistý magnetický moment. Proto jsou tyto materiály považovány za feromagnetické..
Tento individuální magnetický moment každého atomu však nestačí k vysvětlení chování feromagnetických materiálů..
Uvnitř silně magnetických materiálů jsou oblasti zvané magnetické domény, jehož rozšíření může oscilovat mezi 10-4 a 10-1 cm a obsahující biliony atomů. V těchto oblastech se momenty čisté rotace sousedních atomů podaří silně spojit.
Když se materiál s magnetickými doménami přiblíží k magnetu, domény se navzájem vyrovnají a zesilují magnetický efekt.
Je to proto, že domény, jako tyčové magnety, mají magnetické póly, stejně označované jako severní a jižní, takže takové póly odpuzují a protilehlé póly přitahují..
Jak se domény vyrovnávají s vnějším polem, materiál vydává praskavé zvuky, které lze slyšet vhodným zesílením.
Tento efekt je vidět, když magnet přitahuje nehty z měkkého železa a ty se zase chovají jako magnety přitahující jiné nehty.
Magnetické domény nejsou statické hranice stanovené v materiálu. Jeho velikost lze upravit ochlazením nebo zahřátím materiálu a také jeho vystavením působení vnějších magnetických polí.
Růst domény však není neomezený. V okamžiku, kdy již není možné je srovnat, se říká, že bylo dosaženo bodu nasycení materiálu. Tento efekt se odráží v hysterezních křivkách níže..
Zahřívání materiálu způsobuje ztrátu vyrovnání magnetických momentů. Teplota, při které je magnetizace zcela ztracena, se liší podle typu materiálu, u tyčového magnetu se obvykle ztrácí kolem 770 ° C..
Jakmile je magnet odstraněn, magnetizace nehtů je ztracena v důsledku nepřetržitého tepelného míchání. Existují ale i jiné sloučeniny, které mají permanentní magnetizaci, protože mají spontánně zarovnané domény..
Magnetické domény lze vidět, když je plochá plocha nemagnetizovaného feromagnetického materiálu, jako je měkké železo, velmi dobře broušená a leštěná. Jakmile je to hotové, je posypáno pilinami nebo jemnými železnými pilinami.
Pod mikroskopem bylo pozorováno, že čipy jsou seskupeny do oblastí tvořících minerály s velmi dobře definovanou orientací, sledující magnetické domény materiálu.
Rozdíl v chování mezi různými magnetickými materiály je způsoben tím, jak se domény v nich chovají..
Magnetická hystereze je charakteristika, kterou mají pouze materiály s vysokou magnetickou permeabilitou. Není přítomen v paramagnetických nebo diamagnetických materiálech.
Představuje účinek aplikovaného vnějšího magnetického pole, které je označeno jako H o magnetické indukci B feromagnetického kovu během cyklu magnetizace a demagnetizace. Zobrazený graf má název hysterezní křivky.
Zpočátku v bodě O není použito žádné pole H žádná magnetická odezva B, ale jako intenzita H, indukce B se postupně zvyšuje, dokud nedosáhne velikosti sytosti Bs v bodě A, který se očekává.
Nyní intenzita H dokud se nestane 0, s tím, že jeden dosáhne bodu C, magnetická odezva materiálu však nezmizí a zachovává a remanentní magnetizace označeno hodnotou Br. To znamená, že proces není reverzibilní.
Odtamtud intenzita H se zvyšuje, ale s obrácenou polaritou (záporné znaménko), takže remanentní magnetizace je zrušena v bodě D. Potřebná hodnota H je označen jako HC a přijme jméno donucovací pole.
Velikost H se zvyšuje, dokud znovu nedosáhne hodnoty sytosti v E a okamžitě intenzita H klesá až do dosažení 0, ale v bodě F zůstává remanentní magnetizace s polaritou opačnou k dříve popsané.
Nyní polarita H znovu a jeho velikost se zvyšuje, dokud není zrušena magnetická odezva materiálu v bodě G. Po dráze GA je opět získána jeho saturace. Zajímavé však je, že jste se tam nedostali původní cestou označenou červenými šipkami.
Mírné železo se snadněji magnetizuje než ocel a poklepávání materiálu dále usnadňuje zarovnání domén..
Když se materiál snadno magnetizuje a demagnetizuje, říká se, že je magneticky měkký, a samozřejmě pokud se stane opak, je to materiál magneticky tvrdé. V druhém případě jsou magnetické domény malé, zatímco v prvním jsou velké, proto je lze je vidět mikroskopem, jak je podrobně uvedeno výše..
Oblast ohraničená hysterezní křivkou je měřítkem energie potřebné k magnetizaci - demagnetizaci materiálu. Obrázek ukazuje dvě hysterezní křivky pro dva různé materiály. Ten vlevo je magneticky měkký, zatímco ten pravý je tvrdý.
Měkký feromagnetický materiál má donucovací pole HC malá a úzká a vysoká hysterezní křivka. Je to vhodný materiál, který se má umístit do jádra elektrického transformátoru. Příkladem je měkké železo a slitiny křemíku, železa a železa a niklu, užitečné pro komunikační zařízení..
Na druhou stranu je magneticky tvrdé materiály obtížné odmagnetizovat, jakmile se zmagnetizují, jako je tomu u slitin alnico (hliník-nikl-kobalt) a slitin vzácných zemin, z nichž se vyrábějí permanentní magnety..
Zatím žádné komentáře