Hi ha diferents tipus de materials i també substàncies que estan formades per partícules carregades: com; electrons i protons. Aquests materials poden mostrar algun tipus de propietats magnètiques quan són magnetitzats per un camp magnètic extern que es coneix com a materials magnètics. Aquests materials tenen moments magnètics induïts o permanents en el camp magnètic. Per estudiar les propietats magnètiques d'aquests materials, normalment, el material es troba en un camp magnètic estandarditzat, i després es canvia el camp magnètic. En la tecnologia moderna, aquests materials tenen un paper clau i són components importants per a transformadors , motors i generadors. Aquest article ofereix una breu informació sobre materials magnètics .
Què són els materials magnètics?
Els materials que estan magnetitzats a un camp magnètic aplicat externament es coneixen com a materials magnètics. Aquestes substàncies també obtenen magnetització sempre que són atretes per l'imant. Exemples d'aquests materials són; Ferro, cobalt i níquel.
Aquests materials es classifiquen en materials magnèticament durs (o) magnèticament tous.
Els materials magnèticament durs es magnetitzen mitjançant un camp magnètic extern molt fort que és generat per un electroimant. Aquests materials s'utilitzen principalment per crear imants permanents que estan fets d'aliatges que normalment consisteixen en quantitats variables de ferro, níquel, alumini, cobalt i elements de terres rares com el samari, el neodimi i el disprosi.
Els materials magnèticament tous es magnetitzen molt fàcilment encara que el magnetisme induït és temporal. Per exemple, si acaricies un imant permanent amb un tornavís o un clau, es magnetitzarà temporalment i generarà el seu camp magnètic feble perquè hi ha un gran nombre de ferro. àtoms estan alineats temporalment en una direcció similar a través del camp magnètic extern.
Propietats
Propietats del material magnètic són un dels conceptes més fonamentals de la física. Per tant, les propietats inclouen principalment; paramagnetisme, ferromagnetisme i antiferromagnetisme que es comenten a continuació.
El paramagnetisme és un tipus de magnetisme on alguns materials són atrets feblement per un camp magnètic que s'aplica externament. Forma camps magnètics interns i induïts dins de la direcció del camp magnètic aplicat. En el paramagnetisme, els electrons no aparellats es disposen aleatòriament.
El ferromagnetisme és un fenomen en què un material com el ferro es magnetitza i roman magnetitzat dins d'un camp magnètic extern per a aquesta etapa. En el ferromagnetisme, els electrons no aparellats estan tots connectats.
L'antiferromagnetisme és una mena d'ordre magnètic que es produeix principalment sempre que els moments magnètics dels àtoms (o) dels ions adjacents s'alineen en direccions inverses i dóna lloc a moments magnètics nets zero. Per tant, aquest comportament es deu principalment a la interacció d'intercanvi entre ions o àtoms veïns, que ajuda a l'alineació antiparal·lel per reduir l'energia del sistema. Normalment, els materials antiferromagnètics presenten un ordre magnètic sota una temperatura específica coneguda com; Néel temperatura. El material per sobre d'aquesta temperatura esdevindrà paramagnètic i perd les seves propietats antiferromagnètiques.
Com funcionen els materials magnètics?
Aquests materials tenen petites regions on el moment magnètic es pot dirigir dins d'una direcció específica anomenada dominis magnètics que són responsables principalment del rendiment exclusiu dels materials. L'energia completa dels materials es pot aportar simplement per l'energia d'anisotropia, l'energia d'intercanvi i l'energia magnetostàtica. Sempre que es redueix la mida del material magnètic, millora diversos dominis del material. Així, a causa de la reducció de l'energia magnetoestàtica, més parets de domini augmentaran l'energia d'intercanvi i anisotropia. Així, la mida del domini decidirà la naturalesa del material magnètic.
El moment magnètic no és estable per a alguns materials que tenen diàmetres de partícules més petits en comparació amb el diàmetre crític del superparamagnetisme. Sempre que el diàmetre de la partícula estigui entre el diàmetre crític del superparamagnetisme i el domini únic, el moment magnètic es farà estable.
Tipus de materials magnètics
Hi ha diferents tipus de materials magnètics disponibles al mercat que es comenten a continuació.
Materials paramagnètics
Aquests materials no són atrets fortament per un imant com; estany, magnesi, alumini i molts més. Aquests materials tenen una petita permeabilitat relativa però positiva com la permeabilitat de l'alumini és: 1,00000065. Aquests materials només es magnetitzen sempre que es troben en un camp magnètic molt fort i actuen en la direcció del camp magnètic.
Sempre que es proporciona un camp magnètic fort a l'exterior, els dipols magnètics permanents els ajusten en paral·lelisme per al camp magnètic aplicat i augmenten a una magnetització positiva. Si l'orientació del dipol és paral·lela al camp magnètic aplicat no està completa, aleshores la magnetització és extremadament petita.
Materials Diamagnètics
Aquests materials són repel·lits a través d'un imant com mercuri, zinc, plom, fusta, coure, plata, sofre, bismut, etc. s'anomenen materials diamagnètics. Aquests materials tenen una permeabilitat lleugerament inferior a una. Per exemple, la permeabilitat del material de coure és de 0,000005, el material de bismut és de 0,00083 i el material de fusta és de 0,9999995.
Quan aquests materials es troben en un camp magnètic extremadament fort, aquests materials es magnetitzaran lleugerament i actuaran en la direcció oposada al camp magnètic aplicat. En aquest tipus de materials, hi ha dos camps magnètics força febles causats per la revolució orbital i la rotació axial dels electrons al voltant del nucli.
Materials ferromagnètics
Aquest tipus de materials que són atrets fortament a través d'un camp magnètic s'anomenen materials ferromagnètics. Exemples d'aquests materials són; níquel, ferro, cobalt, acer, etc. Aquests materials tenen una permeabilitat extremadament alta que oscil·la entre diversos centenars i milers.
Els dipols magnètics dins d'aquests materials simplement s'organitzen en diferents dominis allà on la disposició del dipol individual és perfecta de manera significativa i això pot generar camps magnètics forts. Normalment, aquests dominis s'organitzen aleatòriament i el camp magnètic de cada domini es cancel·la a través d'un altre i tot el material no mostra el comportament d'un imant.
Sempre que es proporcioni un camp magnètic extern a aquests materials, els dominis es reorientaran per suportar el camp extern i generaran un camp magnètic intern molt fort. Per deducció del camp extern, la majoria dels dominis esperen i continuen aliats en la direcció del camp magnètic.
Per tant, el camp magnètic d'aquests materials persisteix fins i tot sempre que el camp extern s'allunya. Per tant, aquesta propietat principal s'utilitza per produir imants permanents que utilitzem diàriament. Els materials utilitzats en la fabricació d'imants permanents solen ser altament ferromagnètics com el ferro, níquel, neodimi, cobalt, etc.
Consulteu aquest enllaç per Materials ferromagnètics .
Matèries primeres magnètiques
Normalment, els imants permanents arreu del món es fabriquen amb diferents tipus de materials i cada material té característiques diferents. Aquests materials inclouen principalment; alnico, cautxú flexible, ferrita, samari cobalt i neodimi que es comenten a continuació.
Ferrites
El grup especial de materials ferromagnètics que ocupen una posició mitjana entre materials ferromagnètics i no ferromagnètics es coneix com ferrites. Aquests materials tenen partícules fines de material ferromagnètic que posseeixen una alta permeabilitat i es mantenen mútuament mitjançant una resina d'unió. En ferrites, la magnetització generada és molt suficient encara que la seva saturació magnètica no és alta com els materials ferromagnètics.
Aquests materials no són cars de generar, cosa que està relacionada amb la seva força magnètica. Aquests són significativament més febles en comparació amb els materials de terres rares, però fins i tot s'utilitzen àmpliament en diverses aplicacions comercials. Aquests materials tenen una força com la resistència a la corrosió i la desmagnetització.
Neodimi
El neodimi és un element de terres molt rares ((Nd) i el seu nombre atòmic és 60. Va ser simplement descobert l'any 1885 pel químic austríac Carl Auer von Welsbach. Aquest material es barreja amb bor, ferro i també traces d'altres elements. com; praseodimi i disprosi per generar un aliatge ferromagnètic anomenat Nd2Fe14b, que és el material magnètic més fort. Els imants de neodimi substitueixen altres tipus de materials en diversos aparells industrials i comercials moderns.
Alnico
L'acrònim d'alumini, níquel i cobalt és 'alnico', on aquests tres elements principals s'utilitzen principalment per crear material magnètic alnico. Aquests imants són imants permanents molt forts en comparació amb els imants de terres rares. Els imants d'alnico es poden substituir per imants permanents a l'interior motors , altaveus i generadors.
Samari Cobalt
Aquests imants van ser desenvolupats simplement pel Laboratori de Materials de la Força Aèria dels EUA a principis dels anys setanta. El cobalt de samari o SmCo és un material magnètic que està fet amb un aliatge d'elements de terra inusuals com; samari, cobalt de metall dur, traces de ferro, hafni, coure, praseodimi i zirconi. Els imants de cobalt de samari són imants de terres rares com el neodimi perquè el samari és un element d'un element similar del grup de terres rares com el neodimi.
Materials magnètics vs materials no magnètics
Les diferències entre aquests dos materials es discuteixen a continuació.
| Materials magnètics | Materials no magnètics |
| Els materials que són atrets per un imant es coneixen com a materials magnètics. | Els materials que no són atrets per un imant es coneixen com a materials no magnètics. |
| Exemples d'aquests materials són; ferro, cobalt i níquel. | Exemples d'aquests materials són;, plàstic, cautxú, ploma, acer inoxidable, paper, mica, plata, or, cuir, etc. |
| La condició magnètica d'aquests materials es pot aliar en disposicions antiparal·leles o paral·leles, de manera que poden reaccionar a un camp magnètic una vegada que estiguin sota el control d'un camp magnètic exterior. | La condició magnètica d'aquests materials es pot organitzar a l'atzar, així, els moviments magnètics d'aquests dominis s'anul·len. Per tant, no reaccionen a un camp magnètic. |
| Aquests materials ajuden a fer imants permanents perquè es poden magnetitzar fàcilment mitjançant un imant. | Aquests materials no es poden magnetitzar mitjançant un imant. Per tant, mai es pot convertir en un material magnetitzat. |
Comparació
La comparació entre diferents materials magnètics es discuteix a continuació.
| Tipus de material | Composició | Temperatura màxima de funcionament | Coeficient de temperatura | Densitat g/cm^3 |
| Ferrita | Òxid de ferro i materials ceràmics. | 180 oC | -0.02% | 5 g / cm^3 |
| Neodimi | Principalment neodimi, bor i ferro. | 80 oC | 0. 11% | 7,4 g / cm^3 |
| Alnico | Principalment níquel, alumini, ferro i cobalt. | 500 oC | -0.2% | 7,3 g / cm^3 |
| Cautxú magnètic | Potència de bari/estronci i PVC o cautxú sintètic. | 50 oC | 0.2% | 3. 5 g / cm^3 |
| Samari Cobalt | Principalment samari i cobalt | 350 oC | 0. 11% | 8. 4 g / cm^3 |
Aplicacions
El aplicacions dels materials magnètics incloure el següent.
- S'utilitzen per crear i distribuir electricitat en els aparells que utilitzen electricitat.
- S'utilitzen per emmagatzemar dades en àudio, cintes de vídeo i discos d'ordinador.
- Aquests materials s'utilitzen àmpliament en la vida, la producció, la ciència i la tecnologia de defensa nacional.
- S'utilitzen en la fabricació de diferents transformadors i motors dins de la tecnologia d'energia, diferents components magnètics i tubs de microones dins de la tecnologia electrònica, intensificadors i filtres dins de la tecnologia de comunicació, pistoles electromagnètiques, electrodomèstics i mines magnètiques dins de la tecnologia de defensa nacional.
- S'utilitzen àmpliament en l'exploració mineral i geològica, l'exploració oceànica i les noves tecnologies dins l'energia, la informació, l'espai i la biologia.
- Aquests materials tenen un paper important en el camp de la tecnologia electrònica i altres camps de la ciència i la tecnologia.
- Són aplicables en electrònica, medicina, enginyeria elèctrica, etc.
- S'utilitzen en la fabricació de dispositius electrònics i elèctrics com motors elèctrics, transformadors i generadors.
- S'utilitzen en la producció de dispositius d'emmagatzematge magnètic com; disquets, unitats de disc dur i cinta magnètica.
- Aquests tipus de materials s'utilitzen en la producció de sensors magnètics com; Sensors d'efecte Hall, sensors de camp magnètic i sensors magnetoresistius.
- Aquests són aplicables en equips mèdics com; Màquines de ressonància magnètica, marcapassos i sistemes d'administració de fàrmacs implantables.
- S'utilitzen en mètodes de separació magnètica, que s'utilitzen per desconnectar partícules magnètiques de partícules no magnètiques.
- Aquests materials s'utilitzen en la generació d'energies renovables com; centrals hidroelèctriques i aerogeneradors.
Així, això és una visió general del magnètic materials, tipus, diferències, comparació de materials i les seves aplicacions. Aquí teniu una pregunta per a vosaltres, què és un imant?
