בואו נשקול את תחומי היישום העיקריים של פרומגנטים, כמו גם את תכונות הסיווג שלהם. נתחיל בעובדה שפרומגנטים נקראים מוצקים שיש להם מגנטיזציה בלתי מבוקרת בטמפרטורות נמוכות. הוא משתנה בהשפעת דפורמציה, שדה מגנטי, תנודות טמפרטורה.
מאפיינים של פרומגנטים
השימוש בפרומגנטים בטכנולוגיה מוסבר על ידי התכונות הפיזיקליות שלהם. יש להם חדירות מגנטית גדולה פי כמה מזו של ואקום. בהקשר זה, לכל המכשירים החשמליים המשתמשים בשדות מגנטיים כדי להמיר סוג אחד של אנרגיה לאחר יש אלמנטים מיוחדים העשויים מחומר פרומגנטי המסוגל להוליך שטף מגנטי.
תכונות של פרומגנטים
מהם המאפיינים הבולטים של פרומגנטים? המאפיינים והשימוש של חומרים אלה מוסברים על ידי המוזרויות של המבנה הפנימי. קיים קשר ישיר בין התכונות המגנטיות של החומר לבין הנשאים היסודיים של המגנטיות, שהם אלקטרונים הנעים בתוך האטום.
בזמן שהם נעים במסלולים מעגליים, הם יוצרים זרמים יסודיים ומגנטייםדיפולים בעלי מומנט מגנטי. הכיוון שלו נקבע על ידי כלל הגימלט. המומנט המגנטי של גוף הוא הסכום הגיאומטרי של כל החלקים. בנוסף לסיבוב במסלולים מעגליים, אלקטרונים נעים גם סביב הצירים שלהם, ויוצרים רגעי ספין. הם מבצעים תפקיד חשוב בתהליך המגנטיזציה של פרומגנטים.
יישום מעשי של פרומגנטים קשור להיווצרות בהם של אזורים ממוגנטים ספונטניים עם אוריינטציה מקבילה של רגעי ספין. אם הפרומגנט אינו ממוקם בשדה חיצוני, אזי למומנטים המגנטיים הבודדים יש כיוונים שונים, הסכום שלהם הוא אפס ואין תכונת מגנטיזציה.
מאפיינים ייחודיים של פרומגנטים
אם פרמגנטים קשורים לתכונות של מולקולות או אטומים בודדים של חומר, אז ניתן להסביר תכונות פרומגנטיות על ידי המאפיינים הספציפיים של מבנה הגביש. לדוגמה, במצב אדים, אטומי ברזל דיאמגנטיים מעט, בעוד שבמצב מוצק מתכת זו היא פרומגנט. כתוצאה ממחקרי מעבדה, נחשף הקשר בין טמפרטורה ותכונות פרומגנטיות.
לדוגמה, סגסוגת הגויזלר, הדומה בתכונות המגנטיות לברזל, אינה מכילה מתכת זו. כאשר מגיעים לנקודת הקורי (ערך טמפרטורה מסוים), התכונות הפרומגנטיות נעלמות.
בין המאפיינים הייחודיים שלהם, אפשר לציין לא רק את הערך הגבוה של חדירות מגנטית, אלא גם את הקשר בין עוצמת השדה לביןמגנטיזציה.
האינטראקציה של המומנטים המגנטיים של אטומים בודדים של פרומגנט תורמת ליצירת שדות מגנטיים פנימיים רבי עוצמה המסתדרים במקביל זה לזה. שדה חיצוני חזק מוביל לשינוי בכיוון, מה שמוביל לעלייה בתכונות המגנטיות.
טבעם של פרומגנטים
מדענים ביססו את אופי הספין של פרומגנטיות. בעת הפצת אלקטרונים על פני שכבות אנרגיה, עיקרון ההדרה של פאולי נלקח בחשבון. המהות שלו היא שרק מספר מסוים מהם יכול להיות בכל שכבה. הערכים המתקבלים של המומנטים המגנטיים האורביטאליים והספין של כל האלקטרונים הממוקמים על מעטפת מלאה לגמרי שווים לאפס.
יסודות כימיים בעלי תכונות פרומגנטיות (ניקל, קובלט, ברזל) הם יסודות מעבר של הטבלה המחזורית. באטומים שלהם, יש הפרה של האלגוריתם למילוי קונכיות באלקטרונים. ראשית, הם נכנסים לשכבה העליונה (s-orbital), ורק לאחר מילוי מלא, האלקטרונים נכנסים לקליפה הממוקמת מתחת (d-orbital).
השימוש בקנה מידה גדול בפרומגנטים, שהעיקרי שבהם הוא ברזל, מוסבר על ידי השינוי במבנה בעת חשיפה לשדה מגנטי חיצוני.
תכונות דומות יכולות להיות רק לאותם חומרים באטומים שבהם יש קונכיות פנימיות לא גמורות. אבל אפילו מצב זה אינו מספיק כדי לדבר על מאפיינים פרומגנטיים. לדוגמה, כרום, מנגן, פלטינה יש גםקונכיות לא גמורות בתוך אטומים, אבל הן פרמגנטיות. הופעתה של מגנטיזציה ספונטנית מוסברת על ידי פעולה קוונטית מיוחדת, שקשה להסביר אותה באמצעות הפיזיקה הקלאסית.
Department
יש חלוקה מותנית של חומרים כאלה לשני סוגים: פרומגנטים קשים ורכים. השימוש בחומרים קשיחים קשור לייצור של דיסקים מגנטיים, קלטות לאחסון מידע. פרומגנטים רכים הם הכרחיים ביצירת אלקטרומגנטים, ליבות שנאים. ההבדלים בין שני המינים מוסברים על ידי המוזרויות של המבנה הכימי של חומרים אלה.
תכונות השימוש
בואו נסתכל מקרוב על כמה דוגמאות לשימוש בפרומגנטים בענפים שונים של הטכנולוגיה המודרנית. חומרים מגנטיים רכים משמשים בהנדסת חשמל ליצירת מנועים חשמליים, שנאים, גנרטורים. בנוסף, חשוב לשים לב לשימוש בפרומגנטים מסוג זה בתקשורת רדיו וטכנולוגיית זרם נמוך.
יש צורך בסוגים קשיחים ליצירת מגנטים קבועים. אם השדה החיצוני כבוי, פרומגנטים שומרים על תכונותיהם, מכיוון שהכיוון של זרמים אלמנטריים אינו נעלם.
תכונה זו היא שמסבירה את השימוש בפרומגנטים. בקיצור, אנו יכולים לומר שחומרים כאלה הם הבסיס של הטכנולוגיה המודרנית.
יש צורך במגנטים קבועים בעת יצירת מכשירי מדידה חשמליים, טלפונים, רמקולים, מצפנים מגנטיים, מקליט קול.
Ferrites
בהתחשב בשימוש בפרומגנטים, יש צורך להקדיש תשומת לב מיוחדת לפריטים. הם נמצאים בשימוש נרחב בהנדסת רדיו בתדר גבוה, מכיוון שהם משלבים את המאפיינים של מוליכים למחצה ופרומגנטים. מפריטים מיוצרים כיום סרטים וסרטים מגנטיים, ליבות של משרנים ודיסקים. הם תחמוצות ברזל שנמצאות בטבע.
עובדות מעניינות
ריבית היא השימוש בפרומגנטים במכונות חשמליות, כמו גם בטכנולוגיה של הקלטה בכונן קשיח. מחקר מודרני מצביע על כך שבטמפרטורות מסוימות, כמה פרומגנטים יכולים לרכוש מאפיינים פרמגנטיים. זו הסיבה שהחומרים הללו נחשבים לא מובנים ומעניינים במיוחד פיזיקאים.
ליבת הפלדה מסוגלת להגדיל את השדה המגנטי מספר פעמים מבלי לשנות את חוזק הזרם.
השימוש בפרומגנטים יכול לחסוך משמעותית באנרגיה חשמלית. לכן משתמשים בחומרים בעלי תכונות פרומגנטיות לליבות של גנרטורים, שנאים, מנועים חשמליים.
היסטרזיס מגנטית
זוהי תופעת התלות של עוצמת השדה המגנטי ווקטור המגנטיזציה בשדה החיצוני. תכונה זו באה לידי ביטוי בפרומגנטים, כמו גם בסגסוגות העשויות מברזל, ניקל, קובלט. תופעה דומה נצפית לא רק במקרה של שינוי בכיוון ובגודל השדה, אלא גם במקרה של סיבובו.
חדירות
חדירות מגנטית היא גודל פיזיקלי המראה את היחס בין אינדוקציה במדיום מסוים לזה שבוואקום. אם חומר יוצר את השדה המגנטי שלו, הוא נחשב לממוגנט. לפי ההשערה של אמפר, ערכן של תכונות תלוי בתנועת המסלול של אלקטרונים "חופשיים" באטום.
לולאת ההיסטרזיס היא עקומה של התלות של השינוי בגודל המגנטיזציה של פרומגנט הממוקם בשדה חיצוני בשינוי בגודל האינדוקציה. כדי לבטל לחלוטין את הגוף המשומש, עליך לשנות את כיוון השדה המגנטי החיצוני.
בערך מסוים של אינדוקציה מגנטית, הנקרא כוח הכפייה, המגנטיזציה של המדגם הופכת לאפס.
צורת לולאת ההיסטרזיס וגודל כוח הכפייה הם שקובעים את יכולתו של חומר לשמור על מגנטיזציה חלקית, מסבירים את השימוש הנרחב בפרומגנטים. בקצרה, תחומי היישום של פרומגנטים קשים עם לולאת היסטרזיס רחבה מתוארים לעיל. לפלדות טונגסטן, פחמן, אלומיניום, כרום יש כוח כפייה גדול, לכן נוצרים מגנטים קבועים בצורות שונות על בסיסם: רצועה, פרסה.
בין חומרים רכים עם כוח כפייה קטן, נציין עפרות ברזל, כמו גם סגסוגות ברזל-ניקל.
תהליך היפוך מגנטיזציה של פרומגנטים קשור לשינוי באזור המגנטיזציה הספונטנית. לשם כך, נעשה שימוש בעבודה שנעשתה על ידי השדה החיצוני. כַּמוּתהחום שנוצר במקרה זה הוא פרופורציונלי לשטח של לולאת ההיסטרזיס.
מסקנה
נכון לעכשיו, בכל ענפי הטכנולוגיה, נעשה שימוש פעיל בחומרים בעלי תכונות פרומגנטיות. בנוסף לחיסכון משמעותי במשאבי אנרגיה, השימוש בחומרים כאלה יכול לפשט תהליכים טכנולוגיים.
לדוגמה, חמוש במגנטים קבועים רבי עוצמה, אתה יכול לפשט מאוד את תהליך יצירת הרכבים. אלקטרומגנטים רבי עוצמה, המשמשים כיום במפעלי רכב מקומיים וזרים, מאפשרים לבצע אוטומציה מלאה של התהליכים הטכנולוגיים עתירי העבודה, כמו גם להאיץ משמעותית את תהליך הרכבת הרכבים החדשים.
בהנדסת רדיו, פרומגנטים מאפשרים להשיג מכשירים באיכות ובדיוק הגבוהים ביותר.
מדענים הצליחו ליצור שיטה חד-שלבית לייצור ננו-חלקיקים מגנטיים המתאימים ליישומים ברפואה ובאלקטרוניקה.
כתוצאה ממחקרים רבים שבוצעו במעבדות המחקר הטובות ביותר, ניתן היה לקבוע את התכונות המגנטיות של ננו-חלקיקי קובלט וברזל המצופים בשכבה דקה של זהב. יכולתם להעביר תרופות אנטי-סרטניות או אטומי רדיונוקלידים לחלק הימני של גוף האדם ולהגביר את הניגודיות של תמונות תהודה מגנטית כבר אושרה.
בנוסף, ניתן להשתמש בחלקיקים כאלה לשדרוג התקני זיכרון מגנטיים, מה שיהווה צעד חדש ביצירת מכשיר חדשניטכנולוגיה רפואית.
צוות של מדענים רוסים הצליח לפתח ולבדוק שיטה להפחתת תמיסות מימיות של כלורידים לקבלת ננו-חלקיקים משולבים של קובלט-ברזל המתאימים ליצירת חומרים בעלי מאפיינים מגנטיים משופרים. כל המחקר שנערך על ידי מדענים נועד לשפר את התכונות הפרומגנטיות של חומרים, להגדיל את אחוז השימוש בהם בייצור.
