Feromagnētisko materiālu īpašības un to pielietojums tehnoloģijā
Ap vadu ar elektrisko strāvu pat vakuumā ir magnētiskais lauks… Un, ja šajā laukā tiek ievadīta viela, tad magnētiskais lauks mainīsies, jo jebkura viela magnētiskajā laukā tiek magnetizēta, tas ir, tā iegūst lielāku vai mazāku magnētisko momentu, kas definēts kā elementāru magnētisko momentu summa, kas saistīta ar daļas, kas veido šo vielu.
Parādības būtība slēpjas apstāklī, ka daudzu vielu molekulām ir savi magnētiskie momenti, jo molekulu iekšienē pārvietojas lādiņi, kas veido elementāras apļveida strāvas un tāpēc tos pavada magnētiskie lauki. Ja vielai netiek pielietots ārējs magnētiskais lauks, tās molekulu magnētiskie momenti ir nejauši orientēti telpā, un šāda parauga kopējais magnētiskais lauks (kā arī kopējais molekulu magnētiskais moments) būs nulle.
Ja paraugu ievada ārējā magnētiskajā laukā, tad tā molekulu elementāro magnētisko momentu orientācija ārējā lauka ietekmē iegūs preferenciālu virzienu. Tā rezultātā vielas kopējais magnētiskais moments vairs nebūs nulle, jo atsevišķu molekulu magnētiskie lauki jaunos apstākļos viens otru nekompensē. Tādējādi viela attīsta magnētisko lauku B.
Ja vielas molekulām sākotnēji nav magnētisko momentu (tādas vielas ir), tad, šādu paraugu ievadot magnētiskajā laukā, tajā tiek inducētas apļveida strāvas, tas ir, molekulas iegūst magnētiskos momentus, kas atkal kā rezultātā rodas kopējais magnētiskais lauks B.
Lielākā daļa zināmo vielu ir vāji magnetizētas magnētiskajā laukā, bet ir arī vielas, kas izceļas ar spēcīgām magnētiskām īpašībām, tās sauc feromagnēti… Feromagnētu piemēri: dzelzs, kobalts, niķelis un to sakausējumi.
Pie feromagnētiem pieder cietas vielas, kurām zemā temperatūrā ir spontāna (spontāna) magnetizācija, kas ievērojami mainās ārējā magnētiskā lauka, mehāniskās deformācijas vai mainīgas temperatūras ietekmē. Šādi rīkojas tērauds un dzelzs, niķelis un kobalts un sakausējumi. To magnētiskā caurlaidība ir tūkstošiem reižu lielāka nekā vakuuma caurlaidība.
Šī iemesla dēļ elektrotehnikā to tradicionāli izmanto magnētiskās plūsmas vadīšanai un enerģijas pārveidošanai magnētiskie serdeņi, kas izgatavoti no feromagnētiskiem materiāliem.
Šādās vielās magnētiskās īpašības ir atkarīgas no magnētisma elementāro nesēju magnētiskajām īpašībām — elektroni, kas pārvietojas atomu iekšpusē… Protams, elektroni, kas pārvietojas pa orbītām atomos ap saviem kodoliem, veido apļveida strāvas (magnētiskos dipolus). Bet šajā gadījumā elektroni griežas arī ap savām asīm, radot griešanās magnētiskos momentus, kuriem vienkārši ir galvenā loma feromagnētu magnetizācijā.
Feromagnētiskās īpašības izpaužas tikai tad, ja viela ir kristāliskā stāvoklī. Turklāt šīs īpašības ir ļoti atkarīgas no temperatūras, jo termiskā kustība novērš elementāro magnētisko momentu stabilu orientāciju. Tātad katram feromagnētam tiek noteikta noteikta temperatūra (Kirī punkts), kurā tiek iznīcināta magnetizācijas struktūra un viela kļūst par paramagnētu. Piemēram, dzelzs tas ir 900 ° C.
Pat vājos magnētiskajos laukos feromagnēti var tikt magnetizēti līdz piesātinājumam. Turklāt to magnētiskā caurlaidība ir atkarīga no pielietotā ārējā magnētiskā lauka lieluma.
Magnetizācijas procesa sākumā magnētiskā indukcija B kļūst spēcīgāks feromagnētiskajā, kas nozīmē magnētiskā caurlaidība tas ir lieliski.Bet kad notiek piesātinājums, tālāka ārējā lauka magnētiskās indukcijas palielināšana vairs neizraisa feromagnēta magnētiskā lauka palielināšanos, un tāpēc parauga magnētiskā caurlaidība ir samazinājusies, tagad tai ir tendence uz 1.
Svarīga feromagnētu īpašība ir atlikumu… Pieņemsim, ka spolē ir ievietots feromagnētiskais stienis un, palielinot strāvu spolē, tas tiek piesātināts. Pēc tam strāva spolē tika izslēgta, tas ir, spoles magnētiskais lauks tika noņemts.
Varēs pamanīt, ka stienis nav demagnetizēts līdz stāvoklim, kādā tas bija sākumā, tā magnētiskais lauks būs lielāks, tas ir, būs atlikušā indukcija. Stienis tika pagriezts šādā veidā uz pastāvīgo magnētu.
Lai demagnetizētu šādu stieni atpakaļ, tam būs jāpieliek ārējs magnētiskais lauks ar pretēju virzienu un ar indukciju, kas vienāda ar atlikušo indukciju. Magnētiskā lauka indukcijas moduļa vērtību, kas jāpieliek magnetizētam feromagnētam (pastāvīgajam magnētam), lai to atmagnetizētu, sauc. piespiedu spēks.
Magnetizācijas līknes (histerēzes cilpas) dažādiem feromagnētiskiem materiāliem atšķiras viena no otras.
Dažiem materiāliem ir plašas histerēzes cilpas - tie ir materiāli ar augstu atlikušo magnetizāciju, tos sauc par magnētiski cietiem materiāliem. Pastāvīgo magnētu ražošanā tiek izmantoti cietie magnētiskie materiāli.
Gluži pretēji, mīkstajiem magnētiskajiem materiāliem ir šaura histerēzes cilpa, zema atlikušā magnetizācija, un tie ir viegli magnetizējami vājos laukos. Tie ir mīksti magnētiski materiāli, kas tiek izmantoti kā transformatoru, motora statoru u.c. magnētiskie serdeņi.
Ferromagnētiem mūsdienās ir ļoti svarīga loma tehnoloģijās. Mīkstos magnētiskos materiālus (ferītus, elektrotēraudu) izmanto elektromotoros un ģeneratoros, transformatoros un droseļos, kā arī radiotehnikā. Ferīti ir izgatavoti no induktora serdeņi.
Pastāvīgo magnētu izgatavošanai izmanto cietos magnētiskos materiālus (bārija, kobalta, stroncija, neodīma-dzelzs-bora ferītus). Pastāvīgos magnētus plaši izmanto elektriskajos un akustiskajos instrumentos, motoros un ģeneratoros, magnētiskajos kompasos utt.