اليوم ، يكاد يكون من المستحيل العثور على صناعة تقنية لا تستخدم المواد المغناطيسية الصلبة والمغناطيس الدائم. هذه هي الصوتيات ، والإلكترونيات اللاسلكية ، والكمبيوتر ، ومعدات القياس ، والأتمتة ، والحرارة والطاقة ، والطاقة الكهربائية ، والبناء ، والمعادن ، وأي نوع من النقل ، والزراعة ، والطب ، ومعالجة الخامات ، و حتى في مطبخ الجميع يوجد فرن ميكروويف ، يقوم بتسخين البيتزا. من المستحيل تعداد كل شيء ، فالمواد المغناطيسية ترافقنا في كل خطوة من حياتنا. وجميع المنتجات بمساعدتهم تعمل وفقًا لمبادئ مختلفة تمامًا: المحركات والمولدات لها وظائفها الخاصة ، وأجهزة الكبح لها وظائفها الخاصة ، والفاصل يقوم بشيء ما ، وكاشف الخلل يقوم بعمل آخر. ربما لا توجد قائمة كاملة بالأجهزة التقنية التي تستخدم فيها مواد مغناطيسية صلبة ، فهناك الكثير منها.
ما هي الأنظمة المغناطيسية
كوكبنا نفسه هو نظام مغناطيسي جيد التزيت بشكل استثنائي. كل الباقي مبني على نفس المبدأ. المواد المغناطيسية الصلبة لها خصائص وظيفية متنوعة للغاية. في كتالوجات الموردين ، ليس عبثًا تقديم معلماتهم فحسب ، بل أيضًا الخصائص الفيزيائية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون صلبة مغناطيسيا ومواد لينة مغناطيسيا. على سبيل المثال ، خذ التصوير المقطعي الرنان ، حيث يتم استخدام أنظمة ذات مجال مغناطيسي موحد للغاية ، وقارن مع الفواصل ، حيث يكون المجال غير متجانس بشكل حاد. مبدأ مختلف تماما! تم إتقان الأنظمة المغناطيسية ، حيث يمكن تشغيل وإيقاف المجال. هذه هي الطريقة التي تم بها تصميم المقابض. بل إن بعض الأنظمة تغير المجال المغناطيسي في الفضاء. هذه هي klystrons المعروفة ومصابيح الموجة المتنقلة. خصائص المواد المغناطيسية اللينة والصلبة سحرية حقًا. إنهم مثل المحفزات ، فهم دائمًا يعملون كوسطاء ، لكن بدون أدنى خسارة لطاقتهم ، يمكنهم تحويل شخص آخر ، وتحويل نوع إلى نوع آخر.
على سبيل المثال ، يتم تحويل النبضة المغناطيسية إلى طاقة ميكانيكية في تشغيل أدوات التوصيل والفواصل وما شابه ذلك. يتم تحويل الطاقة الميكانيكية بمساعدة المغناطيس إلى طاقة كهربائية ، إذا كنا نتعامل مع الميكروفونات والمولدات. والعكس بالعكس يحدث! في مكبرات الصوت والمحركات ، تقوم المغناطيسات بتحويل الكهرباء إلى طاقة ميكانيكية ، على سبيل المثال. وهذا ليس كل شيء. يمكن تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة حرارية ، كما يفعل النظام المغناطيسي في تشغيل فرن الميكروويف أو في جهاز الكبح. قادر علىالمواد الصلبة مغناطيسيًا واللينة مغناطيسيًا وعلى المؤثرات الخاصة - في مستشعرات القاعة ، في التصوير المقطعي بالرنين المغناطيسي ، في اتصالات الميكروويف. يمكنك كتابة مقال منفصل حول التأثير الحفاز على العمليات الكيميائية ، وكيف تؤثر الحقول المغناطيسية المتدرجة في الماء على هياكل الأيونات وجزيئات البروتين والغازات المذابة.
سحر من العصور القديمة
المواد الطبيعية - المغنتيت - كانت معروفة للبشرية منذ عدة آلاف من السنين. في ذلك الوقت ، لم تكن جميع خصائص المواد المغناطيسية الصلبة معروفة بعد ، وبالتالي لم يتم استخدامها في الأجهزة التقنية. ولم تكن هناك أجهزة تقنية بعد. لا أحد يعرف كيفية إجراء حسابات لتشغيل الأنظمة المغناطيسية. لكن التأثير على الأشياء البيولوجية قد لوحظ بالفعل. ذهب استخدام المواد المغناطيسية الصلبة في البداية للأغراض الطبية البحتة ، حتى اخترع الصينيون البوصلة في القرن الثالث قبل الميلاد. ومع ذلك ، فإن العلاج بالمغناطيس لم يتوقف حتى اليوم ، على الرغم من وجود مناقشات مستمرة حول ضرر مثل هذه الأساليب. استخدام المواد المغناطيسية الصلبة في الطب في الولايات المتحدة والصين واليابان نشط بشكل خاص. وفي روسيا هناك أتباع لطرق بديلة ، على الرغم من أنه من المستحيل قياس حجم التأثير على الجسم أو النبات بأي أداة.
لكن العودة إلى التاريخ. في آسيا الصغرى ، منذ عدة قرون ، كانت مدينة مغنيسيا القديمة موجودة بالفعل على ضفاف نهر التعرج الكامل التدفق. واليوم يمكنك زيارة أطلالها الخلابة في تركيا. كان هناك اكتشاف أول خام حديد مغناطيسي ، والذي سمي باسمهمدن. وسرعان ما انتشر في جميع أنحاء العالم ، واخترع الصينيون منذ خمسة آلاف عام بمساعدتهم جهاز ملاحة لا يزال لا يموت. لقد تعلمت البشرية الآن إنتاج المغناطيس بشكل مصطنع على نطاق صناعي. الأساس بالنسبة لهم هو مجموعة متنوعة من المغناطيسات الحديدية. تمتلك جامعة تارتو أكبر مغناطيس طبيعي قادر على رفع حوالي أربعين كيلوغرامًا ، بينما تزن نفسها ثلاثة عشر كيلوجرامًا فقط. مساحيق اليوم مصنوعة من الكوبالت والحديد ومضافات أخرى مختلفة ، فهي تحمل أحمالاً تزيد بخمسة آلاف مرة عن وزنها.
حلقة التخلفية
هناك نوعان من المغناطيس الاصطناعي. النوع الأول هو الثوابت ، وهي مصنوعة من مواد مغناطيسية صلبة ، ولا ترتبط خواصها بأي شكل من الأشكال بالمصادر أو التيارات الخارجية. النوع الثاني هو المغناطيسات الكهربائية. لديهم قلب مصنوع من الحديد - مادة ناعمة مغناطيسيًا ، ويمر تيار عبر لف هذا اللب ، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا. الآن نحن بحاجة إلى النظر في مبادئ عملها. يميز الخصائص المغناطيسية لحلقة التخلفية للمواد المغناطيسية الصلبة. هناك تقنيات معقدة جدًا لتصنيع الأنظمة المغناطيسية ، وبالتالي هناك حاجة إلى معلومات حول المغنطة والنفاذية المغناطيسية وفقدان الطاقة عند حدوث انعكاس المغنطة. إذا كان التغير في الشدة دوريًا ، فإن منحنى إعادة المغناطيسية (التغيرات في الحث) سيبدو دائمًا كمنحنى مغلق. هذه هي حلقة التخلفية. إذا كان الحقل ضعيفًا ، فإن الحلقة تكون أشبه بقطع ناقص.
عند التوتريزداد المجال المغناطيسي ، يتم الحصول على سلسلة كاملة من هذه الحلقات ، محاطة ببعضها البعض. في عملية المغنطة ، يتم توجيه جميع النواقل ، وفي النهاية ، ستأتي حالة من التشبع التقني ، وستكون المادة ممغنطة تمامًا. الحلقة التي يتم الحصول عليها أثناء التشبع تسمى حلقة الحد ، وهي توضح القيمة القصوى المحققة للتحريض Bs (تحريض التشبع). عندما ينخفض التوتر ، يبقى الحث المتبقي. تُظهر منطقة حلقات التخلفية في الحالات الحدية والمتوسطة تبديد الطاقة ، أي فقدان التخلفية. يعتمد الأمر بشكل أساسي على تردد انعكاس المغنطة وخصائص المواد والأبعاد الهندسية. يمكن أن تحدد حلقة التخلفية المحددة الخصائص التالية للمواد المغناطيسية الصلبة: تحريض التشبع Bs ، الحث المتبقي Bc والقوة القسرية Hc.
منحنى مغنطة
هذا المنحنى هو أهم ما يميزه ، لأنه يوضح اعتماد المغنطة وقوة المجال الخارجي. يقاس الحث المغناطيسي بوحدة تسلا ويرتبط بالمغنطة. منحنى التبديل هو المنحنى الرئيسي ، وهو موقع القمم على حلقات التباطؤ ، والتي يتم الحصول عليها أثناء إعادة المغناطيسية الدورية. هذا يعكس التغيير في الحث المغناطيسي ، والذي يعتمد على شدة المجال. عندما تكون الدائرة المغناطيسية مغلقة ، فإن شدة المجال المنعكس على شكل حلقي تساوي شدة المجال الخارجية. إذا كانت الدائرة المغناطيسية مفتوحة ، تظهر الأقطاب في نهايات المغناطيس ، مما يؤدي إلى إزالة المغناطيسية. الفرق بينتحدد هذه التوترات التوتر الداخلي للمادة.
هناك أقسام مميزة على المنحنى الرئيسي تبرز عند ممغنط بلورة واحدة من المغناطيس الحديدي. يوضح القسم الأول عملية تغيير حدود المجالات المضبوطة بشكل غير ملائم ، وفي القسم الثاني ، تتجه نواقل التمغنط نحو المجال المغناطيسي الخارجي. القسم الثالث هو عملية paraprocess ، وهي المرحلة الأخيرة من المغنطة ، وهنا يكون المجال المغناطيسي قويًا وموجهًا. يعتمد تطبيق المواد المغناطيسية اللينة والصلبة إلى حد كبير على الخصائص التي يتم الحصول عليها من منحنى التمغنط.
النفاذية وفقدان الطاقة
لتوصيف سلوك مادة في مجال التوتر ، من الضروري استخدام مفهوم مثل النفاذية المغناطيسية المطلقة. هناك تعريفات للنفاذية المغناطيسية الدافعة ، التفاضلية ، القصوى ، الأولية ، العادية. يتم تتبع النسبي على طول المنحنى الرئيسي ، لذلك لا يتم استخدام هذا التعريف - من أجل التبسيط. النفاذية المغناطيسية في ظل الظروف عندما تسمى H=0 أولية ، ويمكن تحديدها فقط في المجالات الضعيفة ، حتى 0.1 وحدة تقريبًا. الحد الأقصى ، على العكس من ذلك ، يميز أعلى نفاذية مغناطيسية. توفر القيم العادية والقيم القصوى فرصة لمراقبة المسار الطبيعي للعملية في كل حالة معينة. في منطقة التشبع في المجالات القوية ، تميل النفاذية المغناطيسية دائمًا إلى الوحدة. كل هذه القيم ضرورية لاستخدام مغناطيسي صلبالمواد ، استخدمها دائمًا.
فقدان الطاقة أثناء انعكاس المغنطة لا رجوع فيه. يتم إطلاق الكهرباء في المادة كحرارة ، وتتكون خسائرها من الخسائر الديناميكية وخسائر التباطؤ. يتم الحصول على الأخير عن طريق إزاحة جدران المجال عندما تبدأ عملية المغنطة للتو. نظرًا لأن المادة المغناطيسية لها بنية غير متجانسة ، فإن الطاقة تنفق بالضرورة على محاذاة جدران المجال. ويتم الحصول على الخسائر الديناميكية المرتبطة بالتيارات الدوامة التي تحدث في لحظة تغيير قوة واتجاه المجال المغناطيسي. يتم تبديد الطاقة بنفس الطريقة. وتتجاوز الخسائر الناتجة عن التيارات الدوامة حتى خسائر التباطؤ عند الترددات العالية. أيضًا ، يتم الحصول على الخسائر الديناميكية بسبب التغيرات المتبقية في حالة المجال المغناطيسي بعد تغير الشدة. يعتمد مقدار الخسائر في التأثير اللاحق على التركيب ، وعلى المعالجة الحرارية للمادة ، فإنها تظهر بشكل خاص عند الترددات العالية. التأثير اللاحق هو اللزوجة المغناطيسية ، وتؤخذ هذه الخسائر دائمًا في الاعتبار إذا تم استخدام المغناطيسات الحديدية في الوضع النبضي.
تصنيف المواد المغناطيسية الصلبة
المصطلحات التي تتحدث عن النعومة والصلابة لا تنطبق على الخواص الميكانيكية إطلاقا. العديد من المواد الصلبة هي في الواقع لينة مغناطيسيًا ، ومن وجهة نظر ميكانيكية ، فإن المواد اللينة هي أيضًا مغناطيسية صلبة جدًا. تحدث عملية المغنطة في كلا المجموعتين من المواد بنفس الطريقة. أولاً ، يتم إزاحة حدود المجال ، ثم يبدأ الدوران فيفي اتجاه مجال مغنطيسي متزايد ، وأخيرًا ، تبدأ عملية paraprocess. وهنا يأتي الاختلاف. يوضح منحنى المغنطة أنه من الأسهل تحريك الحدود ، حيث يتم إنفاق طاقة أقل ، ولكن عملية الدوران والعملية الشبيهة تستهلك طاقة أكبر. المواد المغناطيسية اللينة ممغنطة عن طريق إزاحة الحدود. مغناطيسية صلبة - بسبب الدوران والعملية.
شكل حلقة التخلفية متماثل تقريبًا لكل من مجموعتي المواد ، كما أن التشبع والحث المتبقي قريبان من التكافؤ ، لكن الاختلاف موجود في القوة القسرية ، وهو كبير جدًا. تحتوي المواد المغناطيسية الصلبة على Hc=800 kA-m ، بينما تحتوي المواد المغناطيسية اللينة على 0.4 A-m فقط. في المجموع ، الفرق كبير: 2106 مرة. لهذا السبب ، بناءً على هذه الخصائص ، تم اعتماد هذا التقسيم. على الرغم من أنه يجب الاعتراف بأنه مشروط إلى حد ما. يمكن أن تشبع المواد المغناطيسية اللينة حتى في مجال مغناطيسي ضعيف. يتم استخدامها في مجالات التردد المنخفض. على سبيل المثال ، في أجهزة الذاكرة المغناطيسية. يصعب جذب المواد المغناطيسية الصلبة ، لكنها تحتفظ بالمغنطة لفترة طويلة جدًا. ومنهم يتم الحصول على مغناطيس دائم جيد. مجالات تطبيق المواد المغناطيسية الصلبة عديدة وواسعة ، بعضها مذكور في بداية المقال. هناك مجموعة أخرى - المواد المغناطيسية لأغراض خاصة ، ونطاقها ضيق للغاية.
تفاصيل الصلابة
كما ذكرنا سابقًا ، تحتوي المواد المغناطيسية الصلبة على حلقة تخلفية واسعة وقوة قسرية كبيرة ونفاذية مغناطيسية منخفضة. وهي تتميز بأقصى طاقة مغناطيسية محددة يتم إطلاقها فيالفراغ. وكلما كانت المادة المغناطيسية "أكثر صلابة" ، كلما زادت قوتها ، قلت النفاذية. تُعطى الطاقة المغناطيسية المحددة الدور الأكثر أهمية في تقييم جودة المادة. المغناطيس الدائم عملياً لا يعطي طاقة للفضاء الخارجي بدائرة مغناطيسية مغلقة ، لأن جميع خطوط القوة موجودة داخل اللب ، ولا يوجد مجال مغناطيسي خارجه. من أجل تحقيق أقصى استفادة من طاقة المغناطيس الدائم ، يتم إنشاء فجوة هوائية بحجم وتكوين محدد بدقة داخل دائرة مغناطيسية مغلقة.
بمرور الوقت ، "يصبح المغناطيس قديمًا" ، ويقل تدفقه المغناطيسي. ومع ذلك ، يمكن أن تكون هذه الشيخوخة لا رجوع فيها ويمكن عكسها. في الحالة الأخيرة ، أسباب الشيخوخة هي الصدمات والصدمات وتقلبات درجات الحرارة والمجالات الخارجية الثابتة. يتم تقليل الحث المغناطيسي. ولكن يمكن مغنطته مرة أخرى ، وبالتالي استعادة خصائصه الممتازة. ولكن إذا خضع المغناطيس الدائم لأي تغييرات هيكلية ، فلن تساعد إعادة المغنطة ، ولن يتم القضاء على الشيخوخة. لكنها تخدم لفترة طويلة ، والغرض من المواد المغناطيسية الصلبة عظيم. الأمثلة حرفيا في كل مكان. إنه ليس مجرد مغناطيس دائم. هذه مادة لتخزين المعلومات وتسجيلها - الصوت والرقمي والفيديو. لكن ما ورد أعلاه ليس سوى جزء صغير من تطبيق المواد المغناطيسية الصلبة.
صب المواد المغناطيسية الصلبة
وفقًا لطريقة الإنتاج والتكوين ، يمكن صب المواد المغناطيسية الصلبة والمسحوق وغيرها. أنها تستند إلى السبائك.الحديد والنيكل والألمنيوم والحديد والنيكل والكوبالت. هذه التركيبات هي الأساسية للحصول على مغناطيس دائم. إنهم ينتمون إلى الدقة ، حيث يتم تحديد عددهم من خلال العوامل التكنولوجية الأكثر صرامة. يتم الحصول على المواد المغناطيسية الصلبة المصبوبة أثناء تصلب السبيكة بالترسيب ، حيث يحدث التبريد بمعدل محسوب من الذوبان إلى بداية التحلل ، والذي يحدث على مرحلتين.
الأول - عندما تكون التركيبة قريبة من الحديد النقي بخصائص مغناطيسية واضحة. كما لو ظهرت ألواح ذات سمك أحادي المجال. والمرحلة الثانية أقرب إلى المركب المعدني في التكوين ، حيث يكون للنيكل والألمنيوم خصائص مغناطيسية منخفضة. لقد تبين نظامًا يتم فيه دمج المرحلة غير المغناطيسية مع شوائب مغناطيسية قوية بقوة قسرية كبيرة. لكن هذه السبيكة ليست جيدة بما يكفي من حيث الخصائص المغناطيسية. الأكثر شيوعًا هو تركيبة أخرى ، مخلوطة: الحديد والنيكل والألمنيوم والنحاس مع الكوبالت للسبائك. السبائك الخالية من الكوبالت لها خصائص مغناطيسية أقل ، لكنها أرخص بكثير.
مسحوق المواد المغناطيسية الصلبة
تستخدم مواد المسحوق للمغناطيس الدائم المصغر ولكن المعقد. هم معدن - سيراميك ، معدن - بلاستيك ، أكسيد ومسحوق دقيق. السيرميت جيد بشكل خاص. فيما يتعلق بالخصائص المغناطيسية ، فإنه أقل شأنا إلى حد ما من إلقاء تلك الخصائص ، ولكنه أغلى إلى حد ما منها. يتم تصنيع مغناطيس السيراميك والمعدن عن طريق ضغط مساحيق المعادن دون أي مادة ربط وتلبيدها في درجات حرارة عالية جدًا. المساحيق المستخدمةمع السبائك الموصوفة أعلاه ، وكذلك تلك القائمة على البلاتين والمعادن الأرضية النادرة.
من حيث القوة الميكانيكية ، يتفوق تعدين المساحيق على الصب ، لكن الخصائص المغناطيسية للمغناطيسات المعدنية الخزفية لا تزال أقل إلى حد ما من تلك الممغنطة المصبوبة. المغناطيسات القائمة على البلاتين لها قيم قوة قسرية عالية جدًا ، والمعلمات مستقرة للغاية. السبائك التي تحتوي على اليورانيوم والمعادن الأرضية النادرة لها قيم قياسية للطاقة المغناطيسية القصوى: القيمة الحدية هي 112 كيلو جول لكل متر مربع. يتم الحصول على هذه السبائك عن طريق الضغط على المسحوق على البارد إلى أعلى درجة من الكثافة ، ثم يتم تلبيد القوالب مع وجود مرحلة سائلة وصب تركيبة متعددة المكونات. من المستحيل خلط المكونات إلى هذا الحد عن طريق الصب البسيط.
مواد مغناطيسية صلبة أخرى
تشمل المواد المغناطيسية الصلبة أيضًا تلك ذات الأغراض المتخصصة للغاية. هذه عبارة عن مغناطيسات مرنة وسبائك قابلة للتشوه بالبلاستيك ومواد لنقل المعلومات ومغناطيس سائل. تتميز المغناطيسات القابلة للتشوه بخصائص بلاستيكية ممتازة ، فهي مناسبة تمامًا لأي نوع من المعالجة الميكانيكية - الختم والقطع والتشغيل الآلي. لكن هذه المغناطيسات باهظة الثمن. المغناطيسات المصنوعة من النحاس والنيكل والحديد متباينة الخواص ، أي أنها ممغنطة في اتجاه الدرفلة ، وتستخدم في شكل ختم وأسلاك. مصنوعة مغناطيس Vikalloy من الكوبالت والفاناديوم على شكل شريط مغناطيسي عالي القوة ، وكذلك الأسلاك. هذه التركيبة جيدة للمغناطيسات الصغيرة جدًا ذات التكوين الأكثر تعقيدًا.
مغناطيس مرن - على قاعدة مطاطية ، فيهالحشو عبارة عن مسحوق ناعم من مادة مغناطيسية صلبة. في أغلب الأحيان يكون الفريت الباريوم. تتيح لك هذه الطريقة الحصول على منتجات من أي شكل مع قابلية تصنيع عالية. كما أنها مقطوعة تمامًا بالمقص ، المثنية ، المختومة ، الملتوية. هم أرخص بكثير. يستخدم المطاط المغناطيسي كأوراق ذاكرة مغناطيسية لأجهزة الكمبيوتر ، في التلفزيون ، للأنظمة التصحيحية. بصفتها ناقلات معلومات ، تلبي المواد المغناطيسية العديد من المتطلبات. هذا هو الحث المتبقي عالي المستوى ، تأثير صغير لإزالة المغناطيسية الذاتية (وإلا ستضيع المعلومات) ، قيمة عالية للقوة القسرية. ولتسهيل عملية محو السجلات ، لا يلزم سوى قدر ضئيل من هذه القوة ، لكن هذا التناقض يزول بمساعدة التكنولوجيا.
