دعونا ننظر في المجالات الرئيسية لتطبيق المغناطيسات الحديدية ، فضلا عن ميزات تصنيفها. لنبدأ بحقيقة أن المغناطيسات الحديدية تسمى المواد الصلبة التي لها مغنطة غير متحكم بها عند درجات حرارة منخفضة. يتغير تحت تأثير التشوه ، المجال المغناطيسي ، تقلبات درجة الحرارة.
خصائص المغناطيسات الحديدية
يفسر استخدام المغناطيسات الحديدية في التكنولوجيا بخصائصها الفيزيائية. لديهم نفاذية مغناطيسية أكبر بعدة مرات من نفاذية الفراغ. في هذا الصدد ، جميع الأجهزة الكهربائية التي تستخدم المجالات المغناطيسية لتحويل نوع من الطاقة إلى نوع آخر لها عناصر خاصة مصنوعة من مادة مغناطيسية حديدية قادرة على إجراء تدفق مغناطيسي.
ميزات المغناطيسات الحديدية
ما هي الخصائص المميزة للمغناطيسات الحديدية؟ يتم شرح خصائص واستخدام هذه المواد من خلال خصائص الهيكل الداخلي. هناك علاقة مباشرة بين الخصائص المغناطيسية للمادة والحاملات الأولية للمغناطيسية ، وهي إلكترونات تتحرك داخل الذرة.
أثناء التحرك في مدارات دائرية ، فإنها تخلق تيارات أولية ومغناطيسيةثنائيات الأقطاب التي لها عزم مغناطيسي. يتم تحديد اتجاهها من خلال قاعدة gimlet. العزم المغناطيسي للجسم هو المجموع الهندسي لجميع أجزائه. بالإضافة إلى الدوران في مدارات دائرية ، تتحرك الإلكترونات أيضًا حول محاورها ، مما يخلق لحظات تدور. يؤدون وظيفة مهمة في عملية مغنطة المغناطيسات الحديدية.
يرتبط التطبيق العملي للمغناطيسات الحديدية بتكوين مناطق ممغنطة تلقائية فيها ذات اتجاه موازٍ لحظات الدوران. إذا كان المغناطيس الحديدي غير موجود في مجال خارجي ، فإن اللحظات المغناطيسية الفردية لها اتجاهات مختلفة ، ومجموعها صفر ولا توجد خاصية مغنطة.
السمات المميزة للمغناطيسات الحديدية
إذا ارتبطت البارامغناطيسات بخصائص الجزيئات الفردية أو الذرات لمادة ما ، فيمكن تفسير الخصائص المغناطيسية الحديدية بخصائص التركيب البلوري. على سبيل المثال ، في حالة البخار ، تكون ذرات الحديد مغناطيسية قليلاً ، بينما يكون هذا المعدن في الحالة الصلبة عبارة عن مغناطيس حديدي. نتيجة الدراسات المعملية ، تم الكشف عن العلاقة بين درجة الحرارة وخصائص المغناطيسية.
على سبيل المثال ، سبيكة Goisler ، المشابهة في الخصائص المغناطيسية للحديد ، لا تحتوي على هذا المعدن. عندما يتم الوصول إلى نقطة كوري (قيمة درجة حرارة معينة) ، تختفي الخصائص المغناطيسية.
من بين خصائصها المميزة ، يمكن للمرء أن يميز ليس فقط القيمة العالية للنفاذية المغناطيسية ، ولكن أيضًا العلاقة بين شدة المجال ومغنطة.
يساهم تفاعل اللحظات المغناطيسية للذرات الفردية للمغناطيس الحديدي في إنشاء مجالات مغناطيسية داخلية قوية تصطف بالتوازي مع بعضها البعض. يؤدي المجال الخارجي القوي إلى تغيير في الاتجاه مما يؤدي إلى زيادة الخصائص المغناطيسية.
طبيعة المغناطيسات الحديدية
أسس العلماء طبيعة الدوران للمغناطيسية الحديدية. عند توزيع الإلكترونات على طبقات الطاقة ، يؤخذ مبدأ استبعاد باولي في الاعتبار. جوهرها هو أنه لا يمكن أن يوجد سوى عدد معين منهم في كل طبقة. القيم الناتجة من اللحظات المغناطيسية المدارية والدورانية لجميع الإلكترونات الموجودة على غلاف ممتلئ بالكامل تساوي الصفر.
العناصر الكيميائية ذات الخصائص المغناطيسية الحديدية (النيكل ، الكوبالت ، الحديد) هي عناصر انتقالية في الجدول الدوري. في ذراتهم ، هناك انتهاك لخوارزمية ملء الأصداف بالإلكترونات. أولاً ، تدخل الطبقة العليا (s-orbital) ، وفقط بعد ملؤها بالكامل ، تدخل الإلكترونات الغلاف الموجود أسفل (d-orbital).
الاستخدام الواسع النطاق للمغناطيسات الحديدية ، وأهمها الحديد ، يفسر بالتغير في الهيكل عند تعرضه لمجال مغناطيسي خارجي.
خصائص مماثلة لا يمكن امتلاكها إلا من خلال تلك المواد في الذرات التي توجد قذائف داخلية غير مكتملة. ولكن حتى هذه الحالة لا تكفي للحديث عن الخصائص المغناطيسية الحديدية. على سبيل المثال ، يحتوي أيضًا على الكروم والمنغنيز والبلاتينقذائف غير مكتملة داخل الذرات ، لكنها مغناطيسية. يفسر ظهور المغناطيسية التلقائية بفعل كمي خاص ، يصعب تفسيره باستخدام الفيزياء الكلاسيكية.
قسم
هناك تقسيم شرطي لهذه المواد إلى نوعين: المغناطيسات الحديدية الصلبة والناعمة. يرتبط استخدام المواد الصلبة بتصنيع الأقراص المغناطيسية والأشرطة لتخزين المعلومات. المغناطيسات الحديدية اللينة لا غنى عنها في إنشاء المغناطيسات الكهربائية ، قلب المحولات. الاختلافات بين النوعين تفسر بخصائص التركيب الكيميائي لهذه المواد.
ميزات الاستخدام
دعونا نلقي نظرة فاحصة على بعض الأمثلة على استخدام المغناطيسات الحديدية في مختلف فروع التكنولوجيا الحديثة. تستخدم المواد المغناطيسية اللينة في الهندسة الكهربائية لإنشاء محركات كهربائية ومحولات ومولدات. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم ملاحظة استخدام المغناطيسات الحديدية من هذا النوع في الاتصالات اللاسلكية وتكنولوجيا التيار المنخفض.
هناك حاجة لأنواع جامدة لإنشاء مغناطيس دائم. إذا تم إيقاف المجال الخارجي ، تحتفظ المغناطيسات الحديدية بخصائصها ، لأن اتجاه التيارات الأولية لا يختفي.
هذه الخاصية هي التي تشرح استخدام المغناطيسات الحديدية. باختصار يمكننا القول أن مثل هذه المواد هي أساس التكنولوجيا الحديثة
المغناطيس الدائم ضروري عند إنشاء أدوات القياس الكهربائية ، والهواتف ، ومكبرات الصوت ، والبوصلة المغناطيسية ، ومسجلات الصوت.
Ferrites
بالنظر إلى استخدام المغناطيسات الحديدية ، من الضروري إيلاء اهتمام خاص للفريتات. تستخدم على نطاق واسع في هندسة الراديو عالية التردد ، لأنها تجمع بين خصائص أشباه الموصلات والمغناطيسات الحديدية. يتم حاليًا تصنيع الأشرطة والأغشية المغناطيسية ، ولب المحاثات ، والأقراص من الفريت. إنها أكاسيد الحديد الموجودة في الطبيعة.
حقائق مثيرة للاهتمام
الفائدة هي استخدام المغناطيسات الحديدية في الآلات الكهربائية ، وكذلك في تقنية التسجيل في القرص الصلب. تشير الأبحاث الحديثة إلى أنه في درجات حرارة معينة ، يمكن لبعض المغناطيسات الحديدية أن تكتسب خصائص بارامغناطيسية. هذا هو السبب في أن هذه المواد تعتبر غير مفهومة جيدًا ولها أهمية خاصة للفيزيائيين.
النواة الفولاذية قادرة على زيادة المجال المغناطيسي عدة مرات دون تغيير القوة الحالية.
يمكن أن يؤدي استخدام المغناطيسات الحديدية إلى توفير الطاقة الكهربائية بشكل كبير. هذا هو السبب في استخدام المواد ذات الخصائص المغناطيسية الحديدية في قلب المولدات والمحولات والمحركات الكهربائية.
التباطؤ المغناطيسي
هذه هي ظاهرة اعتماد شدة المجال المغناطيسي وناقل المغنطة على المجال الخارجي. تتجلى هذه الخاصية في المغناطيسات الحديدية ، وكذلك في السبائك المصنوعة من الحديد والنيكل والكوبالت. تُلاحظ ظاهرة مماثلة ليس فقط في حالة حدوث تغيير في اتجاه وحجم المجال ، ولكن أيضًا في حالة دورانه.
نفاذية
النفاذية المغناطيسية هي كمية مادية تُظهر نسبة الاستقراء في وسط معين إلى تلك الموجودة في الفراغ. إذا قامت مادة ما بإنشاء مجال مغناطيسي خاص بها ، فإنها تعتبر ممغنطة. وفقًا لفرضية أمبير ، تعتمد قيمة الخصائص على الحركة المدارية للإلكترونات "الحرة" في الذرة.
حلقة التباطؤ هي منحنى اعتماد التغيير في حجم مغنطة المغناطيس الحديدي الموجود في مجال خارجي على التغيير في حجم الحث. لإزالة مغناطيسية الجسم المستخدم تمامًا ، تحتاج إلى تغيير اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي.
عند قيمة معينة من الحث المغناطيسي ، والتي تسمى القوة القسرية ، يصبح مغنطة العينة صفراً.
شكل حلقة التخلفية وحجم القوة القسرية التي تحدد قدرة مادة ما على الحفاظ على مغنطة جزئية ، وتشرح الاستخدام الواسع النطاق للمغناطيسات الحديدية. باختصار ، تم وصف مجالات تطبيق المغناطيسات الحديدية الصلبة ذات حلقة التباطؤ الواسعة أعلاه. فولاذ التنجستن والكربون والألمنيوم والكروم لها قوة قسرية كبيرة ، لذلك يتم إنشاء مغناطيس دائم بأشكال مختلفة على أساسها: الشريط ، حدوة الحصان.
من بين المواد اللينة ذات القوة القسرية الصغيرة ، نلاحظ خامات الحديد ، وكذلك سبائك الحديد والنيكل.
ترتبط عملية انعكاس مغنطة المغناطيس الحديدي بتغيير في منطقة المغنطة التلقائية. لهذا ، يتم استخدام العمل الذي يقوم به المجال الخارجي. كميةالحرارة المتولدة في هذه الحالة تتناسب مع مساحة حلقة التخلفية
الخلاصة
حاليًا ، في جميع فروع التكنولوجيا ، يتم استخدام المواد ذات الخصائص المغناطيسية الحديدية بنشاط. بالإضافة إلى تحقيق وفورات كبيرة في موارد الطاقة ، يمكن أن يؤدي استخدام مثل هذه المواد إلى تبسيط العمليات التكنولوجية.
على سبيل المثال ، مسلحًا بمغناطيس دائم قوي ، يمكنك تبسيط عملية إنشاء المركبات بشكل كبير. تجعل المغناطيسات الكهربائية القوية ، المستخدمة حاليًا في مصانع السيارات المحلية والأجنبية ، من الممكن أتمتة العمليات التكنولوجية الأكثر كثافة في العمل ، بالإضافة إلى تسريع عملية تجميع المركبات الجديدة بشكل كبير.
في الهندسة الراديوية ، تتيح المغناطيسات الحديدية الحصول على أجهزة بأعلى جودة ودقة.
نجح العلماء في إنشاء طريقة من خطوة واحدة لتصنيع الجسيمات النانوية المغناطيسية المناسبة للتطبيقات في الطب والإلكترونيات.
نتيجة للعديد من الدراسات التي أجريت في أفضل المعامل البحثية ، كان من الممكن تحديد الخصائص المغناطيسية لجزيئات الكوبالت والحديد النانوية المطلية بطبقة رقيقة من الذهب. تم بالفعل تأكيد قدرتها على نقل الأدوية المضادة للسرطان أو ذرات النويدات المشعة إلى الجزء الأيمن من جسم الإنسان وزيادة تباين صور الرنين المغناطيسي.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام هذه الجسيمات لترقية أجهزة الذاكرة المغناطيسية ، والتي ستكون خطوة جديدة في إنشاء جهاز مبتكرالتكنولوجيا الطبية.
تمكن فريق من العلماء الروس من تطوير واختبار طريقة لتقليل المحاليل المائية للكلوريدات للحصول على جزيئات نانوية من الكوبالت والحديد مناسبة لإنشاء مواد ذات خصائص مغناطيسية محسنة. تهدف جميع الأبحاث التي أجراها العلماء إلى تحسين الخواص المغناطيسية للمواد ، وزيادة النسبة المئوية لاستخدامها في الإنتاج.
