Er zijn verschillende soorten materialen en ook stoffen die uit geladen deeltjes bestaan: zoals; elektronen en protonen. Deze materialen kunnen bepaalde magnetische eigenschappen vertonen wanneer ze worden gemagnetiseerd door een extern magnetisch veld dat bekend staat als magnetische materialen. Deze materialen hebben geïnduceerde of permanente magnetische momenten in het magnetische veld. Om de magnetische eigenschappen van deze materialen te bestuderen, bevindt het materiaal zich meestal in een gestandaardiseerd magnetisch veld, waarna het magnetische veld wordt veranderd. In de moderne technologie spelen deze materialen een sleutelrol en vormen ze belangrijke componenten transformatoren , motoren en generatoren. Dit artikel geeft korte informatie over magnetische materialen .
Wat zijn magnetische materialen?
De materialen die worden gemagnetiseerd door een extern aangelegd magnetisch veld staan bekend als magnetische materialen. Deze stoffen verkrijgen ook magnetisatie wanneer ze door de magneet worden aangetrokken. Voorbeelden van deze materialen zijn; IJzer, kobalt en nikkel.
Deze materialen zijn onderverdeeld in magnetisch harde (of) magnetisch zachte materialen.
Magnetisch harde materialen worden gemagnetiseerd door een zeer sterk extern magnetisch veld dat wordt opgewekt door een elektromagneet. Deze materialen worden voornamelijk gebruikt voor het maken van permanente magneten die zijn gemaakt van legeringen die meestal bestaan uit veranderlijke hoeveelheden ijzer, nikkel, aluminium, kobalt en zeldzame aardelementen zoals samarium, neodymium en dysprosium.
Magnetisch zachte materialen worden heel gemakkelijk gemagnetiseerd, hoewel het geïnduceerde magnetisme tijdelijk is. Als u bijvoorbeeld met een schroevendraaier of een spijker over een permanente magneet strijkt, wordt deze tijdelijk gemagnetiseerd en genereert hij een zwak magnetisch veld omdat er een groot aantal ijzerdeeltjes in de magneet zit. atomen worden tijdelijk in een vergelijkbare richting uitgelijnd door het externe magnetische veld.
Eigenschappen
Magnetische materiaaleigenschappen zijn een van de meest fundamentele concepten van de natuurkunde. De eigenschappen omvatten dus voornamelijk; paramagnetisme, ferromagnetisme en antiferromagnetisme die hieronder worden besproken.
Paramagnetisme is een vorm van magnetisme waarbij sommige materialen zwak worden aangetrokken door een extern aangelegd magnetisch veld. Het vormt interne en geïnduceerde magnetische velden binnen de richting van het aangelegde magnetische veld. Bij paramagnetisme zijn de ongepaarde elektronen willekeurig gerangschikt.
Ferromagnetisme is een fenomeen waarbij een materiaal zoals ijzer gemagnetiseerd wordt en gedurende dat stadium gemagnetiseerd blijft binnen een extern magnetisch veld. Bij ferromagnetisme zijn de ongepaarde elektronen allemaal met elkaar verbonden.
Antiferromagnetisme is een soort magnetische orde die voornamelijk optreedt wanneer de magnetische momenten van aangrenzende atomen (of) ionen in tegengestelde richtingen uitlijnen en resulteren in netto magnetische momenten van nul. Dit gedrag is dus voornamelijk te wijten aan de uitwisselingsinteractie tussen naburige ionen of atomen, wat helpt bij antiparallelle uitlijning om de energie van het systeem te verminderen. Gewoonlijk vertonen antiferromagnetische materialen een magnetische ordening onder een specifieke temperatuur die bekend staat als; Néel temperatuur. Het materiaal boven deze temperatuur wordt paramagnetisch en verliest zijn antiferromagnetische eigenschappen.
Hoe werken magnetische materialen?
Deze materialen hebben kleine gebieden waar het magnetische moment kan worden gericht binnen een specifieke richting, de zogenaamde magnetische domeinen, die voornamelijk verantwoordelijk zijn voor de exclusieve prestaties van materialen. De volledige energie van de materialen kan eenvoudigweg worden bijgedragen door de anisotropie-energie, uitwisselingsenergie en magnetostatische energie. Wanneer de grootte van het magnetische materiaal wordt verkleind, worden verschillende domeinen in het materiaal vergroot. Dus vanwege de vermindering van de magnetostatische energie zullen meer domeinmuren de uitwisselings- en anisotropie-energie vergroten. De grootte van het domein zal dus de aard van het magnetische materiaal bepalen.
Het magnetische moment is niet stabiel voor sommige materialen met kleinere deeltjesdiameters in vergelijking met de kritische superparamagnetismediameter. Wanneer de diameter van het deeltje tussen de kritische diameter van superparamagnetisme en een enkel domein ligt, zal het magnetische moment stabiel worden.
Soorten magnetische materialen
Er zijn verschillende soorten magnetische materialen op de markt verkrijgbaar, die hieronder worden besproken.
Paramagnetische materialen
Deze materialen worden niet sterk aangetrokken door een magneet zoals; tinmagnesium, aluminium en nog veel meer. Deze materialen hebben een kleine relatieve permeabiliteit, maar zijn net als aluminium permeabel: 1,00000065. Deze materialen zijn alleen gemagnetiseerd als ze zich in een zeer sterk magnetisch veld bevinden en in de magnetische veldrichting presteren.
Wanneer extern een sterk magnetisch veld wordt geleverd, passen permanente magnetische dipolen deze aan tot zelfparallel voor het aangelegde magnetische veld en verhogen ze tot een positieve magnetisatie. Als de dipooloriëntatie evenwijdig is aan het aangelegde magnetische veld, is de magnetisatie extreem klein.
Diamagnetische materialen
Deze materialen worden afgestoten door een magneet, zoals kwik, zink, lood, hout, koper, zilver, zwavel, bismut, enz. Het worden diamagnetische materialen genoemd. Deze materialen hebben een permeabiliteit van iets minder dan één. De permeabiliteit van kopermateriaal is bijvoorbeeld 0,000005, bismutmateriaal is 0,00083 en houtmateriaal is 0,9999995.
Wanneer deze materialen zich in een extreem sterk magnetisch veld bevinden, zullen deze materialen enigszins gemagnetiseerd zijn en in de tegenovergestelde richting van het aangelegde magnetische veld werken. In dit soort materialen zijn er twee vrij zwakke magnetische velden die worden veroorzaakt door de orbitale revolutie en de axiale rotatie van de elektronen rond de kern.
Ferromagnetische materialen
Dit soort materialen die sterk worden aangetrokken door een magnetisch veld worden ferromagnetische materialen genoemd. Voorbeelden van deze materialen zijn; nikkel, ijzer, kobalt, staal, enz. Deze materialen hebben een extreem hoge permeabiliteit die varieert van enkele honderden tot duizenden.
De magnetische dipolen in deze materialen zijn eenvoudigweg in verschillende domeinen gerangschikt, waarbij de individuele dipoolopstelling aanzienlijk perfect is en sterke magnetische velden kunnen genereren. Meestal zijn deze domeinen willekeurig gerangschikt en wordt het magnetische veld van elk domein door een ander domein opgeheven en vertoont het hele materiaal niet het gedrag van een magneet.
Telkens wanneer deze materialen een extern magnetisch veld krijgen, zullen domeinen zichzelf heroriënteren om het externe veld te ondersteunen en een zeer sterk intern magnetisch veld te genereren. Door aftrek van het externe veld wachten de meeste domeinen en blijven ze verbonden in de richting van het magnetische veld.
Daarom blijft het magnetische veld van deze materialen bestaan, zelfs wanneer het externe veld verdwijnt. Deze hoofdeigenschap wordt dus gebruikt voor de productie van permanente magneten die we dagelijks gebruiken. De materialen die worden gebruikt bij het maken van permanente magneten zijn meestal zeer ferromagnetisch, zoals ijzer, nikkel, neodymium, kobalt, enz.
Raadpleeg deze link voor Ferromagnetische materialen .
Magnetische grondstoffen
Meestal worden permanente magneten over de hele wereld gemaakt van verschillende soorten materialen en elk materiaal heeft verschillende kenmerken. Deze materialen omvatten voornamelijk; alnico, flexibel rubber, ferriet, samariumkobalt en neodymium die hieronder worden besproken.
Ferrieten
De speciale groep ferromagnetische materialen die een middenpositie innemen tussen ferromagnetische en niet-ferromagnetische materialen staat bekend als ferrieten. Deze materialen hebben fijne ferromagnetische materiaaldeeltjes die een hoge permeabiliteit bezitten en onderling worden vastgehouden door een bindende hars. Bij ferrieten is de gegenereerde magnetisatie zeer voldoende, hoewel hun magnetische verzadiging niet hoog is zoals bij ferromagnetische materialen.
Het genereren van deze materialen is niet duur, wat verband houdt met hun magnetische sterkte. Deze zijn aanzienlijk zwakker in vergelijking met zeldzame aardmetalen, maar zelfs zij worden nog steeds veel gebruikt in verschillende commerciële toepassingen. Deze materialen hebben sterkte zoals weerstand tegen corrosie en demagnetisatie.
Neodymium
Neodymium is een zeer zeldzaam aarde-element ((Nd) en het atoomnummer is 60. Het werd eenvoudigweg ontdekt in het jaar 1885 door de Oostenrijkse scheikundige, namelijk; Carl Auer von Welsbach. Dit materiaal wordt gemengd met boor, ijzer en ook sporen van andere elementen zoals praseodymium en dysprosium om een ferromagnetische legering te genereren genaamd Nd2Fe14b, het sterkste magnetische materiaal. Neodymiummagneten vervangen andere soorten materialen in verschillende industriële en moderne commerciële apparaten.
Alnico
Het acroniem van aluminium, nikkel en kobalt is ‘alnico’, waarbij deze drie hoofdelementen meestal worden gebruikt bij het maken van alnico-magnetisch materiaal. Deze magneten zijn zeer sterke permanente magneten in vergelijking met zeldzame aardmagneten. De alnicomagneten kunnen worden vervangen door permanente magneten erin motoren , luidsprekers en generatoren.
Samarium-kobalt
Deze magneten zijn begin jaren zeventig eenvoudigweg ontwikkeld door het US Air Force Materials Laboratory. Samariumkobalt of SmCo is een magnetisch materiaal dat is gemaakt met een legering van ongebruikelijke aardelementen zoals; samarium, hard metaal kobalt, ijzersporen, hafnium, koper, praseodymium en zirkonium. Samarium-kobaltmagneten zijn zeldzame-aardemagneten zoals neodymium, omdat samarium een element is van een soortgelijk zeldzame-aardgroepelement zoals neodymium.
Magnetische materialen versus niet-magnetische materialen
De verschillen tussen deze twee materialen worden hieronder besproken.
| Magnetische materialen | Niet-magnetische materialen |
| De materialen die door een magneet worden aangetrokken, staan bekend als magnetische materialen. | De materialen die niet door een magneet worden aangetrokken, staan bekend als niet-magnetische materialen. |
| Voorbeelden van deze materialen zijn; ijzer, kobalt en nikkel. | Voorbeelden van deze materialen zijn; plastic, rubber, veren, roestvrij staal, papier, mica, zilver, goud, leer, etc. |
| De magnetische toestand van deze materialen kan zowel anti-parallel als parallel worden gerangschikt, zodat ze kunnen reageren op een magnetisch veld zodra ze onder controle staan van een extern magnetisch veld. | De magnetische toestand van deze materialen kan lukraak worden gerangschikt, waardoor de magnetische bewegingen van deze domeinen worden geëlimineerd. Ze reageren dus niet op een magnetisch veld. |
| Deze materialen helpen bij het maken van permanente magneten omdat ze gemakkelijk door een magneet kunnen worden gemagnetiseerd. | Deze materialen kunnen niet via een magneet worden gemagnetiseerd. Het kan dus nooit in een gemagnetiseerd materiaal veranderen. |
Vergelijking
De vergelijking tussen verschillende magnetische materialen wordt hieronder besproken.
| materiaal type | Samenstelling | Maximale bedrijfstemperatuur | Temperatuurcoëfficiënt | Dichtheid g/cm^3 |
| Ferriet | IJzeroxide en keramische materialen. | 180 oC | -0,02% | 5g / cm^3 |
| Neodymium | Voornamelijk neodymium, boor en ijzer. | 80 oC | 0,11% | 7,4 g / cm^3 |
| Alnico | Voornamelijk nikkel, aluminium, ijzer en kobalt. | 500 oC | -0,2% | 7,3 g / cm^3 |
| Magnetisch rubber | Barium/Strontium power en PVC of synthetisch rubber. | 50 oC | 0,2% | 3,5 gram / cm^3 |
| Samarium-kobalt | Voornamelijk Samarium & Kobalt | 350 oC | 0,11% | 8. 4 gram / cm^3 |
Toepassingen
De toepassingen van magnetische materialen omvatten het volgende.
- Deze worden gebruikt om elektriciteit op te wekken en te distribueren in de apparaten die elektriciteit gebruiken.
- Ze worden gebruikt voor gegevensopslag op audio-, videobanden en computerschijven.
- Deze materialen worden veel gebruikt in het leven, de productie, de nationale defensiewetenschap en -technologie.
- Deze worden gebruikt bij de productie van verschillende transformatoren en motoren binnen de energietechnologie, verschillende magnetische componenten en microgolfbuizen binnen de elektronische technologie, versterkers en filters binnen de communicatietechnologie, elektromagnetische wapens, huishoudelijke apparaten en magnetische mijnen binnen de nationale defensietechnologie.
- Deze worden op grote schaal gebruikt bij minerale en geologische verkenning, oceaanverkenning en nieuwe technologieën op het gebied van energie, informatie, ruimte en biologie.
- Deze materialen spelen een belangrijke rol op het gebied van elektronische technologie en andere wetenschaps- en technologiegebieden.
- Deze zijn toepasbaar in de elektronica, geneeskunde, elektrotechniek, etc.
- Deze worden gebruikt bij de vervaardiging van elektronische en elektrische apparaten zoals elektromotoren, transformatoren en generatoren.
- Deze worden gebruikt bij de productie van magnetische opslagapparaten, zoals; diskettes, harde schijven en magneetband.
- Dit soort materialen worden gebruikt bij de productie van magnetische sensoren, zoals; Hall-effectsensoren, magnetische veldsensoren en magnetoresistieve sensoren.
- Deze zijn toepasbaar in medische apparatuur zoals; MRI-machines, pacemakers en implanteerbare medicijnafgiftesystemen.
- Deze worden gebruikt in magnetische scheidingsmethoden, die worden gebruikt om magnetische deeltjes los te koppelen van niet-magnetische deeltjes.
- Deze materialen worden gebruikt bij het opwekken van duurzame energie zoals; waterkrachtcentrales en windturbines.
Dit is dus het geval een overzicht van magnetisch materialen, typen, verschillen, materiaalvergelijking en de toepassingen ervan. Hier is een vraag voor jou: wat is een magneet?
