Ferromanyetik malzemelerin özellikleri ve teknolojideki uygulamaları
Elektrik akımı olan bir telin etrafında, vakumda bile, manyetik alan... Ve eğer bu alana bir madde sokulursa, o zaman manyetik alan değişecektir, çünkü manyetik alandaki herhangi bir madde mıknatıslanır, yani, ilgili temel manyetik momentlerin toplamı olarak tanımlanan daha büyük veya daha az bir manyetik moment kazanır. o maddeyi oluşturan parçalar.
Fenomenin özü, birçok maddenin moleküllerinin kendi manyetik momentlerine sahip olmaları gerçeğinde yatmaktadır, çünkü temel dairesel akımları oluşturan ve bu nedenle manyetik alanların eşlik ettiği moleküllerin içinde yükler hareket eder. Maddeye hiçbir dış manyetik alan uygulanmazsa, moleküllerinin manyetik momentleri uzayda rastgele yönlendirilir ve böyle bir numunenin toplam manyetik alanı (ve moleküllerin toplam manyetik momenti) sıfır olacaktır.
Numune harici bir manyetik alana sokulursa, moleküllerinin temel manyetik momentlerinin oryantasyonu, harici alanın etkisi altında tercihli bir yön kazanacaktır. Sonuç olarak, yeni koşullar altında tek tek moleküllerin manyetik alanları birbirini telafi etmediğinden, maddenin toplam manyetik momenti artık sıfır olmayacaktır. Böylece, madde bir B manyetik alanı geliştirir.
Bir maddenin moleküllerinin başlangıçta manyetik momentleri yoksa (bu tür maddeler vardır), o zaman böyle bir numune bir manyetik alana sokulduğunda, içinde dairesel akımlar indüklenir, yani moleküller manyetik momentler kazanır; Sonuç olarak, B toplam manyetik alan görünümüne yol açar.
Bilinen maddelerin çoğu manyetik alanda zayıf bir şekilde mıknatıslanır, ancak güçlü manyetik özelliklerle ayırt edilen maddeler de vardır, bunlara denir. ferromıknatıslar… Ferromanyet örnekleri: demir, kobalt, nikel ve bunların alaşımları.
Ferromanyetler, düşük sıcaklıklarda harici bir manyetik alanın, mekanik deformasyonun veya değişen sıcaklığın etkisi altında önemli ölçüde değişen kendiliğinden (kendiliğinden) bir mıknatıslanmaya sahip olan katıları içerir. Çelik ve demir, nikel ve kobalt ve alaşımlar bu şekilde davranır. Manyetik geçirgenlikleri, vakumdan binlerce kat daha yüksektir.
Bu nedenle elektrik mühendisliğinde manyetik akıyı iletmek ve enerjiyi dönüştürmek için geleneksel olarak kullanılır. ferromanyetik malzemelerden yapılmış manyetik çekirdekler.
Bu tür maddelerde, manyetik özellikler, manyetizmanın temel taşıyıcılarının manyetik özelliklerine bağlıdır - atomların içinde hareket eden elektronlar… Tabii ki, çekirdeklerinin etrafındaki atomlarda yörüngelerde hareket eden elektronlar dairesel akımlar (manyetik dipoller) oluşturur. Ancak bu durumda, elektronlar da kendi eksenleri etrafında dönerek, ferromanyetlerin mıknatıslanmasında basitçe ana rolü oynayan spin manyetik momentleri yaratır.
Ferromanyetik özellikler, yalnızca madde kristal halindeyken ortaya çıkar. Ek olarak, termal hareket temel manyetik momentlerin kararlı yönelimini engellediğinden, bu özellikler büyük ölçüde sıcaklığa bağlıdır. Böylece, her ferromanyet için, mıknatıslanma yapısının bozulduğu ve maddenin bir paramanyet haline geldiği belirli bir sıcaklık (Curie noktası) belirlenir. Örneğin, demir için 900 ° C'dir.
Zayıf manyetik alanlarda bile, ferromanyetler doyuma kadar manyetize edilebilir. Ayrıca manyetik geçirgenlikleri, uygulanan dış manyetik alanın büyüklüğüne bağlıdır.
Mıknatıslanma sürecinin başında manyetik indüksiyon B ferromanyetikte güçlenir, yani manyetik geçirgenlik ama doyma meydana geldiğinde, dış alanın manyetik indüksiyonunun daha da arttırılması artık ferromanyetin manyetik alanında bir artışa yol açmaz ve bu nedenle numunenin manyetik geçirgenliği azalmıştır, şimdi 1'e eğilim göstermektedir.
Ferromanyetlerin önemli bir özelliği, kalan… Bobinin içine bir ferromanyetik çubuk yerleştirildiğini ve bobindeki akımı artırarak doyuma getirildiğini varsayalım. Daha sonra bobindeki akım kesildi yani bobinin manyetik alanı kaldırıldı.
Çubuğun başlangıçtaki durumuna manyetikliği giderilmediğini, manyetik alanının daha büyük olacağını, yani artık bir indüksiyon olacağını fark etmek mümkün olacaktır. Çubuk bu şekilde döndürüldü kalıcı bir mıknatısa.
Böyle bir çubuğun manyetikliğini gidermek için, ona ters yönde ve artık indüksiyona eşit bir indüksiyonla harici bir manyetik alan uygulamak gerekli olacaktır. Manyetikliği gidermek için mıknatıslanmış bir ferromanyete (kalıcı mıknatıs) uygulanması gereken manyetik alan indüksiyon modülünün değerine denir. Zorlayıcı kuvvet.
Farklı ferromanyetik malzemeler için manyetizasyon eğrileri (histerezis döngüleri) birbirinden farklıdır.
Bazı malzemelerin geniş histerezis döngüleri vardır - bunlar yüksek artık mıknatıslanmaya sahip malzemelerdir, bunlara manyetik olarak sert malzemeler denir. Kalıcı mıknatısların imalatında sert manyetik malzemeler kullanılır.
Aksine, yumuşak manyetik malzemeler dar bir histerezis döngüsüne, düşük artık mıknatıslanmaya sahiptir ve zayıf alanlarda kolayca mıknatıslanır. Bunlar, transformatörlerin, motor statorlarının vb. manyetik çekirdekleri olarak kullanılan yumuşak manyetik malzemelerdir.
Ferromanyetler günümüz teknolojisinde çok önemli bir rol oynamaktadır. Yumuşak manyetik malzemeler (ferritler, elektrik çeliği) elektrik motorlarında ve jeneratörlerde, trafolarda ve bobinlerde ve ayrıca radyo mühendisliğinde kullanılır. Ferritler yapılır indüktör çekirdekleri.
Kalıcı mıknatıslar yapmak için sert manyetik malzemeler (baryum, kobalt, stronsiyum, neodimyum-demir-bor ferritleri) kullanılır. Kalıcı mıknatıslar, elektrikli ve akustik aletlerde, motorlarda ve jeneratörlerde, manyetik pusulalarda vb. yaygın olarak kullanılmaktadır.