Bahan, aplikasi, dan contoh feromagnetisme

Dia Ferromagnetisme Itu adalah properti yang memberikan beberapa zat respons magnetik yang intens dan permanen. Di alam ada lima elemen dengan properti ini: besi, kobalt, nikel, gadolinio dan disposio, tanah jarang terakhir.

Di hadapan medan magnet eksternal, seperti yang dihasilkan oleh magnet alami atau elektromagnet, suatu zat merespons dengan cara yang khas, menurut konfigurasi internalnya. Besarnya yang mengukur respons ini adalah permeabilitas magnetik.

Magnet membentuk jembatan. Sumber: Pixabay

Permeabilitas magnetik adalah jumlah tanpa dimensi yang diberikan oleh hasil bagi antara intensitas medan magnet yang dihasilkan di dalam bahan dan dari medan magnet yang diterapkan secara eksternal.

Ketika respons ini jauh lebih besar dari 1, materi diklasifikasikan sebagai feromagnetik. Di sisi lain, jika permeabilitas tidak jauh lebih besar dari 1, dianggap bahwa respons magnetik lebih lemah, mereka adalah bahan paramagnetik.

Dalam besi, permeabilitas magnetik adalah urutan 10⁴. Ini berarti bahwa bidang di dalam besi sekitar 10000 kali lebih besar dari bidang yang berlaku secara eksternal. Yang memberikan gambaran tentang betapa kuatnya respons magnetik mineral ini.

[TOC]

Bagaimana respons magnetik berasal di dalam zat?

Magnetisme diketahui adalah efek yang terkait dengan pergerakan muatan listrik. Itulah tepatnya arus listrik. Di mana sifat magnetik magnet bar berasal?

Bahan magnet, dan juga zat lain yang mengandung proton dan elektron di dalamnya, yang memiliki gerakan sendiri dan menghasilkan arus listrik dalam beberapa cara.

Model yang sangat disederhanakan mengandaikan elektron dalam orbit melingkar di sekitar nukleus yang dibentuk oleh proton dan neutron, sehingga membentuk spase kecil arus arus. Setiap spase telah mengaitkan besarnya vektor yang disebut "momen magnetik orbital", yang intensitasnya diberikan oleh produk arus dan area yang ditentukan oleh loop: magneton bohr.

Tentu saja, dalam sedikit ini arus tergantung pada beban elektron. Karena semua zat mengandung elektron di dalam, semuanya memiliki kemungkinan mengekspresikan sifat magnetik. Namun, tidak semuanya melakukannya.

Ini karena momen magnetiknya tidak selaras, tetapi diatur di dalam secara acak, sehingga efek magnetiknya pada tingkat makroskopik dibatalkan.

Ceritanya tidak berakhir di sini. Produk momen magnetik dari gerakan elektron di sekitar nukleus bukan satu -satunya sumber magnet yang mungkin pada skala ini.

Dapat melayani Anda: Astrofisika: Objek Studi, Sejarah, Teori, Cabang

Elektron memiliki semacam gerakan rotasi di sekitar porosnya. Itu adalah efek yang diterjemahkan menjadi momentum sudut intrinsik. Properti ini dipanggil putaran elektron.

Secara alami juga memiliki momen magnetik yang terkait dan jauh lebih intens daripada momen orbital. Faktanya, kontribusi terbesar pada momen magnetik bersih atom adalah melalui putaran, meskipun kedua momen magnetik: bahwa terjemahan ditambah momentum sudut intrinsik, berkontribusi pada momen magnetik total atom tersebut.

Momen -momen magnetik ini adalah yang cenderung menyelaraskan di hadapan medan magnet eksternal. Dan mereka juga melakukannya dengan ladang yang dibuat oleh saat -saat tetangga dalam materi.

Sekarang, elektron biasanya membentuk pasangan dalam atom dengan banyak elektron. Pasangan terbentuk di antara elektron dengan putaran yang berlawanan, menghasilkan momen magnetik Spin.

Satu -satunya cara putaran berkontribusi pada momen magnetik total adalah bahwa seseorang menghilang, yaitu, atom memiliki jumlah elektron yang aneh.

Layak bertanya apa yang ada tentang momen magnetik proton dalam nukleus. Karena mereka juga memiliki waktu putaran, tetapi tidak dianggap berkontribusi secara signifikan terhadap magnetisme sebuah atom. Itu karena momen putaran tergantung terbalik pada massa dan massa proton jauh lebih besar dari pada elektron.

Domain magnetik

Dalam besi, kobalt dan nikel, triad elemen dengan respons magnetik yang besar, momen bersih putaran yang dihasilkan oleh elektron bukan nol ... dalam logam ini, elektron dalam orbital 3D, yang paling luar biasa berkontribusi pada momen magnetik bersih. Itulah sebabnya bahan -bahan seperti itu dianggap feromagnetik.

Namun, momen magnetik individu dari masing -masing atom ini tidak cukup untuk menjelaskan perilaku bahan feromagnetik.

Di dalam bahan yang sangat magnetik ada daerah yang disebut Domain magnetik, Ekstensi yang dapat berkisar dari 10^-4 dan 10^-1 cm dan itu mengandung miliaran atom. Di wilayah ini, momen spin bersih atom tetangga mengelola.

Ketika pemilik domain magnetik mendekati magnet, domain sejajar satu sama lain, mengintensifkan efek magnetik.

Ini disebabkan oleh fakta bahwa domain, seperti magnet bar, memiliki tiang magnet, sama -sama dilambangkan sebagai utara dan selatan, sehingga tiang yang sama tolak dan lawan menarik menarik perhatian.

Itu bisa melayani Anda: perbanyakan suara

Saat domain selaras dengan bidang eksternal, materi memancarkan derit yang dapat didengar dengan amplifikasi yang sesuai.

Efek ini dapat dilihat saat magnet menarik kuku besi manis dan pada gilirannya berperilaku seperti magnet yang menarik kuku lain.

Domain magnetik tidak ada batas statis yang ditetapkan dalam material. Ukurannya dapat dimodifikasi dengan mendinginkan atau memanaskan bahan, dan juga menundukkannya pada aksi medan magnet eksternal.

Namun, pertumbuhan domain tidak terbatas. Pada saat ketika tidak mungkin lagi untuk menyelaraskannya, dikatakan bahwa titik saturasi material telah tercapai. Efek ini tercermin dalam kurva histeresis yang muncul kemudian.

Pemanasan material menyebabkan hilangnya penyelarasan momen magnetik. Suhu di mana magnetisasi benar -benar hilang sesuai dengan jenis bahan, untuk magnet batang, sekitar 770 º C biasanya hilang.

Setelah magnet telah dihilangkan, magnetisasi kuku hilang karena agitasi termal yang ada setiap saat. Tetapi ada senyawa lain yang memiliki magnetisasi permanen, untuk memiliki domain yang selaras secara spontan.

Domain magnetik dapat diamati ketika bahan feromagnetik datar dipotong dan dipoles dengan sangat baik. Setelah ini ditaburkan dengan debu atau file besi halus.

Di bawah mikroskop diamati bahwa chip dikelompokkan pada daerah pembentukan mineral dengan orientasi yang sangat baik, mengikuti domain magnetik material.

Perbedaan perilaku antara berbagai bahan magnetik adalah karena cara domain berperilaku.

Histeresis magnetik

Histeresis magnetik adalah karakteristik yang hanya dimiliki bahan dengan permeabilitas magnetik tinggi. Jangan menyajikan bahan paramagnetik atau diamagnetik.

Mewakili efek medan magnet eksternal yang diterapkan, yang dilambangkan H Tentang induksi magnetik B dari logam feromagnetik selama siklus imanasi dan desimanation. Grafik yang ditampilkan memiliki nama kurva histeresis.

Siklus histeresis feromagnetik

Awalnya pada titik atau tidak ada bidang yang diterapkan H Tidak ada respons magnetik B, Tapi sebagai intensitasnya H, Induksi B meningkat secara progresif sampai mencapai besarnya saturasi B_S Pada titik A, yang diharapkan.

Sekarang intensitasnya H sampai selesai, dengan itu tercapai ke titik C, namun respons magnetik materi tidak hilang, mempertahankan a Magnetisasi yang tersisa ditunjukkan oleh nilai B_R. Berarti prosesnya tidak dapat dibalikkan.

Dapat melayani Anda: elektrodinamika

Dari sana intensitas H Meningkat tetapi dengan polaritas terbalik (tanda negatif), sehingga magnetisasi yang tersisa dibatalkan pada titik d. Nilai yang diperlukan dari H Itu dilambangkan sebagai H_C dan menerima nama bidang paksaan.

Besarnya H meningkat ke nilai saturasi di E dan segera intensitas H Itu berkurang sampai mencapai 0, tetapi ada magnetisasi yang tersisa dengan polaritas yang berlawanan dengan yang dijelaskan di atas, pada titik f.

Sekarang polaritas H Sekali lagi dan besarnya ditingkatkan untuk membatalkan respons magnetik material pada titik g. Mengikuti jalan, kejenuhannya menjadi lagi. Tapi yang menarik adalah tidak sampai di sana di jalan asli yang ditunjukkan oleh panah merah.

Bahan Magnetical Hard dan Soft: Aplikasi

Besi manis lebih mudah untuk magnetisasi daripada baja dan mengetuk material, penyelarasan domain lebih lanjut difasilitasi.

Ketika suatu bahan mudah untuk magnetisasi dan melipatnya, dikatakan lembut magnetis, Dan tentu saja jika yang sebaliknya terjadi adalah materi keras secara magnetis. Di yang terakhir, domain magnetik kecil, sedangkan di yang sebelumnya besar, sehingga dapat dilihat melalui mikroskop, seperti yang dirinci di atas.

Area yang tertutup oleh kurva histeresis adalah ukuran energi yang diperlukan untuk magnetisasi - lipat material. Pada gambar dua kurva histeresis dihargai untuk dua bahan yang berbeda. Yang di sebelah kiri lembut secara magnetis, sedangkan yang di sebelah kanan sulit.

Bahan feromagnetik yang lembut memiliki bidang paksaan H_C Kurva histeresis kecil dan sempit dan tinggi. Itu adalah bahan yang tepat untuk menempatkannya di inti transformator listrik. Contohnya adalah besi dan silikon manis dan paduan besi, berguna untuk peralatan komunikasi.

Di sisi lain, bahan-bahan keras yang magnetis sulit untuk disesuaikan setelah dibayangkan, seperti halnya paduan Alnico (aluminium-nickel-colto) dan paduan tanah jarang yang dengannya magnet permanen diproduksi.

Referensi

1. Eisberg, r. 1978.  Fisika kuantum.  Limusa. 557 -577.
2. Muda, Hugh. 2016. Fisika Universitas Sears-Zansky dengan Fisika Modern. Edisi ke -14. Pearson. 943.
3. Zapata, f. (2003). Studi mineralogi yang terkait dengan sumur minyak Guafita 8x milik Campo Guafita (Negara Bagian Apure) melalui pengukuran kerentanan magnetik dan Mossbauer. Tesis derajat. Universitas Pusat Venezuela.