Considérons les principaux domaines d'application des ferromagnétiques, ainsi que les caractéristiques de leur classification. Commençons par le fait que les ferromagnétiques sont appelés des solides qui ont une magnétisation incontrôlée à basse température. Il change sous l'influence de la déformation, du champ magnétique, des fluctuations de température.
Propriétés des ferromagnétiques
L'utilisation des ferromagnétiques en technologie s'explique par leurs propriétés physiques. Ils ont une perméabilité magnétique plusieurs fois supérieure à celle du vide. À cet égard, tous les appareils électriques qui utilisent des champs magnétiques pour convertir un type d'énergie en un autre ont des éléments spéciaux constitués d'un matériau ferromagnétique capable de conduire un flux magnétique.
Caractéristiques des ferromagnétiques
Quelles sont les caractéristiques distinctives des ferromagnétiques ? Les propriétés et l'utilisation de ces substances s'expliquent par les particularités de la structure interne. Il existe une relation directe entre les propriétés magnétiques de la matière et les porteurs élémentaires du magnétisme, qui sont des électrons se déplaçant à l'intérieur de l'atome.
En se déplaçant sur des orbites circulaires, ils créent des courants élémentaires et magnétiquesdipôles qui ont un moment magnétique. Sa direction est déterminée par la règle de la vrille. Le moment magnétique d'un corps est la somme géométrique de toutes ses parties. En plus de tourner sur des orbites circulaires, les électrons se déplacent également autour de leurs propres axes, créant des moments de spin. Ils remplissent une fonction importante dans le processus de magnétisation des ferromagnétiques.
L'application pratique des ferromagnétiques est associée à la formation en eux de régions magnétisées spontanées avec une orientation parallèle des moments de spin. Si le ferromagnétique n'est pas situé dans un champ extérieur, alors les moments magnétiques individuels ont des directions différentes, leur somme est nulle et il n'y a pas de propriété d'aimantation.
Caractéristiques distinctives des ferromagnétiques
Si les paramagnétiques sont associés aux propriétés de molécules individuelles ou d'atomes d'une substance, alors les propriétés ferromagnétiques peuvent être expliquées par les spécificités de la structure cristalline. Par exemple, à l'état de vapeur, les atomes de fer sont légèrement diamagnétiques, tandis qu'à l'état solide, ce métal est un ferromagnétique. À la suite d'études en laboratoire, la relation entre la température et les propriétés ferromagnétiques a été révélée.
Par exemple, l'alliage Goisler, dont les propriétés magnétiques sont similaires à celles du fer, ne contient pas ce métal. Lorsque le point de Curie (une certaine valeur de température) est atteint, les propriétés ferromagnétiques disparaissent.
Parmi leurs caractéristiques distinctives, on peut distinguer non seulement la valeur élevée de la perméabilité magnétique, mais aussi la relation entre l'intensité du champ etmagnétisation.
L'interaction des moments magnétiques des atomes individuels d'un ferromagnétique contribue à la création de puissants champs magnétiques internes qui s'alignent parallèlement les uns aux autres. Un fort champ externe entraîne un changement d'orientation, ce qui entraîne une augmentation des propriétés magnétiques.
Nature des ferromagnétiques
Les scientifiques ont établi la nature de spin du ferromagnétisme. Lors de la distribution des électrons sur les couches d'énergie, le principe d'exclusion de Pauli est pris en compte. Son essence est que seul un certain nombre d'entre eux peuvent être sur chaque couche. Les valeurs résultantes des moments magnétiques orbitaux et de spin de tous les électrons situés sur une coquille complètement remplie sont égales à zéro.
Les éléments chimiques aux propriétés ferromagnétiques (nickel, cob alt, fer) sont des éléments de transition du tableau périodique. Dans leurs atomes, il y a une violation de l'algorithme de remplissage des coquilles avec des électrons. Tout d'abord, ils pénètrent dans la couche supérieure (orbitale s), et seulement après qu'elle soit complètement remplie, les électrons pénètrent dans la couche située en dessous (orbitale d).
L'utilisation à grande échelle des ferromagnétiques, dont le principal est le fer, s'explique par le changement de structure lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique externe.
Des propriétés similaires ne peuvent être possédées que par les substances dans les atomes desquelles il existe des coquilles internes non finies. Mais même cette condition ne suffit pas pour parler de caractéristiques ferromagnétiques. Par exemple, le chrome, le manganèse, le platine ont aussicoquilles inachevées à l'intérieur des atomes, mais elles sont paramagnétiques. L'émergence de l'aimantation spontanée s'explique par une action quantique particulière, difficile à expliquer par la physique classique.
Département
Il existe une division conditionnelle de ces matériaux en deux types: les ferromagnétiques durs et mous. L'utilisation de matériaux durs est associée à la fabrication de disques magnétiques, de bandes pour stocker des informations. Les ferromagnétiques doux sont indispensables dans la création d'électroaimants, de noyaux de transformateurs. Les différences entre les deux espèces s'expliquent par les particularités de la structure chimique de ces substances.
Caractéristiques d'utilisation
Examinons de plus près quelques exemples d'utilisation de ferromagnétiques dans diverses branches de la technologie moderne. Les matériaux magnétiques doux sont utilisés en génie électrique pour créer des moteurs électriques, des transformateurs, des générateurs. De plus, il est important de noter l'utilisation de ferromagnétiques de ce type dans les communications radio et la technologie à courant faible.
Des types rigides sont nécessaires pour créer des aimants permanents. Si le champ externe est désactivé, les ferromagnétiques conservent leurs propriétés, puisque l'orientation des courants élémentaires ne disparaît pas.
C'est cette propriété qui explique l'utilisation des ferromagnétiques. En bref, nous pouvons dire que ces matériaux sont à la base de la technologie moderne.
Les aimants permanents sont nécessaires lors de la création d'instruments de mesure électriques, de téléphones, de haut-parleurs, de compas magnétiques, d'enregistreurs de son.
Ferrites
Compte tenu de l'utilisation de ferromagnétiques, il est nécessaire de porter une attention particulière aux ferrites. Ils sont largement utilisés dans l'ingénierie radio haute fréquence, car ils combinent les propriétés des semi-conducteurs et des ferromagnétiques. C'est à partir de ferrites que l'on fabrique actuellement les bandes et films magnétiques, les noyaux d'inducteurs et les disques. Ce sont des oxydes de fer présents dans la nature.
Faits intéressants
L'intérêt est l'utilisation de ferromagnétiques dans les machines électriques, ainsi que dans la technologie d'enregistrement sur disque dur. La recherche moderne indique qu'à certaines températures, certains ferromagnétiques peuvent acquérir des caractéristiques paramagnétiques. C'est pourquoi ces substances sont considérées comme mal comprises et intéressent particulièrement les physiciens.
Le noyau en acier est capable d'augmenter le champ magnétique plusieurs fois sans changer l'intensité du courant.
L'utilisation de ferromagnétiques permet d'économiser considérablement l'énergie électrique. C'est pourquoi des matériaux aux propriétés ferromagnétiques sont utilisés pour les noyaux des générateurs, transformateurs, moteurs électriques.
Hystérésis magnétique
C'est le phénomène de la dépendance de l'intensité du champ magnétique et du vecteur d'aimantation au champ extérieur. Cette propriété se manifeste dans les ferromagnétiques, ainsi que dans les alliages de fer, nickel, cob alt. Un phénomène similaire est observé non seulement dans le cas d'un changement de direction et d'amplitude du champ, mais aussi dans le cas de sa rotation.
Perméabilité
La perméabilité magnétique est une grandeur physique qui indique le rapport entre l'induction dans un certain milieu et celle dans le vide. Si une substance crée son propre champ magnétique, elle est considérée comme magnétisée. Selon l'hypothèse d'Ampère, la valeur des propriétés dépend du mouvement orbital des électrons "libres" dans l'atome.
La boucle d'hystérésis est une courbe de la dépendance de la variation de la taille de l'aimantation d'un ferromagnétique situé dans un champ extérieur sur la variation de la taille de l'induction. Pour démagnétiser complètement le corps utilisé, vous devez changer la direction du champ magnétique externe.
À une certaine valeur d'induction magnétique, appelée force coercitive, l'aimantation de l'échantillon devient nulle.
C'est la forme de la boucle d'hystérésis et l'amplitude de la force coercitive qui déterminent la capacité d'une substance à maintenir une aimantation partielle, expliquent l'utilisation généralisée des ferromagnétiques. Brièvement, les domaines d'application des ferromagnétiques durs à large boucle d'hystérésis sont décrits ci-dessus. Les aciers au tungstène, au carbone, à l'aluminium et au chrome ont une grande force coercitive, c'est pourquoi des aimants permanents de différentes formes sont créés sur leur base: bande, fer à cheval.
Parmi les matériaux tendres à faible champ coercitif, on note les minerais de fer, ainsi que les alliages fer-nickel.
Le processus d'inversion de l'aimantation des ferromagnétiques est associé à un changement dans la région de l'aimantation spontanée. Pour cela, le travail effectué par le champ externe est utilisé. Quantitéla chaleur générée dans ce cas est proportionnelle à l'aire de la boucle d'hystérésis.
Conclusion
Actuellement, dans toutes les branches de la technologie, des substances aux propriétés ferromagnétiques sont activement utilisées. En plus d'importantes économies de ressources énergétiques, l'utilisation de telles substances peut simplifier les processus technologiques.
Par exemple, armé de puissants aimants permanents, vous pouvez grandement simplifier le processus de création de véhicules. De puissants électroaimants, actuellement utilisés dans les usines automobiles nationales et étrangères, permettent d'automatiser entièrement les processus technologiques les plus exigeants en main-d'œuvre, ainsi que d'accélérer considérablement le processus d'assemblage de nouveaux véhicules.
En ingénierie radio, les ferromagnétiques permettent d'obtenir des appareils de la plus haute qualité et précision.
Les scientifiques ont réussi à créer une méthode en une étape pour fabriquer des nanoparticules magnétiques adaptées aux applications en médecine et en électronique.
Grâce à de nombreuses études menées dans les meilleurs laboratoires de recherche, il a été possible d'établir les propriétés magnétiques de nanoparticules de cob alt et de fer recouvertes d'une fine couche d'or. Leur capacité à transférer des médicaments anticancéreux ou des atomes de radionucléides vers la partie droite du corps humain et à augmenter le contraste des images par résonance magnétique a déjà été confirmée.
De plus, ces particules peuvent être utilisées pour mettre à niveau les dispositifs à mémoire magnétique, ce qui constituera une nouvelle étape dans la création d'un système innovanttechnologie médicale.
Une équipe de scientifiques russes a réussi à développer et à tester une méthode de réduction des solutions aqueuses de chlorures pour obtenir des nanoparticules combinées de cob alt et de fer adaptées à la création de matériaux aux caractéristiques magnétiques améliorées. Toutes les recherches menées par les scientifiques visent à améliorer les propriétés ferromagnétiques des substances, en augmentant leur pourcentage d'utilisation dans la production.
