Vamos considerar as principais áreas de aplicação dos ferromagnetos, bem como as características de sua classificação. Vamos começar com o fato de que os ferroímãs são chamados de sólidos que possuem magnetização descontrolada em baixas temperaturas. Muda sob a influência da deformação, campo magnético, flutuações de temperatura.
Propriedades dos ferromagnetos
O uso de ferroímãs na tecnologia é explicado por suas propriedades físicas. Eles têm uma permeabilidade magnética que é muitas vezes maior que a do vácuo. Nesse sentido, todos os dispositivos elétricos que utilizam campos magnéticos para converter um tipo de energia em outro possuem elementos especiais feitos de um material ferromagnético capaz de conduzir um fluxo magnético.
Características dos ferromagnetos
Quais são as características distintivas dos ferroímãs? As propriedades e o uso dessas substâncias são explicados pelas peculiaridades da estrutura interna. Existe uma relação direta entre as propriedades magnéticas da matéria e os portadores elementares do magnetismo, que são os elétrons que se movem dentro do átomo.
Enquanto se movem em órbitas circulares, criam correntes elementares edipolos que possuem momento magnético. Sua direção é determinada pela regra do gimlet. O momento magnético de um corpo é a soma geométrica de todas as partes. Além de girar em órbitas circulares, os elétrons também se movem em torno de seus próprios eixos, criando momentos de spin. Eles desempenham uma função importante no processo de magnetização de ferromagnetos.
A aplicação prática de ferromagnetos está associada à formação neles de regiões magnetizadas espontâneas com orientação paralela de momentos de spin. Se o ferroímã não estiver localizado em um campo externo, os momentos magnéticos individuais têm direções diferentes, sua soma é zero e não há propriedade de magnetização.
Características distintivas dos ferromagnetos
Se os paraímãs estão associados às propriedades de moléculas individuais ou átomos de uma substância, então as propriedades ferromagnéticas podem ser explicadas pelas especificidades da estrutura cristalina. Por exemplo, no estado de vapor, os átomos de ferro são ligeiramente diamagnéticos, enquanto no estado sólido esse metal é um ferroímã. Como resultado de estudos de laboratório, a relação entre temperatura e propriedades ferromagnéticas foi revelada.
Por exemplo, a liga Goisler, semelhante em propriedades magnéticas ao ferro, não contém este metal. Quando o ponto de Curie (um determinado valor de temperatura) é atingido, as propriedades ferromagnéticas desaparecem.
Entre suas características distintivas, pode-se destacar não apenas o alto valor da permeabilidade magnética, mas também a relação entre a intensidade do campo emagnetização.
A interação dos momentos magnéticos dos átomos individuais de um ferromagneto contribui para a criação de poderosos campos magnéticos internos que se alinham paralelos entre si. Um forte campo externo leva a uma mudança na orientação, o que leva a um aumento nas propriedades magnéticas.
Natureza dos ferromagnetos
Os cientistas estabeleceram a natureza de rotação do ferromagnetismo. Ao distribuir elétrons sobre camadas de energia, o princípio de exclusão de Pauli é levado em consideração. Sua essência é que apenas um certo número deles pode estar em cada camada. Os valores resultantes dos momentos magnéticos orbital e de spin de todos os elétrons localizados em uma camada completamente preenchida são iguais a zero.
Elementos químicos com propriedades ferromagnéticas (níquel, cob alto, ferro) são elementos de transição da tabela periódica. Em seus átomos, há uma violação do algoritmo de preenchimento de camadas com elétrons. Primeiro, eles entram na camada superior (orbital s), e somente após ela estar completamente preenchida, os elétrons entram na camada localizada abaixo (orbital d).
O uso em larga escala de ferroímãs, sendo o principal o ferro, é explicado pela mudança na estrutura quando exposto a um campo magnético externo.
Propriedades semelhantes só podem ser possuídas por substâncias nos átomos dos quais existem conchas internas inacabadas. Mas mesmo essa condição não é suficiente para falar de características ferromagnéticas. Por exemplo, cromo, manganês, platina também têmconchas inacabadas dentro de átomos, mas elas são paramagnéticas. O surgimento da magnetização espontânea é explicado por uma ação quântica especial, que é difícil de explicar usando a física clássica.
Departamento
Há uma divisão condicional de tais materiais em dois tipos: ferromagnetos duros e macios. O uso de materiais duros está associado à fabricação de discos magnéticos, fitas para armazenamento de informações. Os ferromagnetos macios são indispensáveis na criação de eletroímãs, núcleos de transformadores. As diferenças entre as duas espécies são explicadas pelas peculiaridades da estrutura química dessas substâncias.
Recursos de uso
Vamos dar uma olhada em alguns exemplos do uso de ferroímãs em vários ramos da tecnologia moderna. Materiais magnéticos macios são usados em engenharia elétrica para criar motores elétricos, transformadores, geradores. Além disso, é importante observar o uso de ferroímãs deste tipo em comunicações de rádio e tecnologia de baixa corrente.
Tipos rígidos são necessários para criar ímãs permanentes. Se o campo externo for desligado, os ferroímãs mantêm suas propriedades, pois a orientação das correntes elementares não desaparece.
É esta propriedade que explica o uso de ferromagnetos. Em suma, podemos dizer que tais materiais são a base da tecnologia moderna.
Ímãs permanentes são necessários ao criar instrumentos de medição elétrica, telefones, alto-falantes, bússolas magnéticas, gravadores de som.
Ferritas
Considerando o uso de ferroímãs, é necessário prestar atenção especial às ferritas. Eles são amplamente utilizados na engenharia de rádio de alta frequência, pois combinam as propriedades de semicondutores e ferromagnetos. É a partir das ferritas que atualmente são feitas fitas e filmes magnéticos, núcleos de indutores e discos. São óxidos de ferro encontrados na natureza.
Fatos interessantes
Interesse é o uso de ferromagnetos em máquinas elétricas, bem como na tecnologia de gravação em disco rígido. Pesquisas modernas indicam que em certas temperaturas, alguns ferromagnetos podem adquirir características paramagnéticas. É por isso que essas substâncias são consideradas pouco compreendidas e são de particular interesse para os físicos.
O núcleo de aço é capaz de aumentar o campo magnético várias vezes sem alterar a intensidade da corrente.
O uso de ferroímãs pode economizar energia elétrica significativamente. É por isso que materiais com propriedades ferromagnéticas são usados para os núcleos de geradores, transformadores, motores elétricos.
Histerese magnética
Este é o fenômeno da dependência da intensidade do campo magnético e do vetor de magnetização do campo externo. Essa propriedade se manifesta em ferroímãs, bem como em ligas feitas de ferro, níquel e cob alto. Um fenômeno semelhante é observado não apenas no caso de uma mudança na direção e magnitude do campo, mas também no caso de sua rotação.
Permeabilidade
Permeabilidade magnética é uma quantidade física que mostra a razão de indução em um certo meio para aquela no vácuo. Se uma substância cria seu próprio campo magnético, ela é considerada magnetizada. De acordo com a hipótese de Ampère, o valor das propriedades depende do movimento orbital dos elétrons "livres" no átomo.
O laço de histerese é uma curva da dependência da mudança no tamanho da magnetização de um ferroímã localizado em um campo externo da mudança no tamanho da indução. Para desmagnetizar completamente o corpo usado, você precisa mudar a direção do campo magnético externo.
Em um determinado valor de indução magnética, que é chamado de força coercitiva, a magnetização da amostra torna-se zero.
É a forma do ciclo de histerese e a magnitude da força coercitiva que determinam a capacidade de uma substância de manter a magnetização parcial, explicam o uso generalizado de ferromagnetos. Resumidamente, as áreas de aplicação de ferromagnetos duros com um amplo loop de histerese são descritas acima. Os aços de tungstênio, carbono, alumínio, cromo têm uma grande força coercitiva, portanto, ímãs permanentes de várias formas são criados em sua base: tira, ferradura.
Entre os materiais macios com pequena força coercitiva, destacam-se os minérios de ferro, assim como as ligas de ferro-níquel.
O processo de reversão da magnetização dos ferroímãs está associado a uma mudança na região de magnetização espontânea. Para isso, é utilizado o trabalho realizado pelo campo externo. Quantidadeo calor gerado neste caso é proporcional à área do loop de histerese.
Conclusão
Atualmente, em todos os ramos da tecnologia, são utilizadas ativamente substâncias com propriedades ferromagnéticas. Além da significativa economia de recursos energéticos, o uso dessas substâncias pode simplificar os processos tecnológicos.
Por exemplo, armado com poderosos ímãs permanentes, você pode simplificar bastante o processo de criação de veículos. Poderosos eletroímãs, atualmente utilizados em fábricas de automóveis nacionais e estrangeiras, permitem automatizar totalmente os processos tecnológicos mais trabalhosos, além de acelerar significativamente o processo de montagem de novos veículos.
Na engenharia de rádio, os ferroímãs possibilitam a obtenção de dispositivos da mais alta qualidade e precisão.
Os cientistas conseguiram criar um método de uma etapa para a fabricação de nanopartículas magnéticas que são adequadas para aplicações em medicina e eletrônica.
Como resultado de inúmeros estudos realizados nos melhores laboratórios de pesquisa, foi possível estabelecer as propriedades magnéticas de nanopartículas de cob alto e ferro revestidas com uma fina camada de ouro. Sua capacidade de transferir drogas anticancerígenas ou átomos de radionuclídeos para a parte direita do corpo humano e aumentar o contraste das imagens de ressonância magnética já foi confirmada.
Além disso, essas partículas podem ser usadas para atualizar dispositivos de memória magnética, o que será um novo passo na criação de umtecnologia médica.
Uma equipe de cientistas russos conseguiu desenvolver e testar um método para reduzir soluções aquosas de cloretos para obter nanopartículas combinadas de cob alto-ferro adequadas para criar materiais com características magnéticas aprimoradas. Todas as pesquisas realizadas pelos cientistas visam melhorar as propriedades ferromagnéticas das substâncias, aumentando seu percentual de uso na produção.
