W zależności od właściwości magnetycznych, substancjami są diamagnetyki, paramagnetyki i ferromagnetyki. I to właśnie materiał ferromagnetyczny ma specjalne właściwości, które różnią się od pozostałych.
Co to za materiał i jakie ma właściwości
Materiał ferromagnetyczny (lub ferromagnetyczny) to substancja, która jest w stanie stałym krystalicznym lub amorficznym, która jest namagnesowana przy braku pola magnetycznego tylko w niskiej temperaturze krytycznej, tj. w temperaturze poniżej punktu Curie. Podatność magnetyczna tego materiału jest dodatnia i przekracza jedność. Niektóre ferromagnetyki mogą charakteryzować się samoistnym namagnesowaniem, którego siła będzie zależeć od czynników zewnętrznych. Takie materiały mają między innymi doskonałą przepuszczalność magnetyczną i są w stanie wzmocnić zewnętrzne pole magnetyczne kilkaset tysięcy razy.
Grupy ferromagnetyków
Istnieją w sumie dwie grupy materiałów ferromagnetycznych:
- Miękka magnetycznie grupa. Ferromagnesy z tej grupy mają małewskaźniki natężenia pola magnetycznego, ale charakteryzują się doskonałą przepuszczalnością magnetyczną (poniżej 8,0×10-4 H/m) i niskimi stratami histerezy. Do miękkich materiałów magnetycznych należą: permalloy (stopy z dodatkiem niklu i żelaza), ferromagnetyki tlenkowe (ferryty), magnetodielektryki.
- Magnetycznie twarda (lub magnetycznie twarda grupa). Właściwości ferromagnetyków z tej grupy są wyższe niż w poprzedniej. Magnetyczne ciała stałe mają zarówno wysokie natężenia pola magnetycznego, jak i dobrą przepuszczalność magnetyczną. Są głównym materiałem do produkcji magnesów i urządzeń, w których stosowana jest siła przymusu i wymagana jest doskonała podatność magnetyczna. Grupa magnetycznie twarda obejmuje prawie wszystkie stale węglowe i niektóre stale stopowe (kob alt, wolfram i chrom).
Materiały z grupy magnetycznie miękkiej
Jak wspomniano wcześniej, grupa magnetyczna miękka obejmuje:
- Permalloys, które składają się wyłącznie ze stopów żelaza i niklu. Chrom i molibden są czasami dodawane do permalojów w celu zwiększenia przepuszczalności. Prawidłowo wykonane permalloy mają wysoką przepuszczalność magnetyczną i koercję.
- Ferryty to ferromagnetyczny materiał składający się z tlenków żelaza i cynku. Często tlenki manganu lub niklu są dodawane do żelaza i cynku w celu zmniejszenia odporności. Dlatego ferryty są często używane jako półprzewodniki dla prądów o wysokiej częstotliwości.
- Magnetodielektrykito sproszkowana mieszanina proszku żelaza, magnetytu lub permaloju owinięta folią dielektryczną. Podobnie jak ferryty, magnetodielektryki są używane jako półprzewodniki w wielu różnych urządzeniach: wzmacniaczach, odbiornikach, nadajnikach itp.
Materiały grupy magnetyków twardych
Następujące materiały należą do grupy magnetyków twardych:
- Stale węglowe wykonane ze stopu żelaza i węgla. W zależności od ilości węgla wyróżniamy stale niskowęglowe (poniżej 0,25% węgla), średniowęglowe (od 0,25 do 0,6% węgla) oraz wysokowęglowe (do 2% węgla). Poza żelazem i węglem w skład stopu można również włączyć krzem, magnez i mangan. Ale najwyższej jakości i odpowiednimi materiałami ferromagnetycznymi są te stale węglowe, które mają najmniejszą ilość zanieczyszczeń.
- Stopy na bazie pierwiastków ziem rzadkich, takie jak stopy samaru-kob altu (związki SmCo5 lub Sm2Co17). Charakteryzują się wysoką przenikalnością magnetyczną przy indukcji szczątkowej 0,9 T. Jednocześnie pole magnetyczne w ferromagnetykach tego typu również wynosi 0,9 T.
- Inne stopy. Należą do nich: stopy wolframu, magnezu, platyny i kob altu.
Różnica między materiałem ferromagnetycznym a innymi substancjami o właściwościach magnetycznych
Na początku artykułu zostało powiedziane, że ferromagnesy mają specjalne właściwości, które znacznie się różniąz innych materiałów, a oto kilka dowodów:
- W przeciwieństwie do diamagnesów i paramagnesów, które czerpią swoje właściwości z poszczególnych atomów i cząsteczek materii, właściwości materiałów ferromagnetycznych zależą od struktury kryształu.
- Materiały ferromagnetyczne, w przeciwieństwie do np. paramagnesów, mają wysokie wartości przepuszczalności magnetycznej.
- Oprócz przepuszczalności ferromagnesy różnią się od materiałów paramagnetycznych tym, że mają zależny związek między namagnesowaniem a natężeniem pola magnetycznego, które ma naukową nazwę - histereza magnetyczna. Podobnemu zjawisku podlega wiele materiałów ferromagnetycznych, takich jak kob alt i nikiel, a także oparte na nich stopy. Nawiasem mówiąc, to właśnie histereza magnetyczna pozwala magnesom na utrzymywanie stanu namagnesowania przez długi czas.
- Niektóre materiały ferromagnetyczne mają również zdolność zmiany kształtu i rozmiaru po namagnesowaniu. Zjawisko to nazywane jest magnetostrykcją i zależy nie tylko od rodzaju ferromagnetyka, ale także od innych, równie ważnych czynników, na przykład od natężenia pól i położenia względem nich osi krystalograficznych.
- Kolejną ciekawą cechą substancji ferromagnetycznej jest zdolność do utraty swoich właściwości magnetycznych lub, mówiąc prościej, przekształcenia się w paramagnes. Efekt ten można osiągnąć poprzez podgrzanie materiału powyżej tzw. punktu Curie, przy czym przejściu do stanu paramagnetycznego nie towarzyszą żadne skutki uboczne i jest praktycznie niewidoczne gołym okiem.oko.
Obszar zastosowania ferromagnetyków
Jak widać, materiał ferromagnetyczny zajmuje szczególnie ważne miejsce we współczesnym świecie technologii. Znajduje zastosowanie w produkcji:
- magnesy trwałe;
- kompasy magnetyczne;
- transformatory i generatory;
- silniki elektroniczne;
- elektryczne przyrządy pomiarowe;
- odbiorniki;
- nadajniki;
- wzmacniacze i odbiorniki;
- dyski twarde do laptopów i komputerów PC;
- głośniki i niektóre rodzaje telefonów;
- rejestratory.
W przeszłości niektóre miękkie materiały magnetyczne były również wykorzystywane w inżynierii radiowej do tworzenia taśm i folii magnetycznych.
