Навігація
Головна
 
Головна arrow Техніка arrow Матеріалознавство в машинобудуванні

Матеріали з особливими магнітними властивостями

Природа магнетизму

Магнітні властивості матеріалів обумовлені магнітними властивостями атомів. В ізольованому атомі їх виникнення визначається рухом електронів але орбітах навколо ядра і обертанням електронів навколо своєї осі (спін електрона), що і призводить до виникнення відповідно орбітального і спінового моменту. Магнітний момент всіх атомів в одиниці об'єму називається намагніченістю I.

Речовина, поміщена в магнітне поле, намагнічується за рахунок орієнтації магнітних моментів атомів (іонів, молекул), намагніченість пов'язана з напруженістю зовнішнього магнітного ( H ) нуля співвідношенням: I = χ H, де χ - магнітна сприйнятливість (безрозмірна величина).

Залежно від магнітних властивостей (знака і величини χ) розрізняють наступні твані магнітних матеріалів: Діамагнетик (χ <0 і χ ~ 0); парамагнетики (χ ~ 0 і χ> 0); ферромагнетики (χ >> 0); антиферомагнетики (χ >> 0) і феримагнетики (χ >> 0).

Діамагнетик - речовини, атоми (іони, молекули) яких не мають результуючого магнітного моменту за відсутності зовнішнього магнітного поля (P = 0). У зовнішньому магнітному полі вони незначно намагнічуються в напрямку, протилежному магнітному полю. Діамагнетик - це інертні гази, водень, велика частина органічних сполук, а також деякі метали - Cu, Ag, Au, Zn, Bi, Sb, Hg та ін.

Парамагнетики - речовини, атоми (іони, молекули) яких мають магнітний момент за рахунок некомпенсованих магнітних моментів електронів. Олнако магнітні моменти всіх атомів орієнтовані хаотично, тому результуючий магнітний момент при відсутності зовнішнього нуля дорівнює нулю. У магнітному нулі ці моменти прагнуть орієнтуватися в напрямку поля (χ> 0), але магнітна сприйнятливість дуже мала (χ = 10 2 ... 10 °). До парамагнетикам відносяться Al, Pt, а також лужні і лужноземельні метали (К, Na, Ca, Mg і ін.), Кисень.

Ферромагнетики - кристалічні речовини, атоми яких мають досить великий магнітний момент за рахунок некомпенсованих спинив електронів на недобудованих оболонках. Для феромагнетиків характерна наявність доменів. Домен - це область кристала невеликого обсягу (10-2 ... 10-6 мм3). В домені магнітні моменти атомів орієнтовані однаково, тобто домен мимовільно намагнічений до насичення. При відсутності зовнішнього магнітного поля намагніченість не виявляється, так як всі домени орієнтовані хаотично (рис. 10.11, а), тому магнітний потік такого речовини буде дорівнює нулю.

Для феромагнетиків характерно високе значення коефіцієнта магнітної сприйнятливості (χ >> 0), тобто вони намагнічуються до насичення у відносно слабких магнітних полях за рахунок орієнтації магнітних моментів доменів в напрямку поля. Доменна структура зберігається лише до певної температури - точки Кюрі. При нагріванні вище точки Кюрі тепловий рух атомів порушує доменну структуру (домени зникають) і матеріал втрачає магнітні властивості.

Феромагнетиками є (в дужках вказана точка Кюрі) залізо (768 ° С), кобальт (тисяча сто тридцять один ° С), нікель (757 ° С), гадоліній (16 ° С), а також сплави па їх основі.

Антиферомагнетики - кристалічні речовини, в яких магнітні моменти атомів або іонів в межах невеликих областей (доменів) впорядковані і орієнтовані назустріч один одному таким чином, що їх результуючий магнітний момент дорівнює нулю. Антиферомагнетики - це рідкоземельні метали (діспрозій, Гольмій, ербій), а також хром і марганець. Під впливом зовнішнього магнітного поля магнітні моменти атомів орієнтуються переважно по його напрямку. При деякому критичному значенні зовнішнього магнітного поля деякі антиферомагнетики (рідкоземельні метали) переходять в феромагнітна стан.

Антиферомагнетики використовуються як компоненти сплавів з особливими магнітними властивостями.

Феримагнетики - кристалічні речовини, що володіють доменною структурою (див. Рис. 10.11, б). Магнітні моменти доменів компенсують один одного лише частково, тому результуючий магнітний момент феримагнетиків відмінний від нуля. Під дією зовнішнього магнітного поля феримагнетики намагнічуються.

Доменна структура магнетиков

Мал. 10.11. Доменна структура магнетиков:

а - ферромагнетики; б - феримагнетики

Феримагнетики характеризуються значним (але меншим, ніж у феромагнетиків) коефіцієнтом магнітної сприйнятливості, аналогічної з феромагнетиками залежністю намагніченості від напруженості магнітного поля. Доменна структура зберігається у цих матеріалів лише до певної температури (температура Нееля), вище якої речовина втрачає магнітні властивості.

До феримагнетика відносяться подвійні оксиди типу МО • Fe2O3 (М - метал; МО - оксид деякого металу, зокрема Ni, Μn, Ва, З, Sr). Ці сполуки отримали назву ферити.

 
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук