Magnetische Materialien: Eigenschaften, Funktionsweise, Typen, Unterschiede und ihre Anwendungen

Es gibt verschiedene Arten von Materialien und auch Substanzen, die aus geladenen Teilchen bestehen: wie; Elektronen und Protonen. Diese Materialien können bestimmte magnetische Eigenschaften aufweisen, wenn sie durch ein externes Magnetfeld magnetisiert werden, was als magnetische Materialien bezeichnet wird. Diese Materialien weisen im Magnetfeld induzierte oder permanente magnetische Momente auf. Um die magnetischen Eigenschaften dieser Materialien zu untersuchen, wird das Material normalerweise in einem standardisierten Magnetfeld platziert und dann das Magnetfeld geändert. In der modernen Technik spielen diese Materialien eine Schlüsselrolle und sind wesentliche Komponenten für Transformer , Motoren und Generatoren. Dieser Artikel bietet kurze Informationen zu magnetische Materialien .

Was sind magnetische Materialien?

Die Materialien, die durch ein von außen angelegtes Magnetfeld magnetisiert werden, werden als magnetische Materialien bezeichnet. Auch diese Stoffe erhalten eine Magnetisierung, wenn sie vom Magneten angezogen werden. Beispiele für diese Materialien sind; Eisen, Kobalt und Nickel.

Diese Materialien werden in hartmagnetische (oder magnetisch weiche) Materialien eingeteilt.

Hartmagnetische Materialien werden durch ein sehr starkes äußeres Magnetfeld magnetisiert, das von einem Elektromagneten erzeugt wird. Diese Materialien werden hauptsächlich zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet, die aus Legierungen bestehen, die normalerweise aus veränderlichen Mengen an Eisen, Nickel, Aluminium, Kobalt und seltenen Erdelementen wie Samarium, Neodym und Dysprosium bestehen.

Weichmagnetische Materialien lassen sich sehr leicht magnetisieren, obwohl der induzierte Magnetismus nur vorübergehend ist. Wenn Sie beispielsweise mit einem Schraubenzieher oder einem Nagel über einen Permanentmagneten streichen, wird dieser vorübergehend magnetisiert und erzeugt aufgrund des hohen Eisenanteils ein schwaches Magnetfeld Atome werden durch das äußere Magnetfeld vorübergehend in eine ähnliche Richtung ausgerichtet.

Eigenschaften

Magnetische Materialeigenschaften sind eines der grundlegendsten Konzepte der Physik. Zu den Eigenschaften gehören also hauptsächlich: Paramagnetismus, Ferromagnetismus und Antiferromagnetismus, die im Folgenden besprochen werden.

Paramagnetismus ist eine Art Magnetismus, bei dem einige Materialien durch ein von außen angelegtes Magnetfeld schwach angezogen werden. Es bildet interne und induzierte Magnetfelder innerhalb der Richtung des angelegten Magnetfelds. Beim Paramagnetismus sind die ungepaarten Elektronen zufällig angeordnet.

Ferromagnetismus ist ein Phänomen, bei dem ein Material wie Eisen magnetisiert wird und für diesen Zeitraum in einem externen Magnetfeld magnetisiert bleibt. Beim Ferromagnetismus sind die ungepaarten Elektronen alle miteinander verbunden.

Antiferromagnetismus ist eine Art magnetische Ordnung, die hauptsächlich dann auftritt, wenn sich die magnetischen Momente benachbarter Atome (oder Ionen) in umgekehrter Richtung ausrichten und zu magnetischen Nettomomenten von Null führen. Dieses Verhalten ist also hauptsächlich auf die Austauschwechselwirkung zwischen benachbarten Ionen oder Atomen zurückzuführen, die die antiparallele Ausrichtung zur Reduzierung der Energie des Systems unterstützt. Normalerweise weisen antiferromagnetische Materialien bei einer bestimmten Temperatur, bekannt als: magnetische Ordnung auf. Néel-Temperatur. Bei dieser Temperatur wird das Material paramagnetisch und verliert seine antiferromagnetischen Eigenschaften.

Wie funktionieren magnetische Materialien?

Diese Materialien verfügen über kleine Bereiche, in denen das magnetische Moment in eine bestimmte Richtung gelenkt werden kann, sogenannte magnetische Domänen, die hauptsächlich für die ausschließliche Leistung von Materialien verantwortlich sind. Die gesamte Energie der Materialien kann einfach durch die Anisotropieenergie, die Austauschenergie und die magnetostatische Energie beigetragen werden. Immer wenn die Größe des magnetischen Materials verringert wird, werden verschiedene Bereiche im Material verstärkt. Aufgrund der Verringerung der magnetostatischen Energie erhöhen mehr Domänenwände die Austausch- und Anisotropieenergie. Somit entscheidet die Größe der Domäne über die Beschaffenheit des magnetischen Materials.

Das magnetische Moment ist bei einigen Materialien, deren Partikeldurchmesser kleiner ist als der kritische Superparamagnetismus-Durchmesser, nicht stabil. Immer wenn der Durchmesser des Teilchens zwischen dem kritischen Durchmesser des Superparamagnetismus und der Einzeldomäne liegt, wird das magnetische Moment stabil.

Magnetische Materialtypen

Auf dem Markt sind verschiedene Arten magnetischer Materialien erhältlich, die im Folgenden erläutert werden.

Paramagnetische Materialien

Diese Materialien werden von einem Magneten nicht stark angezogen; Zinn, Magnesium, Aluminium und viele mehr. Diese Materialien haben eine geringe relative Permeabilität, aber eine positive Permeabilität wie Aluminium: 1,00000065. Diese Materialien werden nur dann magnetisiert, wenn sie sich in einem sehr starken Magnetfeld befinden und in der Richtung des Magnetfelds wirken.

Immer wenn von außen ein starkes Magnetfeld bereitgestellt wird, werden diese durch permanentmagnetische Dipole selbstparallel zum angelegten Magnetfeld eingestellt und auf eine positive Magnetisierung erhöht. Wenn die Ausrichtung des Dipols parallel zum angelegten Magnetfeld nicht vollständig ist, ist die Magnetisierung extrem klein.

Diamagnetische Materialien

Diese Materialien wie Quecksilber, Zink, Blei, Holz, Kupfer, Silber, Schwefel, Wismut usw. werden durch einen Magneten abgestoßen und werden als diamagnetische Materialien bezeichnet. Diese Materialien haben eine Permeabilität von etwas unter 1. Beispielsweise beträgt die Permeabilität von Kupfermaterial 0,000005, von Wismutmaterial 0,00083 und von Holzmaterial 0,9999995.

Wenn sich diese Materialien in einem extrem starken Magnetfeld befinden, werden diese Materialien leicht magnetisiert und wirken in die entgegengesetzte Richtung zum angelegten Magnetfeld. In solchen Materialien gibt es zwei recht schwache Magnetfelder, die durch die Umlaufbahn und die axiale Rotation der Elektronen um den Kern verursacht werden.

Ferromagnetische Materialien

Solche Materialien, die durch ein Magnetfeld stark angezogen werden, werden ferromagnetische Materialien genannt. Beispiele für diese Materialien sind; Nickel, Eisen, Kobalt, Stahl usw. Diese Materialien haben eine extrem hohe Permeabilität, die von mehreren hundert bis tausend reicht.

Die magnetischen Dipole in diesen Materialien werden einfach in verschiedenen Domänen angeordnet, wobei die Anordnung der einzelnen Dipole im Wesentlichen perfekt ist und starke Magnetfelder erzeugen kann. Normalerweise sind diese Domänen zufällig angeordnet und das Magnetfeld jeder Domäne wird durch ein anderes aufgehoben und das gesamte Material zeigt nicht das Verhalten eines Magneten.

Immer wenn diesen Materialien ein externes Magnetfeld zugeführt wird, orientieren sich die Domänen neu, um das externe Feld zu unterstützen und ein sehr starkes internes Magnetfeld zu erzeugen. Durch Abzug des externen Feldes warten die meisten Domänen und verbünden sich weiterhin in Richtung des Magnetfelds.
Daher bleibt das Magnetfeld dieser Materialien auch dann bestehen, wenn das äußere Feld abweicht. Diese Haupteigenschaft wird also zur Herstellung von Permanentmagneten genutzt, die wir täglich nutzen. Die zur Herstellung von Permanentmagneten verwendeten Materialien sind normalerweise stark ferromagnetisch wie Eisen, Nickel, Neodym, Kobalt usw.

Bitte beachten Sie diesen Link für Ferromagnetische Materialien .

Magnetische Rohstoffe

Normalerweise werden Permanentmagnete auf der ganzen Welt aus unterschiedlichen Materialien hergestellt und jedes Material weist unterschiedliche Eigenschaften auf. Zu diesen Materialien gehören hauptsächlich: Alnico, flexibler Gummi, Ferrit, Samarium-Kobalt und Neodym, die unten besprochen werden.

Ferrite

Die spezielle Gruppe ferromagnetischer Materialien, die eine Mittelstellung zwischen ferromagnetischen und nichtferromagnetischen Materialien einnimmt, wird als Ferrite bezeichnet. Diese Materialien bestehen aus feinen ferromagnetischen Materialpartikeln, die eine hohe Permeabilität besitzen und durch ein Bindeharz aneinander gehalten werden. Bei Ferriten ist die erzeugte Magnetisierung sehr ausreichend, obwohl ihre magnetische Sättigung nicht so hoch ist wie bei ferromagnetischen Materialien.

Die Herstellung dieser Materialien ist nicht teuer, was mit ihrer magnetischen Stärke zusammenhängt. Diese sind im Vergleich zu Seltenerdmaterialien deutlich schwächer, werden aber dennoch in mehreren kommerziellen Anwendungen häufig eingesetzt. Diese Materialien zeichnen sich durch Festigkeit sowie Korrosions- und Entmagnetisierungsbeständigkeit aus.

Neodym

Neodym ist ein sehr seltenes Erdelement ((Nd) und hat die Ordnungszahl 60. Es wurde erst im Jahr 1885 vom österreichischen Chemiker Carl Auer von Welsbach entdeckt. Dieses Material enthält Bor, Eisen und Spuren anderer Elemente B. Praseodym und Dysprosium, um eine ferromagnetische Legierung namens Nd2Fe14b zu erzeugen, die das stärkste magnetische Material ist. Neodym-Magnete ersetzen andere Arten von Materialien in mehreren industriellen und modernen kommerziellen Geräten.

Alnico

Das Akronym für Aluminium, Nickel und Kobalt ist „Alnico“, wobei diese drei Hauptelemente hauptsächlich bei der Herstellung magnetischer Alnico-Materialien verwendet werden. Diese Magnete sind im Vergleich zu Seltenerdmagneten sehr starke Permanentmagnete. Die Alnico-Magnete können im Inneren durch Permanentmagnete ersetzt werden Motoren , Lautsprecher & Generatoren.

Samarium-Kobalt

Diese Magnete wurden Anfang der 1970er Jahre vom U.S. Air Force Materials Laboratory entwickelt. Samarium-Kobalt oder SmCo ist ein magnetisches Material, das aus einer Legierung ungewöhnlicher Erdelemente wie hergestellt wird; Samarium, Hartmetall Kobalt, Eisenspuren, Hafnium, Kupfer, Praseodym und Zirkonium. Samarium-Kobalt-Magnete sind Seltenerdmagnete wie Neodym, da Samarium ein Element einer ähnlichen Gruppe seltener Erden wie Neodym ist.

Magnetische Materialien im Vergleich zu nichtmagnetischen Materialien

Die Unterschiede zwischen diesen beiden Materialien werden im Folgenden erläutert.

Vergleich

Der Vergleich zwischen verschiedenen magnetischen Materialien wird unten diskutiert.

Anwendungen

Der Anwendungen magnetischer Materialien das Folgende einschließen.

• Diese dienen der Stromerzeugung und -verteilung in den Geräten, die Strom nutzen.
• Sie werden zur Datenspeicherung auf Audio-, Videobändern und Computerfestplatten verwendet.
• Diese Materialien werden häufig im Leben, in der Produktion sowie in der Wissenschaft und Technologie der Landesverteidigung eingesetzt.
• Diese werden bei der Herstellung verschiedener Transformatoren und Motoren in der Energietechnik, verschiedener magnetischer Komponenten und Mikrowellenröhren in der Elektroniktechnik, Verstärkern und Filtern in der Kommunikationstechnik, elektromagnetischer Waffen, Haushaltsgeräte und magnetischer Minen in der Landesverteidigungstechnik verwendet.
• Diese werden häufig in der Mineral- und Geologieexploration, der Meeresforschung und neuen Technologien in den Bereichen Energie, Information, Raumfahrt und Biologie eingesetzt.
• Diese Materialien spielen eine bedeutende Rolle im Bereich der elektronischen Technologie und anderen Wissenschafts- und Technologiebereichen.
• Diese finden Anwendung in der Elektronik, Medizin, Elektrotechnik usw.
• Diese werden bei der Herstellung elektronischer und elektrischer Geräte wie Elektromotoren, Transformatoren und Generatoren verwendet.
• Diese werden bei der Herstellung magnetischer Speichergeräte verwendet, z. Disketten, Festplatten und Magnetbänder.
• Diese Arten von Materialien werden bei der Herstellung von Magnetsensoren verwendet, z. Hall-Effekt-Sensoren, Magnetfeldsensoren und magnetoresistive Sensoren.
• Diese sind in medizinischen Geräten anwendbar, z. MRT-Geräte, Herzschrittmacher und implantierbare Arzneimittelverabreichungssysteme.
• Diese werden in magnetischen Trennverfahren eingesetzt, mit denen magnetische Partikel von nichtmagnetischen Partikeln getrennt werden.
• Diese Materialien werden bei der Erzeugung erneuerbarer Energien verwendet, z. Wasserkraftwerke und Windkraftanlagen.

Das ist also so Ein Überblick über Magnet Materialien, Typen, Unterschiede, Materialvergleich und ihre Anwendungen. Hier ist eine Frage an Sie: Was ist ein Magnet?