تاريخ إنشاء واستخدام المواد المغناطيسية

يرتبط تاريخ استخدام المواد المغناطيسية ارتباطًا وثيقًا بتاريخ الاكتشاف والبحث الظواهر المغناطيسية، وكذلك تاريخ تطور المواد المغناطيسية وتحسين خصائصها.

أول من يذكر للمواد المغناطيسية يعود تاريخه إلى العصور القديمة عندما تم استخدام المغناطيس لعلاج الأمراض المختلفة.

أول جهاز مصنوع من مادة طبيعية (أكسيد الحديد الأسود) تم إنتاجه في الصين خلال عهد أسرة هان (206 ق.م - 220 م). في نص Lunheng (القرن الأول الميلادي) يتم وصفها على النحو التالي: "هذه الأداة تشبه الملعقة ، وإذا وضعتها على طبق ، فسيشير مقبضها إلى الجنوب." على الرغم من حقيقة أن مثل هذا "الجهاز" كان يستخدم في الرمل ، إلا أنه يعتبر نموذجًا أوليًا للبوصلة.

النموذج الأولي للبوصلة التي تم إنشاؤها في الصين خلال عهد أسرة هان: أ - نموذج بالحجم الطبيعي ؛ ب- أثر الاختراع

حتى نهاية القرن الثامن عشر تقريبًا.تم استخدام الخواص المغناطيسية للمغنتيت الطبيعي الممغنط والحديد الممغنط معها فقط لتصنيع البوصلات ، على الرغم من وجود أساطير المغناطيس التي تم تثبيتها عند مدخل المنزل من أجل اكتشاف الأسلحة الحديدية التي يمكن إخفاؤها تحت ملابس الشخص الوارد.

على الرغم من حقيقة أن المواد المغناطيسية كانت تستخدم لقرون عديدة فقط في صناعة البوصلات ، فقد شارك العديد من العلماء في دراسة الظواهر المغناطيسية (ليوناردو دافنشي ، ج. M. Lomonosov ، إلخ) ، الذي ساهم في تطوير علم المغناطيسية واستخدام المواد المغناطيسية.

كانت إبر البوصلة المستخدمة في ذلك الوقت ممغنطة أو ممغنطة بشكل طبيعي المغنتيت الطبيعي... في عام 1743 فقط ثنى د.برنولي المغناطيس وأعطاه شكل حدوة حصان ، مما زاد من قوته بشكل كبير.

في القرن التاسع عشر. أوجد البحث في الكهرومغناطيسية وكذلك تطوير الأجهزة المناسبة شروطًا أساسية لاستخدام المواد المغناطيسية على نطاق واسع.

في عام 1820 ، اكتشف HC Oersted العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. بناءً على اكتشافه ، صنع دبليو ستيرجن في عام 1825 أول مغناطيس كهربائي ، وهو قضيب حديدي مغطى بورنيش عازل ، بطول 30 سم وقطره 1.3 سم ، مثني على شكل حدوة حصان ، كان هناك 18 لفة من الأسلاك الجرح متصل ببطارية كهربائية عن طريق الاتصال. يمكن أن تحمل حدوة الحصان الممغنطة حمولة 3600 جرام.

مغناطيس الحفش الكهربائي (يُظهر الخط المنقط موضع التلامس الكهربائي المتحرك عند إغلاق الدائرة الكهربائية)

إن أعمال P. Barlow لتقليل التأثير على بوصلات السفن وكرونومتر المجال المغناطيسي الناتج عن الأجزاء المحيطة المحتوية على الحديد تنتمي إلى نفس الفترة. كان بارلو أول من وضع أجهزة حماية المجال المغناطيسي موضع التنفيذ.

أول تطبيق عملي الدوائر المغناطيسية المتعلقة بتاريخ اختراع الهاتف. في عام 1860 ، أظهر أنطونيو ميوتشي القدرة على نقل الأصوات عبر الأسلاك باستخدام جهاز يسمى Teletrophone. لم يتم الاعتراف بأولوية A. Meucci إلا في عام 2002 ، وحتى ذلك الحين ، كان A.Bell يعتبر مبتكر الهاتف ، على الرغم من حقيقة أن طلب الاختراع لعام 1836 قد تم تقديمه بعد 5 سنوات من تقديم طلب A.Meucci.

تمكن T.A.Edison من تضخيم صوت الهاتف بمساعدة محول، على براءة اختراع في وقت واحد من قبل P.N. Yablochkov و A. Bell في عام 1876.

في عام 1887 ، نشر ب. جانيت عملًا يصف جهازًا لتسجيل اهتزازات الصوت. تم إدخال ورق فولاذي مطلي بالمسحوق في الفتحة الطولية للأسطوانة المعدنية المجوفة ، والتي لم تقطع الأسطوانة تمامًا. عندما يمر التيار عبر الأسطوانة ، يجب توجيه جزيئات الغبار بطريقة معينة تحت تأثير تيار المجال المغناطيسي.

في عام 1898 ، قام المهندس الدنماركي ف. بولسن بتنفيذ أفكار أو.سميث حول طرق التسجيل الصوتي. يمكن اعتبار هذا العام عام ميلاد التسجيل المغناطيسي للمعلومات. يستخدم V.Poulsen كوسيط تسجيل مغناطيسي ، سلك بيانو فولاذي بقطر 1 مم ملفوف على لفة غير مغناطيسية.

أثناء التسجيل أو التشغيل ، تدور البكرة مع السلك بالنسبة إلى الرأس المغناطيسي ، الذي يتحرك بالتوازي مع محورها. مثل الرؤوس المغناطيسية المغناطيسات الكهربائية المستخدمة، يتكون من قلب على شكل قضيب مع ملف ، انزلق أحد طرفيه فوق طبقة العمل.

أصبح الإنتاج الصناعي للمواد المغناطيسية الاصطناعية ذات الخصائص المغناطيسية الأعلى ممكنًا فقط بعد تطوير تقنيات صهر المعادن وتحسينها.

في القرن التاسع عشر. المادة المغناطيسية الرئيسية هي الفولاذ الذي يحتوي على 1.2 ... 1.5٪ كربون. من نهاية القرن التاسع عشر. بدأ الاستعاضة عن سبائك الصلب مع السيليكون. تميز القرن العشرين بإنشاء العديد من العلامات التجارية للمواد المغناطيسية ، وتحسين طرق جذبها وإنشاء بنية بلورية معينة.

في عام 1906 ، تم إصدار براءة اختراع أمريكية لقرص مغناطيسي صلب. كانت القوة القسرية للمواد المغناطيسية المستخدمة في التسجيل منخفضة ، مما أدى ، إلى جانب الحث المتبقي العالي والسماكة الكبيرة لطبقة العمل وقابلية التصنيع المنخفضة ، إلى حقيقة أن فكرة التسجيل المغناطيسي قد تم نسيانها عمليًا حتى العشرينات من القرن الماضي قرن.

في عام 1925 في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية وفي عام 1928 في ألمانيا ، تم تطوير وسائط تسجيل ، وهي عبارة عن ورق مرن أو شريط بلاستيكي يتم وضع طبقة من مسحوق تحتوي على حديد الكربونيل.

في العشرينات من القرن الماضي. يتم إنشاء المواد المغناطيسية على أساس سبائك الحديد مع النيكل (بيرمالويد) والحديد مع الكوبالت (بيرميندورا). للاستخدام على الترددات العالية ، تتوفر البطاقات الحديدية ، وهي مادة مغلفة مصنوعة من الورق المطلي بالورنيش مع جزيئات مسحوق الحديد الموزعة فيه.

في عام 1928 ، تم الحصول على مسحوق حديد يتكون من جزيئات بحجم ميكرون في ألمانيا ، والذي تم اقتراح استخدامه كحشو في تصنيع النوى على شكل حلقات وقضبان.ينتمي أول تطبيق لـ permalloy في بناء مرحل تلغراف إلى نفس الفترة.

يحتوي كل من Permalloy و permendyur على مكونات باهظة الثمن - النيكل والكوبالت ، ولهذا تم تطوير مواد بديلة في البلدان التي تفتقر إلى المواد الخام المناسبة.

في عام 1935 ، ابتكر H. Masumoto (اليابان) سبيكة تعتمد على الحديد المخلوط بالسيليكون والألمنيوم (Alcifer).

في الثلاثينيات. ظهرت سبائك الحديد والنيكل والألمنيوم (YUNDK) ، والتي كانت لها قيم عالية (في ذلك الوقت) للقوة القسرية والطاقة المغناطيسية المحددة. بدأ الإنتاج الصناعي للمغناطيس القائم على هذه السبائك في الأربعينيات.

في الوقت نفسه ، تم تطوير أنواع مختلفة من الفريت وتم إنتاج الحديد والزنك والمنغنيز والزنك. وشمل هذا العقد أيضًا تطوير واستخدام عوازل مغناطيسية تعتمد على مساحيق الحديد الدائم والكربونيل.

خلال نفس السنوات ، تم اقتراح التطورات التي شكلت الأساس لتحسين التسجيل المغناطيسي. في عام 1935 ، تم إنشاء جهاز يسمى Magnetofon-K1 في ألمانيا ، حيث تم استخدام شريط مغناطيسي لتسجيل الصوت ، وتتكون طبقة العمل منه من أكسيد الحديد الأسود.

في عام 1939 ، طور F. Matthias (IG Farben / BASF) شريطًا متعدد الطبقات يتكون من دعامة ولصق وأكسيد حديد جاما. تم إنشاء رؤوس مغناطيسية دائرية ذات قلب مغناطيسي يعتمد على بيرمالويد للتشغيل والتسجيل.

في الأربعينيات. أدى تطوير تكنولوجيا الرادار إلى دراسات تفاعل الموجة الكهرومغناطيسية مع الفريت الممغنط. في عام 1949 ، لاحظ دبليو هيويت ظاهرة الرنين المغنطيسي الحديدي في الفريت. في أوائل الخمسينيات.بدأ إنتاج إمدادات الطاقة المساعدة القائمة على الفريت.

في 1950s. في اليابان ، بدأ الإنتاج التجاري للفريتات المغناطيسية الصلبة ، والتي كانت أرخص من سبائك YUNDK ، ولكنها أدنى منها من حيث الطاقة المغناطيسية المحددة. تعود بداية استخدام الأشرطة المغناطيسية لتخزين المعلومات في أجهزة الكمبيوتر وتسجيل البث التلفزيوني إلى نفس الفترة.

في الستينيات من القرن الماضي. يجري تطوير مواد مغناطيسية تعتمد على مركبات الكوبالت مع الإيتريوم والسماريوم ، والتي ستؤدي في العقد القادم إلى التنفيذ الصناعي وتحسين المواد المماثلة من أنواع مختلفة.

في السبعينيات من القرن الماضي. أدى تطوير تقنيات إنتاج الأفلام المغناطيسية الرقيقة إلى استخدامها على نطاق واسع لتسجيل المعلومات وتخزينها.

في الثمانينيات من القرن الماضي. بدء الإنتاج التجاري للمغناطيسات الملبدة على أساس نظام ندفيب. في نفس الوقت تقريبًا ، بدأ إنتاج السبائك المغناطيسية غير المتبلورة ، وبعد ذلك بقليل ، أصبحت السبائك المغناطيسية النانوية ، والتي أصبحت بديلاً للثلاثي ، وفي بعض الحالات ، للفولاذ الكهربائي.

أدى اكتشاف تأثير المقاومة المغناطيسية العملاق في الأفلام متعددة الطبقات التي تحتوي على طبقات مغناطيسية بسمك نانومتر في عام 1985 إلى وضع الأساس لاتجاه جديد في الإلكترونيات - الإلكترونيات السينية (الإلكترونيات السينية).

في التسعينيات من القرن الماضي. تمت إضافة المركبات القائمة على نظام SmFeN إلى طيف المواد المغناطيسية الصلبة المركبة وفي عام 1995 تم اكتشاف تأثير نفق المقاومة المغناطيسية.

في 2005تم اكتشاف تأثير المقاومة المغناطيسية للنفق العملاق. بعد ذلك ، تم تطوير مستشعرات تعتمد على تأثير المقاومة المغناطيسية العملاقة والأنفاق ودخلت حيز الإنتاج ، وهي مخصصة للاستخدام في رؤوس التسجيل / الاستنساخ المدمجة للأقراص المغناطيسية الصلبة ، وفي أجهزة الشريط المغناطيسي ، إلخ. كما تم إنشاء أجهزة ذاكرة الوصول العشوائي.

في عام 2006 ، بدأ الإنتاج الصناعي للأقراص المغناطيسية للتسجيل المغناطيسي العمودي. إن تطور العلم ، وتطوير التقنيات والمعدات الجديدة لا تجعل من الممكن فقط إنشاء مواد جديدة ، ولكن أيضًا لتحسين خصائص المواد التي تم إنشاؤها مسبقًا.

يمكن وصف بداية القرن الحادي والعشرين بالمجالات الرئيسية التالية للبحث المتعلقة باستخدام المواد المغناطيسية:

• في مجال الإلكترونيات - تقليل حجم المعدات بسبب إدخال الأجهزة المسطحة والرقيقة ؛

• في تطوير المغناطيس الدائم - استبدال المغناطيسات الكهربائية في الأجهزة المختلفة ؛

• في أجهزة التخزين - تقليل حجم خلية الذاكرة وزيادة السرعة ؛

• في التدريع الكهرومغناطيسي - زيادة كفاءة الدروع الكهرومغناطيسية في نطاق تردد واسع مع تقليل سمكها ؛

• في إمدادات الطاقة - توسيع حدود نطاق التردد الذي تستخدم فيه المواد المغناطيسية ؛

• في الوسائط السائلة غير المتجانسة ذات الجسيمات المغناطيسية - توسيع مناطق تطبيقها الفعال ؛

• في تطوير وإنشاء أجهزة استشعار من أنواع مختلفة - توسيع النطاق وتحسين الخصائص التقنية (خاصة الحساسية) من خلال استخدام مواد وتقنيات جديدة.