خصائص المواد المغناطيسية وتطبيقاتها في التكنولوجيا
حول سلك بتيار كهربائي ، حتى في الفراغ ، هناك حقل مغناطيسي... وإذا تم إدخال مادة في هذا المجال ، فسيتغير المجال المغناطيسي ، حيث إن أي مادة في المجال المغناطيسي ممغنطة ، أي أنها تكتسب عزمًا مغناطيسيًا أكبر أو أقل ، يُعرف بأنه مجموع اللحظات المغناطيسية الأولية المرتبطة الأجزاء التي تتكون منها تلك المادة.
يكمن جوهر الظاهرة في حقيقة أن جزيئات العديد من المواد لها لحظات مغناطيسية خاصة بها ، لأن الشحنات تتحرك داخل الجزيئات ، والتي تشكل تيارات دائرية أولية وبالتالي تكون مصحوبة بمجالات مغناطيسية. إذا لم يتم تطبيق مجال مغناطيسي خارجي على المادة ، فسيتم توجيه اللحظات المغناطيسية لجزيئاتها بشكل عشوائي في الفضاء ، وسيكون إجمالي المجال المغناطيسي (بالإضافة إلى إجمالي العزم المغناطيسي للجزيئات) لهذه العينة صفراً.
إذا تم إدخال العينة في مجال مغناطيسي خارجي ، فإن اتجاه اللحظات المغناطيسية الأولية لجزيئاتها سيكتسب اتجاهًا تفضيليًا تحت تأثير المجال الخارجي. نتيجة لذلك ، لن تكون العزم المغناطيسي الكلي للمادة صفراً ، لأن المجالات المغناطيسية للجزيئات الفردية في ظل الظروف الجديدة لا تعوض بعضها البعض. وهكذا ، فإن المادة تطور مجالًا مغناطيسيًا ب.
إذا كانت جزيئات مادة ما لا تحتوي في البداية على لحظات مغناطيسية (توجد مثل هذه المواد) ، فعند إدخال مثل هذه العينة في مجال مغناطيسي ، يتم تحفيز التيارات الدائرية فيها ، أي أن الجزيئات تكتسب لحظات مغناطيسية ، والتي مرة أخرى ، نتيجة لذلك ، يؤدي إلى ظهور إجمالي المجالات المغناطيسية ب.
معظم المواد المعروفة ممغنطة بشكل ضعيف في مجال مغناطيسي ، ولكن هناك أيضًا مواد تتميز بخصائص مغناطيسية قوية ، يطلق عليها المغناطيسات الحديدية… أمثلة على المغناطيسات الحديدية: الحديد والكوبالت والنيكل وسبائكها.
تشتمل المغناطيسات الحديدية على مواد صلبة لها مغنطة عفوية (تلقائية) في درجات الحرارة المنخفضة والتي تختلف اختلافًا كبيرًا تحت تأثير المجال المغناطيسي الخارجي أو التشوه الميكانيكي أو درجة الحرارة المتغيرة. هذه هي الطريقة التي يتصرف بها الصلب والحديد والنيكل والكوبالت والسبائك. نفاذية المغناطيسية الخاصة بهم أعلى بآلاف المرات من نفاذية الفراغ.
لهذا السبب ، في الهندسة الكهربائية ، لإجراء تدفق مغناطيسي وتحويل الطاقة ، يتم استخدامه تقليديًا النوى المغناطيسية مصنوعة من مواد مغناطيسية.
في مثل هذه المواد ، تعتمد الخواص المغناطيسية على الخصائص المغناطيسية للحوامل الأولية للمغناطيسية - تتحرك الإلكترونات داخل الذرات... بالطبع ، تشكل الإلكترونات التي تتحرك في مدارات في الذرات حول نواتها تيارات دائرية (ثنائيات أقطاب مغناطيسية). لكن في هذه الحالة ، تدور الإلكترونات أيضًا حول محاورها ، مما يخلق لحظات مغناطيسية تدور ، والتي تلعب ببساطة الدور الرئيسي في مغنطة المغناطيسات الحديدية.
تتجلى الخصائص المغناطيسية الحديدية فقط عندما تكون المادة في حالة بلورية. بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد هذه الخصائص بدرجة كبيرة على درجة الحرارة ، حيث تمنع الحركة الحرارية الاتجاه المستقر للحظات المغناطيسية الأولية. لذلك ، لكل مغنطيس حديدي ، يتم تحديد درجة حرارة معينة (نقطة كوري) يتم عندها تدمير بنية المغنطة وتصبح المادة مغناطيسًا حدوديًا. على سبيل المثال ، بالنسبة للحديد تبلغ 900 درجة مئوية.
حتى في المجالات المغناطيسية الضعيفة ، يمكن مغنطة المغناطيسات الحديدية إلى التشبع. علاوة على ذلك ، تعتمد نفاذية المغناطيسية على حجم المجال المغناطيسي الخارجي المطبق.
في بداية عملية المغنطة الحث المغناطيسي ب يصبح أقوى في المغناطيسية الحديدية ، مما يعني النفاذية المغناطيسية إنه رائع. ولكن عندما يحدث التشبع ، فإن زيادة الحث المغناطيسي للحقل الخارجي لم تعد تؤدي إلى زيادة المجال المغناطيسي للمغناطيس الحديدي ، وبالتالي تقل النفاذية المغناطيسية للعينة ، فهي تميل الآن إلى 1.
خاصية مهمة للمغناطيسات الحديدية بقية... لنفترض أن قضيبًا مغناطيسيًا حديديًا تم وضعه في الملف ، وبزيادة التيار في الملف ، يتم تشبعه. ثم تم إيقاف التيار الموجود في الملف ، أي تمت إزالة المجال المغناطيسي للملف.
سيكون من الممكن ملاحظة أن القضيب لم يتم إزالة المغناطيسية إلى الحالة التي كان فيها في البداية ، وسيكون مجاله المغناطيسي أكبر ، أي سيكون هناك تحريض متبقي. تم تدوير القضيب بهذه الطريقة بمغناطيس دائم.
لإزالة مغناطيسية مثل هذا القضيب مرة أخرى ، سيكون من الضروري تطبيق مجال مغناطيسي خارجي عليه بالاتجاه المعاكس وبحث يساوي الحث المتبقي. تسمى قيمة معامل تحريض المجال المغناطيسي الذي يجب تطبيقه على مغناطيس مغناطيسي ممغنط (مغناطيس دائم) من أجل إزالة المغناطيسية القوة القسرية.
تختلف منحنيات التمغنط (حلقات التخلفية) للمواد المغناطيسية المختلفة عن بعضها البعض.
تحتوي بعض المواد على حلقات تخلفية واسعة - وهي مواد ذات مغنطة عالية متبقية ، وتسمى بالمواد الصلبة مغناطيسيًا. تستخدم المواد المغناطيسية الصلبة في صناعة المغناطيس الدائم.
على العكس من ذلك ، فإن المواد المغناطيسية اللينة لها حلقة تخلفية ضيقة ، ومغنطة منخفضة متبقية ، ويمكن مغنطتها بسهولة في المجالات الضعيفة. هذه مواد مغناطيسية ناعمة تُستخدم كقلب مغناطيسي للمحولات ، والساكنات الحركية ، وما إلى ذلك.
تلعب المغناطيسات الحديدية دورًا مهمًا للغاية في التكنولوجيا اليوم. تستخدم المواد المغناطيسية اللينة (الفريت ، الفولاذ الكهربائي) في المحركات والمولدات الكهربائية ، في المحولات والموانع ، وكذلك في هندسة الراديو. مصنوعة من الفريت النوى مغو.
تستخدم المواد المغناطيسية الصلبة (حديد الباريوم ، الكوبالت ، السترونتيوم ، النيوديميوم ، الحديد ، البورون) لصنع مغناطيس دائم. تستخدم المغناطيسات الدائمة على نطاق واسع في الأدوات الكهربائية والصوتية والمحركات والمولدات والبوصلة المغناطيسية وما إلى ذلك.