Consideremos las principales áreas de aplicación de los ferromagnetos, así como las características de su clasificación. Comencemos con el hecho de que los ferromagnetos se denominan sólidos que tienen una magnetización descontrolada a bajas temperaturas. Cambia bajo la influencia de la deformación, el campo magnético, las fluctuaciones de temperatura.
Propiedades de los ferroimanes
El uso de ferromagnetos en tecnología se explica por sus propiedades físicas. Tienen una permeabilidad magnética muchas veces mayor que la del vacío. En este sentido, todos los dispositivos eléctricos que utilizan campos magnéticos para convertir un tipo de energía en otro tienen elementos especiales hechos de un material ferromagnético capaz de conducir un flujo magnético.
Características de los ferroimanes
¿Cuáles son las características distintivas de los ferromagnetos? Las propiedades y el uso de estas sustancias se explican por las peculiaridades de la estructura interna. Existe una relación directa entre las propiedades magnéticas de la materia y los portadores elementales del magnetismo, que son los electrones que se mueven dentro del átomo.
Mientras se mueven en órbitas circulares, crean corrientes elementales ydipolos que tienen un momento magnético. Su dirección está determinada por la regla de la barrena. El momento magnético de un cuerpo es la suma geométrica de todas las partes. Además de rotar en órbitas circulares, los electrones también se mueven alrededor de sus propios ejes, creando momentos de espín. Cumplen una función importante en el proceso de magnetización de los ferromagnetos.
La aplicación práctica de los ferromagnetos está asociada con la formación en ellos de regiones magnetizadas espontáneas con orientación paralela de los momentos de espín. Si el ferromagneto no está ubicado en un campo externo, entonces los momentos magnéticos individuales tienen diferentes direcciones, su suma es cero y no hay propiedad de magnetización.
Características distintivas de los ferromagnetos
Si los paramagnetos están asociados con las propiedades de moléculas o átomos individuales de una sustancia, entonces las propiedades ferromagnéticas pueden explicarse por las características específicas de la estructura cristalina. Por ejemplo, en estado de vapor, los átomos de hierro son ligeramente diamagnéticos, mientras que en estado sólido este metal es un ferromagnético. Como resultado de estudios de laboratorio, se reveló la relación entre la temperatura y las propiedades ferromagnéticas.
Por ejemplo, la aleación de Goisler, similar en propiedades magnéticas al hierro, no contiene este metal. Cuando se alcanza el punto de Curie (un determinado valor de temperatura), las propiedades ferromagnéticas desaparecen.
Entre sus características distintivas, se puede destacar no solo el alto valor de la permeabilidad magnética, sino también la relación entre la intensidad de campo ymagnetización.
La interacción de los momentos magnéticos de los átomos individuales de un ferroimán contribuye a la creación de poderosos campos magnéticos internos que se alinean paralelos entre sí. Un campo externo intenso provoca un cambio de orientación, lo que provoca un aumento de las propiedades magnéticas.
Naturaleza de los ferromagnetos
Los científicos han establecido la naturaleza de giro del ferromagnetismo. Al distribuir electrones sobre capas de energía, se tiene en cuenta el principio de exclusión de Pauli. Su esencia es que solo un cierto número de ellos puede estar en cada capa. Los valores resultantes de los momentos magnéticos orbitales y de espín de todos los electrones ubicados en una capa completamente llena son iguales a cero.
Los elementos químicos con propiedades ferromagnéticas (níquel, cob alto, hierro) son elementos de transición de la tabla periódica. En sus átomos, hay una violación del algoritmo para llenar capas con electrones. Primero, ingresan a la capa superior (orbital s), y solo después de que está completamente llena, los electrones ingresan a la capa ubicada debajo (orbital d).
El uso a gran escala de ferromagnetos, el principal de los cuales es el hierro, se explica por el cambio de estructura cuando se exponen a un campo magnético externo.
Propiedades similares solo pueden ser poseídas por aquellas sustancias en cuyos átomos hay capas internas sin terminar. Pero incluso esta condición no es suficiente para hablar de características ferromagnéticas. Por ejemplo, el cromo, el manganeso, el platino también tienencapas inacabadas dentro de los átomos, pero son paramagnéticos. La aparición de la magnetización espontánea se explica por una acción cuántica especial, que es difícil de explicar utilizando la física clásica.
Departamento
Existe una división condicional de dichos materiales en dos tipos: ferromagnetos duros y blandos. El uso de materiales duros está asociado a la fabricación de discos magnéticos, cintas para almacenar información. Los ferroimanes blandos son indispensables en la creación de electroimanes, núcleos de transformadores. Las diferencias entre las dos especies se explican por las peculiaridades de la estructura química de estas sustancias.
Características de uso
Echemos un vistazo más de cerca a algunos ejemplos del uso de ferromagnetos en varias ramas de la tecnología moderna. Los materiales magnéticos blandos se utilizan en ingeniería eléctrica para crear motores eléctricos, transformadores y generadores. Además, es importante señalar el uso de ferroimanes de este tipo en radiocomunicaciones y tecnología de baja corriente.
Se necesitan tipos rígidos para crear imanes permanentes. Si se apaga el campo externo, los ferroimanes conservan sus propiedades, ya que la orientación de las corrientes elementales no desaparece.
Es esta propiedad la que explica el uso de ferromagnetos. En resumen, podemos decir que tales materiales son la base de la tecnología moderna.
Los imanes permanentes son necesarios para crear instrumentos de medición eléctricos, teléfonos, altavoces, brújulas magnéticas, grabadoras de sonido.
Ferritas
Teniendo en cuenta el uso de ferroimanes, es necesario prestar especial atención a las ferritas. Son ampliamente utilizados en la ingeniería de radio de alta frecuencia, ya que combinan las propiedades de los semiconductores y los ferromagnetos. Es a partir de ferritas que actualmente se fabrican cintas y películas magnéticas, núcleos de inductores y discos. Son óxidos de hierro que se encuentran en la naturaleza.
Datos interesantes
Interesa el uso de ferromagnetos en máquinas eléctricas, así como en la tecnología de grabación en disco duro. La investigación moderna indica que a ciertas temperaturas, algunos ferroimanes pueden adquirir características paramagnéticas. Es por eso que estas sustancias se consideran poco conocidas y son de particular interés para los físicos.
El núcleo de acero puede aumentar el campo magnético varias veces sin cambiar la intensidad de la corriente.
El uso de ferroimanes puede ahorrar significativamente energía eléctrica. Por eso se utilizan materiales con propiedades ferromagnéticas para los núcleos de generadores, transformadores, motores eléctricos.
Histéresis magnética
Este es el fenómeno de la dependencia de la fuerza del campo magnético y el vector de magnetización en el campo externo. Esta propiedad se manifiesta en ferromagnetos, así como en aleaciones de hierro, níquel y cob alto. Un fenómeno similar se observa no solo en el caso de un cambio en la dirección y magnitud del campo, sino también en el caso de su rotación.
Permeabilidad
La permeabilidad magnética es una cantidad física que muestra la relación entre la inducción en un medio determinado y la del vacío. Si una sustancia crea su propio campo magnético, se considera magnetizada. Según la hipótesis de Ampère, el valor de las propiedades depende del movimiento orbital de los electrones "libres" en el átomo.
El ciclo de histéresis es una curva de la dependencia del cambio en el tamaño de la magnetización de un ferroimán ubicado en un campo externo del cambio en el tamaño de la inducción. Para desmagnetizar completamente el cuerpo usado, debe cambiar la dirección del campo magnético externo.
A un determinado valor de inducción magnética, que se denomina fuerza coercitiva, la magnetización de la muestra se vuelve cero.
Es la forma del bucle de histéresis y la magnitud de la fuerza coercitiva lo que determina la capacidad de una sustancia para mantener una magnetización parcial, lo que explica el uso generalizado de los ferromagnetos. Brevemente, las áreas de aplicación de los ferroimanes duros con un amplio bucle de histéresis se describen anteriormente. Los aceros de tungsteno, carbono, aluminio y cromo tienen una gran fuerza coercitiva, por lo tanto, se crean imanes permanentes de varias formas sobre su base: tira, herradura.
Entre los materiales blandos con una pequeña fuerza coercitiva, destacamos los minerales de hierro, así como las aleaciones de hierro y níquel.
El proceso de inversión de la magnetización de los ferromagnetos está asociado con un cambio en la región de magnetización espontánea. Para ello se utiliza el trabajo realizado por el campo externo. Cantidadel calor generado en este caso es proporcional al área del bucle de histéresis.
Conclusión
Actualmente, en todas las ramas de la tecnología, se utilizan activamente sustancias con propiedades ferromagnéticas. Además de un importante ahorro de recursos energéticos, el uso de dichas sustancias puede simplificar los procesos tecnológicos.
Por ejemplo, armado con potentes imanes permanentes, puede simplificar enormemente el proceso de creación de vehículos. Los potentes electroimanes, que se utilizan actualmente en las plantas de automóviles nacionales y extranjeras, permiten automatizar por completo los procesos tecnológicos más intensivos en mano de obra, así como acelerar significativamente el proceso de ensamblaje de nuevos vehículos.
En ingeniería de radio, los ferroimanes permiten obtener dispositivos de la más alta calidad y precisión.
Los científicos han logrado crear un método de un solo paso para fabricar nanopartículas magnéticas que son adecuadas para aplicaciones en medicina y electrónica.
Como resultado de numerosos estudios realizados en los mejores laboratorios de investigación, fue posible establecer las propiedades magnéticas de las nanopartículas de cob alto y hierro recubiertas con una fina capa de oro. Ya se ha confirmado su capacidad para transferir fármacos contra el cáncer o átomos de radionúclidos a la parte derecha del cuerpo humano y aumentar el contraste de las imágenes de resonancia magnética.
Además, tales partículas se pueden usar para actualizar los dispositivos de memoria magnética, lo que será un nuevo paso en la creación de un innovadortecnología médica.
Un equipo de científicos rusos logró desarrollar y probar un método para reducir soluciones acuosas de cloruros para obtener nanopartículas combinadas de cob alto y hierro adecuadas para crear materiales con características magnéticas mejoradas. Toda la investigación realizada por científicos tiene como objetivo mejorar las propiedades ferromagnéticas de las sustancias, aumentando su porcentaje de uso en la producción.
