Chúng ta hãy xem xét các lĩnh vực ứng dụng chính của sắt từ, cũng như các đặc điểm phân loại của chúng. Hãy bắt đầu với thực tế là các chất sắt từ được gọi là chất rắn có từ hóa không kiểm soát được ở nhiệt độ thấp. Nó thay đổi dưới tác động của biến dạng, từ trường, biến động nhiệt độ.
Tính chất của sắt từ
Việc sử dụng sắt từ trong công nghệ được giải thích bởi các đặc tính vật lý của chúng. Chúng có độ từ thẩm lớn hơn nhiều lần so với độ từ thẩm trong chân không. Về vấn đề này, tất cả các thiết bị điện sử dụng từ trường để biến đổi một dạng năng lượng này thành một dạng năng lượng khác đều có các phần tử đặc biệt làm bằng vật liệu sắt từ có khả năng dẫn từ thông.
Tính năng của sắt từ
Đặc điểm phân biệt của sắt từ là gì? Các đặc tính và công dụng của những chất này được giải thích bởi những đặc thù của cấu trúc bên trong. Có một mối quan hệ trực tiếp giữa các tính chất từ của vật chất và các hạt tải điện cơ bản của từ tính, đó là các electron chuyển động bên trong nguyên tử.
Trong khi chuyển động theo quỹ đạo tròn, chúng tạo ra dòng điện sơ cấp và từ trườnglưỡng cực có mômen từ. Hướng của nó được xác định bởi quy tắc gimlet. Mômen từ của một vật là tổng hình học của tất cả các bộ phận. Ngoài việc quay theo quỹ đạo tròn, các electron còn chuyển động quanh trục của chính chúng, tạo ra mômen quay. Chúng thực hiện một chức năng quan trọng trong quá trình từ hóa của sắt từ.
Ứng dụng thực tế của nam châm gắn liền với sự hình thành trong chúng các vùng từ hóa tự phát với định hướng song song của mômen quay. Nếu nam châm không nằm trong trường bên ngoài, thì các mômen từ riêng lẻ có hướng khác nhau, tổng của chúng bằng 0 và không có tính chất từ hóa.
Đặc điểm nổi bật của sắt từ
Nếu paramagnet gắn liền với đặc tính của các phân tử hoặc nguyên tử riêng lẻ của một chất, thì tính chất sắt từ có thể được giải thích bằng các đặc điểm cụ thể của cấu trúc tinh thể. Ví dụ, ở trạng thái hơi, nguyên tử sắt hơi nghịch từ, trong khi ở trạng thái rắn, kim loại này là một chất sắt từ. Kết quả của các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm, mối quan hệ giữa nhiệt độ và tính chất sắt từ đã được tiết lộ.
Ví dụ, hợp kim Goisler, có tính chất từ tính tương tự như sắt, không chứa kim loại này. Khi đạt đến điểm Curie (một giá trị nhiệt độ nhất định), tính chất sắt từ biến mất.
Trong số các đặc tính khác biệt của chúng, người ta có thể chỉ ra không chỉ giá trị cao của độ từ thẩm, mà còn là mối quan hệ giữa cường độ trường vàtừ hóa.
Sự tương tác của các mômen từ của các nguyên tử riêng lẻ của một nam châm góp phần tạo ra các từ trường bên trong mạnh mẽ đặt song song với nhau. Một trường bên ngoài mạnh dẫn đến thay đổi định hướng, dẫn đến tăng tính chất từ.
Bản chất của sắt từ
Các nhà khoa học đã thiết lập bản chất quay của chất sắt từ. Khi phân bố các electron trên các lớp năng lượng, nguyên tắc loại trừ Pauli được tính đến. Bản chất của nó là chỉ có một số lượng nhất định chúng có thể ở trên mỗi lớp. Các giá trị thu được của mômen từ quỹ đạo và spin của tất cả các electron nằm trên một lớp vỏ được lấp đầy hoàn toàn bằng 0.
Nguyên tố hóa học có tính chất sắt từ (niken, coban, sắt) là những nguyên tố chuyển tiếp của bảng tuần hoàn. Trong các nguyên tử của chúng, có sự vi phạm thuật toán để lấp đầy các lớp vỏ bằng các electron. Đầu tiên, chúng đi vào lớp trên (quỹ đạo s), và chỉ sau khi nó được lấp đầy hoàn toàn, các điện tử mới đi vào lớp vỏ nằm bên dưới (quỹ đạo d).
Việc sử dụng quy mô lớn các nam châm, trong đó chính là sắt, được giải thích là do sự thay đổi cấu trúc khi tiếp xúc với từ trường bên ngoài.
Các tính chất tương tự chỉ có thể được sở hữu bởi những chất trong nguyên tử của chúng có lớp vỏ chưa hoàn thiện bên trong. Nhưng ngay cả điều kiện này cũng không đủ để nói về đặc tính sắt từ. Ví dụ, crom, mangan, bạch kim cũng cólớp vỏ chưa hoàn thành bên trong nguyên tử, nhưng chúng thuận từ. Sự xuất hiện của từ hóa tự phát được giải thích bởi một hành động lượng tử đặc biệt, điều này rất khó giải thích bằng vật lý cổ điển.
Cục
Có điều kiện phân chia các vật liệu đó thành hai loại: sắt từ cứng và mềm. Việc sử dụng vật liệu cứng gắn liền với việc chế tạo đĩa từ, băng để lưu trữ thông tin. Nam châm mềm không thể thiếu trong việc chế tạo nam châm điện, lõi máy biến áp. Sự khác biệt giữa hai loài được giải thích bởi sự đặc biệt của cấu trúc hóa học của những chất này.
Tính năng sử dụng
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một số ví dụ về việc sử dụng sắt từ trong các ngành khác nhau của công nghệ hiện đại. Vật liệu từ mềm được sử dụng trong kỹ thuật điện để tạo ra động cơ điện, máy biến áp, máy phát điện. Ngoài ra, điều quan trọng cần lưu ý là việc sử dụng các loại sắt từ loại này trong thông tin liên lạc vô tuyến và công nghệ dòng điện thấp.
Loại cứng cần thiết để tạo nam châm vĩnh cửu. Nếu trường bên ngoài bị tắt, các nam châm vẫn giữ nguyên các đặc tính của chúng, vì định hướng của các dòng điện sơ cấp không biến mất.
Chính tính chất này giải thích việc sử dụng sắt từ. Tóm lại, chúng ta có thể nói rằng những vật liệu như vậy là cơ sở của công nghệ hiện đại.
Nam châm vĩnh cửu cần thiết khi tạo dụng cụ đo điện, điện thoại, loa phóng thanh, la bàn từ, máy ghi âm.
Ferrites
Xem xét việc sử dụng sắt từ, cần đặc biệt lưu ý đối với sắt từ. Chúng được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật vô tuyến tần số cao, vì chúng kết hợp các đặc tính của chất bán dẫn và sắt từ. Hiện nay người ta tạo ra băng và phim từ tính, lõi của cuộn cảm và đĩa từ sắt. Chúng là các oxit sắt được tìm thấy trong tự nhiên.
Sự thật thú vị
Mối quan tâm là việc sử dụng sắt từ trong máy điện, cũng như trong công nghệ ghi âm trong ổ cứng. Nghiên cứu hiện đại chỉ ra rằng ở những nhiệt độ nhất định, một số sắt từ có thể có được các đặc tính thuận từ. Đó là lý do tại sao những chất này bị coi là kém hiểu biết và được các nhà vật lý đặc biệt quan tâm.
Lõi thép có khả năng tăng từ trường lên nhiều lần mà không làm thay đổi cường độ dòng điện.
Việc sử dụng nam châm có thể tiết kiệm đáng kể năng lượng điện. Đó là lý do tại sao vật liệu có đặc tính sắt từ được sử dụng cho lõi của máy phát điện, máy biến áp, động cơ điện.
Từ trễ
Đây là hiện tượng sự phụ thuộc của cường độ từ trường và véc tơ từ hóa vào trường ngoài. Tính chất này thể hiện ở các chất sắt từ, cũng như trong các hợp kim làm bằng sắt, niken, coban. Hiện tượng tương tự không chỉ được quan sát trong trường hợp thay đổi hướng và độ lớn của trường, mà còn trong trường hợp quay của nó.
Thấm
Độ từ thẩm là đại lượng vật lý biểu thị tỉ số giữa cảm ứng trong môi trường nhất định với cảm ứng trong chân không. Nếu một chất tạo ra từ trường của chính nó, nó được coi là bị nhiễm từ. Theo giả thuyết của Ampère, giá trị của các thuộc tính phụ thuộc vào quỹ đạo chuyển động của các electron "tự do" trong nguyên tử.
Vòng từ trễ là một đường cong biểu thị sự phụ thuộc của sự thay đổi kích thước từ hóa của một nam châm nằm trong trường ngoài vào sự thay đổi kích thước của cảm ứng. Để khử từ hoàn toàn cơ thể đã sử dụng, bạn cần thay đổi hướng của từ trường bên ngoài.
Tại một giá trị nhất định của cảm ứng từ, được gọi là lực cưỡng bức, độ từ hóa của mẫu trở thành không.
Chính hình dạng của vòng từ trễ và độ lớn của lực cưỡng bức quyết định khả năng duy trì từ hóa cục bộ của một chất, giải thích việc sử dụng rộng rãi nam châm. Một cách ngắn gọn, các lĩnh vực ứng dụng của sắt từ cứng với vòng từ trễ rộng được mô tả ở trên. Thép vonfram, cacbon, nhôm, crom có lực cưỡng bức lớn, do đó, nam châm vĩnh cửu với nhiều hình dạng khác nhau được tạo ra trên cơ sở của chúng: dải, móng ngựa.
Trong số các vật liệu mềm có lực cưỡng chế nhỏ, chúng tôi lưu ý đến quặng sắt, cũng như hợp kim sắt-niken.
Quá trình đảo ngược từ hóa của sắt từ gắn liền với sự thay đổi trong vùng của từ hóa tự phát. Đối với điều này, công việc được thực hiện bởi trường bên ngoài được sử dụng. Định lượngnhiệt sinh ra trong trường hợp này tỷ lệ với diện tích của vòng lặp trễ.
Kết
Hiện nay, trong tất cả các ngành công nghệ, các chất có tính chất sắt từ được sử dụng tích cực. Ngoài việc tiết kiệm đáng kể nguồn năng lượng, việc sử dụng các chất này có thể đơn giản hóa các quy trình công nghệ.
Ví dụ, được trang bị nam châm vĩnh cửu cực mạnh, bạn có thể đơn giản hóa quá trình tạo xe. Nam châm điện mạnh mẽ, hiện đang được sử dụng tại các nhà máy ô tô trong và ngoài nước, giúp tự động hóa hoàn toàn các quy trình công nghệ sử dụng nhiều lao động nhất, cũng như tăng tốc đáng kể quy trình lắp ráp xe mới.
Trong kỹ thuật vô tuyến, nam châm giúp có thể thu được các thiết bị có chất lượng và độ chính xác cao nhất.
Các nhà khoa học đã thành công trong việc tạo ra phương pháp một bước để sản xuất các hạt nano từ tính thích hợp cho các ứng dụng trong y học và điện tử.
Là kết quả của nhiều nghiên cứu được thực hiện trong các phòng thí nghiệm nghiên cứu tốt nhất, có thể thiết lập tính chất từ tính của các hạt nano sắt và coban được phủ một lớp vàng mỏng. Khả năng chuyển thuốc chống ung thư hoặc nguyên tử hạt nhân phóng xạ đến đúng phần của cơ thể người và tăng độ tương phản của hình ảnh cộng hưởng từ đã được xác nhận.
Ngoài ra, các hạt như vậy có thể được sử dụng để nâng cấp các thiết bị bộ nhớ từ tính, đây sẽ là một bước tiến mới trong việc tạo ra mộtcông nghệ y tế.
Một nhóm các nhà khoa học Nga đã cố gắng phát triển và thử nghiệm một phương pháp khử các dung dịch nước chứa clorua để thu được các hạt nano coban-sắt kết hợp phù hợp để tạo ra các vật liệu có đặc tính từ tính được cải thiện. Tất cả các nghiên cứu do các nhà khoa học thực hiện đều nhằm mục đích cải thiện tính chất sắt từ của các chất, tăng tỷ lệ sử dụng chúng trong sản xuất.
