ลองพิจารณาประเด็นหลักของการใช้เฟอร์โรแมกเนต์รวมถึงคุณสมบัติของการจำแนกประเภท เริ่มจากข้อเท็จจริงที่ว่าเฟอร์โรแมกเนติกเรียกว่าของแข็งที่มีการสะกดจิตที่ไม่สามารถควบคุมได้ที่อุณหภูมิต่ำ มันเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของการเสียรูป สนามแม่เหล็ก ความผันผวนของอุณหภูมิ
คุณสมบัติของเฟอร์โรแม่เหล็ก
การใช้เฟอร์โรแม่เหล็กในเทคโนโลยีอธิบายได้จากคุณสมบัติทางกายภาพ มีการซึมผ่านของแม่เหล็กซึ่งมากกว่าสุญญากาศหลายเท่า ในเรื่องนี้ อุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมดที่ใช้สนามแม่เหล็กเพื่อแปลงพลังงานประเภทหนึ่งเป็นอีกประเภทหนึ่งมีองค์ประกอบพิเศษที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกที่สามารถนำฟลักซ์แม่เหล็กได้
คุณสมบัติของเฟอร์โรแม่เหล็ก
ลักษณะเด่นของเฟอร์โรแมกเน็ตมีอะไรบ้าง? คุณสมบัติและการใช้สารเหล่านี้อธิบายโดยลักษณะเฉพาะของโครงสร้างภายใน มีความสัมพันธ์โดยตรงระหว่างคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสารและตัวพาพื้นฐานของสนามแม่เหล็ก ซึ่งก็คืออิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ภายในอะตอม
ในขณะที่โคจรเป็นวงกลม พวกมันสร้างกระแสเบื้องต้นและเป็นแม่เหล็กไดโพลที่มีโมเมนต์แม่เหล็ก ทิศทางของมันถูกกำหนดโดยกฎกิมเล็ต โมเมนต์แม่เหล็กของร่างกายเป็นผลรวมทางเรขาคณิตของทุกส่วน นอกจากการหมุนเป็นวงกลมแล้ว อิเล็กตรอนยังเคลื่อนที่ไปรอบๆ แกนของพวกมันเอง ทำให้เกิดโมเมนต์การหมุน พวกเขาทำหน้าที่สำคัญในกระบวนการทำให้เป็นแม่เหล็กของเฟอร์โรแม่เหล็ก
การใช้งานจริงของเฟอโรแมกเนติกสัมพันธ์กับการก่อตัวของบริเวณที่เป็นแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเองพร้อมกับการวางแนวขนานของโมเมนต์การหมุน ถ้าเฟอร์โรแมกเนทไม่ได้อยู่ในสนามภายนอก โมเมนต์แม่เหล็กแต่ละตัวจะมีทิศทางต่างกัน ผลรวมของพวกมันคือศูนย์ และไม่มีคุณสมบัติในการทำให้เป็นแม่เหล็ก
ลักษณะเด่นของเฟอร์โรแม่เหล็ก
หากพาราแมกเนติกสัมพันธ์กับคุณสมบัติของโมเลกุลหรืออะตอมของสารแต่ละชนิด สมบัติของเฟอร์โรแมกเนติกก็สามารถอธิบายได้ด้วยลักษณะเฉพาะของโครงสร้างผลึก ตัวอย่างเช่น ในสถานะไอ อะตอมของเหล็กจะมีไดอะแมกเนติกเล็กน้อย ในขณะที่ในสถานะของแข็ง โลหะนี้คือเฟอโรแมกเนท จากผลการศึกษาในห้องปฏิบัติการ เผยให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิและคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า
ตัวอย่างเช่น โลหะผสม Goisler ซึ่งมีคุณสมบัติทางแม่เหล็กคล้ายกับเหล็ก ไม่มีโลหะนี้ เมื่อถึงจุด Curie (ค่าอุณหภูมิที่กำหนด) คุณสมบัติของ ferromagnetic จะหายไป
ท่ามกลางลักษณะเด่นของพวกมัน เราสามารถแยกแยะไม่เพียงแต่ค่าการซึมผ่านของแม่เหล็กที่สูงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความสัมพันธ์ระหว่างความแรงของสนามกับการทำให้เป็นแม่เหล็ก
ปฏิสัมพันธ์ของโมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมแต่ละตัวของเฟอร์โรแมกเนทมีส่วนทำให้เกิดสนามแม่เหล็กภายในอันทรงพลังที่เรียงขนานกัน สนามภายนอกที่แข็งแกร่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในการวางแนว ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของคุณสมบัติของแม่เหล็ก
ธรรมชาติของธาตุเหล็ก
นักวิทยาศาสตร์ได้กำหนดลักษณะการหมุนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อกระจายอิเล็กตรอนเหนือชั้นพลังงาน หลักการกีดกันของ Pauli จะถูกนำมาพิจารณาด้วย สาระสำคัญของมันคือมีเพียงจำนวนหนึ่งเท่านั้นที่สามารถอยู่ในแต่ละเลเยอร์ ค่าผลลัพธ์ของโมเมนต์แม่เหล็กโคจรและสปินของอิเล็กตรอนทั้งหมดที่อยู่บนเปลือกที่เติมจนเต็มจะเท่ากับศูนย์
องค์ประกอบทางเคมีที่มีคุณสมบัติเฟอร์โรแมกเนติก (นิกเกิล โคบอลต์ เหล็ก) เป็นองค์ประกอบเฉพาะกาลของตารางธาตุ ในอะตอมของพวกมันมีการละเมิดอัลกอริทึมสำหรับการเติมอิเล็กตรอนในเปลือก ขั้นแรก พวกมันจะเข้าสู่ชั้นบน (s-orbital) และหลังจากเติมจนเต็มแล้ว อิเล็กตรอนจะเข้าสู่เปลือกที่อยู่ด้านล่าง (d-orbital)
การใช้เฟอร์โรแม่เหล็กขนาดใหญ่ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นเหล็ก อธิบายได้จากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กภายนอก
คุณสมบัติที่คล้ายกันสามารถครอบครองได้โดยสารเหล่านั้นในอะตอมที่มีเปลือกที่ยังไม่เสร็จภายในเท่านั้น แต่ถึงกระนั้นสภาพนี้ก็ยังไม่เพียงพอที่จะพูดถึงคุณลักษณะของเฟอร์โรแมกเนติก ตัวอย่างเช่น โครเมียม แมงกานีส แพลตตินั่มก็มีเปลือกที่ยังไม่เสร็จภายในอะตอม แต่เป็นพาราแมกเนติก การเกิดขึ้นของการทำให้เป็นแม่เหล็กโดยธรรมชาตินั้นอธิบายโดยการกระทำของควอนตัมพิเศษ ซึ่งยากต่อการอธิบายโดยใช้ฟิสิกส์คลาสสิก
ภาควิชา
วัสดุดังกล่าวแบ่งตามเงื่อนไขออกเป็นสองประเภท: เฟอร์โรแม่เหล็กแบบแข็งและแบบอ่อน การใช้วัสดุแข็งเกี่ยวข้องกับการผลิตแผ่นแม่เหล็ก เทปสำหรับเก็บข้อมูล แม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกที่อ่อนนุ่มนั้นขาดไม่ได้ในการสร้างแม่เหล็กไฟฟ้าแกนหม้อแปลง ความแตกต่างระหว่างทั้งสองสายพันธุ์อธิบายได้จากลักษณะเฉพาะของโครงสร้างทางเคมีของสารเหล่านี้
คุณสมบัติการใช้งาน
มาดูตัวอย่างการใช้เฟอร์โรแม็กเน็ตในสาขาต่างๆ ของเทคโนโลยีสมัยใหม่กันดีกว่า วัสดุแม่เหล็กอ่อนถูกนำมาใช้ในงานวิศวกรรมไฟฟ้าเพื่อสร้างมอเตอร์ไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า นอกจากนี้ สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตการใช้เฟอร์โรแม่เหล็กประเภทนี้ในการสื่อสารทางวิทยุและเทคโนโลยีกระแสไฟต่ำ
ต้องใช้ชนิดแข็งเพื่อสร้างแม่เหล็กถาวร หากปิดช่องภายนอก เฟอร์โรแม่เหล็กจะคงคุณสมบัติไว้ เนื่องจากทิศทางของกระแสน้ำเบื้องต้นจะไม่หายไป
คุณสมบัตินี้ที่อธิบายการใช้เฟอร์โรแม่เหล็ก กล่าวโดยย่อ เราสามารถพูดได้ว่าวัสดุดังกล่าวเป็นพื้นฐานของเทคโนโลยีสมัยใหม่
แม่เหล็กถาวรเป็นสิ่งจำเป็นในการสร้างเครื่องมือวัดไฟฟ้า โทรศัพท์ ลำโพง เข็มทิศแม่เหล็ก เครื่องบันทึกเสียง
เฟอร์ไรต์
เมื่อพิจารณาถึงการใช้เฟอร์โรแม่เหล็ก จำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับเฟอร์ไรท์ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิศวกรรมวิทยุความถี่สูง เนื่องจากเป็นการรวมคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์และเฟอร์โรแม่เหล็ก มันมาจากเฟอร์ไรท์ที่ทำเทปแม่เหล็กและฟิล์ม แกนของตัวเหนี่ยวนำ และดิสก์ พวกมันคือไอรอนออกไซด์ที่พบในธรรมชาติ
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ
ความสนใจคือการใช้เฟอร์โรแม่เหล็กในเครื่องจักรไฟฟ้า เช่นเดียวกับในเทคโนโลยีการบันทึกลงในฮาร์ดไดรฟ์ การวิจัยสมัยใหม่ระบุว่าที่อุณหภูมิหนึ่ง เฟอร์โรแมกเนติกบางชนิดสามารถได้รับคุณลักษณะที่เป็นพาราแมกเนติก นั่นคือเหตุผลที่สารเหล่านี้ถือว่าเข้าใจได้ไม่ดีและเป็นที่สนใจของนักฟิสิกส์เป็นพิเศษ
แกนเหล็กสามารถเพิ่มสนามแม่เหล็กได้หลายครั้งโดยไม่เปลี่ยนความแรงของกระแส
การใช้เฟอร์โรแม่เหล็กช่วยประหยัดพลังงานไฟฟ้าได้มาก นั่นคือเหตุผลที่ใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติเฟอร์โรแมกเนติกสำหรับแกนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า มอเตอร์ไฟฟ้า
แม่เหล็กฮิสเทรีซิส
นี่คือปรากฏการณ์ของการพึ่งพาความแรงของสนามแม่เหล็กและเวกเตอร์การสะกดจิตบนสนามภายนอก คุณสมบัตินี้แสดงออกมาในเฟอร์โรแมกเนติก เช่นเดียวกับโลหะผสมที่ทำจากเหล็ก นิกเกิล โคบอลต์ ปรากฏการณ์ที่คล้ายคลึงกันไม่เพียงสังเกตในกรณีที่มีการเปลี่ยนแปลงทิศทางและขนาดของสนามเท่านั้น แต่ยังสังเกตได้จากการหมุนของสนามด้วย
ซึมผ่าน
การซึมผ่านของแม่เหล็กคือปริมาณทางกายภาพที่แสดงอัตราส่วนของการเหนี่ยวนำในตัวกลางบางตัวต่อปริมาณในสุญญากาศ หากสสารสร้างสนามแม่เหล็กขึ้นมาเอง จะถือว่าถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก ตามสมมติฐานของ Ampère ค่าของคุณสมบัติขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน "อิสระ" ในวงโคจรในอะตอม
ฮิสเทรีซิสลูปเป็นเส้นโค้งของการพึ่งพาการเปลี่ยนแปลงในขนาดของการทำให้เป็นแม่เหล็กของเฟอร์โรแม่เหล็กที่อยู่ในสนามภายนอกเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงในขนาดของการเหนี่ยวนำ คุณต้องเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็กภายนอกเพื่อล้างอำนาจแม่เหล็กของร่างกายที่ใช้จนหมด
ที่ค่าหนึ่งของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กซึ่งเรียกว่าแรงบีบบังคับ การทำให้เป็นแม่เหล็กของตัวอย่างจะกลายเป็นศูนย์
มันคือรูปร่างของวงฮิสเทรีซิสและขนาดของแรงบีบบังคับที่กำหนดความสามารถของสารในการรักษาการทำให้เป็นแม่เหล็กบางส่วน อธิบายการใช้อย่างแพร่หลายของเฟอร์โรแม่เหล็ก โดยสังเขป ขอบเขตของการใช้เฟอร์โรแมกเนติกแบบแข็งที่มีวงฮิสเทรีซิสแบบกว้างได้อธิบายไว้ข้างต้น ทังสเตน, คาร์บอน, อลูมิเนียม, เหล็กโครเมียมมีแรงบีบบังคับขนาดใหญ่ ดังนั้น แม่เหล็กถาวรที่มีรูปร่างต่างๆ จึงถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของมัน: แถบ, เกือกม้า
ในบรรดาวัสดุเนื้ออ่อนที่มีแรงบีบบังคับเล็กน้อย เราสังเกตแร่เหล็ก เช่นเดียวกับโลหะผสมเหล็ก-นิกเกิล
กระบวนการกลับตัวเป็นแม่เหล็กของเฟอร์โรแมกเนติกสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงในภูมิภาคของการสะกดจิตที่เกิดขึ้นเอง สำหรับสิ่งนี้จะใช้งานที่ทำโดยฟิลด์ภายนอก ปริมาณความร้อนที่เกิดขึ้นในกรณีนี้เป็นสัดส่วนกับพื้นที่ของวงฮิสเทรีซิส
สรุป
ในปัจจุบัน ในทุกสาขาของเทคโนโลยี มีการใช้สารที่มีคุณสมบัติเฟอร์โรแมกเนติกอย่างแข็งขัน นอกจากการประหยัดพลังงานอย่างมากแล้ว การใช้สารดังกล่าวยังทำให้กระบวนการทางเทคโนโลยีง่ายขึ้น
ตัวอย่างเช่น ติดอาวุธแม่เหล็กถาวรอันทรงพลัง คุณสามารถทำให้กระบวนการสร้างยานพาหนะง่ายขึ้นอย่างมาก แม่เหล็กไฟฟ้าอันทรงพลังซึ่งปัจจุบันใช้กันในโรงงานผลิตรถยนต์ในประเทศและต่างประเทศ ทำให้กระบวนการทางเทคโนโลยีที่ต้องใช้แรงงานมากที่สุดเป็นไปโดยอัตโนมัติอย่างเต็มที่ รวมทั้งเร่งกระบวนการประกอบรถยนต์ใหม่ได้อย่างมาก
ในทางวิศวกรรมวิทยุ เฟอร์โรแม่เหล็กช่วยให้ได้อุปกรณ์ที่มีคุณภาพและความแม่นยำสูงสุด
นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการสร้างวิธีการขั้นตอนเดียวสำหรับการผลิตอนุภาคนาโนแม่เหล็กที่เหมาะสำหรับการใช้งานในทางการแพทย์และอิเล็กทรอนิกส์
จากการศึกษาจำนวนมากในห้องปฏิบัติการวิจัยที่ดีที่สุด จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอนุภาคนาโนโคบอลต์และเหล็กที่เคลือบด้วยชั้นทองบางๆ ความสามารถในการถ่ายโอนยาต้านมะเร็งหรืออะตอมเรดิโอนิวไคลด์ไปยังส่วนขวาของร่างกายมนุษย์ และเพิ่มความคมชัดของภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กได้รับการยืนยันแล้ว
นอกจากนี้อนุภาคดังกล่าวยังสามารถใช้เพื่ออัพเกรดอุปกรณ์หน่วยความจำแม่เหล็กซึ่งจะเป็นก้าวใหม่ในการสร้างนวัตกรรมเทคโนโลยีทางการแพทย์
ทีมนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียสามารถพัฒนาและทดสอบวิธีการลดสารละลายคลอไรด์ในน้ำเพื่อให้ได้อนุภาคนาโนของเหล็กโคบอลต์ผสมที่เหมาะสมสำหรับการสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ดีขึ้น การวิจัยทั้งหมดที่ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์มีจุดมุ่งหมายเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของสารเฟอร์โรแมกเนติกของสาร และเพิ่มเปอร์เซ็นต์การใช้ในการผลิต
