Ферромагнетики свойства и применение

Применение ферромагнетиков

• Постоянные магниты находят широкое применение в электроизмерительных приборах, громкоговорителях и телефонах, звукозаписывающих аппаратах, в магнитных компасах, в электронно-вычислительных машинах (ЭВМ), магнитофонах, на магнитных лентах.

• Большое применение получили ферриты — ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока.Они представляют собой химические соединения оксидов железа с оксидами других веществ. Один из известных ферромагнитных материалов — магнитный железняк является ферритом.

• Магнитная запись информации.

Из ферромагнетиков изготовляют магнитные ленты и тонкие магнитные пленки. Магнитные ленты широко используют для звукозаписи в магнитофонах и для видеозаписи в видеомагнитофонах.

Магнитная лента представляет собой гибкую основу из полихлорвинила или других веществ. На нее наносится рабочий слой в виде магнитного лака, состоящего из очень мелких игольчатых частиц железа или другого ферромагнетика и связующих веществ.

Запись звука производят на ленту с помощью электромагнита, магнитное поле которого изменяется в такт со звуковыми колебаниями.

При движении ленты вблизи магнитной головки различные участки пленки намагничиваются.

1 — сердечник электромагнита; 2 — магнитная лента; 3 — рабочий зазор;

4 — обмотка электромагнита.

При воспроизведении звуканаблюдается обратный процесс: намагниченная лента возбуждает в магнитной головке электрические сигналы, которые после усиления поступают на динамик магнитофона.

Тонкие магнитные пленки, состоящие из слоя ферромагнитного материала толщиной от 0,03 до 10 мкм, предназначенные для записи, хранения и воспроизведения информации, используют в запоминающих устройствах ЭВМ.

Их наносят на тонкий алюминиевый диск или барабан. Информацию записывают и воспроизводят примерно так же, как и в обычном магнитофоне.

Запись информации в ЭВМ можно производить и на магнитные ленты.

Развитие технологии магнитной записи привело к появлению магнитных микроголовок, которые используются в ЭВМ, позволяющих создавать немыслимую ранее плотность магнитной записи.

На ферромагнитном жестком диске диаметром меньше 8 см хранится до нескольких терабайт информации.

Считывание и запись информации на таком диске осуществляется с помощью микроголовки, расположенной на поворотном рычаге.

Сам диск вращается с огромной скоростью, и головка плавает над ним в потоке воздуха, что предотвращает возможность механического повреждения диска.

Сравнительно-обобщающая таблица

«Электрический ток в различных средах»

Среда План Металлы Растворы электролитов Полупроводники Вакуум Газы
1.Природа свободных носителей заряда Электроны (+) и (-) ионы Электроны и дырки Электроны Электроны, (+) и (-) ионы
2.Механизм образования с.н.з. При образовании кристаллической решётки наиболее удалённые от ядра атома электроны, слабо с ним связанные, отрываются и становятся свободными Электролитическая диссоциация – распад молекул электролита на ионы Генерация электронов и дырок — разрыв ковалентных связей при поступлении в атомы избыточной энергии Термоэлектронная эмиссия — испускание электронов нагретыми до высокой температуры металлами Ионизация – распад атомов на электроны и (+) ионы
3.Зависимость сопротивления от температуры (график) _______ ______
4.Вольтамперная характеристика (график)
5.Особенности протекания тока в среде Сверхпроводимость- при температурах близких к абсолютному нулю у металлов исчезает сопротивление Электролиз- процесс выделения на электродах из раствора электролита веществ, связанный с окислительно-восстановительными реакциями Запирающий слой р-n перехода, зависимость проводимости от освещённости Односторонняя проводимость вакуумного диода, свойства электронных пучков Газовый разряд сопровождае-тся свечением
6.Применение проводящих свойств среды Подводящие провода в электрических цепях, обмотки реостатов, электромагнитов, электродвигателей генераторов, трансформаторов Мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой, которые создают магнитные поля без затрат энергии, которые используются в ускорителях элементарных частиц, МГД-генераторах В источниках тока – аккумуляторах, гальванических элементах Использование электролиза в технике: — электроэкстракция — гальваностегия — гальванопластика Фотоэлемент – устройство, в котором энергия света преобразуется в электрическую (источник тока) Фоторезистор – резистор, сопротивление которого зависит от освещённости (для измерения световых потоков) Термистор – резистор, зависимость сопротивления которого от температуры используется для измерения очень высоких (до 1300К) и очень низких (до 4К) температур Полупроводнико- вый диод для выпрямления переменного тока в постоянный по направлению. Вакуумный диод использовался для выпрямления переменного тока в постоянный по направлению Вакуумный триод использовался в усилителях электрических сигналов Электроннолучевая трубка (осциллограф, кинескоп, дисплей ЭВМ) Применение видов самостоятельного разряда – дугового, искрового, тлеющего, коронного. Применение плазмы.

1. Вакуум – это такое состояние газа, при котором молекулы газа успевают пролететь от одной стенки сосуда до другой, не испытав ни разу соударения друг с другом.

Если два электрода поместить в герметичный сосуд и удалить из сосуда воздух, то электрический ток в вакууме не возникает – нет носителей электрического тока. Американский учёный Т. Эдисон в 1879г. обнаружил, что в вакуумной стеклянной колбе может возникнуть электрический ток, если один из находящихся в ней электродов нагреть до высокой температуры. Наблюдается явление термоэлектронной эмиссии.

2. Термоэлектронная эмиссия — испускание электронов нагретыми до высокой температуры металлами.

3. Вакуумный диод– двухэлектродная электронная вакуумная лампа.

Электроды: катод (испускает электроны) и анод.

4. Электрический ток в вакууме – направленное движение электронов.

5. Основное свойство вакуумного диода – односторонняя проводимость: ток одного направления через лампу проходит (на катоде «-«, на аноде «+»), а противоположного направления ток не проходит ( на катоде «+», на аноде «-«).

Вакуумный триод –трехэлектродная электронная вакуумная лампа, содержащая, кроме катода и анода, еще третий электрод — управляющую сетку.

Схема включения триода в цепь для усиления анодного тока.

А — анод лампы; К— ее катод; С — сетка; Ба — анодная батарея; Бс — сеточная батарея, создающая напряжение между сеткой и катодом; R — потребитель тока.

7. Электронный пучок –поток электронов в вакууме, летящих от «-» катода к «+» аноду и прошедших через отверстие в аноде.

8. Свойства электронных пучков:

· Попадая на тела, вызывают их нагревание (использование – плавка сверхчистых металлов в вакууме).

· При резком торможении пучка электронов, находящихся в сильном электрическом поле, на веществе возникает рентгеновское излучение.

· Под действием электронных пучков некоторые вещества, называемые люминофорами, светятся. Холодное (нетепловое) свечение называется люминесценцией.

· Электронные пучкиотклоняются электрическим и магнитным полем.

Свойства ферромагнетиков

⇐ Предыдущая123

1) ферромагнитные свойства вещества проявляются только тогда, когда соответствующее вещество находится в кристаллическом состоянии;

2) магнитные свойства ферромагнетиков сильно зависят от температуры, так как ориентации магнитных полей доменов препятствует тепловое движение. Для каждого ферромагнетика существует определенная температура, при котором доменная структура полностью разрушается, и ферромагнетик превращается в парамагнетик. Это значение температуры называется точкой Кюри.

Так для чистого железа значение температуры Кюри приблизительно равно 900°C;

3) ферромагнетики намагничиваются до насыщения в слабых магнитных полях. На рисунке 6 показано, как изменяется модуль индукции магнитного поля B в стали с изменением внешнего поля B0;

Рис. 6 Рис. 7

4) магнитная проницаемость ферромагнетика зависит от внешнего магнитного поля (рис. 7).

Это объясняется тем, что вначале с увеличением B0 магнитная индукция B растет сильнее, а, следовательно, μ будет увеличиваться. Затем при значении магнитной индукции B´0 наступает насыщение (μ в этот момент максимальна) и при дальнейшем увеличении B0 магнитная индукция B1 в веществе перестает изменяться, а магнитная проницаемость уменьшается (стремится к 1):

μ=

5) у ферромагнетиков наблюдается остаточная намагниченность. Если, например, ферромагнитный стержень поместить в соленоид, по которому проходит ток, и намагнитить до насыщения (точка А) (рис. 8), а затем уменьшать ток в соленоиде, а вместе с ним и B0, то можно заметить, что индукция поля в стержне в процессе его размагничивания остается все время большей, чем в процессе намагничивания. Когда B0 = 0 (ток в соленоиде выключен), индукция будет равна Br (остаточная индукция). Стержень можно вынуть из соленоида и использовать как постоянный магнит. Чтобы окончательно размагнитить стержень, нужно пропустить по соленоиду ток противоположного направления, т.е. приложить внешнее магнитное поле с противоположным направлением вектора индукции. Увеличивая теперь по модулю индукцию этого поля до Boc, размагничивают стержень (B = 0).

Модуль Boc индукции магнитного поля, размагничивающего намагниченный ферромагнетик, называют коэрцитивной силой.

При дальнейшем увеличении B0 можно намагнитить стержень до насыщения (точка А’).

Уменьшая теперь B0 до нуля, получают опять постоянный магнит, но с индукцией –Br (противоположного направления). Чтобы вновь размагнитить стержень, нужно снова включить в соленоид ток первоначального направления, и стержень размагнитится, когда индукция B0 станет равной Boc. Продолжая увеличивать B0, снова намагничивают стержень до насыщения (точка А).

Рис. 8

Таким образом, при намагничивании и размагничивании ферромагнетика индукция B отстает от B0. Это отставание называется явлением гистерезиса. Изображенная на рисунке 8 кривая называется петлей гистерезиса.

Гистерезис (греч.— «отстающий») — свойство систем, которые не сразу следуют за приложенными силам. Гистерезис был открыт в 1880г. Варбургом (1846 — 1931).

Вид кривой намагничивания (петли гистерезиса) существенно различается для различных ферромагнитных материалов, которые нашли очень широкое применение в научных и технических приложениях. Некоторые магнитные материалы имеют широкую петлю с высокими значениями остаточной намагниченности и коэрцитивной силы, они называются магнитно-жесткими и используются для изготовления постоянных магнитов. Для других ферромагнитных сплавов характерны малые значения коэрцитивной силы, такие материалы легко намагничиваются и перемагничиваются даже в слабых полях. Такие материалы называются магнитно-мягкими и используются в различных электротехнических приборах — реле, трансформаторах, магнитопроводах и др.

⇐ Предыдущая123

Дата добавления: 2015-10-01; просмотров: 2220 | Нарушение авторских прав

Рекомендуемый контект:


Похожая информация:

  1. I. Общие свойства хрящевых тканей
  2. IV. Изложение нового материала. 1. Физико-химические свойства крови
  3. XI. ПРИСПОСОБЛЕНИЕ И ДРУГИЕ ЭЛЕМЕНТЫ, СВОЙСТВА. СПОСОБНОСТИ И ДАРОВАНИЯ АРТИСТА
  4. А). Структурно-функциональные свойства полисахаридов
  5. Активные диэлектрики. Состав, свойства, применение
  6. Алгоритм. Свойства алгоритма, схема алгоритма
  7. Алкадиены, их строение, химические свойства (реакции присоединения и полимеризации), практическое значение
  8. Алкалоиды: группа тропана (атропин, кокаин) – строение, основные свойства, характеристика реакционной способности
  9. Алкалоиды: химическая классификация; основные свойства, образование солей. Представители: хинин, никотин, атропин
  10. Алкины, их общая формула. Этин (ацетилен), строение молекулы, химические свойства (горение, реакции присоединения), получение и применение
  11. Альдегиды и кетоны: физические и химические свойства. Механизм реакции нуклеофильного присоединения (AN)
  12. Амины: строение, номенклатура, основные методы синтеза, физические и химические свойства. Нитрозосоединения, их канцерогенное действие и образование в атмосфере


Поиск на сайте:


Ферромагнетики и их применение.

Движение заряженных частиц в однородном магнитном поле.

Рассмотрим движение частицы с зарядом q в однородном магнитном поле В, направленном перпендикулярно к начальной скорости частицы →υ . Сила Лоренца зависит от модулей скорости частицы и индукции магнитного поля. Т.к., магнитное поле не меняет модуль скорости движущейся частицы, то остается неизменным и модуль силы Лоренца. Эта сила перпендикулярна скорости и, следовательно, определяет центростремительное ускорение частицы. Неизменность по модулю центростремительного ускорения частицы, движущейся с постоянной по модулю скоростью, означает, что частицы равномерно движутся по окружности радиусом r .

Применение силы Лоренца: действие магнитного поля на движущийся заряд широко используют в современной технике. Достаточно упомянуть телевизионные трубки (кинескопы), в которых летящие к экрану электроны отклоняются с помощью магнитного поля, создаваемого особыми катушками. Другое применение действие магнитного поля нашло в приборах, позволяющих разделять заряженные частицы по их удельным зарядам, т.е. по отношениям заряда частицы к ее массе, и по полученным результатам точно определять массы частиц. Такие приборы получили название масс-спектрографов.

МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ – физическая величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Магнитная постоянная равна 12.56 * 10-7 Г/м.

Магнитная проницаемость среды (В / Во = μ)

Гипотеза Ампера: внутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи.

Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены беспорядочно по отношению друг к другу вследствие теплового движения молекул, составляющих тело, то их взаимодействия взаимно компенсируются и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает. В намагниченном состоянии элементарные токи в теле ориентированы так, что их действия складываются.

Температура Кюри: при температуре, большей некоторой определенной для данного ферромагнетика, ферромагнитные свойства его исчезают. Если сильно нагреть намагниченный гвоздь, то он потеряет способность притягивать к себе железные предметы. Температура для железа 753 ºС, для никеля 365 ºС, для кобальта 1000 ºС. Существуют ферромагнитные сплавы, у которых температура Кюри меньше 100 ºС.


Ферромагнетики и их применение.

Вставляя железный или стальной сердечник в катушку, можно во много раз усилить создаваемое ею магнитное поле, не увеличивая силу тока в катушке. Это экономит электроэнергию. Сердечники трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т.д., изготовляют из ферромагнетиков. Магнитная проницаемость ферромагнетиков непостоянна. Она зависит от вектора магнитной индукции. При выключении внешнего магнитного поля ферромагнетик остается намагниченным, т.е. создает магнитное поле в окружающем пространстве. Упорядоченная ориентация элементарных токов не исчезает при выключении внешнего магнитного поля. Благодаря этому существуют постоянные магниты. Постоянные магниты находят широкое применение в электроизмерительных приборах, громкоговорителях и телефонах, звукозаписывающих аппаратах, магнитных компасах и т.д. Большое применение получили ферриты – ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока. Они представляют собой хим.соединения оксидов железа с оксидами других веществ.

Первый ферромагнитный материал – магнитный железняк – является ферритом.

51) Электрический ток в металлах: экспериментальное доказательство существования свободных электронов в металлах.

Экспериментальное доказательство того, что проводимость металлов обусловлена движением свободных электронов, было дано в опытах Л.И.Мандельштама и Н.Д.Папалекси (1913) , Б.Стюартом и Р.Толменом (1916) . Схема этих опытов такова:

на катушку наматывают проволоку, концы которой припаивают к двум металлическим дискам, изолированным друг от друга. К концам дисков при помощи скользящих контактов присоединяют гальванометр. Катушку приводят в быстрое движение, а затем резко останавливают. После резкой остановки катушки свободные заряженные частицы некоторое время движутся относительно проводника по инерции, и, следовательно, в катушке возникнет электрический ток. Ток существует незначительное время, так как из-за сопротивления проводника заряженные частицы тормозятся и упорядоченное движение частиц, образующее ток, прекращается. Направление тока говорит о том, что он создается движением отрицательно заряженных частиц. Переносимый при этом заряд пропорционален отношению заряда частиц, создающих ток, к их массе, т.е.

.Поэтому, измеряя заряд, проходящий через гальванометр за все время существования тока в цепи, удалось определить отношение. Оно оказалось равным 1,8·10(11) Кл/кг. Эта величина совпадает с отношением заряда электрона к его массе, найденным ранее из других опытов.

Рекомендуемые страницы:


Воспользуйтесь поиском по сайту:

Образование

Особенности ферромагнетиков

Какими отличительными характеристиками обладают ферромагнетики? Свойства и применение этих веществ объясняется особенностями внутреннего строения. Существует прямая зависимость между магнитными свойствами вещества и элементарными носителями магнетизма, в роли которых выступают электроны, движущиеся внутри атома.

Во время движения по круговым орбитам они создают элементарные токи и магнитные диполи, имеющие магнитный момент. Его направление определяется по правилу буравчика. Магнитный момент тела является геометрической суммой всех частей. Помимо вращения по круговым орбитам, электроны также движутся вокруг собственных осей, создавая спиновые моменты. Именно они выполняют важную функцию в процессе намагничивания ферромагнетиков.

Практическое применение ферромагнетиков связано с образованием в них самопроизвольных намагниченных областей, у которых параллельная ориентация спиновых моментов. Если ферромагнетик на располагается во внешнем поле, в таком случае отдельные магнитные моменты имеют разные направления, их сумма равна нулю и отсутствует свойство намагниченности.

Отличительные черты ферромагнетиков

Если парамагнетики связаны со свойствами отдельных молекул или атомов вещества, то ферромагнитные свойства можно объяснить спецификой кристаллического строения. Например, в парообразном состоянии атомы железа незначительно диамагнитны, а в твердом состоянии этот металл является ферромагнетиком. В результате лабораторных исследований была выявлена зависимость между температурой и ферромагнитными свойствами.

Например, в сплаве Гойслера, сходном по магнитным свойствам с железом, данного металла нет. При достижении точки Кюри (определенного значения температуры) ферромагнитные свойства исчезают.

Среди их отличительных характеристик можно выделить не только высокое значение магнитной проницаемости, но и связь между напряженностью поля и намагниченностью.

Взаимодействие магнитных моментов отдельных атомов ферромагнетика способствует созданию мощных внутренних магнитных полей, которые выстраиваются параллельно друг другу. Мощное внешнее поле приводит к изменению ориентации, что и приводит к усилению магнитных свойств.

Природа ферромагнетиков

Учеными была установлена спиновая природа ферромагнетизма. При распределении электронов по энергетическим слоям учитывается принцип запрета Паули. Суть его в том, что на каждом слое может находиться только их определенное количество. Результирующие значения орбитальных и спиновых магнитных моментов всех электронов, располагающихся на заполненной полностью оболочке, равны нулю.

Химические элементы, имеющие ферромагнитные свойства (никель, кобальт, железо), являются переходными элементами таблицы Менделеева. В их атомах происходит нарушение алгоритма заполнения электронами оболочек. Сначала они попадают на верхний слой (s-орбиталь), и только после его полного заполнения электроны попадают на оболочку, расположенную ниже (d-орбиталь).

Масштабное применение ферромагнетиков, основным из которых является железо, объясняется изменением строения при попадании во внешнее магнитное поле.

Подобными свойствами могут обладать только те вещества, в атомах которых существуют внутренние недостроенные оболочки. Но и этого условия недостаточно для того, чтобы вести речь о ферромагнитных характеристиках. Например, у хрома, марганца, платины также существуют недостроенные оболочки внутри атомов, но они являются парамагнетиками. Возникновение самопроизвольной намагниченности объясняется особым квантовым действием, которое сложно пояснить с помощью классической физики.

Проницаемость

Магнитной проницаемостью является физическая величина, которая показывает отношение индукции в определенной среде к показателю в вакууме. Если вещество создает свое магнитное поле, его считают намагниченным. Согласно гипотезе Ампера, величина свойств зависит от орбитального движения «свободных» электронов в атоме.

Петля гистерезиса представляет собой кривую зависимости изменения размера намагниченности ферромагнетика, расположенного во внешнем поле от изменения размера индукции.

Для полного размагничивания используемого тела нужно поменять направление внешнего магнитного поля.

При определенной величине магнитной индукции, которую называют коэрцитивной силой, намагниченность образца принимает нулевое значение.

Именно форма петли гистерезиса и величина коэрцитивной силы определяют способность вещества сохранять частичное намагничивание, объясняют широкое применение ферромагнетиков. Кратко области применения жестких ферромагнетиков, обладающих широкой петлей гистерезиса, описаны выше. Вольфрамовые, углеродистые, алюминиевые, хромовые стали имеют большую коэрцитивную силу, поэтому на их основе создают постоянные магниты разнообразной формы: полосовые, подковообразные.

Среди мягких материалов, имеющих небольшую коэрцитивную силу, отметим железные руды, а также сплавы железа с никелем.

Процесс перемагничивания ферромагнетиков связан с изменением области самопроизвольного намагничивания. Для этого используется работа, которая совершается внешним полем. Количество теплоты, образующейся в этом случае, пропорционально площади петли гистерезиса.

В настоящее время во всех отраслях техники активно применяют вещества, обладающие ферромагнитными свойствами. Помимо существенной экономии энергетических ресурсов, благодаря применению подобных веществ можно упрощать технологические процессы.

Например, вооружившись мощными постоянными магнитами, можно существенно упростить процесс создания транспортных средств. Мощные электромагниты, применяемые в настоящее время на отечественных и зарубежных автомобильных комбинатах, позволяют полностью автоматизировать самые трудоемкие технологические процессы, а также существенно ускорить процесс сборки новых транспортных средств.

В радиотехнике ферромагнетики позволяют получать приборы высочайшего качества и точности.

Ученым удалось создать одношаговую методику изготовления магнитных наночастиц, которые подходят для применения в медицине и электронике.

В результате многочисленных исследований, проводимых в лучших исследовательских лабораториях, удалось установить магнитные свойства наночастиц кобальта и железа, покрытых тонким слоем золота. Уже подтверждена их способность переносить антираковое лекарство или атомы радионуклидов в нужную часть организма человека, увеличивать контрастность изображений магнитного резонанса.

Кроме того, такие частицы можно использовать для модернизации устройств магнитной памяти, что станет новым шагом в создании инновационной медицинской техники.

Коллективу российских ученых удалось разработать и апробировать методику восстановления водных растворов хлоридов для получения комбинированных кобальто-железных наночастиц, подходящих для создания материалов с усовершенствованными магнитными характеристиками. Все исследования, проводимые учеными, направлены на повышение ферромагнитных свойств веществ, увеличение их процентного использования в производстве.

Добавить комментарий

Закрыть меню