Hoe handhaaf permanente magnete hul magnetisme?

 

Permanente magnete , ook bekend as harde magnete, is materiale wat hul magnetisme oor lang periodes behou sonder dat 'n eksterne magnetiese veld nodig is. Hierdie vermoë om magnetisme te handhaaf, is die resultaat van hul unieke interne struktuur en die fisiese beginsels wat magnetiese materiale beheer. Om te verstaan ​​hoe permanente magnete hul magnetisme behou, vereis 'n ondersoek na hul atoom- en domeinvlakgedrag, sowel as die materiaalwetenskap agter hul ontwerp.

 

Atoomvlak magnetisme

 

Op atoomvlak ontstaan ​​magnetisme uit die beweging van elektrone. Elektrone het twee soorte bewegings: orbitale beweging rondom die kern en draai beweging om hul eie as. Albei bewegings genereer klein magnetiese velde, bekend as magnetiese oomblikke. In die meeste materiale is hierdie magnetiese momente lukraak georiënteerd, kanselleer mekaar uit en lei dit tot geen netto magnetisme nie. In ferromagnetiese materiale (soos yster, nikkel en kobalt) is die magnetiese momente van naburige atome egter in dieselfde rigting, wat streke met 'n netto magnetiese veld skep.

 

Magnetiese domeine

 

In ferromagnetiese materiale is die belyning van atoommagnetiese momente nie eenvormig oor die hele materiaal nie. In plaas daarvan word die materiaal verdeel in klein streke wat magnetiese domeine genoem word. Binne elke domein is die magnetiese momente in dieselfde rigting in lyn, wat die domein 'n netto magnetiese veld gee. In 'n onmagnetiseerde toestand is die domeine egter lukraak georiënteerd, sodat die materiaal in die geheel nie 'n netto magnetiese veld vertoon nie.

 

As 'n eksterne magnetiese veld op 'n ferromagnetiese materiaal toegepas word, word die domeine wat in lyn is met die veld in grootte, terwyl diegene wat nie in lyn is nie, krimp. Hierdie proses staan ​​bekend as domeinmuurbeweging. As die eksterne veld sterk genoeg is, kan dit veroorsaak dat al die domeine in dieselfde rigting in lyn is, wat lei tot 'n netto magnetiese veld vir die hele materiaal. Sodra die eksterne veld verwyder is, bly die domeine in lyn met die hoë dwang van die materiaal, wat die weerstand is om gedemagnetiseer te word. Hierdie belyning is wat permanente magnete hul vermoë gee om magnetisme te behou.

 

Histerese en dwang

 

Die vermoë van 'n permanente magneet om sy magnetisme te handhaaf, hou nou verband met die histerese -lus, wat 'n grafiek is wat die verband tussen die magnetiese veldsterkte (H) en die magnetiese vloeddigtheid (B) in die materiaal toon. Die histerese -lus illustreer hoe die materiaal reageer op 'n eksterne magnetiese veld en hoe dit magnetisering behou nadat die veld verwyder is.

 

'N Belangrike kenmerk van die histerese -lus is die dwang, wat die hoeveelheid omgekeerde magnetiese veld is wat benodig word om die magnetisering van die materiaal tot nul te verminder. Permanente magnete het 'n hoë dwang, wat beteken dat hulle 'n sterk omgekeerde veld benodig om dit te demagnetiseer. Hierdie hoë dwang is die resultaat van die kristalstruktuur van die materiaal en die teenwoordigheid van defekte of onsuiwerhede wat die domeinmure op hul plek 'pin ' op hul plek maak, wat verhoed dat hulle maklik heroriënteer.

 

Materiële samestelling en mikrostruktuur

 

Die vermoë van 'n permanente magneet om sy magnetisme te behou, word ook beïnvloed deur die materiële samestelling en mikrostruktuur. Algemene permanente magneetmateriaal sluit in ferriete, alnico (aluminium-nikkel-kobalt), en seldsame aarde magnete soos neodymium-yster-boron (NDFEB) en Samarium-Cobalt (SMCO). Hierdie materiale het 'n hoë magnetiese anisotropie, wat beteken dat hul magnetiese momente verkies om in lyn te kom met spesifieke kristallografiese rigtings. Hierdie anisotropie, gekombineer met 'n fynkorrelige mikrostruktuur, help om die domeine op sy plek te sluit, om te verseker dat die magneet sy magnetisme behou, selfs in die afwesigheid van 'n eksterne veld.

 

Omgewingsfaktore

 

Terwyl permanente magnete ontwerp is om hul magnetisme te handhaaf, kan sekere omgewingsfaktore hul prestasie beïnvloed. Hoë temperature, byvoorbeeld, kan veroorsaak dat die termiese energie die belyning van magnetiese domeine ontwrig, wat lei tot 'n verlies aan magnetisme. Hierdie temperatuurdrempel staan ​​bekend as die Curie -temperatuur, waarbinne die materiaal sy ferromagnetiese eienskappe verloor. Meganiese skok, korrosie en blootstelling aan sterk eksterne magnetiese velde kan ook die werkverrigting van 'n magneet mettertyd afbreek.

 

Konklusie

 

Permanente magnete handhaaf hul magnetisme as gevolg van die belyning van magnetiese domeine binne hul struktuur, hoë dwang en materiële eienskappe wat hierdie domeine op hul plek sluit. Die wisselwerking van magnetiese momente, domeingedrag en materiële wetenskap, met atoomvlak, verseker dat permanente magnete hul magneetveld oor lang periodes kan behou. Hul prestasie kan egter beïnvloed word deur omgewingsfaktore, wat die belangrikheid van die keuse van die regte materiaal en ontwerp vir spesifieke toepassings beklemtoon. Namate die tegnologie vorder, brei die ontwikkeling van nuwe magnetiese materiale met selfs hoër dwang en termiese stabiliteit steeds die moontlikhede vir permanente magnete in verskillende bedrywe uit.