Тұрақты магниттер өздерінің магнетизмін қалай сақтайды?

 

Тұрақты магниттер , сондай-ақ қатты магниттер деп те аталады, сыртқы магнит өрісін қажет етпестен ұзақ уақыт бойы магниттілігін сақтайтын материалдар. Магнитизмді сақтау қабілеті олардың бірегей ішкі құрылымының және магниттік материалдарды басқаратын физикалық принциптерінің нәтижесі болып табылады. Тұрақты магниттер өздерінің магнетизмін қалай сақтайтынын түсіну үшін олардың атомдық және домен деңгейіндегі мінез-құлқын, сондай-ақ олардың дизайнының артындағы материалтануды зерттеу қажет.

 

Атомдық деңгейдегі магнетизм

 

Атомдық деңгейде магнетизм электрондардың қозғалысынан туындайды. Электрондардың қозғалыстың екі түрі бар: ядро ​​айналасындағы орбиталық қозғалыс және өз осінің айналасындағы спиндік қозғалыс. Екі қозғалыс та магниттік момент деп аталатын кішкентай магнит өрістерін тудырады. Көптеген материалдарда бұл магниттік моменттер кездейсоқ бағытталған, бір-бірін жоққа шығарады және таза магнетизмге әкелмейді. Дегенмен, ферромагниттік материалдарда (мысалы, темір, никель және кобальт) көрші атомдардың магниттік моменттері бір бағытта тураланып, таза магнит өрісі бар аймақтарды жасайды.

 

Магниттік домендер

 

Ферромагниттік материалдарда атомдық магниттік моменттердің туралануы бүкіл материалда біркелкі болмайды. Оның орнына материал магниттік домендер деп аталатын шағын аймақтарға бөлінеді. Әрбір доменде магниттік моменттер бір бағытта тураланып, доменге таза магнит өрісін береді. Дегенмен, магниттелмеген күйде домендердің өзі кездейсоқ бағытталған, сондықтан тұтастай алғанда материал таза магнит өрісін көрсетпейді.

 

Ферромагниттік материалға сыртқы магнит өрісі әсер еткенде, өріспен тураланған домендер көлемі өседі, ал тураланбағандары кішірейеді. Бұл процесс домен қабырғасының қозғалысы ретінде белгілі. Егер сыртқы өріс жеткілікті күшті болса, ол барлық домендердің бір бағытта туралануын тудыруы мүмкін, нәтижесінде бүкіл материал үшін таза магнит өрісі пайда болады. Сыртқы өріс жойылғаннан кейін, домендер материалдың жоғары коэрцивтілігіне, яғни магнитсізденуге қарсы тұруына байланысты біркелкі болып қалады. Бұл туралау тұрақты магниттерге магнетизмді сақтау қабілетін береді.

 

Гистерезис және мәжбүрлеу

 

Тұрақты магниттің өзінің магнетизмін сақтау қабілеті оның гистерезис контурымен тығыз байланысты, ол материалдағы магнит өрісінің күші (Н) мен магнит ағынының тығыздығы (В) арасындағы байланысты көрсететін график. Гистерезис циклі материалдың сыртқы магнит өрісіне қалай жауап беретінін және өріс жойылғаннан кейін магниттелуді қалай сақтайтынын көрсетеді.

 

Гистерезис контурының негізгі ерекшелігі материалдың магниттелуін нөлге дейін төмендету үшін қажетті кері магнит өрісінің шамасы болып табылатын коэрцивтілік болып табылады. Тұрақты магниттер жоғары коэрцивтілікке ие, яғни оларды магнитсіздендіру үшін күшті кері өріс қажет. Бұл жоғары коэрцивтілік материалдың кристалдық құрылымының және домен қабырғаларын орнында 'тектейтін' ақаулардың немесе қоспалардың болуының нәтижесі болып табылады, олардың оңай бағдарлануын болдырмайды.

 

Материалдың құрамы және микроқұрылымы

 

Тұрақты магниттің магниттілігін сақтау қабілетіне оның материалдық құрамы мен микроқұрылымы да әсер етеді. Жалпы тұрақты магниттік материалдарға ферриттер, альнико (алюминий-никель-кобальт) және неодим-темір-бор (NdFeB) және самарий-кобальт (SmCo) сияқты сирек жер магниттері жатады. Бұл материалдар жоғары магниттік анизотропияға ие, яғни олардың магниттік моменттері белгілі бір кристаллографиялық бағыттар бойынша теңестіруді қалайды. Бұл анизотропия ұсақ түйіршікті микроқұрылыммен біріктіріліп, домендерді орнында бекітуге көмектеседі, тіпті сыртқы өріс болмаған кезде де магнит өзінің магнетизмін сақтауды қамтамасыз етеді.

 

Қоршаған орта факторлары

 

Тұрақты магниттер өздерінің магнетизмін сақтау үшін жасалғанымен, кейбір қоршаған орта факторлары олардың жұмысына әсер етуі мүмкін. Жоғары температуралар, мысалы, жылу энергиясын магниттік домендердің теңестіруін бұзуы мүмкін, бұл магнетизмнің жоғалуына әкеледі. Бұл температура шегі Кюри температурасы деп аталады, одан жоғары материал өзінің ферромагниттік қасиеттерін жоғалтады. Механикалық соққы, коррозия және күшті сыртқы магнит өрістерінің әсері уақыт өте келе магниттің өнімділігін төмендетуі мүмкін.

 

Қорытынды

 

Тұрақты магниттер өздерінің магнетизмін олардың құрылымындағы магниттік домендердің теңестірілуіне, жоғары коэрцивтілікке және осы домендерді орнында бекітетін материалдық қасиеттерге байланысты сақтайды. Атомдық деңгейдегі магниттік моменттердің, домендік әрекеттің және материалтанудың өзара әрекеттесуі тұрақты магниттердің ұзақ уақыт бойы магнит өрісін сақтай алатынын қамтамасыз етеді. Дегенмен, олардың өнімділігіне қоршаған орта факторлары әсер етуі мүмкін, бұл нақты қолданбалар үшін дұрыс материал мен дизайнды таңдаудың маңыздылығын көрсетеді. Технология дамыған сайын, бұдан да жоғары коэрцивтілігі мен термиялық тұрақтылығы бар жаңа магниттік материалдардың дамуы әртүрлі салаларда тұрақты магниттердің мүмкіндіктерін кеңейтуді жалғастыруда.