Bagaimanakah magnet kekal mengekalkan kemagnetan mereka?

Magnet kekal , juga dikenali sebagai magnet keras, adalah bahan yang mengekalkan kemagnetan mereka dalam tempoh yang panjang tanpa memerlukan medan magnet luaran. Keupayaan untuk mengekalkan magnet adalah hasil daripada struktur dalaman mereka yang unik dan prinsip -prinsip fizikal yang mengawal bahan magnet. Memahami bagaimana magnet kekal memelihara magnet mereka memerlukan penerokaan tingkah laku atom dan domain mereka, serta sains bahan di sebalik reka bentuk mereka.

Magnetisme peringkat atom

Di peringkat atom, magnet timbul dari pergerakan elektron. Elektron mempunyai dua jenis gerakan: gerakan orbital di sekitar nukleus dan gerakan berputar di sekitar paksi mereka sendiri. Kedua -dua gerakan menghasilkan medan magnet kecil, yang dikenali sebagai momen magnetik. Dalam kebanyakan bahan, momen -momen magnetik ini berorientasikan secara rawak, membatalkan satu sama lain dan tidak mengakibatkan magnetisme bersih. Walau bagaimanapun, dalam bahan ferromagnet (seperti besi, nikel, dan kobalt), momen magnetik atom -atom jiran menyelaraskan arah yang sama, mewujudkan kawasan dengan medan magnet bersih.

Domain magnet

Dalam bahan ferromagnetik, penjajaran momen magnet atom tidak seragam di seluruh bahan. Sebaliknya, bahan dibahagikan kepada kawasan kecil yang dipanggil domain magnet. Di dalam setiap domain, momen magnetik diselaraskan dalam arah yang sama, memberikan domain medan magnet bersih. Walau bagaimanapun, dalam keadaan yang tidak dimagnetkan, domain itu sendiri berorientasikan secara rawak, jadi bahan secara keseluruhannya tidak mempamerkan medan magnet bersih.

Apabila medan magnet luaran digunakan untuk bahan ferromagnet, domain yang sejajar dengan medan tumbuh, sementara yang tidak diselaraskan. Proses ini dikenali sebagai pergerakan dinding domain. Sekiranya medan luaran cukup kuat, ia boleh menyebabkan semua domain diselaraskan dalam arah yang sama, menghasilkan medan magnet bersih untuk keseluruhan bahan. Sebaik sahaja medan luaran dikeluarkan, domain tetap sejajar disebabkan oleh paksaan tinggi bahan, iaitu rintangan untuk menjadi demagnetized. Penjajaran ini adalah apa yang memberikan magnet kekal keupayaan mereka untuk mengekalkan magnet.

Hysteresis dan paksaan

Keupayaan magnet kekal untuk mengekalkan magnetnya berkait rapat dengan gelung histeresisnya, yang merupakan graf yang menunjukkan hubungan antara kekuatan medan magnet (H) dan ketumpatan fluks magnet (b) dalam bahan. Gelung histerisis menggambarkan bagaimana bahan itu bertindak balas terhadap medan magnet luaran dan bagaimana ia mengekalkan magnetisasi selepas medan dikeluarkan.

Ciri utama gelung histerisis adalah paksaan, iaitu jumlah medan magnet terbalik yang diperlukan untuk mengurangkan magnetisasi bahan menjadi sifar. Magnet kekal mempunyai paksaan yang tinggi, bermakna mereka memerlukan medan terbalik yang kuat untuk demagnetize mereka. Paksaan yang tinggi ini adalah hasil daripada struktur kristal bahan dan kehadiran kecacatan atau kekotoran yang 'pin ' dinding domain di tempat, menghalang mereka daripada mudah mengembalikan semula.

Komposisi bahan dan mikrostruktur

Keupayaan magnet kekal untuk mengekalkan kemagnetannya juga dipengaruhi oleh komposisi dan mikrostrukturnya. Bahan magnet kekal biasa termasuk ferrit, Alnico (aluminium-nickel-cobalt), dan magnet jarang bumi seperti Neodymium-iron-Boron (NDFEB) dan Samarium-Cobalt (SMCO). Bahan -bahan ini mempunyai anisotropi magnet yang tinggi, yang bermaksud momen magnetik mereka lebih suka menyelaraskan arah arah kristalografi tertentu. Anisotropi ini, digabungkan dengan mikrostruktur halus, membantu mengunci domain di tempatnya, memastikan bahawa magnet mengekalkan magnetnya walaupun dalam ketiadaan medan luaran.

Faktor Alam Sekitar

Walaupun magnet kekal direka untuk mengekalkan kemagnetan mereka, faktor persekitaran tertentu boleh menjejaskan prestasi mereka. Suhu tinggi, sebagai contoh, boleh menyebabkan tenaga terma mengganggu penjajaran domain magnet, yang menyebabkan kehilangan magnet. Ambang suhu ini dikenali sebagai suhu Curie, di atasnya bahan kehilangan sifat ferromagnetnya. Kejutan mekanikal, kakisan, dan pendedahan kepada medan magnet luaran yang kuat juga boleh merendahkan prestasi magnet dari masa ke masa.

Kesimpulan

Magnet kekal mengekalkan kemagnetan mereka kerana penjajaran domain magnet dalam struktur mereka, paksaan yang tinggi, dan sifat bahan yang mengunci domain ini di tempatnya. Interaksi momen magnet peringkat atom, tingkah laku domain, dan sains bahan memastikan bahawa magnet kekal dapat mengekalkan medan magnet mereka dalam jangka masa yang panjang. Walau bagaimanapun, prestasi mereka boleh dipengaruhi oleh faktor persekitaran, yang menonjolkan kepentingan memilih bahan dan reka bentuk yang tepat untuk aplikasi tertentu. Sebagai kemajuan teknologi, pembangunan bahan magnet baru dengan kestabilan yang lebih tinggi dan kestabilan terma terus memperluaskan kemungkinan untuk magnet tetap dalam pelbagai industri.