Si e ruajnë magnetet e përhershëm magnetizmin e tyre?

Magnetët e përhershëm , të njohur edhe si magnet të fortë, janë materiale që mbajnë magnetizmin e tyre gjatë periudhave të gjata pa pasur nevojë për një fushë magnetike të jashtme. Kjo aftësi për të ruajtur magnetizmin është rezultat i strukturës së tyre unike të brendshme dhe parimeve fizike që rregullojnë materialet magnetike. Të kuptuarit se si magnetët e përhershëm e mbajnë magnetizmin e tyre kërkon një eksplorim të sjelljes së tyre atomike dhe të nivelit të domenit, si dhe shkencës së materialeve që qëndron pas modelimit të tyre.

Magnetizëm i nivelit atomik

Në nivelin atomik, magnetizmi lind nga lëvizja e elektroneve. Elektronet kanë dy lloje të lëvizjes: lëvizje orbitale rreth bërthamës dhe lëvizje rrotulluese rreth boshtit të tyre. Të dy lëvizjet gjenerojnë fusha të vogla magnetike, të njohura si momente magnetike. Në shumicën e materialeve, këto momente magnetike janë të orientuara rastësisht, duke anuluar njëri -tjetrin dhe duke rezultuar në asnjë magnetizëm neto. Sidoqoftë, në materialet feromagnetike (të tilla si hekuri, nikeli dhe kobalti), momentet magnetike të atomeve fqinje rreshtohen në të njëjtin drejtim, duke krijuar rajone me një fushë magnetike neto.

Fusha magnetike

Në materialet feromagnetike, shtrirja e momenteve magnetike atomike nuk është uniforme në të gjithë materialin. Përkundrazi, materiali është i ndarë në rajone të vogla të quajtura fusha magnetike. Brenda secilës domen, momentet magnetike janë të lidhura në të njëjtin drejtim, duke i dhënë domenit një fushë magnetike neto. Sidoqoftë, në një gjendje të paagnetizuar, vetë fushat janë të orientuara rastësisht, kështu që materiali në tërësi nuk shfaq një fushë magnetike neto.

Kur një fushë magnetike e jashtme aplikohet në një material ferromagnetik, fushat që janë në përputhje me fushën rriten në madhësi, ndërsa ato që nuk janë në përputhje zvogëlohen. Ky proces njihet si lëvizje e murit të domain. Nëse fusha e jashtme është mjaft e fortë, mund të bëjë që të gjitha fushat të përafrohen në të njëjtin drejtim, duke rezultuar në një fushë magnetike neto për të gjithë materialin. Pasi të hiqet fusha e jashtme, fushat mbeten të rreshtuara për shkak të shtrëngimit të lartë të materialit, që është rezistenca për t'u demagnetizuar. Kjo përafrim është ajo që u jep magnetëve të përhershëm aftësinë e tyre për të mbajtur magnetizmin.

Histereza dhe shtrëngimi

Aftësia e një magneti të përhershëm për të ruajtur magnetizmin e tij është e lidhur ngushtë me lakin e tij të histerezës, i cili është një grafik që tregon marrëdhëniet midis forcës së fushës magnetike (H) dhe densitetit të fluksit magnetik (B) në material. Lak i histerezës ilustron se si materiali i përgjigjet një fushe magnetike të jashtme dhe si e mban magnetizimin pasi të hiqet fusha.

Një tipar kryesor i lakut të histerezës është shtrëngimi, i cili është sasia e fushës magnetike të kundërt që kërkohet për të zvogëluar magnetizimin e materialit në zero. Magnet e përhershëm kanë shtrëngim të lartë, do të thotë se ata kërkojnë një fushë të fortë të kundërt për t'i demagnetizuar ato. Kjo shtrëngim i lartë është rezultat i strukturës kristalore të materialit dhe prania e defekteve ose papastërtive që 'pin ' muret e domain në vend, duke i parandaluar ato që të riorientojnë lehtësisht.

Përbërja e materialit dhe mikrostruktura

Aftësia e një magneti të përhershëm për të mbajtur magnetizmin e tij ndikohet gjithashtu nga përbërja e tij materiale dhe mikrostruktura. Materialet e zakonshme të përhershme të magnetit përfshijnë ferrite, alnico (alumini-nickel-cobalt) dhe magnet me tokë të rrallë si neodymium-hekuri-boron (ndfeb) dhe samarium-cobalt (SMCO). Këto materiale kanë anizotropi magnetike të lartë, që do të thotë që momentet e tyre magnetike preferojnë të përafrohen përgjatë drejtimeve specifike kristalografike. Kjo anizotropi, e kombinuar me një mikrostrukturë me kokrrizë të imët, ndihmon në bllokimin e fushave në vend, duke siguruar që magneti të ruajë magnetizmin e tij edhe në mungesë të një fushe të jashtme.

Faktorë mjedisorë

Ndërsa magnetët e përhershëm janë krijuar për të ruajtur magnetizmin e tyre, disa faktorë mjedisorë mund të ndikojnë në performancën e tyre. Temperaturat e larta, për shembull, mund të shkaktojnë që energjia termike të prishë shtrirjen e fushave magnetike, duke çuar në një humbje të magnetizmit. Ky prag i temperaturës njihet si temperatura Curie, mbi të cilën materiali humbet vetitë e tij feromagnetike. Shoku mekanik, gërryerja dhe ekspozimi ndaj fushave të forta magnetike të jashtme gjithashtu mund të degradojnë performancën e një magneti me kalimin e kohës.

Përfundim

Magnet e përhershëm ruajnë magnetizmin e tyre për shkak të shtrirjes së fushave magnetike brenda strukturës së tyre, shtrëngimit të lartë dhe vetive materiale që bllokojnë këto fusha në vend. Ndërveprimi i momenteve magnetike të nivelit atomik, sjelljes së domenit dhe shkencës materiale siguron që magnetët e përhershëm mund të mbajnë fushën e tyre magnetike gjatë periudhave të gjata. Sidoqoftë, performanca e tyre mund të ndikohet nga faktorët mjedisorë, duke theksuar rëndësinë e zgjedhjes së materialit dhe modelit të duhur për aplikacione specifike. Ndërsa përparon teknologjia, zhvillimi i materialeve të reja magnetike me shtrëngim edhe më të lartë dhe stabilitet termik vazhdon të zgjerojë mundësitë për magnet të përhershëm në industri të ndryshme.