แม่เหล็กถาวรรักษาแม่เหล็กของพวกเขาได้อย่างไร?

แม่เหล็กถาวร หรือที่เรียกว่าแม่เหล็กแข็งเป็นวัสดุที่รักษาแม่เหล็กของพวกเขาไว้เป็นเวลานานโดยไม่จำเป็นต้องมีสนามแม่เหล็กภายนอก ความสามารถในการรักษาแม่เหล็กนี้เป็นผลมาจากโครงสร้างภายในที่เป็นเอกลักษณ์และหลักการทางกายภาพที่ควบคุมวัสดุแม่เหล็ก การทำความเข้าใจว่าแม่เหล็กถาวรรักษาแม่เหล็กของพวกเขาต้องการการสำรวจพฤติกรรมอะตอมและระดับโดเมนของพวกเขารวมถึงวิทยาศาสตร์วัสดุที่อยู่เบื้องหลังการออกแบบของพวกเขา

แม่เหล็กระดับอะตอม

ในระดับอะตอมแม่เหล็กเกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนมีการเคลื่อนไหวสองประเภท: การเคลื่อนไหวของวงโคจรรอบ ๆ นิวเคลียสและการเคลื่อนไหวหมุนรอบแกนของพวกเขาเอง การเคลื่อนไหวทั้งสองสร้างสนามแม่เหล็กขนาดเล็กหรือที่เรียกว่าช่วงเวลาแม่เหล็ก ในวัสดุส่วนใหญ่ช่วงเวลาแม่เหล็กเหล่านี้มุ่งเน้นแบบสุ่มยกเลิกกันและส่งผลให้ไม่มีแม่เหล็กสุทธิ อย่างไรก็ตามในวัสดุ ferromagnetic (เช่นเหล็กนิกเกิลและโคบอลต์) ช่วงเวลาแม่เหล็กของอะตอมใกล้เคียงจัดเรียงในทิศทางเดียวกันสร้างภูมิภาคด้วยสนามแม่เหล็กสุทธิ

โดเมนแม่เหล็ก

ในวัสดุ ferromagnetic การจัดตำแหน่งของช่วงเวลาแม่เหล็กอะตอมไม่สม่ำเสมอในวัสดุทั้งหมด แต่วัสดุจะถูกแบ่งออกเป็นพื้นที่เล็ก ๆ ที่เรียกว่าโดเมนแม่เหล็ก ภายในแต่ละโดเมนช่วงเวลาแม่เหล็กจะอยู่ในแนวเดียวกันในทิศทางเดียวกันทำให้โดเมนเป็นสนามแม่เหล็กสุทธิ อย่างไรก็ตามในสภาวะที่ไม่ได้รับการควบคุมนั้นโดเมนนั้นจะถูกสุ่มเลือกดังนั้นวัสดุโดยรวมจึงไม่แสดงสนามแม่เหล็กสุทธิ

เมื่อสนามแม่เหล็กภายนอกถูกนำไปใช้กับวัสดุ ferromagnetic โดเมนที่สอดคล้องกับสนามที่มีขนาดเติบโตในขณะที่ที่ไม่ได้จัดเรียง กระบวนการนี้เรียกว่าการเคลื่อนไหวของผนังโดเมน หากฟิลด์ภายนอกมีความแข็งแรงพอมันสามารถทำให้โดเมนทั้งหมดจัดตำแหน่งในทิศทางเดียวกันส่งผลให้สนามแม่เหล็กสุทธิสำหรับวัสดุทั้งหมด เมื่อฟิลด์ภายนอกถูกลบออกแล้วโดเมนจะยังคงอยู่ในแนวเดียวกันเนื่องจากการบีบบังคับสูงของวัสดุซึ่งเป็นความต้านทานต่อการกลายเป็น deMagnetized การจัดตำแหน่งนี้เป็นสิ่งที่ให้แม่เหล็กถาวรความสามารถในการรักษาแม่เหล็ก

Hysteresis และการบีบบังคับ

ความสามารถของแม่เหล็กถาวรในการรักษาแม่เหล็กนั้นมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับลูป hysteresis ซึ่งเป็นกราฟที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความแรงสนามแม่เหล็ก (H) และความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก (B) ในวัสดุ ห่วง hysteresis แสดงให้เห็นว่าวัสดุตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กภายนอกอย่างไรและวิธีการรักษาแม่เหล็กหลังจากที่ออกสนามถูกลบออก

คุณลักษณะที่สำคัญของลูป hysteresis คือการบีบบังคับซึ่งเป็นปริมาณของสนามแม่เหล็กย้อนกลับที่จำเป็นในการลดการสะกดจิตของวัสดุให้เป็นศูนย์ แม่เหล็กถาวรมีการบีบบังคับสูงซึ่งหมายความว่าพวกเขาต้องการสนามย้อนกลับที่แข็งแกร่งเพื่อกำจัดแม่เหล็ก การบีบบังคับที่สูงนี้เป็นผลมาจากโครงสร้างผลึกของวัสดุและการมีข้อบกพร่องหรือสิ่งสกปรกที่ 'พิน ' ผนังโดเมนในสถานที่ป้องกันไม่ให้พวกเขาไม่สามารถปรับสภาพได้ง่าย

องค์ประกอบของวัสดุและโครงสร้างจุลภาค

ความสามารถของแม่เหล็กถาวรในการรักษาแม่เหล็กนั้นได้รับอิทธิพลจากองค์ประกอบของวัสดุและโครงสร้างจุลภาค วัสดุแม่เหล็กถาวรทั่วไป ได้แก่ เฟอร์ไรต์, Alnico (อลูมิเนียม-นิกเกิล -Cobalt) และแม่เหล็กที่หายากเช่น Neodymium-iron-boron (NDFEB) และ Samarium-Cobalt (SMCO) วัสดุเหล่านี้มี anisotropy แม่เหล็กสูงหมายถึงช่วงเวลาแม่เหล็กของพวกเขาชอบที่จะจัดแนวตามทิศทางการตกผลึกเฉพาะ anisotropy นี้รวมกับโครงสร้างจุลภาคละเอียดช่วยล็อคโดเมนในสถานที่เพื่อให้แน่ใจว่าแม่เหล็กยังคงอยู่ในแม่เหล็กของมันแม้ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอก

ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม

ในขณะที่แม่เหล็กถาวรได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาแม่เหล็กของพวกเขาปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมบางอย่างอาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของพวกเขา ยกตัวอย่างเช่นอุณหภูมิสูงอาจทำให้พลังงานความร้อนขัดขวางการจัดแนวของโดเมนแม่เหล็กซึ่งนำไปสู่การสูญเสียแม่เหล็ก เกณฑ์อุณหภูมินี้เรียกว่าอุณหภูมิ Curie ซึ่งเหนือวัสดุที่สูญเสียคุณสมบัติ ferromagnetic การช็อตเชิงกลการกัดกร่อนและการสัมผัสกับสนามแม่เหล็กภายนอกที่แข็งแกร่งยังสามารถลดประสิทธิภาพของแม่เหล็กได้ตลอดเวลา

บทสรุป

แม่เหล็กถาวรรักษาแม่เหล็กของพวกเขาเนื่องจากการจัดตำแหน่งของโดเมนแม่เหล็กภายในโครงสร้างการบีบบังคับสูงและคุณสมบัติของวัสดุที่ล็อคโดเมนเหล่านี้เข้าที่ การทำงานร่วมกันของช่วงเวลาแม่เหล็กระดับอะตอมพฤติกรรมโดเมนและวิทยาศาสตร์วัสดุทำให้มั่นใจได้ว่าแม่เหล็กถาวรสามารถรักษาสนามแม่เหล็กของพวกเขาไว้เป็นระยะเวลานาน อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพของพวกเขาอาจได้รับอิทธิพลจากปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมโดยเน้นถึงความสำคัญของการเลือกวัสดุและการออกแบบที่เหมาะสมสำหรับแอพพลิเคชั่นเฉพาะ ในขณะที่เทคโนโลยีก้าวหน้าการพัฒนาวัสดุแม่เหล็กใหม่ที่มีการบีบบังคับที่สูงขึ้นและความเสถียรทางความร้อนยังคงขยายความเป็นไปได้สำหรับแม่เหล็กถาวรในอุตสาหกรรมต่างๆ