განვიხილოთ ფერომაგნიტების გამოყენების ძირითადი სფეროები, აგრეთვე მათი კლასიფიკაციის თავისებურებები. დავიწყოთ იმით, რომ ფერომაგნიტებს უწოდებენ მყარ ნივთიერებებს, რომლებსაც აქვთ უკონტროლო მაგნიტიზაცია დაბალ ტემპერატურაზე. იგი იცვლება დეფორმაციის, მაგნიტური ველის, ტემპერატურის მერყეობის გავლენით.
ფერომაგნიტების თვისებები
ფერომაგნიტების გამოყენება ტექნოლოგიაში აიხსნება მათი ფიზიკური თვისებებით. მათ აქვთ მაგნიტური გამტარიანობა, რომელიც ბევრჯერ აღემატება ვაკუუმს. ამასთან დაკავშირებით, ყველა ელექტრულ მოწყობილობას, რომელიც იყენებს მაგნიტურ ველებს ერთი ტიპის ენერგიის მეორეში გადაქცევისთვის, აქვს სპეციალური ელემენტები, რომლებიც დამზადებულია ფერომაგნიტური მასალისგან, რომელსაც შეუძლია მაგნიტური ნაკადი.
ფერომაგნიტების მახასიათებლები
რა არის ფერომაგნიტების განმასხვავებელი მახასიათებლები? ამ ნივთიერებების თვისებები და გამოყენება აიხსნება შიდა სტრუქტურის თავისებურებებით. არსებობს პირდაპირი კავშირი მატერიის მაგნიტურ თვისებებსა და მაგნიტიზმის ელემენტარულ მატარებლებს შორის, ეს არის ელექტრონები, რომლებიც მოძრაობენ ატომის შიგნით.
წრიულ ორბიტებზე გადაადგილებისას ისინი ქმნიან ელემენტარულ დენებს და მაგნიტურსდიპოლები, რომლებსაც აქვთ მაგნიტური მომენტი. მისი მიმართულება განისაზღვრება გიმლეტის წესით. სხეულის მაგნიტური მომენტი არის ყველა ნაწილის გეომეტრიული ჯამი. წრიულ ორბიტებში ბრუნვის გარდა, ელექტრონები ასევე მოძრაობენ თავიანთი ღერძის გარშემო და ქმნიან სპინის მომენტებს. ისინი ასრულებენ მნიშვნელოვან ფუნქციას ფერომაგნიტების დამაგნიტების პროცესში.
ფერომაგნიტების პრაქტიკული გამოყენება დაკავშირებულია მათში სპონტანური მაგნიტიზებული უბნების წარმოქმნასთან სპინის მომენტების პარალელური ორიენტირებით. თუ ფერომაგნიტი არ არის განლაგებული გარე ველში, მაშინ ცალკეულ მაგნიტურ მომენტებს აქვთ სხვადასხვა მიმართულება, მათი ჯამი არის ნული და არ არსებობს მაგნიტიზაციის თვისება.
ფერომაგნიტების გამორჩეული თვისებები
თუ პარამაგნიტები დაკავშირებულია ცალკეული მოლეკულების ან ნივთიერების ატომების თვისებებთან, მაშინ ფერომაგნიტური თვისებები შეიძლება აიხსნას კრისტალური სტრუქტურის სპეციფიკით. მაგალითად, ორთქლის მდგომარეობაში რკინის ატომები ოდნავ დიამაგნიტურია, ხოლო მყარ მდგომარეობაში ეს ლითონი ფერომაგნიტია. ლაბორატორიული კვლევების შედეგად გამოვლინდა კავშირი ტემპერატურასა და ფერომაგნიტურ თვისებებს შორის.
მაგალითად, გოისლერის შენადნობი, მაგნიტური თვისებებით რკინის მსგავსი, არ შეიცავს ამ ლითონს. როდესაც კიურის წერტილი (გარკვეული ტემპერატურის მნიშვნელობა) მიიღწევა, ფერომაგნიტური თვისებები ქრება.
მათ განმასხვავებელ მახასიათებლებს შორის შეიძლება გამოვყოთ არა მხოლოდ მაგნიტური გამტარიანობის მაღალი მნიშვნელობა, არამედ კავშირი ველის სიძლიერესა დამაგნიტიზაცია.
ფერომაგნიტის ცალკეული ატომების მაგნიტური მომენტების ურთიერთქმედება ხელს უწყობს ძლიერი შიდა მაგნიტური ველების შექმნას, რომლებიც ერთმანეთის პარალელურად დგანან. ძლიერი გარე ველი იწვევს ორიენტაციის ცვლილებას, რაც იწვევს მაგნიტური თვისებების ზრდას.
ფერომაგნიტების ბუნება
მეცნიერებმა დაადგინეს ფერომაგნეტიზმის სპინის ბუნება. ელექტრონების ენერგეტიკულ ფენებზე განაწილებისას მხედველობაში მიიღება პაულის გამორიცხვის პრინციპი. მისი არსი იმაში მდგომარეობს, რომ მხოლოდ მათი გარკვეული რაოდენობა შეიძლება იყოს თითოეულ ფენაზე. მთლიანად შევსებულ გარსზე მდებარე ყველა ელექტრონის ორბიტალური და სპინის მაგნიტური მომენტების შედეგად მიღებული მნიშვნელობები ნულის ტოლია.
ფერომაგნიტური თვისებების მქონე ქიმიური ელემენტები (ნიკელი, კობალტი, რკინა) პერიოდული ცხრილის გარდამავალი ელემენტებია. მათ ატომებში დარღვეულია ჭურვების ელექტრონებით შევსების ალგორითმი. პირველ რიგში, ისინი შედიან ზედა შრეში (s-ორბიტალი) და მხოლოდ მას შემდეგ, რაც ის მთლიანად შეივსება, ელექტრონები შედიან ქვემოთ მდებარე გარსში (d-ორბიტალი).
ფერომაგნიტების ფართომასშტაბიანი გამოყენება, რომელთაგან მთავარი რკინაა, აიხსნება სტრუქტურის ცვლილებით გარე მაგნიტური ველის ზემოქმედების დროს.
მსგავსი თვისებები შეიძლება ჰქონდეს მხოლოდ იმ ნივთიერებებს, რომელთა ატომებში არის შიდა დაუმთავრებელი გარსი. მაგრამ ეს მდგომარეობაც კი არ არის საკმარისი ფერომაგნიტურ მახასიათებლებზე სასაუბროდ. მაგალითად, ქრომს, მანგანუმს, პლატინსაც აქვსდაუმთავრებელი ჭურვები ატომებში, მაგრამ ისინი პარამაგნიტურია. სპონტანური მაგნიტიზაციის გაჩენა აიხსნება სპეციალური კვანტური მოქმედებით, რომლის ახსნა რთულია კლასიკური ფიზიკის გამოყენებით.
განყოფილება
არსებობს ასეთი მასალების პირობითი დაყოფა ორ ტიპად: მძიმე და რბილ ფერომაგნიტებად. მყარი მასალების გამოყენება დაკავშირებულია მაგნიტური დისკების წარმოებასთან, ლენტები ინფორმაციის შესანახად. რბილი ფერომაგნიტები შეუცვლელია ელექტრომაგნიტების, ტრანსფორმატორის ბირთვების შესაქმნელად. განსხვავება ორ სახეობას შორის აიხსნება ამ ნივთიერებების ქიმიური სტრუქტურის თავისებურებებით.
გამოყენების თავისებურებები
მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ ფერომაგნიტების გამოყენების რამდენიმე მაგალითი თანამედროვე ტექნოლოგიების სხვადასხვა დარგში. რბილი მაგნიტური მასალები გამოიყენება ელექტროტექნიკაში ელექტროძრავების, ტრანსფორმატორების, გენერატორების შესაქმნელად. გარდა ამისა, მნიშვნელოვანია აღინიშნოს ამ ტიპის ფერომაგნიტების გამოყენება რადიოკომუნიკაციებში და დაბალი დენის ტექნოლოგიაში.
მუდმივი მაგნიტების შესაქმნელად საჭიროა ხისტი ტიპები. თუ გარე ველი გამორთულია, ფერომაგნიტები ინარჩუნებენ თავის თვისებებს, რადგან ელემენტარული დენების ორიენტაცია არ ქრება.
სწორედ ეს თვისება ხსნის ფერომაგნიტების გამოყენებას. მოკლედ, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ასეთი მასალები თანამედროვე ტექნოლოგიების საფუძველია.
მუდმივი მაგნიტები საჭიროა ელექტრო საზომი ხელსაწყოების, ტელეფონების, დინამიკების, მაგნიტური კომპასების, ხმის ჩამწერების შექმნისას.
ფერიტები
ფერომაგნიტების გამოყენების გათვალისწინებით, აუცილებელია განსაკუთრებული ყურადღება დაეთმოს ფერიტებს. ისინი ფართოდ გამოიყენება მაღალი სიხშირის რადიოინჟინერიაში, რადგან ისინი აერთიანებენ ნახევარგამტარების და ფერომაგნიტების თვისებებს. სწორედ ფერიტებისგან მზადდება მაგნიტური ლენტები და ფილმები, ინდუქტორების ბირთვები და დისკები. ისინი ბუნებაში ნაპოვნი რკინის ოქსიდებია.
საინტერესო ფაქტები
ინტერესი არის ფერომაგნიტების გამოყენება ელექტრო მანქანებში, ასევე მყარ დისკზე ჩაწერის ტექნოლოგიაში. თანამედროვე კვლევები აჩვენებს, რომ გარკვეულ ტემპერატურაზე ზოგიერთ ფერომაგნიტს შეუძლია პარამაგნიტური მახასიათებლების შეძენა. სწორედ ამიტომ ითვლება ეს ნივთიერებები ცუდად გასაგებად და განსაკუთრებით საინტერესოა ფიზიკოსებისთვის.
ფოლადის ბირთვს შეუძლია რამდენჯერმე გაზარდოს მაგნიტური ველი დენის სიძლიერის შეცვლის გარეშე.
ფერომაგნიტების გამოყენება მნიშვნელოვნად დაზოგავს ელექტრო ენერგიას. სწორედ ამიტომ გამოიყენება ფერომაგნიტური თვისებების მქონე მასალები გენერატორების, ტრანსფორმატორების, ელექტროძრავების ბირთვებისთვის.
მაგნიტური ჰისტერეზი
ეს არის მაგნიტური ველის სიძლიერისა და მაგნიტიზაციის ვექტორის გარე ველზე დამოკიდებულების ფენომენი. ეს თვისება ვლინდება ფერომაგნიტებში, ასევე რკინის, ნიკელის, კობალტის შენადნობებში. მსგავსი ფენომენი შეინიშნება არა მხოლოდ ველის მიმართულებისა და სიდიდის ცვლილების შემთხვევაში, არამედ მისი ბრუნვის შემთხვევაშიც.
გამტარიანობა
მაგნიტური გამტარიანობა არის ფიზიკური სიდიდე, რომელიც აჩვენებს ინდუქციის თანაფარდობას გარკვეულ გარემოში ვაკუუმში. თუ ნივთიერება ქმნის საკუთარ მაგნიტურ ველს, იგი ითვლება მაგნიტიზებულად. ამპერის ჰიპოთეზის მიხედვით, თვისებების მნიშვნელობა დამოკიდებულია ატომში "თავისუფალი" ელექტრონების ორბიტალურ მოძრაობაზე.
ჰისტერეზის მარყუჟი არის გარე ველში მდებარე ფერომაგნიტის მაგნიტიზაციის ზომის ცვლილების დამოკიდებულების მრუდი ინდუქციის ზომის ცვლილებაზე. გამოყენებული სხეულის სრული დემაგნიტიზაციისთვის საჭიროა გარე მაგნიტური ველის მიმართულების შეცვლა.
მაგნიტური ინდუქციის გარკვეული მნიშვნელობისას, რომელსაც ეწოდება იძულებითი ძალა, ნიმუშის მაგნიტიზაცია ხდება ნული.
ეს არის ჰისტერეზის მარყუჟის ფორმა და იძულებითი ძალის სიდიდე, რომელიც განსაზღვრავს ნივთიერების უნარს შეინარჩუნოს ნაწილობრივი მაგნიტიზაცია, ხსნის ფერომაგნიტების ფართოდ გამოყენებას. მოკლედ, ზემოთ აღწერილია მძიმე ფერომაგნიტების გამოყენების სფეროები ფართო ჰისტერეზის მარყუჟით. ვოლფრამის, ნახშირბადის, ალუმინის, ქრომის ფოლადებს აქვთ დიდი იძულებითი ძალა, ამიტომ მათ ბაზაზე იქმნება სხვადასხვა ფორმის მუდმივი მაგნიტები: ზოლები, ცხენის ცალი.
რბილ მასალებს შორის მცირე იძულებითი ძალით, ჩვენ აღვნიშნავთ რკინის მადნებს, ისევე როგორც რკინა-ნიკელის შენადნობებს.
ფერომაგნიტების დამაგნიტიზაციის შებრუნების პროცესი დაკავშირებულია სპონტანური მაგნიტიზაციის რეგიონის ცვლილებასთან. ამისთვის გამოიყენება გარე ველის მიერ შესრულებული სამუშაო. რაოდენობაამ შემთხვევაში წარმოქმნილი სითბო პროპორციულია ჰისტერეზის მარყუჟის ფართობისა.
დასკვნა
ამჟამად ტექნოლოგიის ყველა დარგში აქტიურად გამოიყენება ფერომაგნიტური თვისებების მქონე ნივთიერებები. ენერგორესურსებში მნიშვნელოვანი დაზოგვის გარდა, ასეთი ნივთიერებების გამოყენებამ შეიძლება გაამარტივოს ტექნოლოგიური პროცესები.
მაგალითად, ძლიერი მუდმივი მაგნიტებით შეიარაღებული, შეგიძლიათ მნიშვნელოვნად გაამარტივოთ მანქანების შექმნის პროცესი. ძლიერი ელექტრომაგნიტები, რომლებიც ამჟამად გამოიყენება შიდა და უცხოურ საავტომობილო ქარხნებში, შესაძლებელს ხდის ყველაზე შრომატევადი ტექნოლოგიური პროცესების სრულ ავტომატიზაციას, ასევე მნიშვნელოვნად აჩქარებს ახალი მანქანების აწყობის პროცესს.
რადიოინჟინერიაში ფერომაგნიტები შესაძლებელს ხდის უმაღლესი ხარისხის და სიზუსტის მოწყობილობების მიღებას.
მეცნიერებმა შეძლეს შექმნან ერთსაფეხურიანი მეთოდი მაგნიტური ნანონაწილაკების წარმოებისთვის, რომლებიც შესაფერისია მედიცინასა და ელექტრონიკაში გამოსაყენებლად.
საუკეთესო კვლევით ლაბორატორიებში ჩატარებული მრავალი კვლევის შედეგად შესაძლებელი გახდა ოქროს თხელი ფენით დაფარული კობალტისა და რკინის ნანონაწილაკების მაგნიტური თვისებების დადგენა. მათი უნარი, გადაიტანონ კიბოს საწინააღმდეგო პრეპარატები ან რადიონუკლიდური ატომები ადამიანის სხეულის მარჯვენა ნაწილში და გაზარდონ მაგნიტურ-რეზონანსული გამოსახულების კონტრასტი.
გარდა ამისა, ასეთი ნაწილაკების გამოყენება შესაძლებელია მაგნიტური მეხსიერების მოწყობილობების გასაუმჯობესებლად, რაც იქნება ახალი ნაბიჯი ინოვაციური შექმნის საქმეში.სამედიცინო ტექნოლოგია.
რუს მეცნიერთა ჯგუფმა მოახერხა ქლორიდების წყალხსნარების შემცირების მეთოდის შემუშავება და გამოცდა, რათა მიეღო კომბინირებული კობალტ-რკინის ნანონაწილაკები, რომლებიც შესაფერისია გაუმჯობესებული მაგნიტური მახასიათებლების მქონე მასალების შესაქმნელად. მეცნიერთა მიერ ჩატარებული ყველა კვლევა მიზნად ისახავს ნივთიერებების ფერომაგნიტური თვისებების გაუმჯობესებას, წარმოებაში მათი პროცენტული გამოყენების გაზრდას.
