Bugungi kunda qattiq magnit materiallar va doimiy magnitlardan foydalanmaydigan texnik sanoatni topish deyarli mumkin emas. Bular akustika, radioelektronika, kompyuter, oʻlchash texnikasi, avtomatlashtirish, issiqlik va elektr energetikasi, qurilish, metallurgiya, har qanday transport, qishloq xoʻjaligi, tibbiyot, rudani qayta ishlash, va Hatto hammaning oshxonasida mikroto'lqinli pech bor, u pitssani isitadi. Hamma narsani sanab bo'lmaydi, magnit materiallar hayotimizning har bir qadamida bizga hamroh bo'ladi. Va ularning yordami bilan barcha mahsulotlar butunlay boshqa printsiplarga muvofiq ishlaydi: dvigatellar va generatorlar o'zlarining funktsiyalariga ega va tormozlash moslamalari o'zlarining funktsiyalariga ega, separator bitta narsani qiladi va nuqsonlarni aniqlash moslamasi boshqasini qiladi. Ehtimol, qattiq magnit materiallar ishlatiladigan texnik qurilmalarning to'liq ro'yxati yo'q, ular juda ko'p.
Magnit tizimlar nima
Sayyoramizning o'zi juda yaxshi yog'langan magnit tizimdir. Qolganlarning hammasi bir xil printsip asosida qurilgan. Qattiq magnit materiallar juda xilma-xil funktsional xususiyatlarga ega. Yetkazib beruvchilarning kataloglarida nafaqat ularning parametrlari, balki jismoniy xususiyatlari ham berilganligi bejiz emas. Bundan tashqari, magnit qattiq va magnit yumshoq materiallar bo'lishi mumkin. Masalan, bir xil magnit maydonga ega tizimlar qo'llaniladigan rezonans tomograflarni oling va maydon keskin bir xil bo'lmagan separatorlar bilan solishtiring. Bu mutlaqo boshqacha printsip! Magnit tizimlar o'zlashtirildi, bu erda maydonni yoqish va o'chirish mumkin. Tutqichlar shunday yaratilgan. Va ba'zi tizimlar hatto kosmosdagi magnit maydonni o'zgartiradi. Bular taniqli klistronlar va harakatlanuvchi to'lqin lampalaridir. Yumshoq va qattiq magnit materiallarning xususiyatlari chindan ham sehrli. Ular katalizatorga o'xshaydi, ular deyarli har doim vositachi bo'lib ishlaydi, lekin o'z energiyasini zarracha yo'qotmasdan, birovnikini o'zgartirib, bir turni boshqasiga aylantira oladi.
Masalan, magnit impuls muftalar, separatorlar va shu kabilar ishida mexanik energiyaga aylanadi. Agar biz mikrofonlar va generatorlar bilan shug'ullanadigan bo'lsak, mexanik energiya magnitlar yordamida elektr energiyasiga aylanadi. Va aksincha sodir bo'ladi! Karnay va motorlarda magnitlar, masalan, elektr energiyasini mexanik energiyaga aylantiradi. Va bu hammasi emas. Mikroto'lqinli pechning ishlashida yoki tormoz qurilmasida magnit tizim kabi mexanik energiya hatto issiqlik energiyasiga ham aylanishi mumkin. Qodirmagnit qattiq va magnit yumshoq materiallar va maxsus effektlarda - Hall sensorlarida, magnit-rezonans tomograflarda, mikroto'lqinli aloqada. Kimyoviy jarayonlarga katalitik ta'sir, suvdagi gradient magnit maydonlari ionlar, oqsil molekulalari va erigan gazlar tuzilishiga qanday ta'sir qilishi haqida alohida maqola yozishingiz mumkin.
Qadimgi sehrlar
Tabiiy material - magnetit bir necha ming yillar oldin insoniyatga ma'lum bo'lgan. O'sha paytda qattiq magnit materiallarning barcha xususiyatlari hali ma'lum emas edi va shuning uchun ular texnik qurilmalarda ishlatilmadi. Va hali texnik qurilmalar yo'q edi. Hech kim magnit tizimlarning ishlashi uchun hisob-kitoblarni qanday qilishni bilmas edi. Ammo biologik ob'ektlarga ta'siri allaqachon sezilgan. Qattiq magnit materiallardan foydalanish dastlab faqat tibbiy maqsadlarda, miloddan avvalgi III asrda xitoyliklar kompasni ixtiro qilgunga qadar davom etdi. Biroq, magnit bilan davolash bugungi kungacha to'xtamadi, garchi bunday usullarning zararli ekanligi haqida doimiy munozaralar mavjud. Qattiq magnit materiallardan tibbiyotda AQSh, Xitoy va Yaponiyada foydalanish ayniqsa faol. Rossiyada esa muqobil usullarning tarafdorlari bor, garchi organizmga yoki o'simlikka ta'sirini biron bir asbob bilan o'lchash mumkin emas.
Ammo tarixga qaytish. Kichik Osiyoda, ko'p asrlar oldin, qadimiy Magnesiya shahri to'liq oqimli Meander qirg'og'ida allaqachon mavjud edi. Va bugun siz uning Turkiyadagi go'zal xarobalarini ziyorat qilishingiz mumkin. Aynan o'sha erda birinchi magnit temir javhari topilgan va uning nomi berilganshaharlar. Tezda u butun dunyoga tarqaldi va besh ming yil oldin xitoyliklar uning yordami bilan hali ham o'lmaydigan navigatsiya moslamasini ixtiro qildilar. Endi insoniyat sanoat miqyosida sun'iy ravishda magnit ishlab chiqarishni o'rgandi. Ular uchun asos turli xil ferromagnitlardir. Tartu universiteti eng katta tabiiy magnitga ega bo'lib, taxminan qirq kilogrammni ko'tarishga qodir, o'zi esa atigi o'n uch og'irlikda. Bugungi kukunlar kob alt, temir va boshqa turli qo'shimchalardan tayyorlangan bo'lib, ular og'irligidan besh ming baravar ko'proq yukni ushlab turadi.
Histerezis tsikli
Sun'iy magnitlarning ikki turi mavjud. Birinchi tur - qattiq magnit materiallardan tayyorlangan doimiylar, ularning xususiyatlari tashqi manbalar yoki oqimlar bilan hech qanday bog'liq emas. Ikkinchi tur elektromagnitlardir. Ular temirdan yasalgan yadroga ega - magnit yumshoq material va bu yadroning o'rashidan oqim o'tib, magnit maydon hosil qiladi. Endi biz uning ishlash tamoyillarini ko'rib chiqishimiz kerak. Qattiq magnit materiallar uchun histerezis halqasining magnit xususiyatlarini tavsiflaydi. Magnit tizimlarni ishlab chiqarish uchun juda murakkab texnologiyalar mavjud va shuning uchun magnitlanish, magnit o'tkazuvchanlik va magnitlanishning o'zgarishi sodir bo'lganda energiya yo'qotishlari haqida ma'lumot kerak. Agar intensivlikning o'zgarishi siklik bo'lsa, remagnetizatsiya egri chizig'i (induksiyadagi o'zgarishlar) har doim yopiq egri chiziq kabi ko'rinadi. Bu histerezis halqasi. Agar maydon zaif bo'lsa, u holda halqa ko'proq ellipsga o'xshaydi.
Qachon taranglikmagnit maydon kuchayadi, bir-biriga o'ralgan bunday halqalarning butun seriyasi olinadi. Magnitlanish jarayonida barcha vektorlar bo'ylab yo'n altiriladi va oxirida texnik to'yinganlik holati keladi, material to'liq magnitlangan bo'ladi. To'yinganlik paytida olingan pastadir chegara halqasi deb ataladi, u induksiya Bs (to'yinganlik induksiyasi) ning maksimal erishilgan qiymatini ko'rsatadi. Kuchlanish pasayganda, qoldiq induksiya qoladi. Histerezis halqalarining chegaraviy va oraliq holatlardagi maydoni energiyaning tarqalishini, ya'ni histerezis yo'qolishini ko'rsatadi. Bu asosan magnitlanishning teskari chastotasiga, materialning xususiyatlariga va geometrik o'lchamlarga bog'liq. Cheklovchi histerezis halqasi qattiq magnit materiallarning quyidagi xususiyatlarini aniqlashi mumkin: to'yinganlik induksiyasi Bs, qoldiq induksiya Bc va majburlash kuchi Hc.
Magnetizatsiya egri
Bu egri chiziq eng muhim xususiyatdir, chunki u magnitlanish va tashqi maydon kuchiga bogʻliqligini koʻrsatadi. Magnit induktsiya Teslada o'lchanadi va magnitlanish bilan bog'liq. Kommutatsiya egri chizig'i asosiy hisoblanadi, bu tsiklik qayta magnitlanish jarayonida olinadigan histerezis halqalaridagi tepaliklarning joylashishi. Bu magnit induksiyaning o'zgarishini aks ettiradi, bu maydon kuchiga bog'liq. Magnit zanjir yopilganda, toroid shaklida aks ettirilgan maydon kuchi tashqi maydon kuchiga teng bo'ladi. Agar magnit zanjir ochiq bo'lsa, magnitning uchlarida qutblar paydo bo'ladi, bu esa demagnetizatsiyani yaratadi. O'rtasidagi farqbu tarangliklar materialning ichki tarangligini aniqlaydi.
Asosiy egri chiziqda ferromagnitning yagona kristalli magnitlanganda ajralib turadigan xarakterli kesimlar mavjud. Birinchi bo'limda noqulay sozlangan domenlar chegaralarini o'zgartirish jarayoni ko'rsatilgan, ikkinchisida esa magnitlanish vektorlari tashqi magnit maydon tomon buriladi. Uchinchi bo'lim - paraprosess, magnitlanishning yakuniy bosqichi, bu erda magnit maydon kuchli va yo'n altirilgan. Yumshoq va qattiq magnit materiallarni qo'llash ko'p jihatdan magnitlanish egri chizig'idan olingan xususiyatlarga bog'liq.
O'tkazuvchanlik va energiya yo'qolishi
Kuchlanish maydonidagi materialning harakatini tavsiflash uchun mutlaq magnit o'tkazuvchanlik kabi tushunchadan foydalanish kerak. Impuls, differentsial, maksimal, boshlang'ich, normal magnit o'tkazuvchanlik ta'riflari mavjud. Nisbatan asosiy egri chiziq bo'ylab kuzatilgan, shuning uchun bu ta'rif ishlatilmaydi - soddalik uchun. H=0 bo'lgan sharoitlarda magnit o'tkazuvchanlik boshlang'ich deb ataladi va u faqat zaif maydonlarda, taxminan 0,1 birlikgacha aniqlanishi mumkin. Maksimal, aksincha, eng yuqori magnit o'tkazuvchanlikni tavsiflaydi. Oddiy va maksimal qiymatlar har bir alohida holatda jarayonning normal borishini kuzatish imkoniyatini beradi. Kuchli maydonlarda to'yinganlik hududida magnit o'tkazuvchanlik har doim birlikka intiladi. Bu qiymatlarning barchasi qattiq magnitdan foydalanish uchun zarurdirmateriallar, har doim ulardan foydalaning.
Magnitlanishning teskari o'zgarishi paytida energiya yo'qolishi qaytarib bo'lmaydi. Elektr energiyasi materialda issiqlik sifatida chiqariladi va uning yo'qotishlari dinamik yo'qotishlar va histerezis yo'qotishlaridan iborat. Ikkinchisi magnitlanish jarayoni endigina boshlanganda domen devorlarini almashtirish orqali olinadi. Magnit material bir hil bo'lmagan tuzilishga ega bo'lganligi sababli, energiya, albatta, domen devorlarining hizalanishiga sarflanadi. Va dinamik yo'qotishlar magnit maydonning kuchi va yo'nalishini o'zgartirish paytida yuzaga keladigan girdab oqimlari bilan bog'liq holda olinadi. Energiya xuddi shu tarzda tarqaladi. Va girdap oqimlari tufayli yo'qotishlar hatto yuqori chastotalarda histerezis yo'qotishlaridan ham oshadi. Shuningdek, intensivlik o'zgargandan keyin magnit maydon holatidagi qoldiq o'zgarishlar tufayli dinamik yo'qotishlar olinadi. Ta'sirdan keyingi yo'qotishlar miqdori kompozitsiyaga, materialning issiqlik bilan ishlov berishga bog'liq bo'lib, ular ayniqsa yuqori chastotalarda paydo bo'ladi. Keyingi ta'sir magnit yopishqoqlikdir va agar ferromagnitlar impulsli rejimda ishlatilsa, bu yo'qotishlar har doim hisobga olinadi.
Qattiq magnit materiallar tasnifi
Yumshoqlik va qattiqlik haqida gapiradigan atamalar mexanik xususiyatlarga umuman taalluqli emas. Ko'pgina qattiq materiallar aslida magnit jihatdan yumshoq va mexanik nuqtai nazardan yumshoq materiallar ham juda qattiq magnitdir. Ikkala guruhdagi materiallarda magnitlanish jarayoni xuddi shunday sodir bo'ladi. Birinchidan, domen chegaralari almashtiriladi, keyin aylanish boshlanaditobora magnitlangan maydon yo'nalishida va nihoyat, paraprosess boshlanadi. Va bu erda farq paydo bo'ladi. Magnitlanish egri chizig'i chegaralarni ko'chirish osonroq ekanligini ko'rsatadi, kamroq energiya sarflanadi, lekin aylanish jarayoni va paraprosess ko'proq energiya talab qiladi. Yumshoq magnit materiallar chegaralarni siljitish orqali magnitlanadi. Qattiq magnit - aylanish va paraprocess tufayli.
Histerezis halqasining shakli har ikkala materiallar guruhi uchun taxminan bir xil, toʻyinganlik va qoldiq induksiya ham tenglikka yaqin, ammo farq majburlash kuchida mavjud va u juda katta. Qattiq magnit materiallar Hc=800 kA-m, yumshoq magnit materiallar esa atigi 0,4 A-m. Hammasi bo'lib, farq juda katta: 2106 marta. Shuning uchun ham ushbu xususiyatlardan kelib chiqib, bunday bo'linish qabul qilindi. Garchi, bu juda shartli ekanligini tan olish kerak. Yumshoq magnit materiallar hatto zaif magnit maydonda ham to'yingan bo'lishi mumkin. Ular past chastotali maydonlarda qo'llaniladi. Masalan, magnit xotira qurilmalarida. Qattiq magnit materiallarni magnitlash qiyin, lekin ular magnitlanishni juda uzoq vaqt saqlaydi. Ulardan yaxshi doimiy magnitlar olinadi. Qattiq magnit materiallarni qo'llash sohalari juda ko'p va kengdir, ularning ba'zilari maqolaning boshida keltirilgan. Yana bir guruh bor - maxsus maqsadlar uchun magnit materiallar, ularning doirasi juda tor.
Qattiqlik tafsilotlari
Yuqorida aytib o'tilganidek, qattiq magnit materiallar keng histerezis halqasiga va katta majburlash kuchiga, past magnit o'tkazuvchanlikka ega. Ular maksimal o'ziga xos magnit energiya bilan tavsiflanadibo'sh joy. Va magnit material qanchalik "qattiq" bo'lsa, uning kuchi qanchalik baland bo'lsa, o'tkazuvchanlik shunchalik past bo'ladi. Materialning sifatini baholashda eng muhim rol o'ziga xos magnit energiyaga beriladi. Doimiy magnit yopiq magnit kontur bilan deyarli kosmosga energiya bermaydi, chunki barcha kuch chiziqlari yadro ichida va uning tashqarisida magnit maydon yo'q. Doimiy magnitlarning energiyasidan maksimal darajada foydalanish uchun yopiq magnit zanjir ichida qat'iy belgilangan o'lcham va konfiguratsiyadagi havo bo'shlig'i yaratiladi.
Vaqt o'tishi bilan magnit "eskiradi", uning magnit oqimi kamayadi. Biroq, bunday qarish ham qaytarilmas, ham qaytarilmas bo'lishi mumkin. Ikkinchi holda, uning qarishi sabablari zarbalar, zarbalar, haroratning o'zgarishi, doimiy tashqi maydonlardir. Magnit induksiya kamayadi. Ammo u yana magnitlanishi mumkin, shuning uchun uning ajoyib xususiyatlarini tiklaydi. Ammo doimiy magnit har qanday tizimli o'zgarishlarga duch kelgan bo'lsa, qayta magnitlanish yordam bermaydi, qarish yo'qolmaydi. Lekin ular uzoq vaqt xizmat qiladi va qattiq magnit materiallarning maqsadi katta. Misollar tom ma'noda hamma joyda mavjud. Bu shunchaki doimiy magnitlar emas. Bu ma'lumotni saqlash, uni yozib olish uchun - ham ovoz, ham raqamli, ham video uchun material. Ammo yuqoridagilar qattiq magnit materiallardan foydalanishning kichik bir qismi.
Quyma qattiq magnit materiallar
Ishlab chiqarish usuli va tarkibiga ko'ra, qattiq magnit materiallar quyma, kukun va boshqalar bo'lishi mumkin. Ular qotishmalarga asoslangan.temir, nikel, alyuminiy va temir, nikel, kob alt. Ushbu kompozitsiyalar doimiy magnit olish uchun eng asosiy hisoblanadi. Ular aniqlikka tegishli, chunki ularning soni eng qat'iy texnologik omillar bilan belgilanadi. Quyma qattiq magnit materiallar qotishmaning yog'ingarchilik bilan qotib qolishi jarayonida olinadi, bu erda sovutish ikki fazada sodir bo'ladigan erishdan parchalanish boshlanishiga qadar hisoblangan tezlikda sodir bo'ladi.
Birinchisi - tarkibi aniq magnit xususiyatlarga ega sof temirga yaqin bo'lganda. Go'yo bitta domenli qalinlikdagi plitalar paydo bo'ladi. Va ikkinchi faza tarkibida nikel va alyuminiy past magnit xususiyatlarga ega bo'lgan intermetalik birikmaga yaqinroqdir. Bu magnit bo'lmagan faza katta majburlash kuchiga ega kuchli magnit qo'shimchalar bilan birlashtirilgan tizim bo'lib chiqadi. Ammo bu qotishma magnit xususiyatlarida etarlicha yaxshi emas. Eng keng tarqalgan boshqa kompozitsion, qotishma: qotishma uchun kob alt bilan temir, nikel, alyuminiy va mis. Kob altsiz qotishmalarning magnit xususiyatlari pastroq, lekin ular ancha arzon.
Kuchli qattiq magnit materiallar
Kukunli materiallar miniatyura, ammo murakkab doimiy magnitlar uchun ishlatiladi. Ular metall-keramika, metall-plastmassa, oksid va mikrochangdir. Sermet ayniqsa yaxshi. Magnit xususiyatlariga ko'ra, u quymalardan bir oz pastroq, ammo ulardan biroz qimmatroq. Seramika-metall magnitlar metall kukunlarini hech qanday bog'lovchi materialsiz presslash va ularni juda yuqori haroratlarda sinterlash orqali tayyorlanadi. Kukunlar ishlatiladiyuqorida tavsiflangan qotishmalar, shuningdek, platina va nodir tuproq metallari asosidagi qotishmalar bilan.
Mexanik mustahkamligi jihatidan chang metallurgiyasi quyishdan ustundir, lekin metall-keramika magnitlarining magnit xossalari hali ham quymalarga qaraganda birmuncha past. Platinaga asoslangan magnitlar juda yuqori majburiy kuch qiymatlariga ega va parametrlar juda barqaror. Uran va noyob tuproq metallari bilan qotishmalar maksimal magnit energiyaning rekord qiymatlariga ega: chegara qiymati kvadrat metr uchun 112 kJ. Bunday qotishmalar kukunni eng yuqori zichlik darajasiga sovuq presslash orqali olinadi, keyin briketlar suyuq faza mavjudligi va ko'p komponentli kompozitsiyani quyish bilan sinterlanadi. Oddiy quyish orqali komponentlarni bunchalik aralashtirish mumkin emas.
Boshqa qattiq magnit materiallar
Qattiq magnit materiallarga, shuningdek, yuqori maxsus maqsadlarga ega bo'lganlar ham kiradi. Bu elastik magnitlar, plastik deformatsiyalanadigan qotishmalar, axborot tashuvchilar uchun materiallar va suyuq magnitlar. Deformatsiyalanadigan magnitlar mukammal plastik xususiyatlarga ega, ular har qanday mexanik ishlov berish - shtamplash, kesish, ishlov berish uchun mukammal darajada yordam beradi. Ammo bu magnitlar qimmat. Mis, nikel va temirdan yasalgan qunife magnitlari anizotrop, ya'ni prokat yo'nalishi bo'yicha magnitlanadi, ular shtamplash va sim shaklida qo'llaniladi. Kob alt va vanadiydan tayyorlangan Vikalloy magnitlari yuqori quvvatli magnit lenta, shuningdek, sim shaklida ishlab chiqariladi. Bu kompozitsiya eng murakkab konfiguratsiyaga ega juda kichik magnitlar uchun yaxshi.
Elastik magnitlar - rezina asosda, undaTo'ldiruvchi qattiq magnit materialning nozik kukunidir. Ko'pincha bu bariy ferritidir. Bu usul yuqori ishlab chiqarish qobiliyatiga ega mutlaqo har qanday shakldagi mahsulotlarni olish imkonini beradi. Ular, shuningdek, qaychi bilan mukammal tarzda kesilgan, egilgan, shtamplangan, o'ralgan. Ular ancha arzon. Magnit kauchuk kompyuterlar, televizorlar, tuzatish tizimlari uchun magnit xotira varaqlari sifatida ishlatiladi. Axborot tashuvchisi sifatida magnit materiallar ko'plab talablarga javob beradi. Bu yuqori darajadagi qoldiq induksiya, o'z-o'zini demagnetizatsiya qilishning kichik ta'siri (aks holda ma'lumot yo'qoladi), majburlash kuchining yuqori qiymati. Yozuvlarni o'chirish jarayonini osonlashtirish uchun bu kuchning ozgina miqdori kerak, ammo bu qarama-qarshilik texnologiya yordamida bartaraf etiladi.
