XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Введение:

Магнитные материалы играют значительную роль в нашей повседневной жизни, даже если мы об этом не задумываемся. Они используются в производстве многих устройств, начиная от электроники (к примеру, в динамиках и магнитных дисках) и заканчивая медицинскими приспособлениями (в магнитно-резонансной томографии). Магнитные материалы также применяются в производстве многих электрических моторов и генераторов, которые используются в наших автомобилях, бытовой технике и других устройствах. Кроме того, магнитные материалы широко используются в производстве украшений, игрушек и различных бытовых принадлежностей. Таким образом, значение магнитных материалов в нашей повседневной жизни несомненно огромно.

Магнетики - материалы, вступающие во взаимодействие с магнитным полем, выражающееся в его изменении, а также в других физических явлениях - изменение физических размеров, температуры, проводимости, возникновению электрического потенциала и т. д. К магнитным материалам относят вещества, обладающие определенными магнитными свойствами и используемые в современной технологии. Магнитными материалами могут быть различные сплавы, химические соединения, жидкости. В основном магнитные материалы делят на две большие группы - Магнитотвёрдые материалы и Магнитомягкие материалы. В то же время в связи с успехом в науках изучающих магнетизм и с развитием большой исследовательской работы в области изучения магнитных материалов, появились новые большие группы магнитных материалов: магнитострикционные материалы, магнитооптические материалы, термомагнитные материалы. Известно два различных механизма магнетизма: зонный магнетизм; молекулярный магнетизм.

Магнитные свойства имеются у любых материалов. Они обусловлены реакцией материала на магнитное поле. Как уже рассматривалось в третьей лекции, магнитную индукцию в любом материале можно связать с напряженностью магнитного поля в нем B = m₀×m×H(12.1) Глобально, по отношению к магнитному полю, материалы можно разделить на три класса - диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики. Последние можно еще поделить на собственно ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Диамагнетики имеют магнитную проницаемость чуть меньше 1. Отличаются тем, что выталкиваются из области магнитного поля. Парамагнетики имеют магнитную проницаемость чуть более 1. Подавляющее количество материалов являются диа- и пара- магнетиками. Ферромагнетики обладают исключительно большой магнитной проницаемостью, доходящей до миллиона. Начальная магнитная проницаемостьm_н - значение магнитной проницаемости при малой напряженности поля. Максимальная магнитная проницаемость m_max - максимальное значение магнитной проницаемости, которое достигается обычно в средних магнитных полях.

Основные свойства магнитных материалов включают:

1. Магнитная восприимчивость: Измеряет способность материала реагировать на воздействие магнитного поля. Материалы с высокой магнитной восприимчивостью легко намагничиваются в магнитном поле.

2. Коэрцитивная сила: Это мера силы, необходимой для полного размагничивания материала после его предварительного намагничивания. Материалы с высокой коэрцитивной силой более стойки к воздействию внешних магнитных полей.

3. Магнитная индукция: Это величина, описывающая магнитное поле, создаваемое веществом. Магнитные материалы обладают способностью притягивать другие материалы и оказывать воздействие на электрически заряженные частицы под воздействием магнитного поля.

Эти свойства определяют поведение магнитных материалов в различных условиях и играют важную роль в их применении в различных технических и научных областях.

Классификация магнитных материалов.

Различают следующие виды магнитных материалов: 

Магнитомягкие материалы способны намагничиваться до насыщения в слабых полях, обладают высокой магнитной проницаемостью и малыми потерями на перемагничивание. Условно к магнитомягким относят материалы с Н_с>800 А/м. Применяются в основном в качестве магнитопроводов дросселей, трансформаторов, электромагнитов, электрических машин и т.д. 

Магнитотвердые материалы отличаются большой удельной энергией, которые тем больше, чем больше остаточная индукция B_r и коэрцитивная сила Н_с материала.

1. Постоянные магниты:

Это материалы, которые обладают постоянной магнитной силой и могут создавать постоянное магнитное поле. К ним относятся такие материалы, как ферриты, алюминиевикселиты, алнико и редкоземельные магниты.

2. Магнитные ленты и пленки:

Это тонкие слои материала, обладающие магнитными свойствами, которые широко применяются в магнитофонах, видеомагнитофонах, магнитных дисках и других устройствах для записи и хранения информации.

3. Магнитные сплавы:

Это специальные сплавы, которые обладают уникальными магнитными свойствами. Они используются в магнитах, датчиках, трансформаторах, и других устройствах.

Эта классификация позволяет лучше понять разнообразие магнитных материалов и их широкое применение в различных областях техники и промышленности.

Применение магнитных материалов включает:

В производстве электроники:

1. Магнитные материалы используются для создания магнитных датчиков и динамиков в устройствах электроники, таких как телефоны, наушники и динамики.

2. Магнитные материалы также используются для создания магнитных ядер трансформаторов и индуктивностей, которые используются в источниках питания и других устройствах.

3. Магнитные материалы используются для создания магнитных полюсов и магнитных цепей в электромагнитах, которые могут использоваться в различных устройствах, таких как датчики и реле.

4. Магнитные материалы также могут использоваться для создания магнитных записывающих устройств, таких как жесткие диски и магнитные ленты, которые используются для хранения информации в компьютерах и других устройствах хранения данных.

В медицинской диагностике:

1. Магнитные материалы используются для создания магнитно-резонансных томографов (МРТ), которые являются одним из основных методов медицинской диагностики. Магниты в МРТ генерируют сильное магнитное поле, которое послужив для создания подробных изображений внутренних органов и тканей пациента.

2. Магнитные материалы используются для создания магнитных частиц, которые могут использоваться в процессе магнитной резонансной томографии для диагностики и даже лечения определенных заболеваний.

3. Магнитные материалы также могут использоваться для создания магнитных меток, которые позволяют отслеживать и маркировать различные ткани и структуры в организме во время процедур медицинской диагностики.

4. Магнитные материалы могут также применяться для создания магнитных сепараторов, которые используются для разделения биологических материалов, таких как клетки и белки, в лабораторных условиях для медицинских исследований.

В производстве магнитов и магнитных систем:

1. Магнитные материалы используются для производства постоянных магнитов, таких как ферритовые магниты, а также редкоземельные магниты, например, неодимовые магниты. Они могут использоваться в различных магнитных системах, включая моторы, генераторы, датчики, и различные устройства, используемые в электронике и машиностроении.

2. Магнитные материалы также применяются для изготовления магнитных систем, которые используются в различных промышленных процессах, таких как магнитные сепараторы для извлечения металлических частиц из материалов или жидкостей, или в магнитных системах для подъема и удержания металлических предметов.

3. Магнитные материалы также применяются для создания магнитных систем в медицинских устройствах, таких как магнитные резонансные томографы (МРТ), магнитные стимуляторы нервов, магнитные подставки и другие медицинские инструменты.

4. Магнитные материалы также используются для изготовления магнитных систем в электрощитовом оборудовании, таком как магнитные пускатели, реле и другие устройства для управления электромоторами

Эти примеры демонстрируют важность и широкий спектр применения магнитных материалов в различных отраслях промышленности и техники.

Заключение

Таким образом, можно сделать вывод, что магнитные материалы играют ключевую роль в современной технологии. Их свойства позволяют создавать мощные и эффективные устройства, такие как магнитные диски, моторы, генераторы и прочие. Изучение свойств и применения магнитных материалов имеет большое значение для развития новых технологий и улучшения существующих устройств. Таким образом, дальнейшие исследования в этой области являются важными для развития науки и техники.

Список источников:

1. "Магнитные материалы: основы и приложения" автор Никола А. Спалдин

2. "Введение в магнитные материалы, 2-е издание" автор Б. Д. Каллити, К. Д. Грэм

3. "Магнитомягкие материалы" автор Р. В. Кан

4. "Магнитотвердые материалы" автор Роберт К. О'Хэндли

5. "Магнетизм и магнитные материалы" автор Дж. М. Д. Коуи

Код для цитирования: Скопировать