XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Введение

Магнитные материалы играют важную роль в современной науке и технике. Они находят применение в различных областях, таких как электроника, медицина, промышленность, исследования и другие. Этот интерес к магнитным материалам вызван их уникальными свойствами, такими как магнитная восприимчивость, намагниченность, коэрцитивная сила и другие. В данной статье рассматриваются различные аспекты магнитных материалов, их свойства, структура, классификация, методы получения и их использование в различных областях.

Магнитные материалы: их разновидности и свойства

Магнитные материалы – это вещества, которые взаимодействуют с магнитным полем, проявляющимся в его изменении, а также в других физических явлениях, таких как изменение размеров, температуры, проводимости, возникновение электрического потенциала и другие. Они играют важную роль в современной технологии и имеют определенные магнитные свойства. Магнитные материалы могут быть различных типов, таких как сплавы, химические соединения и жидкости. В общем случае, магнитные материалы делятся на две основные группы: магнитотвердые и магнит мягкие. Однако, благодаря огромному прогрессу в науках, изучающих магнетизм, и значительной исследовательской работе в области магнитных материалов, появились и другие значительные группы материалов, такие как магнитострикционные, магнитооптические и термомагнитные. Исследования позволили выделить два основных механизма магнетизма: зонный и молекулярный [1].

По большому счету, все вещества могут быть магнетиками, так как приобретают определенный магнитный момент в случае воздействии магнитного поля. Общий макроскопический магнитный момент – это сумма элементарных магнитных моментов атомов вещества. Объясняются магнитные свойства вещества движением электронов в атомах и тем, что электроны и атомы, в свою очередь, имеют постоянные магнитные моменты. Магнитными свойствами вещества являются магнитная восприимчивость χ и магнитная проницаемость μ. Магнитные свойства материала зависят от значений χ и μ и от их изменения под воздействием напряженности внешнего поля и температуры. Выделяют следующие основные типы магнитных явлений, когда магнитные материалы делятся на следующие группы:

Разновидности магнитных материалов 1

У диамагнетиков под действием внешнего магнитного поля магнитный момент в веществе направлен противоположно направлению внешнего поля. В связи с этим магнитная восприимчивость отрицательна и очень мала. Как правило, она не зависит от напряженности поля и температуры. К диамагнетикам относятся водород, цветные и благородные металлы, инертные газы, ионные соединения (Li+, Be2+ , Al3+ , O2- и т.д.), некоторые металлы (Zn, Au, Hg и др.) и сверхпроводники [1].

У парамагнетиков при отсутствии внешнего поля раз ориентированы векторы магнитных моментов и суммарный момент равен нулю. Магнитная восприимчивость парамагнетиков очень мала и зависит температуры. К парамагнетикам относятся щелочные, щелочноземельные и кое-какие переходные металлы.

Ферромагнетики при температуре ниже точки Кюри даже в отсутствие внешнего поля в материале имеют ферримагнитный атомный порядок и параллельно расположенные спиновые моменты. Поэтому при нулевой напряженности поля ферромагнетик находится в состоянии самопроизвольного намагничивания. У ферромагнетиков магнитная восприимчивость km>>0 и в большой степени зависит от напряженности внешнего поля и температуры. К ферромагнетикам относятся Fe, Ni, Co, Cd и их соединения, и сплавы, а также некоторые сплавы Mn, Ag, AL [2].

Антиферромагнитный эффект заключается в следующем: существует антиферромагнитный атомный порядок, при котором магнитные моменты ориентированы антипараллельно и при нулевой напряженности внешнего поля результирующий магнитный момент тоже равен нулю.Под действием Н магнитные моменты атомов выстраиваются по его направлению поля, соответственно, магнитная восприимчивость положительна, но минимальна и зависит от температуры [2].

Некомпенсированный антиферромагнетизм относится к ферримагнитному эффекту, магнитные моменты атомов антипараллельны и некомпенсированные.

Метамагнитные материалы ведут себя в слабых магнитных полях как антиферромагнитные, а в сильных – как ферримагнитные. Наиболее интересны для изучения и электротехники в качестве магнитных материалов ферро-, анти ферро- и ферримагнетики. Эти вещества различны по строению, но имеют аналогичные процессы намагничивания.

Магнитные материалы обладают рядом уникальных свойств, которые определяют их поведение в магнитном поле и ряда приложений. Одним из основных свойств магнитных материалов является их магнитная восприимчивость, которая определяет степень, с которой материал реагирует на внешнее магнитное поле. Это свойство зависит как от состава материала, так и от его структуры. Кроме того, магнитные материалы обладают способностью ретенции магнитных свойств, то есть способностью сохранять свои магнитные свойства в отсутствии внешнего магнитного поля. Это свойство является важным для создания постоянных магнитов, которые используются в широком спектре приложений, начиная от электроники и медицины, и заканчивая авиацией и промышленностью [3].

Применение магнитных материалов включает

В производстве магнитных систем:

Магнитные материалы играют важную роль в промышленности и технике. Они используются для создания постоянных магнитов, таких как ферритовые и редкоземельные магниты, которые находят применение в различных магнитных системах, включая моторы, генераторы, датчики и электронные устройства [4].

схема работы электромагнитного двигателя 1

Кроме того, магнитные материалы находят применение в промышленных процессах. Они используются в магнитных сепараторах, которые служат для извлечения металлических частиц из материалов и жидкостей. Также магнитные системы применяются для подъема и удержания металлических предметов. Магнитные материалы играют большую роль и в медицине. Они находят применение в магнитных резонансных томографах (МРТ) и магнитных стимуляторах нервов. Магнитные материалы также применяются для создания медицинских инструментов и магнитных подставок. Кроме того, магнитные материалы широко используются в электрощиты оборудовании. Они служат для изготовления магнитных пускателей, реле и других устройств, которые контролируют электромоторы. Примеры использования магнитных материалов в различных отраслях промышленности и техники демонстрируют их важность и широкий спектр применения [4].

В медицине:

Магнитные материалы играют важную роль в области медицинской диагностики и исследований. Они широко используются в создании магнитно-резонансных томографов (МРТ), которые являются одним из основных методов медицинской диагностики [3].

Схема работы МРТ 1

Магниты, используемые в МРТ, генерируют сильное магнитное поле, что позволяет получить подробные изображения внутренних органов и тканей пациента. Кроме того, магнитные материалы используются для создания магнитных частиц, которые могут применяться как для диагностики, так и для лечения определенных заболеваний при помощи магнитной резонансной томографии. Эти частицы могут быть маркированы и отслеживаться в организме пациента, что существенно упрощает и усиливает процесс диагностики и лечения. В дополнение к вышеперечисленному, магнитные материалы могут быть использованы для создания магнитных меток, которые позволяют отслеживать и маркировать различные ткани и структуры в организме во время медицинских процедур диагностики. Это значительно повышает точность диагностики и помогает визуализировать нужные области организма. Кроме того, магнитные материалы находят свое применение в создании магнитных сепараторов, которые используются в лабораторных условиях для разделения биологических материалов, таких как клетки и белки, в медицинских исследованиях. Это обеспечивает возможность более эффективного и точного анализа образцов, что важно для дальнейшего исследования и развития медицины.В целом, магнитные материалы играют ключевую роль в различных аспектах медицинской диагностики и исследований. Их применение помогает повысить точность и эффективность диагностики, лечения и исследований в медицинской сфере [2].

В электроники:

Магнитные материалы играют важную роль в современной электронике и других технических устройствах. Они широко применяются для создания магнитных датчиков и динамиков, которые используются в телефонах, наушниках и динамиках. Дополнительно, они служат основой для магнитных ядер трансформаторов и индуктивностей, которые играют важную роль в источниках питания и других устройствах. Магнитные материалы также используются для создания магнитных полюсов и магнитных цепей в электромагнитах, которые находят применение в различных устройствах, таких как датчики и реле. Наконец, магнитные материалы могут использоваться для создания магнитных записывающих устройств, включая жесткие диски и магнитные ленты, которые используются для хранения информации в компьютерах и других устройствах хранения данных [5].

Описание элементов жёсткого диска 1

Это лишь несколько примеров того, как магнитные материалы оказывают влияние на нашу современную технологию и обеспечивают нам широкий спектр возможностей и применений.

Заключение

Магнитные материалы играют важную роль в современной науке и технике. Их уникальные свойства, структура, классификация, методы получения и применение делают их предметом интереса для многих научных и технических исследований. Дальнейшие исследования в этой области позволят расширить наше понимание магнитных материалов и их применение в различных областях.

Список литературы

1.https://extxe.com/33087/magnitnye-materialy-vidy-svojstva-klassifikacija/

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

3. Преображенский А.А. (1965) Магнитные материалы

4. Справочник/Альтман А. Б., Герберг А. Н., Гладышев П. А. и.др; Под ред. Ю. М. Пятина. —2-е изд., перераб. и доп. —М. Энергия, 1980.— 488 с, ил

5. Дружинин В.В. Магнитные свойства электротехнической стали

Код для цитирования: Скопировать