Бүгүнкү күндө катуу магниттик материалдарды жана туруктуу магниттерди колдонбогон техникалык тармакты табуу дээрлик мүмкүн эмес. Булар акустика, радиоэлектроника, компьютердик жана өлчөө техникасы, автоматика, жылуулук-энергетика, электр энергиясы, курулуш, металлургия, транспорттун бардык түрү, айыл чарба, медицина, кен иштетүү, жана ар бир адамдын ашканасында микротолкундуу меш бар, ал пиццаны жылытат. Баарын санап чыгуу мүмкүн эмес, магниттик материалдар жашообуздун ар бир кадамында бизди коштоп жүрөт. Жана алардын жардамы менен бардык продуктулар такыр башка принциптерге ылайык иштейт: кыймылдаткычтар жана генераторлор өз функцияларына ээ, ал эми тормоздук түзүлүштөр өздөрүнүн функцияларына ээ, сепаратор бир нерсени, ал эми кемчилик детектору башканы кылат. Катуу магниттик материалдар колдонулган техникалык түзүлүштөрдүн толук тизмеси жок болсо керек, алардын саны абдан көп.
Магниттик системалар деген эмне
Биздин планетанын өзү өзгөчө жакшы майланган магниттик система. Калгандарынын баары ошол эле принцип боюнча курулган. Катуу магниттик материалдар өтө ар түрдүү функциялык касиеттерге ээ. Жеткирүүчүлөрдүн каталогдорунда алардын параметрлери гана эмес, физикалык касиеттери да берилгени бекер эмес. Мындан тышкары, ал магниттик катуу жана магниттик жумшак материалдар болушу мүмкүн. Мисалы, бир тектүү магнит талаасы бар системалар колдонулган резонанттык томографтарды алып, талаа кескин бир тектүү эмес болгон сепараторлор менен салыштырыңыз. Такыр башка принцип! Магниттик системалар өздөштүрүлдү, анда талааны иштетүү жана өчүрүү мүмкүн. Капчалар ушундайча иштелип чыккан. Ал эми кээ бир системалар мейкиндиктеги магнит талаасын да өзгөртөт. Бул белгилүү клистрондор жана кыймылдуу толкун лампалары. Жумшак жана катуу магниттик материалдардын касиеттери чындап эле сыйкырдуу. Алар катализаторлор сыяктуу, алар дээрлик дайыма ортомчу катары иштешет, бирок өз энергиясын кичине жоготпостон, башка бирөөнүн энергиясын өзгөртүп, бир түрдү экинчи түргө айланта алышат.
Мисалы, муфталардын, сепараторлордун жана ушул сыяктуулардын иштөөсүндө магниттик импульс механикалык энергияга айланат. Механикалык энергия магниттердин жардамы менен электр энергиясына айландырылат, эгерде микрофондор жана генераторлор менен алектенсек. Жана тескерисинче болот! Динамиктерде жана моторлордо магниттер, мисалы, электр энергиясын механикалык энергияга айландырышат. Ал эле эмес. Микротолкундуу мештин же тормоздук түзүлүштүн иштөөсүндөгү магниттик система сыяктуу эле механикалык энергия жылуулук энергиясына да айландырылат. Мүмкүнчүлүгү бармагниттик катуу жана магниттик жумшак материалдар жана атайын эффекттер боюнча - Холл сенсорлорунда, магниттик-резонанстык томографтарда, микротолкундуу байланышта. Химиялык процесстерге каталитикалык таасир, суудагы градиенттүү магнит талаасы иондордун, белок молекулаларынын жана эриген газдардын структураларына кандай таасир этээри жөнүндө өзүнчө макала жаза аласыз.
Байыркы доордогу сыйкыр
Табигый материал - магнетит - адамзатка бир нече миң жыл мурун белгилүү болгон. Ал кезде катуу магниттик материалдардын бардык касиеттери али белгилүү болгон эмес, ошондуктан алар техникалык түзүлүштөрдө колдонулган эмес. Ал эми техникалык каражаттар азырынча жок болчу. Магниттик системалардын иштеши үчүн эсептөөлөрдү жүргүзүүнү эч ким билген эмес. Бирок биологиялык объекттерге таасири буга чейин байкалган. Катуу магниттик материалдарды колдонуу адегенде медициналык максатта, кытайлар биздин заманга чейинки III кылымда компасты ойлоп тапканга чейин болгон. Бирок мындай ыкмалардын зыяндуулугу тууралуу тынымсыз талкуулар жүрүп жатканына карабастан, магнит менен дарылоо бүгүнкү күнгө чейин токтой элек. Катуу магниттик материалдарды медицинада АКШ, Кытай жана Японияда колдонуу өзгөчө активдүү. Ал эми Орусияда организмге же өсүмдүккө болгон таасирдин көлөмүн эч кандай аспап менен өлчөө мүмкүн эмес болсо да, альтернативдик ыкмаларды жактагандар бар.
Бирок тарыхка кайтуу. Кичи Азияда, көп кылымдар мурун, Магнезия байыркы шаары толук агып жаткан Меандр дарыясынын жээгинде болгон. Ал эми бүгүн Түркиядагы анын кооз урандыларына барууга болот. Дал ошол жерде биринчи магниттик темир рудасы ачылган, анын аты аталганшаарлар. Тез арада ал бүткүл дүйнөгө жайылып, мындан беш миң жыл мурун кытайлар анын жардамы менен дагы деле өлбөй турган навигация аппаратын ойлоп табышкан. Азыр адамзат магниттерди жасалма жол менен өнөр жайлык масштабда чыгарууну үйрөндү. Алар үчүн негиз ferromagnets ар түрдүү болуп саналат. Тарту университетинде эң чоң табигый магнит бар, ал кырк килограммга жакын салмакты көтөрө алат, ал эми анын салмагы он үч гана. Азыркы порошоктор кобальттан, темирден жана башка ар кандай кошумчалардан жасалган, алар салмагынан беш миң эсе көп жүк кармайт.
Гистерезис цикли
Жасалма магниттердин эки түрү бар. Биринчи түрү - катуу магниттик материалдардан жасалган туруктуулар, алардын касиеттери эч кандай тышкы булактар же ток менен байланышпайт. Экинчи түрү электромагнит болуп саналат. Алардын темирден жасалган өзөгү бар – магниттик жумшак материал жана бул өзөктүн ороосу аркылуу ток өтүп, магнит талаасы пайда болот. Эми анын иштөө принциптерин карашыбыз керек. Катуу магниттик материалдар үчүн гистерезис циклинин магниттик касиеттерин мүнөздөйт. Магниттик системаларды жасоонун бир топ татаал технологиялары бар, ошондуктан магниттештирүү, магниттик өткөрүмдүүлүк жана магниттелүүнүн тескери жылышында энергиянын жоготуулары жөнүндө маалымат керек. Эгерде интенсивдүүлүктүн өзгөрүүсү циклдүү болсо, ремагнетизация ийри сызыгы (индукциянын өзгөрүшү) дайыма жабык ийри сызык сыяктуу болот. Бул гистерезис цикли. Эгер талаа начар болсо, анда цикл эллипске көбүрөөк окшош.
Чыңалуу болгондомагнит талаасы көбөйөт, бири-бирине камалган мындай илмектердин бүтүндөй сериясы алынат. Магниттөө процессинде бардык векторлор ориентацияланып, аягында техникалык каныккандык абалга келип, материал толугу менен магниттелет. Каныккан кезде алынган цикл чектик цикл деп аталат, ал индукциянын Вс (каныктыруу индукциясы) максималдуу жеткен маанисин көрсөтөт. Чыңалуу азайганда, калдык индукция калат. Гистерезис циклдеринин аймагы чектик жана аралык абалдарда энергиянын диссипациясын, башкача айтканда, гистерезис жоготууларын көрсөтөт. Бул негизинен магниттелүүнүн тескери жыштыгына, материалдык касиеттерине жана геометриялык өлчөмдөрүнө көз каранды. Чектөөчү гистерезис цикли катуу магниттик материалдардын төмөнкү мүнөздөмөлөрүн аныктай алат: каныккан индукция Bs, Bc калдык индукциясы жана Hc мажбурлоочу күч.
Магниттештирүү ийри
Бул ийри сызык эң маанилүү мүнөздөмө болуп саналат, анткени ал магниттелүүнүн көз карандылыгын жана тышкы талаанын күчүн көрсөтөт. Магниттик индукция Теслада өлчөнөт жана магниттелүүгө байланыштуу. Которуу ийри сызыгы негизги болуп саналат, ал циклдик кайра магниттештирүү учурунда алынган гистерезис циклдериндеги чокулардын жайгашуусу. Бул магниттик индукциянын өзгөрүшүн чагылдырат, ал талаанын күчүнө жараша болот. Магниттик чынжыр жабылганда тороид түрүндө чагылдырылган талаанын күчү тышкы талаанын чыңалуусуна барабар болот. Магниттик чынжыр ачык болсо, магниттин учтарында демагнетизацияны пайда кылган уюлдар пайда болот. ортосундагы айырмабул чыңалуулар материалдын ички чыңалуусун аныктайт.
Негизги ийри сызыкта ферромагнетиктин монокристалы магниттелгенде өзгөчөлөнгөн тилкелер бар. Биринчи бөлүмдө жагымсыз бапталган домендердин чектеринин жылыш процесси көрсөтүлөт, экинчисинде магниттештирүү векторлору тышкы магнит талаасына бурулат. Үчүнчү бөлүм - парапроцесс, магниттелүүнүн акыркы этабы, бул жерде магнит талаасы күчтүү жана багытталган. Жумшак жана катуу магниттик материалдарды колдонуу көп даражада магниттөө ийри сызыгынан алынган мүнөздөмөлөргө көз каранды.
Өткөрүүчүлүк жана энергияны жоготуу
Материалдын чыңалуу талаасындагы жүрүм-турумун мүнөздөш үчүн абсолюттук магниттик өткөрүмдүүлүк сыяктуу түшүнүктү колдонуу зарыл. Импульстук, дифференциалдык, максималдуу, баштапкы, нормалдуу магниттик өткөрүмдүүлүктүн аныктамалары бар. Салыштырма негизги ийри сызык боюнча сызылган, ошондуктан бул аныктама колдонулбайт - жөнөкөйлүк үчүн. Магниттик өткөрүмдүүлүк H=0 болгон шартта баштапкы деп аталат жана аны начар талааларда гана аныктоого болот, болжол менен 0,1 бирдикке чейин. Максималдуу, тескерисинче, эң жогорку магниттик өткөрүмдүүлүктү мүнөздөйт. Кадимки жана максималдуу маанилер ар бир конкреттүү учурда процесстин нормалдуу жүрүшүн байкоого мүмкүнчүлүк берет. Күчтүү талаалардагы каныккан аймакта магниттик өткөрүмдүүлүк дайыма биримдикке умтулат. Бардык бул баалуулуктар катуу магниттик колдонуу үчүн зарылматериалдар, аларды ар дайым колдонуңуз.
Магниттештирүүнүн өзгөрүшү учурундагы энергиянын жоготуусу кайтарылгыс. Электр энергиясы материалда жылуулук катары бөлүнүп чыгат жана анын жоготуулары динамикалык жоготуулардан жана гистерезис жоготууларынан түзүлөт. Акыркысы магниттештирүү процесси жаңыдан башталганда домендик дубалдарды алмаштыруу жолу менен алынат. Магниттик материал бир тектүү эмес түзүлүшкө ээ болгондуктан, энергия сөзсүз домендик дубалдардын тегиздөөсүнө сарпталат. Ал эми динамикалык жоготуулар магнит талаасынын күчү жана багыты өзгөргөн учурда пайда болгон куюлма агымдарга байланыштуу алынат. Энергия да ушундай эле тарап кетет. Ал эми куюлма агымдардын жоготуулары жогорку жыштыктагы гистерезис жоготууларынан да ашып кетет. Ошондой эле динамикалык жоготуулар магнит талаасынын интенсивдүүлүгү өзгөргөндөн кийин анын абалынын калдык өзгөрүүлөрүнүн эсебинен алынат. Эффекттен кийинки жоготуулардын көлөмү материалдын курамына, жылуулук менен иштөөсүнө жараша болот, алар өзгөчө жогорку жыштыктарда пайда болот. Андан кийинки эффект магниттик илешкектүүлүк болуп саналат жана ферромагнетиктер импульстук режимде колдонулса, бул жоготуулар дайыма эске алынат.
Катуу магниттик материалдардын классификациясы
Жумшактык жана катуулук жөнүндө сөз кылган терминдер механикалык касиеттерге такыр тиешеси жок. Көптөгөн катуу материалдар чындыгында магниттик жумшак жана механикалык көз караштан алганда, жумшак материалдар да абдан катуу магниттик болуп саналат. Магниттештирүү процесси материалдардын эки тобунда тең бирдей болот. Биринчиден, домендин чек аралары жылдырылат, андан кийин айлануу башталатбарган сайын магниттелүүчү талаа багытында жана акырында, парапроцесс башталат. Жана бул жерде айырма келип чыгат. Магниттөө ийри сызыгы чектерди жылдыруу оңой экенин, азыраак энергия сарпталарын, бирок айлануу процесси жана парапроцесс энергияны көбүрөөк талап кылаарын көрсөтөт. Жумшак магниттик материалдар чектердин жылышынан магниттелишет. Катуу магниттик - айлануу жана парапроцесстин эсебинен.
Гистерезис циклинин формасы материалдардын эки тобу үчүн тең болжол менен бирдей, каныккандык жана калдык индукция да бирдейге жакын, бирок айырмачылык мажбурлоочу күчтө бар жана ал абдан чоң. Катуу магниттик материалдар Hc=800 кА-м, жумшак магниттик материалдарда болгону 0,4 А-м болот. Жалпысынан алганда, айырма абдан чоң: 2106 эсе. Мына ушундан улам ушул мүнөздөмөлөргө таянып, мындай бөлүнүү кабыл алынган. Бирок, бул шарттуу экенин моюнга алуу керек. Жумшак магниттик материалдар алсыз магнит талаасында да каныктыра алат. Алар төмөнкү жыштык талааларында колдонулат. Мисалы, магниттик эс тутум түзүлүштөрүндө. Катуу магниттик материалдарды магниттөө кыйын, бирок алар магниттелүүнү абдан узак убакытка чейин сактайт. Алардан жакшы туруктуу магниттер алынат. Катуу магниттик материалдарды колдонуу аймактары көп жана кеңири, алардын айрымдары макаланын башында келтирилген. Дагы бир топ бар - атайын максаттар үчүн магниттик материалдар, алардын чөйрөсү абдан тар.
Катуулуктун чоо-жайы
Жогоруда айтылгандай, катуу магниттик материалдар кең гистерезис циклине жана чоң мажбурлоочу күчкө, төмөн магниттик өткөрүмдүүлүккө ээ. Алар максималдуу өзгөчө магниттик энергия менен мүнөздөлөткосмос. Ал эми магниттик материал канчалык “катуу” болсо, анын күчү ошончолук жогору болсо, өткөргүчтүк ошончолук төмөн болот. Материалдын сапатын баалоодо өзгөчө магниттик энергия эң маанилүү роль ойнойт. Туруктуу магнит иш жүзүндө жабык магниттик чынжыр менен космоско энергия бербейт, анткени бардык күч сызыктары ядронун ичинде, ал эми анын сыртында магнит талаасы жок. Туруктуу магниттердин энергиясын максималдуу пайдалануу үчүн жабык магниттик чынжырдын ичинде так аныкталган өлчөмдөгү жана конфигурациядагы аба боштугу түзүлөт.
Убакыттын өтүшү менен магнит «картайат», анын магнит агымы азаят. Бирок, мындай карылык артка кайтарылгыс жана кайтарылгыс болушу мүмкүн. Акыркы учурда, анын эскирүү себептери болуп шок, шок, температуранын өзгөрүшү, туруктуу тышкы талаа болуп саналат. Магниттик индукция азаят. Бирок кайра магниттелиши мүмкүн, ошентип анын эң сонун касиеттерин калыбына келтирет. Бирок туруктуу магнит кандайдыр бир структуралык өзгөрүүлөргө дуушар болгон болсо, кайра магниттештирүү жардам бербейт, карылык жок болбойт. Бирок алар узак убакыт бою кызмат кылат жана катуу магниттик материалдардын максаты чоң. Мисалдар бардык жерде түзмө-түз бар. Бул жөн гана туруктуу магниттер эмес. Бул маалыматты сактоо, аны жазуу үчүн материал - үн да, санариптик да, видео да. Бирок жогоруда айтылгандар катуу магниттик материалдарды колдонуунун кичинекей гана бөлүгү.
Куюлган катуу магниттик материалдар
Өндүрүш ыкмасы жана курамы боюнча катуу магниттик материалдар куюлган, порошок жана башкалар болушу мүмкүн. Алар эритмелерге негизделген.темир, никель, алюминий жана темир, никель, кобальт. Бул композициялар туруктуу магнит алуу үчүн эң негизги болуп саналат. Алар тактыкка таандык, анткени алардын саны эң катуу технологиялык факторлор менен аныкталат. Куюлган катуу магниттик материалдар эритменин катуулануусу учурунда алынат, мында муздатуу эки фазада болгон эрүүдөн ажыроо башталганга чейин эсептелген ылдамдыкта жүрөт.
Биринчи - курамы ачык магниттик касиеттери менен таза темирге жакын болгондо. Жалгыз домендик калыңдыктагы плиталар пайда болуп жаткандай. Ал эми экинчи фаза курамы боюнча никель менен алюминийдин магниттик касиеттери төмөн болгон интерметаллдык кошулмага жакыныраак. Бул магниттик эмес фаза чоң мажбурлоочу күчкө ээ күчтүү магниттик кошулмалар менен айкалышкан система болуп чыкты. Бирок бул эритме магниттик касиеттери боюнча жетиштүү эмес. Эң кеңири таралган башка курамы, легирленген: темир, никель, алюминий жана жез менен легирлөө үчүн кобальт. Кобальтсыз эритмелердин магниттик касиеттери төмөн, бирок алар алда канча арзан.
Пурошок катуу магниттик материалдар
Прошок материалдары миниатюралык, бирок татаал туруктуу магниттер үчүн колдонулат. Алар металл-керамикалык, металл-пластик, оксид жана микропорошок. Кермет өзгөчө жакшы. Магниттик касиеттери боюнча, ал куюлгандардан бир аз төмөн, бирок алардан бир аз кымбатыраак. Керамикалык-металл магниттери металл порошокторун эч кандай байланыштыргыч материалсыз басуу жана аларды өтө жогорку температурада агломерациялоо жолу менен жасалат. порошок колдонулатжогоруда сүрөттөлгөн эритмелер менен, ошондой эле платина жана сейрек кездешүүчү металлдардын негизиндеги.
Механикалык бекемдиги боюнча порошок металлургиясы куюудан жогору турат, бирок металл керамикалык магниттердин магниттик касиеттери дагы эле куюлган магниттикинен бир аз төмөн. Платинанын негизиндеги магниттер өтө жогору коэрцивдик күчкө ээ жана параметрлери абдан туруктуу. Уран жана сейрек кездешүүчү металлдар менен эритмелер максималдуу магниттик энергиянын рекорддук маанилерине ээ: чектүү мааниси чарчы метрге 112 кДж. Мындай эритмелер порошокту эң жогорку тыгыздык даражасына чейин муздак басуудан алынат, андан кийин брикеттерди суюк фазанын катышуусу менен агломерациялоо жана көп компоненттүү курамды куюу. Жөнөкөй кастинг менен компоненттерди мынчалык аралаштыруу мүмкүн эмес.
Башка катуу магниттик материалдар
Катуу магниттик материалдарга жогорку адистештирилген максаттары да кирет. Бул ийкемдүү магниттер, пластикалык деформациялануучу эритмелер, маалымат алып жүрүүчүлөр үчүн материалдар жана суюк магниттер. Деформациялануучу магниттер эң сонун пластикалык касиеттерге ээ, алар механикалык иштетүүнүн бардык түрүнө – штамптоого, кесүүгө, механикалык иштетүүгө эң сонун жардам берет. Бирок бул магниттер кымбат. Жезден, никельден жана темирден жасалган Кунифе магниттери анизотроптук, башкача айтканда, алар прокат багытында магниттелишет, штамптоо жана зым түрүндө колдонулат. Кобальт жана ванадийден жасалган Vikalloy магниттери күчтүү магниттик лента, ошондой эле зым түрүндө жасалган. Бул композиция эң татаал конфигурациядагы кичинекей магниттер үчүн жакшы.
Эластикалык магниттер - резина негизде, анын ичиндеТолтургуч катуу магниттик материалдан жасалган майда порошок. Көбүнчө бул барий феррити. Бул ыкма жогорку өндүрүмдүүлүгү менен таптакыр ар кандай формадагы буюмдарды алууга мүмкүндүк берет. Алар ошондой эле кемчиликсиз кайчы менен кесип, ийилген, штампталган, ийрилет. Алар алда канча арзан. Магниттик резина компьютерлер үчүн магниттик эстутум барактары катары, телевизордо, коррекциялоочу системалар үчүн колдонулат. Маалымат алып жүрүүчү катары магниттик материалдар көптөгөн талаптарга жооп берет. Бул жогорку деңгээлдеги калдык индукция, өзүн-өзү демагнетизациялоонун кичине эффектиси (антпесе маалымат жоголот), мажбурлоочу күчтүн жогорку мааниси. Ал эми жазууларды өчүрүү процессин жеңилдетүү үчүн бул күчтүн бир аз гана көлөмү керектелет, бирок бул карама-каршылык технологиянын жардамы менен жок кылынат.
