Σιδηρομαγνητικό Υλικό

Ο σιδηρομαγνητισμός είναι ένα επιστημονικό φαινόμενο στο οποίο ορισμένα ηλεκτρικά αφόρτιστα υλικά προσελκύουν έντονα άλλα. Ο Lodestone (ή μαγνητίτης, ένα οξείδιο του σιδήρου, Fe3O4) και ο σίδηρος, που απαντώνται στη φύση, έχουν την ικανότητα να αναπτύξουν τέτοιες ελκυστικές ιδιότητες και συνήθως αναφέρονται ως φυσικοί σιδηρομαγνήτες. Ανακαλύφθηκαν πριν από περίπου 2.000 χρόνια και όλες οι πρώτες επιστημονικές έρευνες του μαγνητισμού πραγματοποιήθηκαν σε αυτά τα υλικά. Σήμερα, τα σιδηρομαγνητικά υλικά χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα καθημερινών προϊόντων, όπως ηλεκτρικούς κινητήρες και γεννήτριες, μετασχηματιστές, τηλέφωνα και μεγάφωνα.

Τι είναι ο σιδηρομαγνητισμός;

Ο σιδηρομαγνητισμός είναι ένα επιστημονικό φαινόμενο στο οποίο ορισμένα ηλεκτρικά αφόρτιστα υλικά προσελκύουν έντονα άλλα. Είναι ένα είδος μαγνητισμού που σχετίζεται με τον σίδηρο, το κοβάλτιο, το νικέλιο και διάφορα κράματα ή ενώσεις που περιέχουν ένα ή περισσότερα από αυτά τα μέταλλα. Το γαδολίνιο και μερικά άλλα στοιχεία σπανίων γαιών το περιέχουν επίσης. Σε αντίθεση με άλλες ουσίες, τα σιδηρομαγνητικά υλικά μαγνητίζονται εύκολα και κάτω από έντονα μαγνητικά πεδία, η μαγνήτιση πλησιάζει ένα σταθερό όριο που είναι γνωστό ως κορεσμός. Η μαγνήτιση δεν επανέρχεται στην προηγούμενη τιμή της όταν εφαρμόζεται ένα πεδίο και στη συνέχεια αποσύρεται. Αφού υποβληθούν σε επεξεργασία σε ένα τέτοιο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, οι σιδηρομαγνήτες θα τείνουν να παραμείνουν μαγνητισμένοι σε κάποιο βαθμό. Αυτή η τάση να «θυμούνται το μαγνητικό τους παρελθόν» είναι γνωστή ως υστέρηση.

Τι είναι η υστέρηση;

Εάν δίνετε μεγάλη προσοχή στο κλιματιστικό σας (ρυθμισμένο, ας πούμε, στους 78 βαθμούς), μπορεί να παρατηρήσετε ότι ανάβει όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει στους 79 βαθμούς και σβήνει όταν η θερμοκρασία πέσει στους 77 βαθμούς. Αυτό είναι γνωστό ως υστέρηση και οι μονάδες AC κατασκευάζονται σκόπιμα με αυτόν τον τρόπο. Εάν η μονάδα έκανε κύκλο στις 78 μοίρες και προς τις δύο κατευθύνσεις, θα άνοιγε και θα απενεργοποιούσε πολύ πιο συχνά, με αποτέλεσμα να φθείρεται πιο γρήγορα.

Η θερμοκρασία στην οποία γυρίζει η μονάδα εξαρτάται από την κατεύθυνση που ταξιδεύει η θερμοκρασία λόγω υστέρησης.

Ένα φυσικό σύστημα εμφανίζει υστέρηση όταν η έξοδος του εξαρτάται τόσο από τρέχουσες όσο και από προηγούμενες εισόδους. Η συμπεριφορά της μονάδας AC στο σημείο ρύθμισης (78 μοίρες στο παράδειγμά μας) καθορίζεται από το πρόσφατο ιστορικό θερμοκρασίας:εάν η θερμοκρασία ανέβει κατά 78 βαθμούς, το σύστημα θα είναι απενεργοποιημένο έως ότου η θερμοκρασία φτάσει τους 79 βαθμούς. εάν η θερμοκρασία πέσει κατά 78 βαθμούς, το σύστημα θα είναι ενεργοποιημένο έως ότου η θερμοκρασία φτάσει τους 77 βαθμούς. Η κατεύθυνση της αλλαγής της θερμοκρασίας είναι σημαντική και ο προσδιορισμός αυτής της κατεύθυνσης απαιτεί πληροφορίες όχι μόνο για την τρέχουσα θερμοκρασία αλλά και για τις θερμοκρασίες στο πρόσφατο παρελθόν.

Τι είναι η θερμοκρασία Κιουρί;

Για ένα σιδηρομαγνητικό υλικό, η θερμοκρασία Κιουρί είναι κρίσιμη. Για παράδειγμα, εάν ένα σιδηρομαγνητικό υλικό θερμαίνεται κάτω από τη θερμοκρασία Curie του, η ουσία υφίσταται καθαρή αυθόρμητη μαγνήτιση, πράγμα που σημαίνει ότι γίνεται σιδηρομαγνητικό ή μαγνητικό. Εάν μια σιδηρομαγνητική ουσία θερμαίνεται πάνω από τη θερμοκρασία Curie της, γίνεται παραμαγνητική ή δεν γίνεται μαγνήτης.

Ο σίδηρος έχει θερμοκρασία Κιουρί 1043 Κ. Ακόμη και οι πηγές πριν από το 1984 έχουν τη θερμοκρασία Κιουρί του σιδήρου στον ίδιο αριθμό με τις πιο πρόσφατες πηγές. Όταν η θερμοκρασία του σιδήρου είναι πάνω από τη θερμοκρασία Curie, γίνεται παραμαγνητικός. όταν η θερμοκρασία του σιδήρου είναι κάτω από τη θερμοκρασία Curie, γίνεται σιδηρομαγνητικός. Κάθε στοιχείο έχει διαφορετική θερμοκρασία Κιουρί. Ο σίδηρος, για παράδειγμα, έχει διαφορετική θερμοκρασία Κιουρί από το κοβάλτιο ή το νικέλιο.

Αιτίες σιδηρομαγνητισμού

Τα ατομικά δίπολα σε μικρά τμήματα ενός μη μαγνητισμένου σιδηρομαγνητικού υλικού γνωστού ως τομείς προσανατολίζονται όλα προς την ίδια κατεύθυνση. Οι περιοχές έχουν καθαρή μαγνητική ροπή ακόμη και απουσία εξωτερικής μαγνητικής δύναμης. Αντίθετα, οι μαγνητικές ροπές των γειτονικών περιοχών δείχνουν προς αντίθετες κατευθύνσεις. Ακυρώνουν το ένα το άλλο, με αποτέλεσμα μια καθαρή μαγνητική ροπή μηδέν για την ουσία. Όταν εισάγεται ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο, όλοι αυτοί οι τομείς ευθυγραμμίζονται προς την κατεύθυνση του πεδίου. Ως αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας, το υλικό μαγνητίζεται έντονα σε κατεύθυνση παράλληλη προς το πεδίο μαγνήτισης.

Χρήση σιδηρομαγνητικού υλικού 

Τα σιδηρομαγνητικά υλικά χρησιμοποιούνται συχνά για μη πτητική αποθήκευση δεδομένων σε κασέτες, σκληρούς δίσκους και άλλες συσκευές. Έχουν δύο κύριες τεχνικές εφαρμογές:I ως πολλαπλασιαστές ροής που αποτελούν τον πυρήνα των ηλεκτρομαγνητικών μηχανών και (ii) ως ενέργεια (μαγνήτες) ή αποθήκευση πληροφοριών (μαγνητική εγγραφή). Λόγω της αλληλεπίδρασης του ηλεκτρικού ρεύματος και του φωτός με τη μαγνητική τάξη, χρησιμοποιούνται επίσης για την επεξεργασία πληροφοριών. Τα σιδηρομαγνητικά υλικά περιλαμβάνουν σίδηρο, νικέλιο και κοβάλτιο.

Παραδείγματα σιδηρομαγνητικού υλικού

Τα μέταλλα αποτελούν τον τεράστιο όγκο των σιδηρομαγνητικών υλικών. Συνηθισμένα παραδείγματα περιλαμβάνουν σίδηρο, κοβάλτιο, νικέλιο και άλλα σιδηρομαγνητικά μέταλλα. Τα μεταλλικά κράματα και οι μαγνήτες για σπάνιες γαίες είναι επίσης σιδηρομαγνητικά υλικά. Ο μαγνητίτης είναι μια σιδηρομαγνητική ουσία που δημιουργείται από την οξείδωση του σιδήρου. Η θερμοκρασία Κιουρί είναι 580 βαθμοί Κελσίου. Είχε προηγουμένως αναγνωριστεί ως μαγνητικό υλικό. Ο μαγνητίτης είναι το πιο μαγνητικό φυσικό ορυκτό στον κόσμο.

Συμπέρασμα 

Είναι ένα είδος μαγνητισμού που σχετίζεται με τον σίδηρο, το κοβάλτιο, το νικέλιο και διάφορα κράματα ή ενώσεις που περιέχουν ένα ή περισσότερα από αυτά τα μέταλλα. Η θερμοκρασία στην οποία γυρίζει η μονάδα εξαρτάται από την κατεύθυνση που ταξιδεύει η θερμοκρασία λόγω υστέρησης. Η κατεύθυνση της αλλαγής της θερμοκρασίας είναι σημαντική και ο προσδιορισμός αυτής της κατεύθυνσης απαιτεί πληροφορίες όχι μόνο για την τρέχουσα θερμοκρασία αλλά και για τις θερμοκρασίες στο πρόσφατο παρελθόν. Για ένα σιδηρομαγνητικό υλικό, η θερμοκρασία Κιουρί είναι κρίσιμη. Για παράδειγμα, εάν ένα σιδηρομαγνητικό υλικό θερμαίνεται κάτω από τη θερμοκρασία Curie του, η ουσία υφίσταται καθαρή αυθόρμητη μαγνήτιση, πράγμα που σημαίνει ότι γίνεται σιδηρομαγνητικό ή μαγνητικό. Όταν η θερμοκρασία του σιδήρου είναι πάνω από τη θερμοκρασία Curie, γίνεται παραμαγνητικός. όταν η θερμοκρασία του σιδήρου είναι κάτω από τη θερμοκρασία Curie, γίνεται σιδηρομαγνητικός.