Magnetické kovy & non-magnetické kovy oba hrají důležitou roli v oblasti strojírenství. Magnetismus je základem mnoha aplikací. Současně může být tato vlastnost za určitých okolností také nežádoucí.
proto je důležité vědět, které kovy jsou magnetické a které nejsou.
co je magnetismus?
laicky řečeno, magnetismus je síla, která může přitahovat nebo odpuzovat magnetické objekty., Magnetická pole, která prostupují různými médii, zprostředkovávají tuto sílu.
magnetismus je ve výchozím nastavení vlastností určitých materiálů. Některé materiály však mohou být magnetizovány nebo demagnetizovány v závislosti na požadavcích.
co vytváří magnetismus v kovech?
jako elektrický proud je magnetismus způsoben elektrony na elementární úrovni. Elektrony se točí, což vytváří malý magnetický dipól.
když jsou tato otočení vyvážená, čistá síla je nulová. Ale v případě velkého počtu nepárových elektronů se tento nekonečně malý magnetický moment stává velkým., Výsledkem je znatelné magnetické pole kolem kovu.
elektrický proud je také schopen vytvářet magnetická pole a naopak. Když elektrický proud prochází drátem, vytváří kolem drátu kruhové magnetické pole. Podobně, přivedením magnetického pole poblíž dobrého vodiče elektřiny, začnou ve vodiči proudit elektrické proudy.
tento úžasný vztah mezi elektřinou a magnetismem vyústil v mnoho důmyslných zařízení a aplikací.
typy magnetů
existují různé klasifikace magnetů., Jedním ze způsobů, jak odlišit magnetické kovy od sebe, je to, jak dlouho jsou jejich vlastnosti aktivní. Pomocí tohoto základu můžeme magnety klasifikovat jako:
- permanentní
- dočasné
- elektromagnety
pojďme se hlouběji podívat do každého z nich.
permanentní magnety
permanentní magnety vytvářejí magnetické pole díky své vnitřní struktuře. Neztrácejí svůj magnetismus snadno. Permanentní magnety jsou vyrobeny z feromagnetických materiálů, které nejsou přestávají produkovat magnetické pole bez ohledu na vnější vliv., Jsou tedy stabilní proti demagnetizujícím silám.
abychom porozuměli permanentním magnetům, musíme se podívat na vnitřní strukturu magnetických materiálů. Materiál vykazuje magnetické vlastnosti, když jsou jeho domény zarovnány stejným směrem. Domény jsou nepatrné magnetické pole, které jsou přítomny v krystalické struktuře materiálu.
ve feromagnetických materiálech jsou domény dokonale zarovnány. Existují různé způsoby, jak je sladit, ale nejspolehlivější metodou je zahřívání magnetu na určitou teplotu., Tato teplota se u materiálů liší a vede k trvalému zarovnání domén V jednom směru.
je to kvůli podobným podmínkám existujícím v zemském jádru, že se chová jako permanentní magnet.
dočasné magnety
dočasné magnety, jak název napovídá, si zachovávají pouze své magnetické vlastnosti za určitých podmínek. Když tyto podmínky již nejsou přítomny, ztrácejí své magnetické pole.
měkké materiály s nízkými magnetickými vlastnostmi, jako je žíhané železo a ocel, jsou příklady dočasných magnetů., Stávají se magnetickými v přítomnosti silného magnetického pole. Zobrazují také nízkou donucovací schopnost.
musíte vidět, jak se k sobě připevňují sponky, když je poblíž permanentní magnet. Každá kancelářská spona se stává dočasným magnetem přitahujícím další sponky na papír za přítomnosti magnetického pole. Jakmile je permanentní magnet odebrán, kancelářské sponky ztrácejí své magnetické vlastnosti.
elektromagnety
elektromagnety jsou magnety, které produkují magnetická pole, když jimi prochází elektrický proud. Mají různé případy použití., Například motory, generátory, relé, sluchátka atd. všechny používají elektromagnety.
v elektromagnetech se vine cívka drátu kolem feromagnetického jádra. Připojení drátu ke zdroji elektřiny vytváří silné magnetické pole. Feromagnetický materiál jej dále zesiluje. Elektromagnety mohou být extrémně silné v závislosti na elektrickém proudu.
poskytují také schopnost zapnout a vypnout magnetickou sílu stisknutím tlačítka. Jedná se o mimořádně speciální vlastnost, která nám pomáhá používat magnetickou sílu v našich aplikacích.,
Vezměme si příklad jeřábu používaného k vyzvednutí kovového šrotu na smetišti. Pomocí elektromagnetu můžeme vyzvednout kovový šrot tím, že jím projdeme elektrický proud. Když potřebujeme upustit kusy, vše, co musíme udělat, je vypnout elektřinu na magnet.
dalším zajímavým příkladem aplikace elektromagnetu je vlak Maglev. V této aplikaci se vlak zvedne z kolejí a levituje. Je to možné pouze tehdy, když elektrický proud prochází elektromagnety na těle vlaku.,
to výrazně snižuje odpor vlaku, když je v pohybu. Proto mají tyto vlaky velmi vysoké rychlosti.
které kovy jsou magnetické?
existují různé způsoby, kterými může kov interagovat s magnetem. To závisí na vnitřní struktuře materiálů. Kovy mohou být klasifikovány jako:
- Feromagnetické
- Paramagnetické
- Diamagnetický
Zatímco magnety silně přitahovat feromagnetické kovy, jsou pouze slabě přitahovat paramagnetických kovů. Diamagnetické materiály naopak vykazují slabou odpudivost, když jsou umístěny v blízkosti magnetu., Pouze feromagnetické kovy jsou považovány za skutečně magnetické.
seznam magnetických kovů
podívejme se na některé z nejznámějších magnetických kovů. Některé z nich jsou vždy magnetické. Ostatní, stejně jako nerezová ocel, mají magnetické vlastnosti pouze s určitým chemickým složením.
železo
železo je velmi dobře známý feromagnetický kov. Je to ve skutečnosti nejsilnější feromagnetický kov. Tvoří nedílnou součást zemského jádra a dodává naší planetě své magnetické vlastnosti., To je důvod, proč země působí jako permanentní magnet sama o sobě.
existuje mnoho aspektů, které přispívají k magnetismu železa. Kromě čistého elektronového spinu na atomové úrovni hraje důležitou roli také jeho krystalická struktura. Bez něj by železo nebylo magnetickým kovem.
různé krystalické struktury mají za následek různé vlastnosti železa.
železo je feromagnetické ve své kubické struktuře zaměřené na tělo (BCC) alfa-FE. Současně nevykazuje magnetismus ve struktuře gama-Fe zaměřené na obličej., Beta-Fe struktura, například, zobrazuje paramagnetické tendence.
nikl
nikl je další populární magnetický kov s feromagnetickými vlastnostmi. Stejně jako železo jsou jeho sloučeniny přítomny v zemském jádru. Historicky byl nikl používán k výrobě mincí.
nikl se dnes používá v bateriích, nátěrech, kuchyňském nářadí, telefonech, budovách, dopravě a špercích. Velká část niklu se používá k výrobě ferronickelu pro nerezovou ocel.
díky svým magnetickým vlastnostem je nikl také součástí Alnico magnetů (vyrobených z hliníku, niklu a kobaltu)., Tyto magnety jsou silnější než kovové magnety vzácných zemin, ale slabší než magnety na bázi železa.
kobalt
kobalt je důležitý feromagnetický kov. Za více než 100 let, kobaltu vynikající magnetické vlastnosti pomohly vyvinout celou řadu aplikací.
kobalt lze použít k výrobě měkkých i tvrdých magnetů. Měkké magnety, které používají kobalt, mají výhody oproti jiným měkkým magnetům. Konkrétně mají vysoký bod nasycení, teploty Curie v rozmezí 950…990° Celsia. Mohou být tedy použity pro vysokoteplotní aplikace (až do 500° Celsia).,
kobalt se svými slitinami se používá v pevných discích, větrných turbínách, strojích MRI, motorech, aktuátorech a senzorech.
ocel
ocel také vykazuje feromagnetické vlastnosti, protože je odvozena ze železa. Většina ocelí bude přitahována magnetem. V případě potřeby lze ocel použít také k výrobě permanentních magnetů.
Vezměme si příklad oceli EN C15D. tento stupeň oceli obsahuje 98,81 až 99,26% železa. Velmi vysoké procento této oceli je tedy železo. Proto feromagnetické vlastnosti přenosu železa na ocel.,
nerezová ocel
některé nerezové oceli jsou magnetické a některé nejsou. Legovaná ocel se stává nerezovou ocel, pokud má v sobě alespoň 10,5% Chromu. Vzhledem k různým chemickým složením existují různé typy nerezové oceli.
Feritické a martenzitické nerezové oceli jsou magnetické vzhledem k jejich železa složení a molekulární struktury.,
austenitické oceli naopak nevykazují feromagnetické vlastnosti kvůli jiné molekulární struktuře. Díky tomu je vhodný pro použití v MRI strojích.
strukturální rozdíl pochází z množství niklu. Posiluje oxidovou vrstvu pro lepší ochranu proti korozi, ale také mění strukturu nerezové oceli.
Kovy Vzácných Zemin
Spolu s výše uvedenými kovy, sloučeniny některých prvků vzácných zemin mají také vynikající feromagnetické vlastnosti., Gadolinium, samarium, Neodym jsou všechny příklady magnetických kovů vzácných zemin.
různé magnety s různými vlastnostmi lze vyrobit pomocí výše uvedených kovů v kombinaci se železem, niklem a kobaltem. Tyto magnety mají specifické vlastnosti nezbytné pro určité aplikace.
například magnety samarium-kobalt jsou přítomny v turbomachinery, high-end elektromotory, atd.
které kovy nejsou magnetické?
pouze několik kovů v periodické tabulce je magnetických. Většina ostatních běžných kovů jsou nemagnetické kovy. Podívejme se na některé z nich.,
seznam nemagnetických kovů
hliník
krystalová struktura hliníku, podobně jako lithium a hořčík, je nemagnetická. Všechny tři materiály jsou populárními příklady paramagnetických kovů.
ačkoli se může stát několik typů hliníkové koroze, je známá svou odolností vůči koroznímu prostředí. To spolu s nízkou hmotností z něj činí užitečný kov v mnoha průmyslových odvětvích.
zlato
zlato je diamagnetický kov jako většina ostatních kovů., Ve své čisté formě je zlato nemagnetické a vykazuje pouze slabou odpuzování vůči magnetům jako všechny diamagnetické kovy.
stříbro
stříbro je další nemagnetický kov. Tato vlastnost umožňuje identifikaci falešného stříbra. Pokud“ stříbrné “ mince nebo šperky přitahují magnety, je to něco jiného.
měď
je měď Magnetická?
měď sama o sobě není magnetická, ale do jisté míry interaguje s magnety. Tato vlastnost pomáhá vyrábět elektřinu v elektrárnách.,
závěr
s dostatečně velkým magnetickým polem budou všechny typy kovů interagovat s magnetem. Je to proto, že vířivé proudy jsou nastaveny v kovech, když jsou vystaveny pohyblivému magnetickému poli.
pomocí tohoto principu jsou detektory kovů schopny detekovat nemagnetické kovy, jako je zlato, stříbro. Ale pro většinu praktických účelů tato interakce nestačí a omezuje možné případy použití.