Magnetiske metaller & ikke-magnetiske metaller begge spiller en vigtig rolle i engineering. Magnetisme er grundlaget for mange applikationer. Samtidig kan denne ejendom også være uønsket under visse omstændigheder.
derfor er det vigtigt at vide, hvilke metaller der er magnetiske, og hvilke der ikke er.
Hvad er magnetisme?
i lægmand er magnetisme en kraft, der kan tiltrække eller afvise magnetiske objekter., Magnetfelter, der gennemsyrer forskellige medier, medierer denne kraft.
Magnetisme er som standard en egenskab af visse materialer. Nogle materialer, selvom, kan magnetiseres eller afmagnetiseres afhængigt af kravene.
Hvad skaber Magnetisme i metaller?
som en elektrisk strøm er magnetisme forårsaget af elektroner på elementært niveau. Elektroner har spin, hvilket skaber en lille magnetisk dipol.
når disse spins er afbalanceret, er netkraften nul. Men i tilfælde af et stort antal uparrede elektroner bliver dette uendeligt lille magnetiske øjeblik stort., Som et resultat skaber det et mærkbart magnetfelt omkring metallet.
elektrisk strøm er også i stand til at skabe magnetfelter og omvendt. Når en elektrisk strøm passerer gennem en ledning, skaber den et cirkulært magnetfelt omkring ledningen. På samme måde begynder elektriske strømme at strømme i lederen ved at bringe et magnetfelt nær en god leder af elektricitet.
dette fantastiske forhold mellem elektricitet og magnetisme har resulteret i mange geniale enheder og applikationer.
typer af magneter
Der er forskellige klassifikationer for magneter., En måde at differentiere magnetiske metaller fra hinanden er ved, hvor længe deres egenskaber er aktive. Ved hjælp af dette som vores grundlag kan vi klassificere magneter som:
- Permanent
- midlertidig
- elektromagneter
lad os tage et dybere kig på hver af dem.
permanente magneter
permanente magneter producerer et magnetfelt på grund af deres interne struktur. De mister ikke deres magnetisme let. Permanente magneter er lavet af ferromagnetiske materialer, der ikke holder op med at producere deres magnetfelt uanset ekstern indflydelse., Således er de stabile mod afmagnetiserende kræfter.
for at forstå permanente magneter skal vi se på den interne struktur af magnetiske materialer. Et materiale viser magnetiske egenskaber, når dets domæner er justeret i samme retning. Domæner er de mindste magnetfelter, der er til stede i et materiales krystallinske struktur.i ferromagnetiske materialer er domænerne perfekt justeret. Der er forskellige måder at justere dem på, men den mest pålidelige metode er at opvarme magneten til en bestemt temperatur., Denne temperatur er forskellig for materialer og resulterer i permanent tilpasning af domæner i en retning.
det skyldes lignende forhold, der findes i Jordens kerne, at den opfører sig som en permanent magnet.
midlertidige magneter
midlertidige magneter, som navnet antyder, bevarer kun deres magnetiske egenskaber under visse betingelser. Når disse forhold ikke længere er til stede, mister de deres magnetfelter.
bløde materialer med lave magnetiske egenskaber, såsom udglødet jern og stål, er eksempler på midlertidige magneter., De bliver magnetiske i nærværelse af et stærkt magnetfelt. De skildrer også lav tvang.
du skal have set, hvordan papirclips bliver fastgjort til hinanden, når en permanent magnet er i nærheden. Hvert papirclips bliver en midlertidig magnet, der tiltrækker andre papirclips i nærværelse af et magnetfelt. Når den permanente magnet er taget væk, mister papirclips deres magnetiske egenskaber.
Elektromagneter
Elektromagneter er magneter, der producerer magnetiske felter, når en elektrisk strøm passerer gennem dem. De har forskellige brugssager., For eksempel motorer, generatorer, relæer, hovedtelefoner osv. alle bruger elektromagneter.
i elektromagneter vinder en spole af tråd omkring en ferromagnetisk kerne. Tilslutning af ledningen til en kilde til elektricitet producerer et stærkt magnetfelt. Det ferromagnetiske materiale forstærker det yderligere. Elektromagneter kan være ekstremt stærke afhængigt af den elektriske strøm.
de giver også mulighed for at tænde og slukke den magnetiske kraft med et tryk på en knap. Dette er en ekstremt speciel egenskab, der hjælper os med at bruge den magnetiske kraft i vores applikationer.,
lad os tage eksemplet på en kran, der bruges til at afhente skrot i en junkyard. Ved hjælp af en elektromagnet kan vi afhente skrotmetallet ved at føre en elektrisk strøm gennem den. Når vi skal droppe stykkerne, er alt, hvad vi skal gøre, at slukke for strømmen til magneten.
et andet interessant eksempel på en elektromagnetapplikation er Maglev-toget. I denne ansøgning, et tog løfter fra sporene og levitates. Det er kun muligt, når en elektrisk strøm løber gennem elektromagneter på togkroppen.,
dette reducerer modstanden, som toget står overfor, når det er i bevægelse. Derfor har disse tog meget høje hastigheder.
hvilke metaller er magnetiske?
Der er forskellige måder, hvorpå et metal kan interagere med en magnet. Dette afhænger af materialernes indre struktur. Metaller kan klassificeres som:
- ferromagnetisk
- paramagnetisk
- diamagnetisk
mens magneter stærkt tiltrækker ferromagnetiske metaller, tiltrækker de kun svagt paramagnetiske metaller. Diamagnetiske materialer viser på den anden side en svag frastødning, når de placeres i nærheden af en magnet., Kun ferromagnetiske metaller betragtes som virkelig magnetiske.
liste over magnetiske metaller
lad os se på nogle af de mest kendte magnetiske metaller. Nogle af dem er magnetiske på alle tidspunkter. Andre, som rustfrit stål, har kun magnetiske egenskaber med en bestemt kemisk sammensætning.
jern
jern er et ekstremt velkendt ferromagnetisk metal. Det er faktisk det stærkeste ferromagnetiske metal. Det udgør en integreret del af jordens kerne og giver dens magnetiske egenskaber til vores planet., Derfor fungerer jorden som en permanent magnet alene.
Der er mange aspekter, der bidrager til jernens magnetisme. Ud over dets netelektronspin på atomniveau spiller dens krystallinske struktur også en vigtig rolle. Uden det ville jern ikke være et magnetisk metal.
forskellige krystallinske strukturer resulterer i forskellige jernegenskaber.
jern er ferromagnetisk i sin kropscentrerede kubiske (bcc) alfa-FE-struktur. Samtidig viser den ikke magnetisme i ansigtscentreret kubisk (FCC) gamma-Fe-struktur., Beta-Fe-struktur viser for eksempel paramagnetiske tendenser.
nikkel
nikkel er et andet populært magnetisk metal med ferromagnetiske egenskaber. Ligesom jern er dets forbindelser til stede i Jordens kerne. Historisk set er nikkel blevet brugt til at lave mønter.i dag anvendes nikkel i batterier, belægninger, Køkkenredskaber, telefoner, bygninger, transport og smykker. En stor del af nikkel bruges til at fremstille ferronickel til rustfrit stål.
på grund af dets magnetiske egenskaber er nikkel også en del af alnico magneter (lavet af aluminium, nikkel og kobolt)., Disse magneter er stærkere end sjældne jordarters metalmagneter, men svagere end jernbaserede magneter.
kobolt
kobolt er et vigtigt ferromagnetisk metal. I over 100 år har cobalts fremragende magnetiske egenskaber hjulpet med at udvikle en række applikationer.
kobolt kan bruges til at producere bløde såvel som hårde magneter. Bløde magneter, der bruger kobolt, har fordele i forhold til andre bløde magneter. Nemlig har de et højt mætningspunkt, Curie temperaturer i området 950…990.Celsius. Således kan de bruges til høj temperatur applikationer (op til under 500.Celsius).,kobolt med dets legeringer anvendes i harddiske, vindmøller, MR-maskiner, motorer, aktuatorer og sensorer.
stål
stål viser også ferromagnetiske egenskaber, da det er afledt af jern. De fleste stål vil blive tiltrukket af en magnet. Om nødvendigt kan stål også bruges til at fremstille permanente magneter.
lad os tage eksemplet på stål EN C15D. denne kvalitet af stål indeholder 98,81 til 99,26% jern. Således er en meget høj procentdel af denne stålkvalitet jern. Derfor ferromagnetiske egenskaber af jern overførsel til stål.,
rustfrit stål
nogle rustfrit stål er magnetiske, og nogle er ikke. Et legeret stål bliver et rustfrit stål, hvis det har mindst 10, 5% krom i det. På grund af de forskellige kemiske sammensætninger er der forskellige typer rustfrit stål.
Ferritisk og martensitisk rustfrit stål er magnetisk på grund af deres strygejern sammensætning og molekylær struktur.,austenitiske stål viser derimod ikke ferromagnetiske egenskaber på grund af en anden molekylstruktur. Dette gør det velegnet til brug i MR-maskiner.
den strukturelle forskel stammer fra mængden af nikkel. Det styrker o .idlaget for bedre beskyttelse mod korrosion, men ændrer også strukturen i rustfrit stål.
sjældne jordarters metaller
sammen med de ovennævnte metaller har forbindelser af nogle sjældne jordarters elementer også fremragende ferromagnetiske egenskaber., Gadolinium, samarium, neodym er alle eksempler på magnetiske sjældne jordarters metaller.
forskellige magneter med forskellige egenskaber kan fremstilles ved anvendelse af ovennævnte metaller i kombination med jern, nikkel og kobolt. Disse magneter leveres med specifikke egenskaber, der er nødvendige til visse applikationer.for eksempel er samarium-koboltmagneter til stede i turbomachinery, high-end elektriske motorer mv.
hvilke metaller er ikke magnetiske?
kun få metaller i det periodiske bord er magnetiske. De fleste andre almindelige metaller er ikke-magnetiske metaller. Lad os se på nogle af dem.,
liste over ikke-magnetiske metaller
Aluminium
aluminiums krystalstruktur, på samme måde som lithium og magnesium, gør det ikke-magnetisk. Alle tre materialer er populære eksempler på paramagnetiske metaller.
selvom flere typer aluminiumkorrosion kan forekomme, er det kendt for dets modstand mod korrosive miljøer. Dette sammen med sin lette vægt gør det til et nyttigt metal i mange brancher.
Guld
guld er et diamagnetisk metal som de fleste andre metaller., I sin rene form er guld ikke-magnetisk og viser kun en svag frastødning mod magneter som alle diamagnetiske metaller.
Sølv
sølv er et andet ikke-magnetisk metal. Denne egenskab gør det muligt at identificere falsk sølv. Hvis” sølv ” mønter eller smykker tiltrækker magneter, er det noget andet.
Kobber
Er Kobber Magnetiske?
kobber i sig selv er ikke magnetisk, men interagerer til en vis grad med magneter. Denne egenskab hjælper med at generere elektricitet i kraftværker.,
konklusion
Med et stort nok magnetfelt vil alle typer metaller interagere med en magnet. Dette skyldes, at hvirvelstrømme er sat op i metaller, når de udsættes for et bevægeligt magnetfelt.
Ved hjælp af dette princip er metaldetektorer i stand til at detektere ikke-magnetiske metaller som guld, sølv. Men for de fleste praktiske formål er denne interaktion ikke nok og begrænser de mulige brugssager.