Metalli magnetici& i metalli non magnetici svolgono entrambi un ruolo importante nell’ingegneria. Il magnetismo è la base per molte applicazioni. Allo stesso tempo, questa proprietà potrebbe anche essere indesiderata in determinate circostanze.
Pertanto, è importante sapere quali metalli sono magnetici e quali no.
Che cos’è il magnetismo?
In parole povere, il magnetismo è una forza che può attrarre o respingere oggetti magnetici., I campi magnetici che permeano diversi mezzi mediano questa forza.
Il magnetismo è una proprietà di alcuni materiali per impostazione predefinita. Alcuni materiali, tuttavia, possono essere magnetizzati o smagnetizzati a seconda delle esigenze.
Cosa crea il magnetismo nei metalli?
Come una corrente elettrica, il magnetismo è causato da elettroni a livello elementare. Gli elettroni hanno spin, che crea un piccolo dipolo magnetico.
Quando questi giri sono bilanciati, la forza netta è zero. Ma in caso di un gran numero di elettroni spaiati, questo momento magnetico infinitesimale diventa grande., Di conseguenza, crea un campo magnetico notevole attorno al metallo.
La corrente elettrica è anche in grado di creare campi magnetici e viceversa. Quando una corrente elettrica passa attraverso un filo, crea un campo magnetico circolare attorno al filo. Allo stesso modo, portando un campo magnetico vicino a un buon conduttore di elettricità, le correnti elettriche iniziano a fluire nel conduttore.
Questa straordinaria relazione tra elettricità e magnetismo ha portato a molti dispositivi e applicazioni ingegnose.
Tipi di magneti
Esistono varie classificazioni per i magneti., Un modo per differenziare i metalli magnetici l’uno dall’altro è per quanto tempo le loro proprietà sono attive. Usando questo come base, possiamo classificare i magneti come:
- Permanente
- Temporaneo
- Elettromagneti
Diamo uno sguardo più profondo a ciascuno di essi.
Magneti permanenti
I magneti permanenti producono un campo magnetico a causa della loro struttura interna. Non perdono facilmente il loro magnetismo. I magneti permanenti sono fatti di materiali ferromagnetici che non smettono di produrre il loro campo magnetico indipendentemente dall’influenza esterna., Pertanto, sono stabili contro le forze di smagnetizzazione.
Per comprendere i magneti permanenti, dobbiamo guardare la struttura interna dei materiali magnetici. Un materiale mostra proprietà magnetiche quando i suoi domini sono allineati nella stessa direzione. I domini sono i minuscoli campi magnetici presenti nella struttura cristallina di un materiale.
Nei materiali ferromagnetici, i domini sono perfettamente allineati. Ci sono vari modi per allinearli, ma il metodo più affidabile è quello di riscaldare il magnete ad una certa temperatura., Questa temperatura è diversa per i materiali e si traduce nell’allineamento permanente dei domini in una direzione.
È a causa di condizioni simili esistenti nel nucleo terrestre che si comporta come un magnete permanente.
Magneti temporanei
I magneti temporanei, come suggerisce il nome, mantengono le loro proprietà magnetiche solo in determinate condizioni. Quando queste condizioni non sono più presenti, perdono i loro campi magnetici.
I materiali morbidi con basse proprietà magnetiche, come il ferro e l’acciaio ricotto, sono esempi di magneti temporanei., Diventano magnetici in presenza di un forte campo magnetico. Ritraggono anche una bassa coercitività.
Devi aver visto come le graffette si attaccano l’una all’altra quando un magnete permanente si trova nelle vicinanze. Ogni graffetta diventa un magnete temporaneo attirando altre graffette in presenza di un campo magnetico. Una volta tolto il magnete permanente, le graffette perdono le loro proprietà magnetiche.
Elettromagneti
Gli elettromagneti sono magneti che producono campi magnetici quando una corrente elettrica li attraversa. Hanno vari casi d’uso., Ad esempio, motori, generatori, relè, cuffie, ecc. tutti usano elettromagneti.
Negli elettromagneti una bobina di filo si snoda attorno a un nucleo ferromagnetico. Il collegamento del filo a una fonte di elettricità produce un forte campo magnetico. Il materiale ferromagnetico lo amplifica ulteriormente. Gli elettromagneti possono essere estremamente forti a seconda della corrente elettrica.
Forniscono anche la possibilità di accendere e spegnere la forza magnetica con la semplice pressione di un pulsante. Questa è una proprietà estremamente speciale che ci aiuta a utilizzare la forza magnetica nelle nostre applicazioni.,
Prendiamo l’esempio di una gru utilizzata per raccogliere rottami metallici in una discarica. Con l’aiuto di un elettromagnete, possiamo raccogliere il rottame metallico facendo passare una corrente elettrica attraverso di esso. Quando abbiamo bisogno di far cadere i pezzi, tutto quello che dobbiamo fare è spegnere l’elettricità al magnete.
Un altro interessante esempio di applicazione di un elettromagnete è il treno Maglev. In questa applicazione, un treno si solleva dai binari e levita. È possibile solo quando una corrente elettrica attraversa elettromagneti sul corpo del treno.,
Questo riduce notevolmente la resistenza affrontata dal treno quando è in movimento. Quindi, questi treni hanno velocità molto elevate.
Quali metalli sono magnetici?
Ci sono vari modi in cui un metallo può interagire con un magnete. Questo dipende dalla struttura interna dei materiali. I metalli possono essere classificati come:
- Ferromagnetico
- Paramagnetico
- Diamagnetico
Mentre i magneti attirano fortemente i metalli ferromagnetici, attirano solo debolmente i metalli paramagnetici. I materiali diamagnetici, d’altra parte, mostrano una debole repulsione quando sono posizionati vicino a un magnete., Solo i metalli ferromagnetici sono considerati veramente magnetici.
Elenco dei metalli magnetici
Diamo un’occhiata ad alcuni dei metalli magnetici più noti. Alcuni di loro sono magnetici in ogni momento. Altri, come l’acciaio inossidabile, hanno proprietà magnetiche solo con una certa composizione chimica.
Ferro
Il ferro è un metallo ferromagnetico estremamente noto. È, infatti, il metallo ferromagnetico più forte. Forma parte integrante del nucleo terrestre e conferisce le sue proprietà magnetiche al nostro pianeta., Ecco perché la Terra agisce da magnete permanente da sola.
Ci sono molti aspetti che contribuiscono al magnetismo del ferro. Oltre al suo spin netto di elettroni a livello atomico, anche la sua struttura cristallina svolge un ruolo importante. Senza di esso, il ferro non sarebbe un metallo magnetico.
Diverse strutture cristalline producono diverse proprietà del ferro.
Il ferro è ferromagnetico nella sua struttura alfa-FE cubica (bcc) centrata sul corpo. Allo stesso tempo, non mostra magnetismo nella struttura gamma-Fe cubica (fcc) centrata sul viso., La struttura Beta-Fe, ad esempio, mostra tendenze paramagnetiche.
Nichel
Il nichel è un altro metallo magnetico popolare con proprietà ferromagnetiche. Come il ferro, i suoi composti sono presenti nel nucleo della terra. Storicamente, il nichel è stato usato per fare monete.
Oggi il nichel trova impiego in batterie, rivestimenti, utensili da cucina, telefoni, edifici, trasporti e gioielli. Una grande porzione di nichel viene utilizzata per produrre ferronichel per acciaio inossidabile.
A causa delle sue proprietà magnetiche, il nichel è anche parte dei magneti Alnico (in alluminio, nichel e cobalto)., Questi magneti sono più forti dei magneti metallici delle terre rare ma più deboli dei magneti a base di ferro.
Cobalto
Il cobalto è un importante metallo ferromagnetico. Per oltre 100 anni, le eccellenti proprietà magnetiche del cobalto hanno contribuito a sviluppare una varietà di applicazioni.
Il cobalto può essere utilizzato per produrre magneti morbidi e duri. Magneti morbidi che utilizzano cobalto hanno vantaggi rispetto ad altri magneti morbidi. Vale a dire, hanno un alto punto di saturazione, temperature di Curie nell’intervallo 950 9 990° Celsius. Pertanto, possono essere utilizzati per applicazioni ad alta temperatura (fino a 500° Celsius).,
Il cobalto con le sue leghe viene utilizzato in dischi rigidi, turbine eoliche, macchine MRI, motori, attuatori e sensori.
Acciaio
L’acciaio mostra anche proprietà ferromagnetiche in quanto derivato dal ferro. La maggior parte degli acciai sarà attratta da un magnete. Se necessario, l’acciaio può essere utilizzato anche per fare magneti permanenti.
Prendiamo l’esempio dell’acciaio EN C15D. Questo tipo di acciaio contiene dal 98,81 al 99,26% di ferro. Quindi, una percentuale molto alta di questo grado di acciaio è il ferro. Quindi, le proprietà ferromagnetiche del trasferimento del ferro all’acciaio.,
Acciaio inossidabile
Alcuni acciai inossidabili sono magnetici e alcuni non lo sono. Un acciaio legato diventa un acciaio inossidabile se contiene almeno il 10,5% di cromo. A causa delle diverse composizioni chimiche, ci sono diversi tipi di acciaio inossidabile.
Gli acciai inossidabili ferritici e martensitici sono magnetici a causa della loro composizione di ferro e struttura molecolare.,
Gli acciai austenitici, d’altra parte, non mostrano proprietà ferromagnetiche a causa di una diversa struttura molecolare. Questo rende il adatto per l’uso in macchine MRI.
La differenza strutturale deriva dalla quantità di nichel. Rafforza lo strato di ossido per una migliore protezione contro la corrosione, ma cambia anche la struttura dell’acciaio inossidabile.
Metalli delle terre rare
Insieme ai metalli sopra menzionati, i composti di alcuni elementi delle terre rare hanno anche eccellenti proprietà ferromagnetiche., Gadolinio, samario, neodimio sono tutti esempi di metalli magnetici delle terre rare.
Vari magneti con proprietà diverse possono essere fabbricati utilizzando i metalli di cui sopra in combinazione con ferro, nichel e cobalto. Questi magneti sono dotati di proprietà specifiche necessarie per determinate applicazioni.
Ad esempio, i magneti samario-cobalto sono presenti nelle turbomacchine, nei motori elettrici di fascia alta, ecc.
Quali metalli non sono magnetici?
Solo pochi metalli nella tavola periodica sono magnetici. La maggior parte degli altri metalli comuni sono metalli non magnetici. Diamo un’occhiata ad alcuni di loro.,
Elenco dei metalli non magnetici
Alluminio
La struttura cristallina dell’alluminio, analogamente al litio e al magnesio, lo rende non magnetico. Tutti e tre i materiali sono esempi popolari di metalli paramagnetici.
Sebbene possano verificarsi diversi tipi di corrosione dell’alluminio, è noto per la sua resistenza agli ambienti corrosivi. Questo, insieme al suo peso leggero, lo rende un metallo utile in molte industrie.
Oro
L’oro è un metallo diamagnetico come la maggior parte degli altri metalli., Nella sua forma pura, l’oro è non magnetico e mostra solo una debole repulsione verso i magneti come tutti i metalli diamagnetici.
Argento
L’argento è un altro metallo non magnetico. Questa proprietà rende possibile identificare l’argento falso. Se le monete o i gioielli” d’argento ” attirano i magneti, è qualcos’altro.
Rame
Il rame è magnetico?
Il rame stesso non è magnetico ma interagisce con i magneti in una certa misura. Questa proprietà aiuta a generare elettricità nelle centrali elettriche.,
Conclusione
Con un campo magnetico abbastanza grande, tutti i tipi di metalli interagiranno con un magnete. Questo perché le correnti parassite sono impostate nei metalli quando sono sottoposte a un campo magnetico in movimento.
Utilizzando questo principio, i metal detector sono in grado di rilevare metalli non magnetici come oro, argento. Ma per la maggior parte degli scopi pratici, questa interazione non è sufficiente e limita i possibili casi d’uso.