magnetische metalen & niet-magnetische metalen spelen beide een belangrijke rol in de techniek. Magnetisme is de basis voor vele toepassingen. Tegelijkertijd kan deze accommodatie ook ongewenst zijn in bepaalde omstandigheden.
daarom is het belangrijk om te weten welke metalen magnetisch zijn en welke niet.
Wat is magnetisme?
in lekentaal is magnetisme een kracht die magnetische objecten kan aantrekken of afstoten., Magnetische velden die verschillende mediums doordringen, bemiddelen deze kracht.
magnetisme is standaard een eigenschap van bepaalde materialen. Sommige materialen kunnen echter worden gemagnetiseerd of gedemagnetiseerd afhankelijk van de vereisten.
wat creëert magnetisme in metalen?
net als een elektrische stroom wordt magnetisme veroorzaakt door elektronen op het elementaire niveau. Elektronen hebben spin, waardoor een kleine magnetische dipool ontstaat.
wanneer deze spins gebalanceerd zijn, is de netto kracht nul. Maar in het geval van een groot aantal ongepaarde elektronen, wordt dit oneindig kleine magnetische moment groot., Hierdoor ontstaat een merkbaar magnetisch veld rond het metaal.
elektrische stroom kan ook magnetische velden creëren en omgekeerd. Wanneer een elektrische stroom door een draad gaat, ontstaat er een cirkelvormig magnetisch veld rond de draad. Op dezelfde manier, het brengen van een magnetisch veld in de buurt van een goede geleider van elektriciteit, elektrische stromen beginnen te stromen in de geleider.
Deze verbazingwekkende relatie tussen elektriciteit en magnetisme heeft geresulteerd in vele ingenieuze apparaten en toepassingen.
typen magneten
Er zijn verschillende classificaties voor magneten., Een manier om magnetische metalen van elkaar te onderscheiden is door hoe lang hun eigenschappen actief zijn. Op basis hiervan kunnen we magneten classificeren als:
- permanente
- tijdelijke
- elektromagneten
laten we elk van hen dieper bekijken.
permanente magneten
permanente magneten produceren door hun interne structuur een magnetisch veld. Ze verliezen hun magnetisme niet gemakkelijk. Permanente magneten zijn gemaakt van ferromagnetische materialen die, ongeacht de invloed van buitenaf, niet stoppen met het produceren van hun magnetisch veld., Zo zijn ze stabiel tegen demagnetiserende krachten.om permanente magneten te begrijpen, moeten we kijken naar de interne structuur van magnetische materialen. Een materiaal toont magnetische eigenschappen wanneer zijn domeinen in dezelfde richting worden uitgelijnd. Domeinen zijn de minuscule magnetische velden die aanwezig zijn in de kristallijne structuur van een materiaal.
in ferromagnetische materialen zijn de domeinen perfect uitgelijnd. Er zijn verschillende manieren om ze uit te lijnen, maar de meest betrouwbare methode is om de magneet te verwarmen tot een bepaalde temperatuur., Deze temperatuur is verschillend voor materialen en resulteert in de permanente uitlijning van domeinen in één richting.
Het is te wijten aan soortgelijke omstandigheden in de aardkern dat het zich gedraagt als een permanente magneet.
tijdelijke magneten
tijdelijke magneten behouden, zoals de naam al doet vermoeden, hun magnetische eigenschappen alleen onder bepaalde omstandigheden. Wanneer deze omstandigheden niet meer aanwezig zijn, verliezen ze hun magnetische velden.
zachte materialen met lage magnetische eigenschappen, zoals gegloeid ijzer en staal, zijn voorbeelden van tijdelijke magneten., Ze worden magnetisch in de aanwezigheid van een sterk magnetisch veld. Ze beschrijven ook lage dwang.
u moet hebben gezien hoe paperclips aan elkaar worden bevestigd als er een permanente magneet in de buurt is. Elke paperclip wordt een tijdelijke magneet die andere paperclips aantrekt in de aanwezigheid van een magnetisch veld. Zodra de permanente magneet is weggenomen, verliezen de paperclips hun magnetische eigenschappen.
elektromagneten
elektromagneten zijn magneten die magnetische velden produceren wanneer er een elektrische stroom doorheen gaat. Ze hebben verschillende use-cases., Bijvoorbeeld motoren, generatoren, Relais, koptelefoons, enz. ze gebruiken allemaal elektromagneten.
in elektromagneten waait een rol draad rond een ferromagnetische kern. Het aansluiten van de draad op een bron van elektriciteit produceert een sterk magnetisch veld. Het ferromagnetische materiaal versterkt het verder. Elektromagneten kunnen extreem sterk zijn, afhankelijk van de elektrische stroom.
ze bieden ook de mogelijkheid om de magnetische kracht in-en uit te schakelen met een druk op de knop. Dit is een zeer speciale eigenschap die ons helpt om de magnetische kracht in onze toepassingen te gebruiken.,
laten we het voorbeeld nemen van een kraan die gebruikt wordt om schroot op te pikken in een schroothoop. Met behulp van een elektromagneet kunnen we het schroot oppikken door er een elektrische stroom doorheen te laten gaan. Als we de stukjes moeten laten vallen, hoeven we alleen maar de elektriciteit van de magneet uit te schakelen.
een ander interessant voorbeeld van een elektromagneettoepassing is de Maglev-trein. In deze toepassing, een trein liften van de sporen en zweeft. Het is alleen mogelijk wanneer een elektrische stroom door elektromagneten op het treinlichaam loopt.,
Dit vermindert de weerstand waarmee de trein in beweging wordt geconfronteerd aanzienlijk. Vandaar dat deze treinen zeer hoge snelheden hebben.
welke metalen zijn magnetisch?
Er zijn verschillende manieren waarop een metaal kan interageren met een magneet. Dit hangt af van de interne structuur van de materialen. Metalen kunnen worden ingedeeld als:
- ferromagnetische
- paramagnetische
- diamagnetische
terwijl magneten ferromagnetische metalen sterk aantrekken, trekken ze slechts in geringe mate paramagnetische metalen aan. Diamagnetische materialen daarentegen vertonen een zwakke afstoting wanneer ze in de buurt van een magneet worden geplaatst., Alleen ferromagnetische metalen worden als echt magnetisch beschouwd.
lijst van magnetische metalen
laten we eens kijken naar enkele van de meest bekende magnetische metalen. Sommige zijn te allen tijde magnetisch. Andere, zoals roestvrij staal, hebben alleen magnetische eigenschappen met een bepaalde chemische samenstelling.
ijzer
ijzer is een zeer bekend ferromagnetisch metaal. Het is in feite het sterkste ferromagnetische metaal. Het maakt integraal deel uit van de kern van de aarde en geeft zijn magnetische eigenschappen aan onze planeet., Daarom fungeert de aarde als een permanente magneet op zichzelf.
Er zijn veel aspecten die bijdragen aan het magnetisme van ijzer. Naast zijn netto elektronenspin op atomair niveau speelt ook zijn kristallijne structuur een belangrijke rol. Zonder ijzer zou het geen magnetisch metaal zijn.
verschillende kristallijne structuren resulteren in verschillende ijzereigenschappen.
ijzer is ferromagnetisch in de Alfa-FE-structuur van het lichaam. Tegelijkertijd toont het geen magnetisme in een kubieke (FCC) gamma-Fe structuur., Beta-Fe structuur, bijvoorbeeld, toont paramagnetische neigingen.
Nikkel
nikkel is een ander populair magnetisch metaal met ferromagnetische eigenschappen. Net als ijzer, zijn de verbindingen aanwezig in de kern van de aarde. Historisch gezien is nikkel gebruikt om munten te maken.tegenwoordig wordt nikkel gebruikt in batterijen, coatings, keukengereedschap, telefoons, gebouwen, transport en juwelen. Een groot deel van nikkel wordt gebruikt voor de vervaardiging van ferronickel voor roestvrij staal.vanwege zijn magnetische eigenschappen maakt nikkel ook deel uit van Alnico magneten (gemaakt van aluminium, nikkel en kobalt)., Deze magneten zijn sterker dan zeldzame aardmetaalmagneten, maar zwakker dan magneten op ijzerbasis.
kobalt
kobalt is een belangrijk ferromagnetisch metaal. Al meer dan 100 jaar hebben de uitstekende magnetische eigenschappen van kobalt bijgedragen aan de ontwikkeling van een verscheidenheid aan toepassingen.
kobalt kan worden gebruikt om zowel zachte als harde magneten te produceren. Zachte magneten die kobalt gebruiken hebben voordelen ten opzichte van andere zachte magneten. Namelijk, ze hebben een hoog verzadigingspunt, Curie temperaturen in het bereik van 950…990° Celsius. Zo kunnen ze worden gebruikt voor toepassingen bij hoge temperaturen (tot 500° Celsius).,
kobalt met zijn legeringen wordt gebruikt in harde schijven, windturbines, MRI-machines, motoren, actuatoren en sensoren.
staal
staal vertoont ook ferromagnetische eigenschappen omdat het uit ijzer is verkregen. De meeste staalsoorten worden aangetrokken door een magneet. Indien nodig kan ook staal worden gebruikt om permanente magneten te maken.
laten we het voorbeeld van staal EN C15D nemen. deze staalsoort bevat 98,81 tot 99,26% ijzer. Zo is een zeer hoog percentage van deze staalkwaliteit ijzer. Vandaar dat de ferromagnetische eigenschappen van ijzer overgaan op staal.,
roestvrij staal
sommige roestvrijstalen zijn magnetisch en sommige niet. Een gelegeerd staal wordt een roestvrij staal als het minstens 10,5% chroom in het heeft. Door de verschillende chemische samenstellingen zijn er verschillende soorten roestvrij staal.
ferritische en martensitische roestvrijstalen zijn magnetisch vanwege hun ijzersamenstelling en moleculaire structuur.,
austenitische staalsoorten daarentegen vertonen door een andere moleculaire structuur geen ferromagnetische eigenschappen. Dit maakt het geschikt voor gebruik in MRI-machines.
het structurele verschil vloeit voort uit de hoeveelheid nikkel. Het versterkt de oxidelaag voor een betere bescherming tegen corrosie, maar verandert ook de structuur van roestvrij staal.
zeldzame aardmetalen
samen met de bovengenoemde metalen hebben verbindingen van sommige zeldzame aardmetalen ook uitstekende ferromagnetische eigenschappen., Gadolinium, samarium, neodymium zijn allemaal voorbeelden van magnetische zeldzame aardmetalen.
verschillende magneten met verschillende eigenschappen kunnen worden vervaardigd met behulp van bovengenoemde metalen in combinatie met ijzer, nikkel en kobalt. Deze magneten worden geleverd met specifieke eigenschappen die nodig zijn voor bepaalde toepassingen.
samarium-kobaltmagneten zijn bijvoorbeeld aanwezig in turbomachines, hoogwaardige elektromotoren, enz.
welke metalen zijn niet magnetisch?
slechts enkele metalen in het periodiek systeem zijn magnetisch. De meeste andere veel voorkomende metalen zijn niet-magnetische metalen. Laten we er een paar bekijken.,
lijst van niet-magnetische metalen
Aluminium
de kristalstructuur van Aluminium maakt het, net als lithium en magnesium, niet-magnetisch. Alle drie de materialen zijn populaire voorbeelden van paramagnetische metalen.
hoewel er verschillende soorten aluminiumcorrosie kunnen optreden, staat het bekend om zijn weerstand tegen corrosieve omgevingen. Dit, samen met zijn lichte gewicht, maakt het een nuttig metaal in vele industrieën.
goud
goud is een diamagnetisch metaal zoals de meeste andere metalen., In zijn zuivere vorm is goud niet-magnetisch en vertoont slechts een zwakke afstoting naar magneten zoals alle diamagnetische metalen.
Zilver
zilver is een ander niet-magnetisch metaal. Deze eigenschap maakt het identificeren van nep zilver mogelijk. Als de” zilveren ” munten of juwelen magneten aantrekken, is het iets anders.
koper
Is koper magnetisch?
koper zelf is niet magnetisch, maar interageert tot op zekere hoogte met magneten. Deze eigenschap helpt bij het opwekken van elektriciteit in energiecentrales.,
conclusie
met een groot genoeg magnetisch veld zullen alle soorten metalen interageren met een magneet. Dit komt omdat wervelstromen in metalen worden opgezet wanneer ze worden blootgesteld aan een bewegend magnetisch veld.met behulp van dit principe kunnen Metaaldetectoren niet-magnetische metalen zoals goud en zilver detecteren. Maar voor de meeste praktische doeleinden, deze interactie is niet genoeg en beperkt de mogelijke use-cases.