metale magnetyczne & metale niemagnetyczne odgrywają ważną rolę w inżynierii. Magnetyzm jest podstawą wielu zastosowań. Jednocześnie ta własność może być również niepożądana w pewnych okolicznościach.
dlatego ważne jest, aby wiedzieć, które metale są magnetyczne, a które nie.
czym jest magnetyzm?
w ujęciu laika magnetyzm jest siłą, która może przyciągać lub odpychać obiekty magnetyczne., Pola magnetyczne, które przenikają różne media, pośredniczą w tej sile.
magnetyzm jest domyślnie własnością niektórych materiałów. Niektóre materiały mogą być jednak namagnesowane lub rozmagnesowane w zależności od wymagań.
co tworzy magnetyzm w metalach?
podobnie jak prąd elektryczny, magnetyzm jest wywoływany przez elektrony na poziomie elementarnym. Elektrony mają spin, który tworzy mały dipol magnetyczny.
gdy te obroty są zrównoważone, Siła netto wynosi zero. Jednak w przypadku dużej liczby niesparowanych elektronów, ów nieskończenie mały moment magnetyczny staje się Duży., W rezultacie tworzy zauważalne pole magnetyczne wokół metalu.
prąd elektryczny jest również zdolny do tworzenia pól magnetycznych i odwrotnie. Gdy prąd elektryczny przechodzi przez przewód, tworzy koliste pole magnetyczne wokół przewodu. Podobnie, przynosząc pole magnetyczne w pobliżu dobrego przewodnika elektryczności, prądy elektryczne zaczynają płynąć w przewodniku.
Ta niesamowita relacja między elektrycznością a magnetyzmem zaowocowała wieloma pomysłowymi urządzeniami i aplikacjami.
rodzaje magnesów
istnieją różne klasyfikacje magnesów., Jednym ze sposobów odróżnienia metali magnetycznych od siebie jest to, jak długo ich właściwości są aktywne. Korzystając z tego jako naszej podstawy, możemy sklasyfikować magnesy jako:
- stałe
- tymczasowe
- Elektromagnesy
przyjrzyjmy się dokładniej każdemu z nich.
magnesy trwałe
magnesy trwałe wytwarzają pole magnetyczne Ze względu na ich wewnętrzną strukturę. Nie tracą łatwo swojego magnetyzmu. Magnesy trwałe wykonane są z materiałów ferromagnetycznych, które nie przestają wytwarzać swojego pola magnetycznego niezależnie od wpływu zewnętrznego., Dzięki temu są one stabilne przed siłami demagnetyzującymi.
aby zrozumieć magnesy trwałe, musimy przyjrzeć się wewnętrznej strukturze materiałów magnetycznych. Materiał wykazuje właściwości magnetyczne, gdy jego domeny są wyrównane w tym samym kierunku. Domeny to niewielkie pola magnetyczne obecne w strukturze krystalicznej materiału.
w materiałach ferromagnetycznych domeny są idealnie wyrównane. Istnieją różne sposoby ich wyrównania, ale najbardziej niezawodną metodą jest podgrzanie magnesu do określonej temperatury., Temperatura ta jest różna dla materiałów i powoduje trwałe wyrównanie domen w jednym kierunku.
z powodu podobnych warunków panujących w jądrze Ziemi zachowuje się on jak magnes trwały.
Magnesy tymczasowe
Magnesy tymczasowe, jak sama nazwa wskazuje, zachowują swoje właściwości magnetyczne tylko w określonych warunkach. Gdy te warunki nie są już obecne, tracą swoje pola magnetyczne.
miękkie materiały o niskich właściwościach magnetycznych, takie jak wyżarzane żelazo i stal, są przykładami magnesów tymczasowych., Stają się magnetyczne w obecności silnego pola magnetycznego. Przedstawiają one również niski poziom przymusu.
musiałeś widzieć, jak spinacze do papieru łączą się ze sobą, gdy w pobliżu znajduje się magnes trwały. Każdy spinacz staje się magnesem tymczasowym przyciągającym inne spinacze w obecności pola magnetycznego. Po zabraniu magnesu stałego spinacze tracą swoje właściwości magnetyczne.
Elektromagnesy
elektromagnesy są magnesami wytwarzającymi pole magnetyczne, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny. Mają różne zastosowania., Na przykład silniki, generatory, przekaźniki, słuchawki itp. wszyscy używają elektromagnesów.
w elektromagnesach cewka drutu wije się wokół rdzenia ferromagnetycznego. Podłączenie przewodu do źródła energii elektrycznej wytwarza silne pole magnetyczne. Materiał ferromagnetyczny dodatkowo go wzmacnia. Elektromagnesy mogą być bardzo silne w zależności od prądu elektrycznego.
zapewniają również możliwość włączania i wyłączania siły magnetycznej za pomocą przycisku. Jest to niezwykle specjalna właściwość, która pomaga nam wykorzystać siłę magnetyczną w naszych zastosowaniach.,
weźmy przykład żurawia używanego do zbierania złomu na złomowisku. Za pomocą elektromagnesu możemy podnieść złom, przepuszczając przez niego prąd elektryczny. Kiedy musimy upuścić kawałki, wszystko, co musimy zrobić, to wyłączyć elektryczność do magnesu.
Innym ciekawym przykładem zastosowania elektromagnesu jest pociąg Maglev. W tej aplikacji pociąg podnosi się z torów i lewituje. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy prąd elektryczny przepływa przez Elektromagnesy na korpusie pociągu.,
to znacznie zmniejsza opór napotykany przez pociąg w ruchu. Stąd te pociągi mają bardzo duże prędkości.
jakie metale są magnetyczne?
istnieją różne sposoby interakcji metalu z magnesem. Zależy to od wewnętrznej struktury materiałów. Metale można sklasyfikować jako:
- ferromagnetyczne
- paramagnetyczne
- diamagnetyczne
podczas gdy magnesy silnie przyciągają metale ferromagnetyczne, tylko słabo przyciągają metale paramagnetyczne. Materiały diamagnetyczne, z drugiej strony, wykazują słabe odpychanie, gdy umieszczone w pobliżu magnesu., Tylko metale ferromagnetyczne są uważane za prawdziwie magnetyczne.
lista metali magnetycznych
przyjrzyjmy się niektórym z najbardziej znanych metali magnetycznych. Niektóre z nich są magnetyczne przez cały czas. Inne, podobnie jak stal nierdzewna, mają właściwości magnetyczne tylko przy pewnym składzie chemicznym.
żelazo
żelazo jest niezwykle znanym metalem ferromagnetycznym. Jest to w rzeczywistości najsilniejszy metal ferromagnetyczny. Stanowi integralną część jądra Ziemi i nadaje jej właściwości magnetyczne naszej planecie., Dlatego ziemia sama działa jak magnes trwały.
istnieje wiele aspektów, które przyczyniają się do magnetyzmu żelaza. Oprócz spinu elektronów sieciowych na poziomie atomowym ważną rolę odgrywa również jego struktura krystaliczna. Bez niego żelazo nie byłoby metalem magnetycznym.
różne struktury krystaliczne powodują różne właściwości żelaza.
żelazo jest ferromagnetyczne w strukturze Alfa-FE (BCC). Jednocześnie nie wykazuje magnetyzmu w sześciennej strukturze gamma-Fe (FCC)., Na przykład struktura Beta-Fe wykazuje tendencje paramagnetyczne.
Nikiel
nikiel jest kolejnym popularnym metalem magnetycznym o właściwościach ferromagnetycznych. Podobnie jak żelazo, jego związki są obecne w jądrze Ziemi. Dawniej do produkcji monet używano niklu.
dziś nikiel znajduje zastosowanie w bateriach, powłokach, narzędziach kuchennych, telefonach, budynkach, transporcie i biżuterii. Duża część niklu jest używana do produkcji żelazoniklu dla stali nierdzewnej.
ze względu na swoje właściwości magnetyczne, nikiel jest również częścią magnesów Alnico (wykonanych z aluminium, niklu i kobaltu)., Magnesy te są silniejsze niż magnesy metali ziem rzadkich, ale słabsze niż magnesy na bazie żelaza.
kobalt
kobalt jest ważnym metalem ferromagnetycznym. Przez ponad 100 lat doskonałe właściwości magnetyczne kobaltu pomogły rozwinąć różnorodne zastosowania.
kobalt może być stosowany do produkcji magnesów miękkich jak i twardych. Miękkie magnesy wykorzystujące kobalt mają przewagę nad innymi miękkimi magnesami. Mianowicie, mają one wysoki punkt nasycenia, temperatury Curie w zakresie 950 … 990 ° Celsjusza. Dzięki temu mogą być stosowane w aplikacjach wysokotemperaturowych(do 500 ° Celsjusza).,
kobalt ze swoimi stopami jest stosowany w dyskach twardych, turbinach wiatrowych, maszynach MRI, silnikach, siłownikach i czujnikach.
Stal
stal wykazuje również właściwości ferromagnetyczne, ponieważ pochodzi z żelaza. Większość stali zostanie przyciągnięta do magnesu. W razie potrzeby stal może być również używana do wytwarzania magnesów trwałych.
weźmy przykład stali EN C15D. ten gatunek stali zawiera 98,81 do 99,26% żelaza. Tak więc bardzo wysoki procent tego gatunku stali to żelazo. Stąd ferromagnetyczne właściwości żelaza przenoszą się na stal.,
Stal nierdzewna
niektóre stale nierdzewne są magnetyczne, a niektóre nie. Stal stopowa staje się stalą nierdzewną, jeśli ma w sobie co najmniej 10,5% chromu. Ze względu na różne składy chemiczne, istnieją różne rodzaje stali nierdzewnej.
ferrytyczne i martenzytyczne stale nierdzewne są magnetyczne Ze względu na ich skład żelaza i strukturę molekularną.,
stale austenityczne, z drugiej strony, nie wykazują właściwości ferromagnetycznych ze względu na inną strukturę molekularną. To sprawia, że nadaje się do stosowania w maszynach MRI.
różnica strukturalna wynika z ilości niklu. Wzmacnia warstwę tlenku dla lepszej ochrony przed korozją, ale także zmienia strukturę stali nierdzewnej.
metale ziem rzadkich
oprócz wyżej wymienionych metali związki niektórych pierwiastków ziem rzadkich mają również doskonałe właściwości ferromagnetyczne., Gadolin, Samar, Neodym są przykładami magnetycznych metali ziem rzadkich.
różne magnesy o różnych właściwościach mogą być wytwarzane przy użyciu powyższych metali w połączeniu z żelazem, niklem i kobaltem. Te magnesy pochodzą z konkretnych właściwości niezbędnych dla niektórych zastosowań.
na przykład magnesy samarowo-kobaltowe są obecne w turbosprężarkach, wysokowydajnych silnikach elektrycznych itp.
które Metale nie są magnetyczne?
tylko kilka metali w układzie okresowym jest magnetycznych. Większość innych popularnych metali to metale niemagnetyczne. Przyjrzyjmy się niektórym z nich.,
lista metali niemagnetycznych
Aluminium
struktura krystaliczna Aluminium, podobnie jak litu i magnezu, czyni go niemagnetycznym. Wszystkie trzy materiały są popularnymi przykładami metali paramagnetycznych.
chociaż może wystąpić kilka rodzajów korozji aluminium, jest on znany ze swojej odporności na środowiska korozyjne. To, wraz z jego niewielką wagą, czyni go użytecznym metalem w wielu gałęziach przemysłu.
złoto
Złoto jest metalem diamagnetycznym, jak większość innych metali., W czystej postaci złoto jest niemagnetyczne i wykazuje tylko słabe odpychanie w kierunku magnesów, jak wszystkie metale diamagnetyczne.
Srebro
Srebro to kolejny niemagnetyczny metal. Ta właściwość umożliwia identyfikację fałszywego srebra. Jeśli „srebrne” monety lub biżuteria przyciąga do magnesów, to jest coś innego.
Miedź
czy miedź jest magnetyczna?
sama Miedź nie jest magnetyczna, ale w pewnym stopniu współdziała z magnesami. Ta właściwość pomaga wytwarzać energię elektryczną w elektrowniach.,
podsumowanie
przy wystarczająco dużym polu magnetycznym wszystkie rodzaje metali będą oddziaływać z magnesem. Dzieje się tak dlatego, że prądy wirowe są ustawiane w metalach, gdy są poddawane ruchomemu polowi magnetycznemu.
dzięki tej zasadzie wykrywacze metali są w stanie wykryć niemagnetyczne metale, takie jak złoto, srebro. Ale dla większości praktycznych celów ta interakcja nie jest wystarczająca i ogranicza możliwe przypadki użycia.