magnetiska metaller & icke-magnetiska metaller båda spelar en viktig roll inom teknik. Magnetism är grunden för många applikationer. Samtidigt kan den här egenskapen också vara oönskad under vissa omständigheter.
därför är det viktigt att veta vilka metaller som är magnetiska och vilka som inte är.
Vad är Magnetism?
i lekmannatermer är magnetism en kraft som kan attrahera eller avvärja magnetiska objekt., Magnetfält som genomtränger olika medier förmedlar denna kraft.
Magnetism är en egenskap hos vissa material som standard. Vissa material kan dock magnetiseras eller avmagnetiseras beroende på kraven.
vad skapar Magnetism i metaller?
som en elektrisk ström orsakas magnetism av elektroner på elementär nivå. Elektroner har spinn, vilket skapar en liten magnetisk dipol.
När dessa snurrar är balanserade är nettokraften noll. Men i händelse av ett stort antal oparade elektroner blir detta oändligt litet magnetiskt ögonblick stort., Som ett resultat skapar det ett märkbart magnetfält runt metallen.
elektrisk ström kan också skapa magnetfält och vice versa. När en elektrisk ström passerar genom en tråd skapar den ett cirkulärt magnetfält runt tråden. På samma sätt, med ett magnetfält nära en bra ledare av el, börjar elektriska strömmar flöda i ledaren.
detta fantastiska förhållande mellan el och magnetism har resulterat i många geniala enheter och applikationer.
typer av magneter
det finns olika klassificeringar för magneter., Ett sätt att skilja magnetiska metaller från varandra är hur länge deras egenskaper är aktiva. Med detta som grund kan vi klassificera magneter som:
- Permanent
- tillfällig
- elektromagneter
Låt oss ta en djupare titt på var och en av dem.
permanenta magneter
permanenta magneter producerar ett magnetfält på grund av sin interna struktur. De förlorar inte sin magnetism lätt. Permanenta magneter är gjorda av ferromagnetiska material som inte slutar producera sitt magnetfält oavsett yttre påverkan., Således är de stabila mot demagnetiserande krafter.
för att förstå permanenta magneter måste vi titta på den inre strukturen hos magnetiska material. Ett material visar magnetiska egenskaper när dess domäner är inriktade i samma riktning. Domäner är de minimala magnetfält som finns i ett materials kristallina struktur.
i ferromagnetiska material är domänerna perfekt anpassade. Det finns olika sätt att anpassa dem men den mest tillförlitliga metoden är att värma magneten till en viss temperatur., Denna temperatur är annorlunda för material och resulterar i permanent anpassning av domäner i en riktning.
det beror på liknande förhållanden som finns i jordens kärna att den beter sig som en permanent magnet.
tillfälliga magneter
tillfälliga magneter, som namnet antyder, behåller endast sina magnetiska egenskaper under vissa förhållanden. När dessa förhållanden inte längre är närvarande förlorar de sina magnetfält.
mjuka material med låga magnetiska egenskaper, såsom glödgat järn och stål, är exempel på tillfälliga magneter., De blir magnetiska i närvaro av ett starkt magnetfält. De skildrar också låg tvång.
Du måste ha sett hur pappersklämmor fästs vid varandra när en permanentmagnet är i närheten. Varje pappersklämma blir en tillfällig magnet som lockar andra pappersklämmor i närvaro av ett magnetfält. När den permanenta magneten tas bort förlorar pappersklämmorna sina magnetiska egenskaper.
elektromagneter
elektromagneter är magneter som producerar magnetfält när en elektrisk ström passerar genom dem. De har olika användningsfall., Till exempel motorer, generatorer, reläer, hörlurar etc. alla använder elektromagneter.
i elektromagneter en spole av tråd vindar runt en ferromagnetisk kärna. Anslutning av kabeln till en elkälla ger ett starkt magnetfält. Det ferromagnetiska materialet förstärker det ytterligare. Elektromagneter kan vara extremt starka beroende på den elektriska strömmen.
de ger också möjlighet att slå på och stänga av magnetkraften med en knapptryckning. Detta är en extremt speciell egenskap som hjälper oss att använda den magnetiska kraften i våra applikationer.,
låt oss ta exemplet med en kran som används för att plocka upp skrot i en skrotupplag. Med hjälp av en elektromagnet kan vi hämta skrotmetallen genom att passera en elektrisk ström genom den. När vi behöver släppa bitarna behöver vi bara stänga av strömmen till magneten.
ett annat intressant exempel på en elektromagnet-applikation är Maglev-tåget. I den här applikationen lyfter ett tåg av spåren och levitates. Det är endast möjligt när en elektrisk ström går genom elektromagneter på tågkroppen.,
detta minskar avsevärt det motstånd som tåget möter när det är i rörelse. Därför har dessa tåg mycket höga hastigheter.
vilka metaller är magnetiska?
det finns olika sätt på vilka en metall kan interagera med en magnet. Detta beror på materialets interna struktur. Metaller kan klassificeras som:
- ferromagnetiska
- paramagnetiska
- diamagnetiska
medan magneter lockar starkt ferromagnetiska metaller, lockar de bara svagt paramagnetiska metaller. Diamagnetiska material visar å andra sidan en svag repulsion när den placeras nära en magnet., Endast ferromagnetiska metaller anses vara verkligt magnetiska.
lista över magnetiska metaller
Låt oss ta en titt på några av de mest kända magnetiska metallerna. Några av dem är magnetiska hela tiden. Andra, som rostfritt stål, har magnetiska egenskaper endast med en viss kemisk sammansättning.
järn
järn är en extremt välkänd ferromagnetisk metall. Det är faktiskt den starkaste ferromagnetiska metallen. Det utgör en integrerad del av jordens kärna och ger sina magnetiska egenskaper till vår planet., Därför fungerar jorden som en permanent magnet på egen hand.
det finns många aspekter som bidrar till järnens magnetism. Förutom dess nettoelektronspinn på atomnivå spelar dess kristallina struktur också en viktig roll. Utan det skulle järn inte vara en magnetisk metall.
olika kristallina strukturer resulterar i olika järnegenskaper.
järn är ferromagnetiskt i sin kropp-centrerad kubisk (BCC) alfa-FE struktur. Samtidigt visar det inte magnetism i ansiktscentrerad kubisk (FCC) gamma-Fe-struktur., Beta – Fe struktur, till exempel, visar paramagnetiska tendenser.
Nickel
Nickel är en annan populär magnetisk metall med ferromagnetiska egenskaper. Liksom järn är dess föreningar närvarande i jordens kärna. Historiskt har nickel använts för att göra mynt.
idag finner nickel användning i batterier, beläggningar, köksverktyg, telefoner, byggnader, transport och smycken. En stor del av nickel används för att tillverka ferronickel för rostfritt stål.
på grund av dess magnetiska egenskaper är nickel också en del av alnico magneter (gjorda av aluminium, nickel och kobolt)., Dessa magneter är starkare än sällsynta jordartsmetaller men svagare än järnbaserade magneter.
kobolt
kobolt är en viktig ferromagnetisk metall. I över 100 år har cobalt utmärkta magnetiska egenskaper hjälpt till att utveckla en mängd olika applikationer.
kobolt kan användas för att producera mjuka och hårda magneter. Mjuka magneter som använder kobolt har fördelar jämfört med andra mjuka magneter. Namnlösa: de har en hög mättnadspunkt, Curie-temperaturer i intervallet 950 … 990 ° Celsius. Således kan de användas för högtemperaturapplikationer (upp till under 500° Celsius).,
kobolt med dess legeringar används i hårddiskar, vindturbiner, MR-maskiner, motorer, ställdon och sensorer.
stål
stål visar också ferromagnetiska egenskaper som det härrör från järn. De flesta stål kommer att lockas till en magnet. Vid behov kan Stål också användas för att göra permanenta magneter.
låt oss ta exemplet med stål EN C15D. denna klass av stål innehåller 98,81 till 99,26% järn. Således är en mycket hög andel av denna stålkvalitet järn. Därför överför de ferromagnetiska egenskaperna hos järn till stål.,
rostfritt stål
vissa rostfria stål är magnetiska och vissa är inte. Ett legerat stål blir ett rostfritt stål om det har minst 10,5% krom i den. På grund av de varierande kemiska kompositionerna finns det olika typer av rostfritt stål.
ferritiska och martensitiska rostfria stål är magnetiska på grund av deras järnkomposition och molekylstruktur.,
austenitiska stål visar däremot inte ferromagnetiska egenskaper på grund av en annan molekylstruktur. Detta gör den lämplig för användning i MR-maskiner.
den strukturella skillnaden härrör från mängden nickel. Det stärker oxidskiktet för bättre skydd mot korrosion men ändrar också strukturen av rostfritt stål.
sällsynta jordartsmetaller
tillsammans med de ovan nämnda metallerna har föreningar av vissa sällsynta jordartsmetaller också utmärkta ferromagnetiska egenskaper., Gadolinium, samarium, neodym är alla exempel på magnetiska sällsynta jordartsmetaller.
olika magneter med olika egenskaper kan tillverkas med ovanstående metaller i kombination med järn, nickel och kobolt. Dessa magneter kommer med specifika egenskaper som är nödvändiga för vissa applikationer.
till exempel finns samarium-koboltmagneter närvarande i turbomachinery, avancerade elmotorer etc.
vilka metaller är inte magnetiska?
endast ett fåtal metaller i periodiska systemet är magnetiska. De flesta andra vanliga metaller är icke-magnetiska metaller. Låt oss ta en titt på några av dem.,
Förteckning över icke-magnetiska metaller
Aluminium
aluminiums kristallstruktur, på samma sätt som litium och magnesium, gör den icke-magnetisk. Alla tre materialen är populära exempel på paramagnetiska metaller.
även om flera typer av aluminiumkorrosion kan hända, är det känt för sitt motstånd mot korrosiva miljöer. Detta, tillsammans med sin lätta vikt, gör den till en användbar metall i många branscher.
guld
guld är en diamagnetisk metall som de flesta andra metaller., I sin rena form är guld icke-magnetiskt och visar bara en svag repulsion mot magneter som alla diamagnetiska metaller.
Silver
Silver är en annan icke-magnetisk metall. Den här egenskapen gör det möjligt att identifiera falskt silver. Om” silver ” mynt eller smycken lockar till magneter, det är något annat.
koppar
är Kopparmagnetisk?
koppar i sig är inte magnetiskt utan interagerar med magneter i viss utsträckning. Den här egenskapen hjälper till att generera el i kraftverk.,
slutsats
med ett tillräckligt stort magnetfält kommer alla typer av metaller att interagera med en magnet. Detta beror på att virvelströmmar sätts upp i metaller när de utsätts för ett rörligt magnetfält.
med denna princip kan metalldetektorer detektera icke-magnetiska metaller som guld, silver. Men för de flesta praktiska ändamål är denna interaktion inte tillräcklig och begränsar möjliga användningsfall.