Cos'è una ferromagnet?

I materiali ferromagnetici sono generalmente basati sull'elemento ferro e rappresentano uno dei tre tipi di magnetismo che si trovano in natura, distinto dal diamagnetismo e dal paramagnetismo. Le caratteristiche principali dei ferromagneti sono che mostrano un campo magnetico naturale in assenza di questo primo imposto alla sostanza da una fonte di campo magnetico esterno e il campo è, a tutti gli effetti, permanente. I materiali diamagnetici, al contrario, mostrano un campo magnetico debole e indotto direttamente di fronte a quello presente in ferro. I materiali paramagnetici includono metalli in alluminio e platino, che possono essere indotti ad avere anche un leggero campo magnetico, ma perdono rapidamente l'effetto quando il campo induttore viene rimosso.

Il materiale più comune in natura che mostra proprietà ferromagnetiche è il ferro e questa qualità è noto per oltre 2.000 anni. Altre terre rare possono anche mostrare ferromagnetismo, come gadolinio e disprosio. Metalli che fungono da leghe ferromagneticheincludere cobalt legato con samariam o neodimio.

Il campo magnetico in una ferromagnet è centrato in regioni atomiche in cui i giri di elettroni sono allineati in parallelo tra loro, noti come domini. Questi domini sono fortemente magnetici, ma sparsi casualmente per tutta la maggior parte di un materiale stesso, il che gli conferisce un magnetismo naturale complessivo o neutro. Prendendo campi così naturalmente magnetici ed esponendoli a una fonte magnetica esterna, i domini stessi si allineeranno e il materiale manterrà un campo magnetico uniforme, forte e duratura. Questo aumento del magnetismo generale di una sostanza è noto come permeabilità relativa. La capacità del ferro e delle terre rare di conservare questo allineamento di domini e magnetismo generale è nota come isteresi.

Mentre un ferromagnete mantiene il suo campo quando il campo magnetico inducente viene rimosso, viene mantenuto solo a una frazione di origineforza inal nel tempo. Questo è noto come Renence. La remaman è importante nel calcolare la forza dei magneti permanenti basati sul ferromagnetismo, dove vengono utilizzati nei dispositivi industriali e di consumo.

Un'altra limitazione di tutti i dispositivi di ferromagnet è che la proprietà del magnetismo è completamente persa a un certo intervallo di temperatura noto come temperatura Curie. Quando la temperatura Curie viene superata per una ferromagnet, le sue proprietà passano a quella di un paramagnet. La legge Curie della suscettibilità paramagnetica utilizza la funzione Langevin per calcolare la variazione delle proprietà ferromagnetiche alle proprietà paramagnetiche nelle composizioni di materiale note. Il cambiamento da uno stato all'altro segue una curva prevedibile, in aumento e di forma parabolica all'aumentare della temperatura. Questa tendenza al ferromagnetismo di indebolirsi e alla fine scompare all'aumentare della temperatura è nota come agitazione termica.

Il ronzio elettrico ascoltato in un trasformatore senza parti in movimento è dovuto al suo utilizzo di un FERRomagnet ed è noto come magnetostrizione. Questa è una risposta da parte del ferromagnete al campo magnetico indotto creato dalla corrente elettrica alimentata al trasformatore. Questo campo magnetico indotto fa sì che il campo magnetico naturale della sostanza cambi leggermente per allinearsi con il campo applicato. È una risposta meccanica nel trasformatore alla corrente alternata (AC), che si alterna di solito in 60 cicli Hertz, o 60 volte al secondo.

Ricerca avanzata che utilizza le proprietà Ferromagnet ha diverse potenziali applicazioni potenziali. In astronomia, un liquido ferromagnetico viene progettato come una forma di specchio liquido che potrebbe essere più fluido degli specchi di vetro e creato a una frazione del costo per telescopi e sonde spaziali. La forma speculare potrebbe anche essere cambiata ciclicando attuatori di campo magnetico a un ciclo di kilohertz.

Il ferromagnetismo è stato anche scoperto in concerto con superconduttività nella ricerca in corso condotta nel 2011. Un composto di nichel e bismuto, bI ₃ ni, progettato su scala nanometrica, o un migliaia di metro, presenta proprietà diverse da quelle dello stesso composto in campioni più grandi. Le proprietà del materiale su questa scala sono uniche, poiché il ferromagnetismo di solito cancella la superconduttività e i suoi potenziali usi vengono ancora esplorati.

La ricerca tedesca sui semiconduttori costruita su un ferromagnete coinvolge l'arsenico composto di manganese, Gamnas. È noto che questo composto ha la più alta temperatura di Curie di qualsiasi semiconduttore di ferromagnete, di 212 ° Fahrenheit (100 ° Celsius). Tali composti vengono studiati come mezzo per sintonizzare dinamicamente la conduttività elettrica dei superconduttori.