Vad är en ferromagnet?
ferromagnetiska material är vanligtvis baserade på elementets järn och representerar en av de tre typerna av magnetism som finns i naturen, skiljer sig från diamagnetism och paramagnetism. De primära egenskaperna hos ferromagnet är att de uppvisar ett naturligt magnetfält i frånvaro av att detta först påförs ämnet med en extern magnetfältkälla, och fältet är för alla syften permanent. Diamagnetiska material visar däremot ett svagt, inducerat magnetfält som är direkt motsatt av det som finns i järn. Paramagnetiska material inkluderar aluminium- och platinametaller, som kan induceras för att också ha ett litet magnetfält, men snabbt tappar effekten när det inducerande fältet tas bort.
Det vanligaste materialet i naturen som uppvisar ferromagnetiska egenskaper är järn, och denna kvalitet har varit känd i över 2000 år. Andra sällsynta jordar kan också uppvisa ferromagnetism, såsom gadolinium och dysprosium. Metaller som fungerar som ferromagnetiska legeringarInkludera kobolt legerad med samariam eller neodym.
Magnetfältet i en ferromagnet är centrerat i atomregioner där elektronspinn är inriktade parallellt med varandra, kända som domäner. Dessa domäner är starkt magnetiska, men ändå slumpmässigt spridda över huvuddelen av ett material, vilket ger det en övergripande svag eller neutral naturmagnetism. Genom att ta sådana naturligt magnetfält och utsätta dem för en extern magnetisk källa kommer domänerna själva att anpassa sig och materialet kommer att behålla ett enhetligt, starkt och bestående magnetfält. Denna ökning av den allmänna magnetismen hos ett ämne kallas relativ permeabilitet. Förmågan hos järn och sällsynta jordar att behålla denna anpassning av domäner och allmän magnetism kallas hysteres.
Medan en ferromagnet behåller sitt fält när det inducerande magnetfältet tas bort, behålls det endast vid en bråkdel av ursprungetinal styrka över tid. Detta kallas rese. Remance är viktigt för att beräkna styrkan hos permanentmagneter baserat på ferromagnetism, där de används i industriella och konsumentenheter.
En annan begränsning av alla Ferromagnet -enheter är att magnetismens egenskap helt går förlorad vid ett visst temperaturområde som kallas curie -temperaturen. När curie -temperaturen överskrids för en ferromagnet växlar dess egenskaper till en paramagnet. Curie -lagen för paramagnetisk känslighet använder Langevin -funktionen för att beräkna förändringen i ferromagnetik till paramagnetiska egenskaper i kända materialkompositioner. Förändringen från ett tillstånd till en annan följer en förutsägbar, stigande, parabolisk formad kurva när temperaturen ökar. Denna tendens för ferromagnetism försvagas och försvinner så småningom när temperaturen ökar kallas termisk agitation.
den elektriska brummen som hörs i en transformator utan rörliga delar beror på dess användning av en ferRomagnet, och är känd som magnetostiktion. Detta är ett svar från ferromagneten på det inducerade magnetfältet skapat av elektrisk ström som matas till transformatorn. Detta inducerade magnetfält får det naturliga magnetfältet i ämnet att ändra riktning något för att anpassa sig till det applicerade fältet. Det är ett mekaniskt svar i transformatorn på växelström (AC), som vanligtvis växlar i 60 hertz -cykler, eller 60 gånger per sekund.
Avancerad forskning med Ferromagnet -egenskaper har flera spännande potentiella applikationer. I astronomi utformas en ferromagnetisk vätska som en form av flytande spegel som kan vara jämnare än glasspeglar och skapas till en bråkdel av kostnaden för teleskop och rymdprober. Spegelformen kan också ändras genom att cykla magnetfältmanöverdon vid en kilohertz -cykler.
ferromagnetism har också upptäckts i samarbete med superledningsförmåga i pågående forskning som genomfördes 2011. En nickel- och vismutförening, BI 3 ni, konstruerad i nanometerskalan, eller en miljard av en mätare, uppvisar egenskaper som skiljer sig från den för samma förening i större prover. Materialegenskaper i denna skala är unika, eftersom ferromagnetism vanligtvis avbryter superledningsförmåga, och dess potentiella användningar undersöks fortfarande.
tysk forskning om halvledare byggda på en ferromagnet involverar den sammansatta galliummanganarsenik, gamnas. Denna förening är känd för att ha den högsta curie -temperaturen för någon ferromagnet -halvledare, 212 ° Fahrenheit (100 ° Celsius). Sådana föreningar forskas som ett sätt att dynamiskt ställa in den elektriska konduktiviteten hos superledare.