Sifat bahan feromagnetik dan penerapannya dalam teknologi
Di sekitar kabel dengan arus listrik, bahkan dalam ruang hampa, ada Medan gaya… Dan jika suatu zat dimasukkan ke dalam medan ini, maka medan magnet akan berubah, karena zat apa pun dalam medan magnet dimagnetisasi, yaitu memperoleh momen magnet yang lebih besar atau lebih kecil, yang didefinisikan sebagai jumlah momen magnet dasar yang terkait dengan bagian yang menyusun zat tersebut.
Inti dari fenomena ini terletak pada kenyataan bahwa molekul dari banyak zat memiliki momen magnetnya sendiri, karena muatan bergerak di dalam molekul, yang membentuk arus melingkar dasar dan karenanya disertai dengan medan magnet. Jika tidak ada medan magnet luar yang diterapkan pada zat, momen magnet molekulnya berorientasi secara acak di ruang angkasa, dan medan magnet total (serta momen magnet total molekul) dari sampel semacam itu akan menjadi nol.
Jika sampel dimasukkan ke dalam medan magnet luar, maka orientasi momen magnet dasar molekulnya akan memperoleh arah preferensial di bawah pengaruh medan luar. Akibatnya, momen magnet total zat tidak lagi nol, karena medan magnet molekul individu dalam kondisi baru tidak saling mengimbangi. Dengan demikian, zat mengembangkan medan magnet B.
Jika molekul suatu zat pada awalnya tidak memiliki momen magnet (ada zat seperti itu), maka ketika sampel seperti itu dimasukkan ke dalam medan magnet, arus melingkar diinduksi di dalamnya, yaitu molekul memperoleh momen magnet, yang sekali lagi, akibatnya, mengarah pada munculnya medan magnet total B.
Sebagian besar zat yang diketahui termagnetisasi lemah dalam medan magnet, tetapi ada juga zat yang dibedakan oleh sifat magnet yang kuat, disebut ferromagnet… Contoh ferromagnet: besi, kobalt, nikel dan paduannya.
Ferromagnet termasuk padatan yang pada suhu rendah memiliki magnetisasi spontan (spontan) yang bervariasi secara signifikan di bawah pengaruh medan magnet luar, deformasi mekanis, atau perubahan suhu. Beginilah perilaku baja dan besi, nikel dan kobalt, dan paduannya. Permeabilitas magnetik mereka ribuan kali lebih tinggi daripada ruang hampa.
Untuk alasan ini, dalam teknik kelistrikan, untuk menghantarkan fluks magnet dan mengubah energi, secara tradisional digunakan inti magnetik yang terbuat dari bahan feromagnetik.
Dalam zat seperti itu, sifat magnetik tergantung pada sifat magnetik pembawa dasar magnet - elektron yang bergerak di dalam atom… Tentu saja, elektron yang bergerak dalam orbit dalam atom di sekitar nukleusnya membentuk arus melingkar (dipol magnetik). Tetapi dalam hal ini, elektron juga berputar di sekitar sumbunya, menciptakan momen magnet spin, yang hanya memainkan peran utama dalam magnetisasi feromagnet.
Sifat feromagnetik dimanifestasikan hanya ketika zat tersebut dalam keadaan kristal. Selain itu, sifat-sifat ini sangat bergantung pada suhu, karena gerakan termal mencegah orientasi stabil dari momen magnetik elementer. Jadi, untuk setiap feromagnet, suhu tertentu (titik Curie) ditentukan di mana struktur magnetisasi dihancurkan dan zat tersebut menjadi paramagnet. Misalnya, untuk besi suhunya 900 °C.
Bahkan dalam medan magnet yang lemah, feromagnet dapat dimagnetisasi hingga saturasi. Selain itu, permeabilitas magnetiknya tergantung pada besarnya medan magnet eksternal yang diterapkan.
Pada awal proses magnetisasi induksi magnetikB menjadi lebih kuat dalam feromagnetik, yang berarti permeabilitas magnetik itu bagus Tapi ketika saturasi terjadi, semakin meningkatkan induksi magnet medan luar tidak lagi mengarah pada peningkatan medan magnet feromagnet, dan oleh karena itu permeabilitas magnetik sampel menurun, sekarang cenderung 1.
Properti penting dari feromagnet adalah sisa… Misalkan batang feromagnetik ditempatkan di koil dan dengan meningkatkan arus di koil itu dibawa ke saturasi. Kemudian arus dalam koil dimatikan, yaitu medan magnet koil dihilangkan.
Dimungkinkan untuk memperhatikan bahwa batang tidak mengalami demagnetisasi ke keadaan semula, medan magnetnya akan lebih besar, yaitu akan ada sisa induksi. Batang diputar dengan cara ini ke magnet permanen.
Untuk mendemagnetisasi batang seperti itu ke belakang, perlu diterapkan medan magnet luar dengan arah berlawanan dan dengan induksi yang sama dengan induksi sisa. Nilai modulus induksi medan magnet yang harus diterapkan pada feromagnet magnet (magnet permanen) untuk mendemagnetisasi disebut kekuatan paksaan.
Kurva magnetisasi (loop histeresis) untuk bahan feromagnetik yang berbeda berbeda satu sama lain.
Beberapa material memiliki loop histeresis yang lebar — ini adalah material dengan sisa magnetisasi yang tinggi, disebut material yang keras secara magnetis. Bahan magnet keras digunakan dalam pembuatan magnet permanen.
Sebaliknya, bahan magnet lunak memiliki loop histeresis yang sempit, magnetisasi sisa yang rendah, dan mudah dimagnetisasi di medan yang lemah. Ini adalah bahan magnet lunak yang digunakan sebagai inti magnet transformator, stator motor, dll.
Feromagnet memainkan peran yang sangat penting dalam teknologi saat ini. Bahan magnet lunak (ferit, baja listrik) digunakan dalam motor dan generator listrik, dalam transformator dan tersedak, serta dalam rekayasa radio. Ferit terbuat dari inti induktor.
Bahan magnet keras (ferit barium, kobalt, strontium, neodymium-iron-boron) digunakan untuk membuat magnet permanen. Magnet permanen banyak digunakan dalam instrumen listrik dan akustik, motor dan generator, kompas magnetik, dll.