磁性材料 : 性質、働き、種類、違いとその用途

さまざまな種類の材料や、荷電粒子で構成される物質があります。電子と陽子。これらの材料は、磁性材料として知られる外部磁場によって磁化されると、ある種の磁気特性を示すことができます。これらの材料は、磁場内に誘導磁気モーメントまたは永久磁気モーメントを持ちます。これらの材料の磁気特性を研究するには、通常、材料を標準化された磁場の中に置き、その後磁場を変更します。現代のテクノロジーにおいて、これらの材料は重要な役割を果たしており、 変圧器 、モーター、発電機。この記事では、次の簡単な情報を提供します。 磁性材料 。

磁性材料とは何ですか?

外部から印加された磁場によって磁化される材料は、磁性材料として知られています。これらの物質も磁石に引き寄せられるたびに磁化を取得します。これらの材料の例は次のとおりです。鉄、コバルト、ニッケル。

これらの材料は、磁性的に硬い材料 (または磁性的に柔らかい材料) に分類されます。

磁性の硬い材料は、電磁石によって生成される非常に強い外部磁場によって磁化されます。これらの材料は主に永久磁石を作成するために使用され、通常は鉄、ニッケル、アルミニウム、コバルト、およびサマリウム、ネオジム、ジスプロシウムなどの希土類元素を可変量で含む合金から作られます。

軟磁性材料は、誘導された磁気は一時的ですが、非常に容易に磁化されます。例えば、永久磁石をドライバーや釘で叩くと一時的に磁化され、鉄が多く含まれているため弱い磁場が発生します。 原子 外部磁場によって一時的に同じ方向に整列します。

プロパティ

磁性材料の特性 は物理学の最も基本的な概念の 1 つです。したがって、プロパティには主に次のものが含まれます。常磁性、強磁性、反強磁性については後述します。

常磁性は、外部から加えられる磁場によって一部の物質が弱く引き寄せられる磁気の一種です。印加された磁場の方向内に内部磁場と誘導磁場を形成します。常磁性では、不対電子はランダムに配置されます。

強磁性とは、鉄のような物質がその段階の外部磁場の中で磁化され、磁化されたままになる現象です。強磁性では、不対電子はすべて結合しています。

反強磁性は、主に、隣接する原子 (または) イオンの磁気モーメントが逆方向に整列し、正味の磁気モーメントがゼロになるときに発生する磁気秩序の一種です。したがって、この動作は主に、隣接するイオンまたは原子間の交換相互作用によるものであり、これが系のエネルギーを低減するための逆平行配列に役立ちます。通常、反強磁性材料は、次のように知られる特定の温度下で磁気秩序を示します。ニール温度。この温度を超えると材料は常磁性になり、反強磁性特性を失います。

磁性材料はどのように機能するのでしょうか?

これらの材料には、磁気モーメントが磁区と呼ばれる特定の方向に向けられる小さな領域があり、これが主に材料の独占的な性能に関与します。材料の完全なエネルギーは、異方性エネルギー、交換エネルギー、静磁気エネルギーによってのみ寄与されます。磁性材料のサイズが小さくなると、材料内のさまざまな領域が強化されます。したがって、静磁気エネルギーの減少により、磁壁が増えると交換エネルギーと異方性エネルギーが増加します。したがって、ドメインのサイズによって磁性材料の性質が決まります。

臨界超常磁性直径と比較して粒子直径が小さい一部の材料では、磁気モーメントが安定しません。粒子の直径が超常磁性と単磁区の臨界直径の間にある場合、磁気モーメントは安定します。

磁性材料の種類

市場ではさまざまな種類の磁性材料が入手可能ですが、これらについては以下で説明します。

常磁性材料

これらの材料は磁石のように強く引き付けられません。錫、マグネシウム、アルミニウム、その他多数。これらの材料の比透磁率は小さいですが、アルミニウムと同様に正の透磁率は 1.00000065 です。これらの材料は、非常に強い磁場上にある場合にのみ磁化され、磁場方向に機能します。

強い磁場が外部から提供されると、永久磁気双極子が印加磁場に対して自己平行に調整し、正の磁化に増加します。双極子の配向が印加磁場と平行でない場合、磁化は非常に小さくなります。

反磁性材料

水銀、亜鉛、鉛、木材、銅、銀、硫黄、ビスマスなどのように磁石を通して反発される物質は反磁性物質と呼ばれます。これらの材料の透過率は 1 をわずかに下回ります。たとえば、銅材料の透磁率は 0.000005、ビスマス材料は 0.00083、木材材料は 0.9999995 です。

これらの材料が非常に強い磁場の中に置かれると、これらの材料はわずかに磁化され、印加された磁場とは反対の方向に作用します。これらのタイプの材料では、軌道回転と原子核の周りの電子の軸回転により、非常に弱い磁場が 2 つ発生します。

強磁性材料

磁場を通じて強く引き付けられるこの種の材料は、強磁性材料と呼ばれます。これらの材料の例は次のとおりです。ニッケル、鉄、コバルト、スチールなど。これらの材料は、数百から数千の非常に高い透磁率を持っています。

これらの材料内の磁気双極子は、個々の双極子の配置が著しく完全であり、強力な磁場を生成できる場合には、異なるドメインに単純に配置されます。通常、これらの磁区はランダムに配置されており、すべての磁区の磁場は別の磁区によって打ち消され、材料全体が磁石のような挙動を示すことはありません。

外部磁場がこれらの材料に提供されると、ドメインは外部磁場をサポートするために自らの向きを変え、非常に強力な内部磁場を生成します。外部磁場を差し引くと、ほとんどのドメインは磁場の方向に沿って待機し、同盟を続けます。
したがって、これらの材料の磁場は、外部磁場が離れても持続します。したがって、この主要な特性は、私たちが日常的に使用する永久磁石の製造に使用されます。永久磁石の製造に使用される材料は、通常、鉄、ニッケル、ネオジム、コバルトなどの強磁性が高いです。

このリンクを参照してください 強磁性材料 。

磁性原料

通常、世界中の永久磁石はさまざまな種類の材料で作られており、材料ごとに異なる特性があります。これらの材料には主に次のものが含まれます。以下で説明するアルニコ、フレキシブルラバー、フェライト、サマリウムコバルト、ネオジム。

フェライト

強磁性材料と非強磁性材料の間の中間位置を占める特別なグループの強磁性材料は、フェライトとして知られています。これらの材料は、高い透磁率を有する微細な強磁性材料粒子を結合樹脂を介して相互に保持しています。フェライトでは、強磁性材料のように磁気飽和は高くありませんが、発生する磁化は非常に十分です。

これらの材料は磁力の強さに関係して生成コストが高くありません。これらはレアアース材料に比べて著しく弱いですが、それでもいくつかの商業用途で広く使用されています。これらの材料は耐食性、耐減磁性などの強度を備えています。

ネオジム

ネオジムは非常に希土類元素 ((Nd) で、原子番号は 60 です。これは 1885 年にオーストリアの化学者、カール アウアー フォン ヴェルスバッハによって発見されました。この物質は、ホウ素、鉄、および微量の他の元素を介して混合されています)プラセオジムとジスプロシウムは、非常に強力な磁性材料である Nd2Fe14b と呼ばれる強磁性合金を生成します。ネオジム磁石は、いくつかの産業用および最新の商業用機器で他の種類の材料を置き換えます。

アルニコ

アルミニウム、ニッケル、コバルトの頭字語は「アルニコ」で、これら 3 つの主要な元素は主にアルニコ磁性材料の作成に使用されます。これらの磁石は、希土類磁石と比較して非常に強力な永久磁石です。アルニコ磁石は内部で永久磁石に置き換えることができます。 モーター 、スピーカーと発電機。

サマリウムコバルト

これらの磁石は、1970 年代初頭に米国空軍材料研究所によって単純に開発されました。サマリウムコバルトまたはSmCoは、次のような珍しい地球元素の合金で作られた磁性材料です。サマリウム、超硬金属コバルト、鉄微量、ハフニウム、銅、プラセオジム、ジルコニウム。サマリウムコバルト磁石は、サマリウムがネオジムと同様の希土類族元素であるため、ネオジムと同じ希土類磁石です。

磁性材料と非磁性材料

これら 2 つの材料の違いについては以下で説明します。

比較

異なる磁性材料間の比較については以下で説明します。

アプリケーション

の 磁性材料の応用 以下のものが含まれます。

• これらは、電気を利用する機器で電気を生成および配電するために使用されます。
• これらは、オーディオ、ビデオテープ、コンピュータ ディスク上のデータ ストレージに利用されます。
• これらの材料は、生活、生産、国防科学技術の分野で広く使用されています。
• これらは、電力技術におけるさまざまな変圧器とモーター、電子技術におけるさまざまな磁性部品とマイクロ波管、通信技術における増圧器とフィルター、国防技術における電磁砲、家庭用電化製品および磁気地雷の製造に使用されます。
• これらは、鉱物探査、地質探査、海洋探査、エネルギー、情報、宇宙、生物学の新技術で広く使用されています。
• これらの材料は、電子技術分野やその他の科学技術分野で重要な役割を果たしています。
• これらはエレクトロニクス、医学、電気工学などに適用できます。
• これらは、電気モーター、変圧器、発電機などの電子・電気機器の製造に使用されます。
• これらは、次のような磁気記憶装置の製造に使用されます。フロッピー ディスク、ハードディスク ドライブ、磁気テープ。
• これらのタイプの材料は、次のような磁気センサーの製造に使用されます。ホール効果センサー、磁場センサー、磁気抵抗センサー。
• これらは次のような医療機器に適用できます。 MRI 装置、ペースメーカー、埋め込み型薬物送達システム。
• これらは、磁性粒子を非磁性粒子から分離するために利用される磁気分離法に利用されます。
• これらの材料は、次のような再生可能エネルギーの生成に使用されます。水力発電所と風力タービン。

したがって、これは 磁気の概要 材質、種類、違い、材質の比較、用途など。ここで質問なのですが、磁石とは何ですか？