Желязно магнитно?

Желязо, елемент, който заема пето място в изобилието на земната кора, няма нищо сравнимо в своята научна, технологичен, и културни ценности. Благодарение на своите физични и химични свойства като магнетизиращи и демагнетизиращи способности. Те играят важна роля в съвременното общество. Но какво прави желязото магнитно? Цялото желязо еднакво магнитно ли е? Така, в тази статия, ще обсъдим характеристиките на магнетизма, магнитния тип желязо, и неговите употреби.

Какво е магнетизъм?

В опит да се определи дали желязото е магнитно или не, човек трябва да разбере какво означава магнетизъм. Магнетизмът е електрофизично явление, свързано с движението на зарядите. С по-прости думи, това е силата, която кара магнитите да привличат или отблъскват определени видове материали. Магнетизмът е на атомно ниво и е страничен продукт от поведението на електроните в атома.

Електронните частици с отрицателен заряд обикалят в ядрото на атома. С тяхното движение, те произвеждат малки магнитни полета. В повечето материали, можем да видим произволно ориентирани и в действителност, взаимно се уравновесяват или казано по-просто, тя е нетна нула. въпреки това, в магнитен материал, тези малки магнитни полета кофазират и сумират във векторен смисъл по такъв начин, че да дадат общ магнитен резултат.

Видове магнитни материали

Можем да класифицираме материалите в различни категории въз основа на тяхната реакция на магнитни полета:

1. Феромагнитни материали

Такива материали показват високо ниво на магнетизация, когато се поставят в магнитно поле, и те са в състояние да запазят намагнитването, дори ако полето е оттеглено. Примерите включват желязо, никел, и кобалт. Във феромагнитен материал, има домейни, това са области на магнитните моменти в материала, и когато са в магнитно поле тези домейни растат. Това подравняване им дава характерния силен магнетизъм: различната тенденция на опашките гарантира тяхната магнетична сила.

2. Парамагнитни материали

Тези материали имат ниска коерцитивност и се влияят слабо от процесите на намагнитване и размагнитване. Някои примери са алуминий и магнезий. Това възниква несдвоени електрони, които се изравняват с външно приложеното магнитно поле, обаче, топлинната енергия ги кара да се демагнетизират, когато полето се оттегли.

3. Диамагнитни материали

Тези материали нито се привличат от магнити, нито проявяват постоянен магнетизъм, но се отблъскват слабо от магнитите. Мед и бисмутът са примери за такива елементи. Демагнитни материали към приложеното поле, развиват индуцирани магнитни полета в посока, обратна на приложеното поле и следователно изпитват отблъскване.

4. АФРО & FERO материали

Тези материали имат особени магнитни свойства, дължащи се на ориентацията на атомните завъртания, което има тенденция да се компенсира взаимно. По същия начин, в антиферомагнитни материали, два съседни атомни поляризационни завъртания са в противоположна посока, което не дава нетен магнетизъм. Феримагнитните материали са магнетит. Те имат различни противоположни феромагнитни материали със слаби магнитни свойства. Тези свойства се използват в приложения, които изискват специфични магнитни характеристики.

Защо желязото е магнитно?

Магнетизмът на желязото се дължи на подреждането на атомите и електроните. Всеки атом желязо, който съставлява съединението, съдържа некомпенсирани електрони във външните си орбитални слоеве. Тези несдвоени електрони причиняват магнитни моменти, че във феромагнитните материали като желязото може да бъде във фаза. Това подравняване се случва поради обменно взаимодействие. Това означава, че полетата се подобряват взаимно.

Когато техните магнитни моменти съвместно добавят достигнат квантово ниво, където се забелязва огромна поляризация, се казва, че материалът е магнетизиран. Това се случва в желязото - ситуация, при която се появяват домейни - локални области на подредени магнитни моменти. С приложено външно магнитно поле, домейните растат и се подравняват, за да увеличат цялостната картина на магнетизма.

Различни ютии и техните магнитни свойства

Не всички използвани видове желязо са еднакво магнитни. Този състав може да варира в зависимост от неговата чистота и наличието на други елементи в желязото:

1. Чисто желязо: Показва силно магнитно привличане. освен това, комбинира се със стомана. Има научни приложения, които изискват силни и постоянни магнитни характеристики.
2. Излято желязо: Има сравнително по-високо съдържание на въглерод в сравнение с други сплави. Така, те могат да намалят неговите магнитни свойства.
3. Стомана (желязна сплав): Стомана е комбинация от желязо и въглерод, но съдържа други съставки като никел или хром и може да повлияе на магнитното поле. например, наличието на хром в стоманата води до по-слаб отговор на магнетизма в сравнение с други разновидности.

Магнитни свойства на железни сплави

Предстоящите две подтеми са конкретно свързани с магнитните свойства на железните сплави:

Параметрите на намагнитване на насищане на железни сплави зависят от техния състав и топлинна обработка. По-долу са някои ключови видове железни сплави и техните магнитни свойства:

1. Въглеродна стомана: Въглеродната стомана е силно магнитна поради високото си съдържание на желязо. Типичните му приложения могат да включват сектори като строителство и машини.
2. Стомана: Магнитните свойства на различните материали се променят в зависимост от добавките в техния състав. Някои легирани стомани са разработени с подобрени характеристики на магнетизма, а другите видове показват намален магнетизъм.
3. Неръждаема стомана: Те са по-малко магнитни поради такива добавки като хром или никел. Така, те пречат на опаковането на магнитните моменти.
4. Инструментални стомани: Тези стомани са направени за здравина. Той използва голямо количество въглерод и сплав и често притежава значителни магнитни характеристики.
5. Марейджиращи стомани: Легирани материали с висока якост с ниско съдържание на въглерод, които също притежават отлични магнитни характеристики.

Можем да обобщим тези свойства в следващата таблица:

желязна сплав	Магнитни свойства	Ключови бележки/ценности
Въглеродна стомана	Силно магнитен.	Намагнитване на насищане: ~2,15 т (Тесла).
Стомана	Магнитните свойства варират в зависимост от добавките.	Възможност за персонализиране за високо (~1,5–2,0 T) или нисък магнетизъм в зависимост от приложението.
Неръждаема стомана	Слаби или немагнитни.	Феритен: ~0,7 т; Аустенитни: Почти немагнитен.
Инструментални стомани	Умерено магнетичен.	Варира; ~1,0–1,8 T, в зависимост от съдържанието на въглерод/сплав.
Излято желязо	Слабо магнитен.	Намагнитване на насищане: ~1,3–1,4 T поради високо съдържание на въглерод и примеси.
Марейджиращи стомани	Силни магнитни свойства.	Намагнитване на насищане: ~1,6–1,9 т; проектирани за висока якост и магнетизъм.

Температура на Кюри: Граница на магнетизма

Желязото има определени магнитни свойства, които зависят от температурата. Така, при високи температури, топлинната енергия влияе на магнитните моменти на индивида, което ги прави невалидни. Всеки феромагнитен материал има определена температура, наречена температура на Кюри, над които такъв материал няма да има трайни магнитни свойства като желязото.

Конкретно, температурата на Кюри варира от около 500 до 770°C (932 до 1418°F) в зависимост от метала, използван във феритното ядро. В случай на желязо, температурата на Кюри е приблизително 770°C. По-висока от тази температура, става парамагнетичен и по този начин може да си позволи само слаб и временен магнетизъм.

Приложения на магнитно желязо

Желязото е полезно поради своите магнитни характеристики в различни сектори. Ето някои ключови приложения:

1. Електромагнити: Желязното ядро, което е от съществено значение в електромагнитите, е да усилва тяхното магнитно поле. Те имат приложения в двигатели и генератори и някои медицински приложения като MRI.
2. Трансформатори и индуктори: Ядрата от меко желязо в трансформаторите и индукторите допринасят за ниските загуби на енергия, като същевременно пренасят електрическата енергия, което го прави жизненоважно в електрическите мрежи и електронните устройства.
3. Съхранение на данни: Твърдите дискове, използващи основни материали от магнитно желязо, имат приложения в конвенционалното съхранение на цифрова информация.
4. Строителство: Силата на желязото и магнитните характеристики в бетонните конструкции наблюдават стабилността на конструкцията.
5. Магнитна терапия: Съществуват различни форми на магнити на основата на желязо, използвани в други форми на конвенционалната медицина за терапевтични причини, като се цитират предимства като подобрен кръвен поток и облекчаване на болката.

Цялото желязо е естествено привлечено от магнитите?

Желязото като материал е магнитно, но не всички видове желязо са силно магнитни в техните спонтанни условия. Желязо, извлечени от железен материал, или, в повечето случаи ще съдържа други минерали или примеси. Първото съединение, чиито свойства разкриват изключителната мистерия на пирамидата, е магнетитът [желязо (II, III) оксид]. Това е естествен железен оксид с висока магнитна пропускливост. Така, хората са го използвали в древни времена за изграждане на примитивни компаси. Има два взаимно твърди разтвора на железни оксиди, гьотит (α-FeOOH), което е средно магнитно, и хематит (α-Fe2O3), което е слабо магнитно.

Чисто желязо, това е метал без примеси, разкрива своите изцяло феромагнитни свойства. Желязото обаче има многобройни ежедневни приложения. Не е чист, но можем да го смесим с други елементи. Тези елементи могат да повлияят на магнитните свойства на желязото.

Фактори, допринасящи за железния магнетизъм

Ето някои от факторите, които допринасят за железния магнетизъм;

1. Електронна конфигурация: В металните йони, електроните са несдвоени, и така развитите магнитни моменти се подравняват, за да произведат магнетизъм.
2. Кристална структура: BCC е подходящ за професия за формиране на магнитен домейн.
3. Обменно взаимодействие: Атомните завъртания се намират в домейни и карат домейните ефективно да проявяват магнитни свойства.
4. Температура на Кюри: Желязото губи магнетизъм при нагряване до 770°C или дори малко над 770°C; той остава силно магнитен под тази температура.
5. Примеси/добавки: Такива добавки като въглерод или хром могат да подобрят или намалят магнетизиращата способност.

Заключение

В заключение, е магнитен на желязото, желязото привлича чрез физика и химия, сърцето на конвергенцията на технологиите в почти всички приложения на Iron. Магнитни свойства на желязото: От участието му в земното магнитно поле до функциите му в силно напредналите черни индустрии днес. От строителство до електроника, от равномерна навигация, Желязото остава основен материал и затова си струва да бъде включено сред най-магнетичните елементи на тази прекрасна планета. Като признава науката и последиците от магнетизма на желязото, авторът не само чества природния феномен, но положително очаква по-добро утре.

Често задавани въпроси

1. Защо желязото е магнитно, а някои други метали не са?

Желязото е магнитен материал, той има несдвоени електрони, освен че атомната му структура също минимизира смущенията, така че магнитният момент да се изравни един с друг За разлика от метали като мед или сребро, електронът губи своето сдвояване по този начин, отменя магнитните ефекти.

2. Чистото желязо е по-магнитно от стоманата, която е сплав от желязо и въглерод?

Наистина, повечето от железните сплави са по-малко магнитни от чистото желязо. въпреки това, някои видове легиращи добавки помагат за подобряване на специфичните свойства на магнитното поле.

3. Може ли желязото да загуби своя магнетизъм?

да, прав си, желязото може да загуби своя магнетизъм, ако го нагреем до температура над Кюри или го изложим на силни антимагнитни полета.

4. Каква е разликата между магнетит и хематит?

Кристализира в изоморфизъм и има два полиморфа, именно; магнетит, който има формула (α-Fe3O4) е силно магнетичен, и хематит, който е (α-Fe2O3) в магнитна природа.

5. До каква степен магнетизмът на желязото помага за напредъка на технологиите?

Ферити, както и абсорбируемостта на желязото от други материали, ще бъдат необходими в технологии като електрически двигатели, трансформатори, и оборудване за съхранение на данни.

6. Възможно ли е ежедневните железни предмети да се превърнат в магнити?

да, предмети като пирони или железни пръти могат да бъдат намагнетизирани след поставяне под силен магнит, обаче, магнетизмът често е временен.