強磁性材料と非強磁性材料は工学の中心です. 磁力はさまざまな用途の基盤ですが、状況によっては不便なことがよくあります。. 最も頻繁に使用される磁性金属には次のものがあります。; 鉄, ニッケル, そしてコバルト, 一部の鋼種も磁性を示します.
磁石の基礎を理解する, 彼らのタイプ, そして金属が磁場中でどのように挙動するかが不可欠です. それで, さあ始めましょう.
磁気を理解する
磁性は、特定の種類の物質を引っ張ったり押したりする能力として定義できます。. この力には、さまざまな種類の媒体に浸透する磁場が介入します。. 一部の種類の材料はもともと磁性を持っていますが、他の種類の材料は状況に応じて磁性または非磁性にすることができます。.
金属が磁性を示す理由?
原子レベルの磁気は電子によって引き起こされる. 各電子にはスピンがあり、小さな磁気双極子を形成する方法があります。. 電子のスピンが特定の方向に統一されている場合, その場合、正味の磁場は観察されません. しかし、これらの不対電子が多く存在するため、その小さな磁気モーメントが大きくなり、金属の周囲に大きな磁場が生成されます。.
磁石の種類
磁石の磁場の永続性に応じて、さまざまな種類の磁石をグループ化できます。. 主な分類には次のものがあります。:
永久磁石
永久磁石はその固有の特性により磁場を生成します。. 一時的な磁石とは異なります, 長期間磁性を保持します. 通常, 永久磁石は減磁しにくく、安定した磁場を生成します。. 永久磁石を理解するには, その構造を考慮する必要があります. 磁気特性は、材料の異なる領域における重力推進力が特定の状態を好むときに発生します。. これらのドメインは、材料の結晶構造内に見られる小さな磁場です。.
これらのドメインを結合するには、いくつかの手法が使用されます。, しかし、暖房が最も効率的です. 整列の度合いは材料によって異なり、その結果ドメインの位置が永続的に変化します。.
一時的な磁石
一時磁石は特定の条件下でのみ磁性を示す特性を持っています。. 条件が変わるとそれらはすべて消えてしまいます. サイズの変化を引き起こす力は、焼きなましされた鉄や鋼などの柔らかい材料にかかることがよくあります。. これらの材料は、強い磁場にさらされると磁場を生成し、低い保磁力を示します。.
一時的な磁気の良い例の 1 つは、ペーパー クリップ戦略です。. ペーパークリップを永久磁石の上でなでると、磁化が生じます。. しかし, 永久磁石を取り外したら. クリップは非磁性状態に戻ります。.
電磁石
電磁石は電気が流れると磁場を生成します. モーターなどのデバイスによく使用されます。, 発電機, リレー, そしてヘッドフォン. 電磁石の利点は、磁力のオン/オフを切り替えることができることです。. この機能により、さまざまな用途が可能になります, スクラップ金属を持ち上げるときに使用されるクレーンを含む. 電磁石に電流を流すことで金属の制御が可能, 電源を切ることで金属を持ち上げたり落としたりすることができます.
この技術のもう 1 つの魅力的な用途はリニアモーターカーです。. 電磁石に電力が供給されるため、, これらの列車は線路に触れないため、高速でのレール抵抗が低くなります。.
どの金属が磁性を持っていますか?
金属の内部構造に応じて、磁石を引き寄せたり反発したりします。. それらは次のように分類できます。:
強磁性材料
強磁性材料は磁石を非常に強く引っ張りますが、その一方で、, 常磁性体の場合は磁石を軽く引っ張ります. 反磁性材料とは、磁石に弱く反発する材料です。.
磁性金属の一覧
磁性金属にはよく知られているものと、永久磁性のものがあります。, 例えば, ステンレス鋼はその組成によっては磁性を持ちます.
鉄
鉄は広く知られている強磁性金属です, そして同時に, 他のすべての強磁性金属よりも強いです. さらに重要なことは, 地球の基本的な構成要素として, それは地球圏の磁場を担当します.
鉄が磁場を引き寄せる仕組みに関する一部の内容は、原子の電子スピンと特定の結晶格子構造の存在によるものです。. これらの構造を変えると異なる磁気特性が得られます. 体心立方体の鉄 (BCC) α-Fe 型は強磁性です; 面心立方体 (fcc) ガンマ鉄構造は非磁性です.
ニッケル
もう一つの強磁性金属はニッケルで、これも地球の核と関係があります。. 以前, それはコインの形でお金の流通に役立ってきました.
今日, ニッケルの使用には電池も含まれます, コーティング, キッチン用品, そして数々の電子機器. このため、ニッケルはステンレス鋼やアルニコ磁石用のフェロニッケルの製造において貴重です。, 希土類磁石よりは強いが、鉄系磁石ほどではない磁石.
コバルト
コバルトは、過去 100 年間に数多くの用途が見出された最も重要な強磁性金属の 1 つです。. コバルトはソフト磁石とハード磁石の両方に使用されており、飽和磁化とキュリー温度が高くなります。, の間の範囲にわたる 950 – 990 ℃. この特性により、コバルトはモーターやセンサーなどの高温での用途に役立ちます。.
鋼鉄
鉄成分が鋼を強磁性にする. すべての種類の鋼は磁場で機能し、一部の鋼は永久磁石にできます。. 例えば, EN C15D 鋼の組成は次のとおりです。 98.81/99.26 % 鉄なので強磁性です.
ステンレス鋼
ステンレス鋼 さまざまなレベルの磁気特性を持っています. 内容に応じて, 少なくとも以下を含む合金です。 10.5% クロムの, その磁性はこの内容に依存します. マルテンサイト系およびフェライト系ステンレス鋼は、鉄分が含まれているため磁性があります。, 一方、オーステナイト系ステンレス鋼は強磁性が低いため、MRI での使用に適しています。.
レアアースメタル
希土類金属の断面の一部は本質的に強磁性であり、その金属にはガドリニウムが含まれます。, サマリウム, とネオジム. これらの金属は鉄と合金化することができます, ニッケル, 特定の用途に適した磁石を製造するには、コバルトを使用します。. 例えば, サマリウムコバルト磁石は、高性能モーターやターボ機械によく応用されています。.
非磁性金属
多くの金属は磁性を持っていますが、, そうでない人もいます. 以下にいくつかの例を示します:
アルミニウム
アルミニウム リチウム金属やマグネシウム金属と同様に、常磁性金属のグループにも分類されます。. 腐食する可能性がありますが、, 多くの腐食性条件下で役立ちます; これにより、多くの業界で人気が高まりました.
金
金は反磁性金属グループに属します. 一般的に, 磁石に近づくと反発力が最小限に抑えられます. 純粋な状態で, それは非磁性金属です.
銀
銀も非磁性です. 鍛造銀製品の検出に使用できます。. コインや宝石が磁石にくっついた場合, おそらく本物の銀ではないでしょう.
銅
は 銅 磁気? 銅はその性質上磁性はありませんが、いくつかの磁性と特性を持っています。. 標識反磁性体, 銅は磁場に合わせることができない種類の材料です. 発電所で発電する場合, この特性は非常に価値があります.
銅を磁石の近くに置くと、表面電子が流れて磁石の周りを回転する磁場が発生します。. これにより円運動が抵抗を生じます. 電子は一時的に磁場を引き起こします, そしてそれは磁気落下の速度を減少させます.
結論
一般的に, すべての金属は強い磁場の影響を受けます. この反応は、金属が変化する磁場に置かれると発生します。, いわゆる渦電流が発生します. 金属探知機はこの原理に従って、金などの非強磁性金属を識別します。, 銀, 銅, と錫. しかし, 実用化に向けて, このやり取りだけでは十分ではありません, したがって、用途が限られています.
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