鉄, 地球の地殻の存在量で5位を占める元素, 科学的に匹敵するものはありません, 技術的な, と文化的価値観. 磁化および消磁能力などの物理的および化学的特性のおかげで. 彼らは現代社会で重要な役割を果たしています. しかし、何が鉄を磁性にするのか? すべての鉄は同じ磁性を持っていますか? それで, 記事上で, 磁気の特性について説明します, 磁性のある鉄の種類, とその用途.
磁気とは何ですか?
鉄が磁性を持っているかどうかを調べようとして, 磁気が何を意味するのかを理解する必要がある. 磁気は、電荷の移動に関連する電気物理現象です。. もっと簡単に言うと, 磁石が特定の種類の物質を引き付けたり反発させたりする力です. 磁性は原子レベルであり、原子内の電子の挙動の副産物です。.
負電荷を帯びた電子粒子は原子核の中を周回します. 彼らの動きで, 小さな磁場を生成します. ほとんどの素材で, ランダムに配向されており、実際には, 互いに相殺する、または簡単に言えば, それはネットゼロです. しかし, 磁性材料で, これらの小さな磁場は同位相であり、全体的な磁気合成を与えるようなベクトルの意味で加算されます。.
磁性材料の種類
磁場に対する反応に基づいて材料をさまざまなカテゴリに分類できます:
1. 強磁性材料
このような材料は、磁場に置かれると高レベルの磁化を示します。, たとえ磁場が取り去られても磁化を保持することができます。. 例としては鉄が挙げられます, ニッケル, そしてコバルト. 強磁性体の場合, ドメインがあります, それは材料内の磁気モーメントの領域です, そして磁場の中ではこれらのドメインが成長します. この配列により、特有の強力な磁性が得られます。: 尾部の発散傾向が磁力を保証します.
2. 常磁性材料
これらの材料は保磁力が低く、磁化および消磁プロセスの影響をほとんど受けません。. いくつかの例は次のとおりです アルミニウム そして マグネシウム. これにより不対電子が発生します, 外部から加えられた磁場と一致します, しかし, 磁場が取り除かれると、熱エネルギーにより消磁します。.
3. 反磁性材料
これらの材料は磁石に引き寄せられることも永久磁性を示すこともありませんが、磁石には弱く反発します。. 銅 およびビスマスはそのような元素の例です. 反磁性材料の応用分野へ, 印加磁場とは反対の方向に誘導磁場が発生し、反発が発生します。.
4. アフロ & FEROマテリアル
これらの材料は原子スピンの配向により独特の磁気特性を持っています。, それは相互に相殺する傾向があります. 同様に, 反強磁性材料の場合, 2 つの隣接する原子のスピン分極は反対方向にあり、正味の磁性はありません. フェリ磁性体は磁鉄鉱です. 弱い磁気特性を備えた、不均等な反対の強磁性材料を持っています。. これらの特性は、特定の磁気特性を必要とする用途に使用されます。.
鉄はなぜ磁性があるのか?
鉄の磁性は原子と電子の配置によるものです. 化合物を構成する鉄の各原子には、その外側の軌道層に補償されていない電子が含まれています. これらの不対電子は磁気モーメントを引き起こします, 鉄などの強磁性体では同位相になる可能性がある. この調整は交換の相互作用によって発生します. 畑がお互いを高め合うということです.
それらの磁気モーメントの共加法が、圧倒的な分極が識別できる量子レベルに達すると、, 材料は磁化されていると言われています. これは鉄で起こり、ドメイン、つまり整列した磁気モーメントの局所領域が現れる状況です。. 外部磁場印加時, 磁区が成長して整列し、磁性の全体像が拡大します.
さまざまなアイアンとその磁気特性
使用されるすべての種類の鉄が同じように磁性を示すわけではありません. この組成は、その純度や鉄中の他の元素の存在によって異なります。:
- 純鉄: 高い磁気吸引力を示します. このほかにも, それは鋼と結合します. 強力で一定の磁気特性を必要とする科学的用途があります。.
- 鋳鉄: 他の合金に比べて炭素含有量が比較的高い. それで, 磁気特性が低下する可能性があります.
- 鋼鉄 (鉄合金): 鋼鉄 鉄と炭素の組み合わせですが、ニッケルやクロムなどの他の成分も含まれており、磁場に影響を与える可能性があります。. 例えば, 鋼中にクロムが存在するため、他の種類よりも磁気に対する反応が弱くなります。.
鉄合金の磁気特性
次の 2 つのサブトピックは、特に鉄合金の磁気特性に関連しています。:
鉄合金の飽和磁化パラメータは、その組成と熱処理に依存します。. 以下にいくつかの主要な鉄合金の種類とその磁気特性を示します。:
- 炭素鋼: 炭素鋼は鉄含有量が多いため磁性が高くなります。. その典型的な用途には、建設や機械などの分野が含まれます。.
- 合金鋼: さまざまな材料の磁気特性は、その組成に含まれる添加剤に応じて変化します。. 特定の合金鋼は磁気特性を改善して開発されており、他の種類の合金鋼は磁気が低下しています。.
- ステンレス鋼: クロムやニッケルなどの添加物が含まれているため、磁性が低くなります。. それで, 磁気モーメントのパッキングを妨げます.
- 工具鋼: これらの鋼は強度を重視して作られています. 大量の炭素と合金が使用されており、多くの場合、優れた磁気特性を備えています。.
- マレージング鋼: 優れた磁気特性を備えた低炭素グレードの高強度合金材料.
これらのプロパティを次の表にまとめます。:
| 鉄合金 | 磁気特性 | 重要なメモ/価値観 |
| 炭素鋼 | 強い磁性. | 飽和磁化: ～2.15T (テスラ). |
| 合金鋼 | 添加剤によって磁気特性が変化する. | 高品質にカスタマイズ可能 (～1.5～2.0T) 用途に応じて、または低磁性. |
| ステンレス鋼 | 弱いまたは非磁性. | フェライト系: ~0.7T; オーステナイト系: ほぼ非磁性. |
| 工具鋼 | 適度に磁性がある. | 不定; ～1.0～1.8T, カーボン/合金含有量に応じて. |
| 鋳鉄 | 弱磁性. | 飽和磁化: 炭素と不純物が多いため、約 1.3 ～ 1.4 T. |
| マレージング鋼 | 強力な磁気特性. | 飽和磁化: ～1.6～1.9T; 高強度と磁性を備えた設計. |
キュリー温度: 磁力の限界
鉄には温度に依存する特定の磁気特性があります. それで, 高温で, 熱エネルギーは個人の磁気モーメントに影響を与えます, それらを無効にする. すべての強磁性材料にはキュリー温度と呼ばれる特定の温度があります。, それを超えると、そのような材料は鉄などの永続的な磁気特性を持たなくなります。.
具体的には, キュリー温度の範囲は約 500 770℃まで (932 1,418°Fまで) フェライトコアに使用されている金属に応じて. 鉄の場合, キュリー温度は約770℃です. この温度より高い, 常磁性になるため、弱い一時的な磁性しか得られません。.
磁鉄の応用例
鉄はその磁気特性によりさまざまな分野で有用です. 主なアプリケーションをいくつか紹介します:
- 電磁石: 電磁石に不可欠な鉄心は磁場を高めるためにあります. これらはモーターや発電機、さらには MRI などの医療用途に応用されています。.
- トランスとインダクター: 変圧器やインダクターの軟鉄コアは、電力網や電子機器に不可欠な電気エネルギーを伝達しながら、低エネルギー損失を実現します。.
- データストレージ: 磁性鉄基材を使用したハードディスクは、デジタル情報の従来のストレージに応用されています。.
- 工事: コンクリート構造物の鉄の強度と磁気特性が構造物の安定性を監視します.
- 磁気療法: 血流の改善や痛みの軽減などの利点を挙げて、治療上の理由から他の形式の従来医学でも使用されているさまざまな形式の鉄ベースの磁石があります。.
すべての鉄は自然に磁石に引き寄せられるのか?
材料としての鉄は磁性を持っていますが、すべての種類の鉄が自然状態で強い磁性を示すわけではありません。. 鉄, 鉄材料から抽出された, または, ほとんどの場合、他のミネラルまたは不純物が含まれます. その特性によりピラミッドの未解決の謎が解明された最初の化合物は磁鉄鉱です [鉄 (Ⅱ, Ⅲ) 酸化物]. 透磁率の高い天然酸化鉄です。. それで, 古代の人々は原始的なコンパスを作るためにそれを使用しました. 酸化鉄の 2 つの相互固溶体が存在します。, ゲーサイト (α-FeOOH), これは中磁性体です, そしてヘマタイト (α-Fe2O3), 磁力が弱いものは.
純鉄, それは不純物のない金属です, 完全に強磁性の性質を明らかにする. しかし、鉄には日常的にさまざまな用途があります. 純粋ではありませんが、他の要素と混ぜることはできます. これらの元素は鉄の磁気特性に影響を与える可能性があります.
鉄の磁性の要因
鉄の磁性を引き起こす要因のいくつかを以下に示します。;
- 電子配置: 金属イオンの中には, 電子は不対です, そして、こうして発生した磁気モーメントが整列して磁気を生成します。.
- 結晶構造: BCC は磁区形成に有利です.
- 交流のやりとり: 原子スピンはドメイン内に存在し、ドメインが効果的に磁気特性を発揮できるようにします。.
- キュリー温度: 鉄は770℃、あるいは770℃を少し超える温度に加熱すると磁性を失います。; この温度以下では強い磁性を保ちます.
- 不純物・添加物: カーボンやクロムなどの添加剤は、磁化能力を向上または低下させる可能性があります。.
結論
結論は, 鉄磁性体です, 鉄は物理学と化学を通じて引き付けます, Iron のほぼすべてのアプリケーションにおけるテクノロジーの融合の中心. 鉄の磁気特性: 地球磁場への関与から今日の高度に進んだブラック産業での機能まで. 建築からエレクトロニクスまで, 偶数ナビゲーションから, 鉄は依然として不可欠な物質であるため、この美しい地球上で最も磁性のある元素の一つに挙げられる価値があります。. 科学と鉄の磁性の意味を認識することで、著者は自然現象を祝うだけでなく、より良い明日を前向きに楽しみにしています。.
よくある質問
- なぜ鉄は磁性を持ち、他の金属は磁性を持たないのか?
鉄は磁性体です, 原子構造に加えて不対電子を持っているため、干渉が最小限に抑えられ、磁気モーメントが互いに整列します。銅や銀などの金属とは異なり、電子は対を失います。, 磁気の影響を打ち消します.
- 純鉄は鉄と炭素の合金である鋼よりも磁性が高いです?
確かに, ほとんどの鉄合金は純鉄より磁性が低い. しかし, いくつかの種類の合金添加物は、特定の磁場特性の改善に役立ちます.
- 鉄は磁性を失うことができますか?
はい, そうですよね、鉄はキュリー温度以上に加熱したり、強い反磁場にさらしたりすると磁性を失うことがあります。.
- マグネタイトとヘマタイトの違いは何ですか?
同形で結晶化し、2 つの多形があります。, つまり; 次の式を持つ磁鉄鉱 (α-Fe3O4) 磁性が高い, そしてヘマタイトは (α-Fe2O3) 磁性の性質の中で.
- 鉄の磁性は技術の進歩にどの程度貢献するのか?
フェライト, 鉄の他の物質への吸収性と同様に, 電気モーターなどの技術で必要になる, 変圧器, およびデータストレージ機器.
- 身近な鉄製品が磁石になることはあるのでしょうか？?
はい, 釘や鉄の棒などの物体を強力な磁石の下に置くと磁化されることがあります。, しかし, 磁力は多くの場合一時的なものです.
