자성 재료 : 특성, 작동, 유형, 차이점 및 응용

다양한 유형의 재료와 하전 입자로 구성된 물질이 있습니다. 전자와 양성자. 이러한 물질은 자성 물질로 알려진 외부 자기장에 의해 자화될 때 일종의 자기 특성을 나타낼 수 있습니다. 이러한 물질은 자기장에서 유도 또는 영구 자기 모멘트를 갖습니다. 이러한 재료의 자기 특성을 연구하려면 일반적으로 재료를 표준화된 자기장에 놓은 다음 자기장이 변경됩니다. 현대 기술에서 이러한 재료는 핵심적인 역할을 하며 다음과 같은 중요한 구성 요소입니다. 변압기 , 모터 및 발전기. 이 문서에서는 다음에 대한 간략한 정보를 제공합니다. 자성 재료 .

자성 재료란 무엇입니까?

외부에서 인가된 자기장에 의해 자화되는 물질을 자성 물질이라고 합니다. 이들 물질은 자석에 끌릴 때마다 자화를 얻습니다. 이러한 자료의 예는 다음과 같습니다. 철, 코발트, 니켈.

이러한 재료는 자기적으로 단단한(또는) 자기적으로 부드러운 재료로 분류됩니다.

자기적으로 단단한 재료는 전자석에 의해 생성되는 매우 강한 외부 자기장을 통해 자화됩니다. 이러한 재료는 주로 철, 니켈, 알루미늄, 코발트 및 사마륨, 네오디뮴 및 디스프로슘과 같은 희토류 원소의 변화하는 양으로 구성된 합금으로 만들어진 영구 자석을 만드는 데 사용됩니다.

유도된 자성은 일시적이지만 자성이 부드러운 재료는 매우 쉽게 자화됩니다. 예를 들어 영구 자석을 드라이버나 못으로 치면 일시적으로 자화되어 약한 자기장이 생성됩니다. 원자 외부 자기장을 통해 일시적으로 비슷한 방향으로 정렬됩니다.

속성

자성 재료 특성 물리학의 가장 기본적인 개념 중 하나이다. 따라서 속성에는 주로 다음이 포함됩니다. 아래에서 논의되는 상자성, 강자성, 반강자성.

상자성(Paramagnetism)은 외부에서 가해지는 자기장에 의해 일부 물질이 약하게 끌리는 자성의 한 유형입니다. 이는 적용된 자기장의 방향 내에서 내부 자기장과 유도 자기장을 형성합니다. 상자성에서는 짝을 이루지 않은 전자가 무작위로 배열됩니다.

강자성은 철과 같은 물질이 자화되고 해당 단계의 외부 자기장 내에서 자화 상태를 유지하는 현상입니다. 강자성에서는 짝을 이루지 않은 전자가 모두 연결되어 있습니다.

반강자성은 인접한 원자(또는) 이온의 자기 모멘트가 반대 방향으로 정렬되어 순 자기 모멘트가 0이 될 때마다 주로 발생하는 일종의 자기 질서입니다. 따라서 이러한 거동은 주로 인접한 이온이나 원자 사이의 교환 상호 작용으로 인해 발생하며, 이는 시스템의 에너지를 줄이기 위한 역평행 정렬에 도움이 됩니다. 일반적으로 반강자성 물질은 다음과 같은 특정 온도에서 자기 순서를 나타냅니다. 넬 온도. 이 온도를 초과하는 물질은 상자성이 되어 반강자성 특성을 잃습니다.

자성 재료는 어떻게 작동합니까?

이러한 재료에는 주로 재료의 독점적 성능을 담당하는 자기 도메인이라는 특정 방향 내에서 자기 모멘트가 향할 수 있는 작은 영역이 있습니다. 재료의 전체 에너지는 단순히 이방성 에너지, 교환 에너지 및 정자기 에너지에 의해 기여될 수 있습니다. 자성 재료의 크기가 줄어들 때마다 재료의 다양한 영역이 향상됩니다. 따라서 정자기 에너지의 감소로 인해 더 많은 도메인 벽이 교환 및 이방성 에너지를 증가시킵니다. 따라서 도메인의 크기에 따라 자성 물질의 특성이 결정됩니다.

임계 초상자성 직경에 비해 입자 직경이 더 작은 일부 재료의 경우 자기 모멘트가 일정하지 않습니다. 입자의 직경이 초상자성 임계 직경과 단일 영역 사이에 있을 때마다 자기 모멘트가 안정됩니다.

자성 재료 유형

시장에는 다양한 유형의 자성 재료가 있으며 아래에서 설명합니다.

상자성 재료

이러한 물질은 자석과 같이 강하게 끌리지 않습니다. 주석 마그네슘, 알루미늄 등. 이러한 재료는 상대 투자율이 작지만 알루미늄 투자율과 같이 양수는 1.00000065입니다. 이러한 물질은 매우 강한 자기장 위에 있을 때만 자화되며 자기장 방향으로 작동합니다.

강한 자기장이 외부에서 제공될 때마다 영구 자기 쌍극자는 적용된 자기장에 대해 자기 평행을 유지하고 양의 자화로 증가합니다. 쌍극자 방향이 적용된 자기장과 평행하면 완전하지 않으며 자화가 매우 작습니다.

반자성 재료

수은, 아연, 납, 목재, 구리, 은, 황, 비스무트 등과 같이 자석에 의해 반발되는 물질을 반자성 물질이라고 합니다. 이러한 재료는 투과도가 1보다 약간 낮습니다. 예를 들어 구리 재료의 투자율은 0.000005, 비스무트 재료는 0.00083, 목재 재료는 0.9999995입니다.

이러한 물질이 매우 강한 자기장에 위치하면 이러한 물질은 약간 자화되어 적용된 자기장의 반대 방향으로 작용합니다. 이러한 유형의 물질에는 궤도 회전과 핵 주위의 전자 축 회전으로 인해 발생하는 두 가지 매우 약한 자기장이 있습니다.

강자성 재료

자기장을 통해 강하게 끌어당기는 이러한 유형의 물질을 강자성 물질이라고 합니다. 이러한 자료의 예는 다음과 같습니다. 니켈, 철, 코발트, 강철 등. 이러한 재료는 수백에서 수천에 이르는 매우 높은 투자율을 갖습니다.

이러한 물질 내의 자기 쌍극자는 개별 쌍극자 배열이 상당히 완벽하고 강한 자기장을 생성할 수 있는 다른 영역으로 간단하게 배열됩니다. 일반적으로 이러한 도메인은 무작위로 배열되며 모든 도메인의 자기장은 다른 도메인을 통해 상쇄되며 전체 재료는 자석의 동작을 나타내지 않습니다.

이러한 물질에 외부 자기장이 제공될 때마다 도메인은 외부 자기장을 지원하기 위해 스스로 방향을 바꾸고 매우 강한 내부 자기장을 생성합니다. 외부 필드의 공제에 의해 대부분의 도메인은 자기장 방향으로 대기하고 계속 연합됩니다.
따라서 이러한 물질의 자기장은 외부 자기장이 떠날 때에도 지속됩니다. 따라서 이 주요 특성은 우리가 매일 사용하는 영구 자석을 생산하는 데 사용됩니다. 영구 자석을 만드는 데 사용되는 재료는 일반적으로 철, 니켈, 네오디뮴, 코발트 등과 같은 강자성이 높습니다.

해당 링크를 참고해주세요. 강자성 재료 .

자성 원료

일반적으로 전 세계의 영구자석은 다양한 종류의 재료로 만들어지며 각 재료는 서로 다른 특성을 가지고 있습니다. 이러한 자료는 주로 다음과 같습니다. 아래에서 논의되는 알니코, 유연한 고무, 페라이트, 사마륨 코발트 및 네오디뮴.

페라이트

강자성체와 비강자성체 사이의 중간 위치를 차지하는 특수한 강자성체 그룹을 페라이트라고 합니다. 이 재료는 높은 투자율을 갖고 결합 수지를 통해 서로 결합되는 미세한 강자성 재료 입자를 가지고 있습니다. 페라이트는 강자성 물질처럼 자기 포화도가 높지는 않지만 생성된 자화는 매우 충분합니다.

이러한 재료는 자기 강도와 관련하여 생성 비용이 많이 들지 않습니다. 이들은 희토류 물질에 비해 훨씬 약하지만 여전히 여러 상업용 응용 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 이 재료는 부식 및 자기소거에 대한 저항성과 같은 강도를 가지고 있습니다.

네오디뮴

네오디뮴은 매우 희토류 원소((Nd)이며 원자 번호는 60입니다. 이는 1885년 오스트리아 화학자 Carl Auer von Welsbach에 의해 발견되었습니다. 이 물질은 붕소, 철 및 기타 원소의 흔적을 통해 혼합됩니다. 프라세오디뮴 및 디스프로슘은 매우 강한 자성 재료인 Nd2Fe14b라는 강자성 합금을 생성합니다. 네오디뮴 자석은 여러 산업 및 현대 상업용 기기에서 다른 종류의 재료를 대체합니다.

알니코

알루미늄, 니켈, 코발트의 약어는 '알니코'이며, 이 세 가지 주요 요소는 주로 알니코 자성 재료를 만드는 데 사용됩니다. 이 자석은 희토류 자석에 비해 매우 강한 영구 자석입니다. 알니코 자석은 영구 자석으로 교체 가능 모터 , 확성기 및 발전기.

사마륨 코발트

이 자석은 1970년대 초 미 공군 재료 연구소에서 개발되었습니다. 사마륨 코발트 또는 SmCo는 다음과 같은 특이한 지구 원소의 합금으로 만들어진 자성 재료입니다. 사마륨, 초경합금 코발트, 철 미량, 하프늄, 구리, 프라세오디뮴 및 지르코늄. 사마륨 코발트 자석은 네오디뮴과 같은 희토류 자석입니다. 왜냐하면 사마륨은 네오디뮴과 같은 유사한 희토류 원소의 원소이기 때문입니다.

자성 재료와 비자성 재료

이 두 재료의 차이점은 아래에서 설명합니다.

비교

서로 다른 자성 재료 간의 비교는 아래에 설명되어 있습니다.

응용

그만큼 자성재료의 응용 다음을 포함합니다.

• 이는 전기를 활용하는 기기에서 전기를 생성하고 분배하는 데 사용됩니다.
• 오디오, 비디오 테이프 및 컴퓨터 디스크의 데이터 저장에 사용됩니다.
• 이들 소재는 생활, 생산, 국방과학기술 분야에서 폭넓게 활용되고 있습니다.
• 이는 전력 기술 분야의 다양한 변압기 및 모터, 전자 기술 분야의 다양한 자기 부품 및 마이크로파 튜브, 통신 기술 분야의 강화기 및 필터, 국방 기술 분야의 전자기 총, 가전 제품 및 자기 광산의 제조에 사용됩니다.
• 이는 광물 및 지질 탐사, 해양 탐사 및 에너지, 정보, 우주 및 생물학 분야의 신기술에 널리 사용됩니다.
• 이러한 재료는 전자 기술 분야 및 기타 과학 기술 분야에서 중요한 역할을 합니다.
• 이는 전자, 의학, 전기 공학 등에 적용 가능합니다.
• 이는 전기 모터, 변압기 및 발전기와 같은 전자 및 전기 장치 제조에 사용됩니다.
• 이들은 다음과 같은 자기 저장 장치 생산에 사용됩니다. 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브 및 자기 테이프.
• 이러한 유형의 재료는 다음과 같은 자기 센서 생산에 사용됩니다. 홀 효과 센서, 자기장 센서 및 자기 저항 센서.
• 이는 다음과 같은 의료 장비에 적용 가능합니다. MRI 기계, 심장 박동기 및 이식형 약물 전달 시스템.
• 이는 비자성 입자로부터 자성 입자를 분리하는 데 사용되는 자성 분리 방법에 활용됩니다.
• 이러한 물질은 다음과 같은 재생 에너지 생성에 사용됩니다. 수력 발전소 및 풍력 터빈.

따라서 이는 자기 개요 재료, 유형, 차이점, 재료 비교 및 ​​응용 분야. 여기 질문이 있습니다. 자석이 무엇인가요?