วัสดุแม่เหล็ก : สมบัติ การทำงาน ประเภท ความแตกต่าง และการประยุกต์

มีวัสดุหลายประเภทและสารที่ประกอบด้วยอนุภาคมีประจุ: เช่น; อิเล็กตรอนและโปรตอน วัสดุเหล่านี้สามารถแสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็กบางประเภทได้เมื่อถูกทำให้เป็นแม่เหล็กโดยสนามแม่เหล็กภายนอกซึ่งเรียกว่าวัสดุแม่เหล็ก วัสดุเหล่านี้มีโมเมนต์แม่เหล็กเหนี่ยวนำหรือถาวรในสนามแม่เหล็ก เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุเหล่านี้ โดยปกติแล้ว วัสดุจะอยู่ในสนามแม่เหล็กมาตรฐาน จากนั้นสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไป ในเทคโนโลยีสมัยใหม่ วัสดุเหล่านี้มีบทบาทสำคัญและเป็นส่วนประกอบที่สำคัญ หม้อแปลงไฟฟ้า มอเตอร์ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า บทความนี้จะให้ข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับ วัสดุแม่เหล็ก .

วัสดุแม่เหล็กคืออะไร?

วัสดุที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กกับสนามแม่เหล็กที่ใช้ภายนอกเรียกว่าวัสดุแม่เหล็ก สารเหล่านี้ยังได้รับการดึงดูดด้วยแม่เหล็กทุกครั้งที่ถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็ก ตัวอย่างของวัสดุเหล่านี้ได้แก่ เหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล

วัสดุเหล่านี้แบ่งออกเป็นวัสดุที่มีความแข็งด้วยแม่เหล็ก (หรือ) อ่อนนุ่มด้วยแม่เหล็ก

วัสดุที่มีความแข็งทางแม่เหล็กจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กผ่านสนามแม่เหล็กภายนอกที่มีกำลังแรงมากซึ่งสร้างขึ้นโดยแม่เหล็กไฟฟ้า วัสดุเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้ในการสร้างแม่เหล็กถาวรซึ่งทำจากโลหะผสม ซึ่งโดยปกติจะประกอบด้วยเหล็ก นิกเกิล อลูมิเนียม โคบอลต์ และธาตุหายาก เช่น ซาแมเรียม นีโอไดเมียม และดิสโพรเซียมในปริมาณที่เปลี่ยนแปลงได้

วัสดุที่อ่อนนุ่มจากสนามแม่เหล็กจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กได้ง่ายมาก แม้ว่าสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นเพียงชั่วคราวก็ตาม ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณตีแม่เหล็กถาวรด้วยไขควงหรือตะปู มันก็จะกลายเป็นแม่เหล็กชั่วคราว และจะสร้างสนามแม่เหล็กอ่อนเนื่องจากมีเหล็กจำนวนมาก อะตอม ถูกจัดเรียงชั่วคราวในทิศทางเดียวกันผ่านสนามแม่เหล็กภายนอก

คุณสมบัติ

คุณสมบัติของวัสดุแม่เหล็ก เป็นหนึ่งในแนวคิดพื้นฐานที่สุดของฟิสิกส์ ดังนั้นคุณสมบัติหลักๆ ได้แก่ paramagnetism, ferromagnetism และ antiferromagnetism ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

พาราแมกเนติกติซึมเป็นแม่เหล็กประเภทหนึ่งที่วัสดุบางชนิดถูกดึงดูดอย่างอ่อนด้วยสนามแม่เหล็กที่ใช้ภายนอก มันสร้างสนามแม่เหล็กภายในและสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำภายในทิศทางของสนามแม่เหล็กที่ใช้ ในทางพาราแมกเนติก อิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่จะถูกจัดเรียงแบบสุ่ม

ภาวะแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกเป็นปรากฏการณ์ที่วัสดุ เช่น เหล็ก กลายเป็นแม่เหล็กและยังคงถูกดึงดูดภายในสนามแม่เหล็กภายนอกในระยะนั้น ในวิชาแม่เหล็กไฟฟ้านั้น อิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่จะเชื่อมต่อกันทั้งหมด

ปฏิกิริยาต้านแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นลำดับแม่เหล็กชนิดหนึ่งที่ส่วนใหญ่เกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่โมเมนต์แม่เหล็กของอะตอม (หรือ) ไอออนที่อยู่ติดกันเรียงตัวในทิศทางตรงกันข้าม และส่งผลให้โมเมนต์แม่เหล็กสุทธิเป็นศูนย์ ดังนั้นพฤติกรรมนี้จึงมีสาเหตุหลักมาจากการแลกเปลี่ยนอันตรกิริยาระหว่างไอออนหรืออะตอมที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งช่วยในการจัดแนวต้านขนานเพื่อลดพลังงานของระบบ โดยปกติแล้ว วัสดุต้านเฟอร์โรแมกเนติกจะแสดงลำดับของแม่เหล็กภายใต้อุณหภูมิเฉพาะที่เรียกว่า อุณหภูมินีล. วัสดุที่มีอุณหภูมิสูงกว่านี้จะกลายเป็นพาราแมกเนติก และจะสูญเสียคุณสมบัติต้านเฟอร์โรแมกเนติก

วัสดุแม่เหล็กทำงานอย่างไร?

วัสดุเหล่านี้มีพื้นที่เล็กๆ ซึ่งสามารถกำหนดทิศทางโมเมนต์แม่เหล็กภายในทิศทางเฉพาะที่เรียกว่าโดเมนแม่เหล็ก ซึ่งมีหน้าที่หลักในการทำงานเฉพาะของวัสดุโดยเฉพาะ พลังงานที่สมบูรณ์ของวัสดุสามารถมีส่วนร่วมได้ง่ายๆ ด้วยพลังงานแอนไอโซโทรปี พลังงานแลกเปลี่ยน และพลังงานแม่เหล็ก เมื่อใดก็ตามที่ขนาดของวัสดุแม่เหล็กลดลง มันจะเพิ่มขอบเขตต่างๆ ในวัสดุ ดังนั้นเนื่องจากการลดลงภายในพลังงานแมกนีโตสถิต ผนังโดเมนที่มากขึ้นจะเพิ่มพลังงานการแลกเปลี่ยนและแอนไอโซโทรปี ดังนั้นขนาดของโดเมนจะเป็นตัวกำหนดลักษณะของวัสดุแม่เหล็ก

โมเมนต์แม่เหล็กไม่คงที่สำหรับวัสดุบางชนิดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางอนุภาคเล็กกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลางซุปเปอร์พาราแมกเนติกที่สำคัญ เมื่อใดก็ตามที่เส้นผ่านศูนย์กลางของอนุภาคอยู่ระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางวิกฤติของซุปเปอร์พาราแมกเนติกและโดเมนเดียว โมเมนต์แม่เหล็กจะคงที่

ประเภทวัสดุแม่เหล็ก

มีวัสดุแม่เหล็กหลายประเภทในท้องตลาดซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่างนี้

วัสดุพาราแมกเนติก

วัสดุเหล่านี้ไม่ได้ถูกดึงดูดอย่างแรงกับแม่เหล็กเช่น แมกนีเซียม ดีบุก อลูมิเนียม และอื่นๆ อีกมากมาย วัสดุเหล่านี้มีความสามารถในการซึมผ่านสัมพัทธ์เล็กน้อยแต่มีค่าเป็นบวกเช่นความสามารถในการซึมผ่านของอลูมิเนียมคือ: 1.00000065 วัสดุเหล่านี้จะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กเฉพาะเมื่อพวกมันอยู่บนสนามแม่เหล็กที่มีกำลังแรงมากและพวกมันจะทำงานในทิศทางของสนามแม่เหล็ก

เมื่อใดก็ตามที่มีสนามแม่เหล็กแรงสูงจากภายนอก ไดโพลแม่เหล็กถาวรจะปรับพวกมันให้ขนานกันเองสำหรับสนามแม่เหล็กที่ใช้ และเพิ่มเป็นสนามแม่เหล็กเชิงบวก หากการวางแนวไดโพลขนานกับสนามแม่เหล็กที่ใช้ไม่สมบูรณ์ แสดงว่าสนามแม่เหล็กมีขนาดเล็กมาก

วัสดุไดแมกเนติก

วัสดุเหล่านี้ถูกผลักด้วยแม่เหล็ก เช่น ปรอท สังกะสี ตะกั่ว ไม้ ทองแดง เงิน ซัลเฟอร์ บิสมัท ฯลฯ เรียกว่าวัสดุแม่เหล็ก วัสดุเหล่านี้มีความสามารถในการซึมผ่านต่ำกว่าเล็กน้อยเล็กน้อย ตัวอย่างเช่น ค่าซึมผ่านของวัสดุทองแดงคือ 0.000005 วัสดุบิสมัทคือ 0.00083 และวัสดุไม้คือ 0.9999995

เมื่อวัสดุเหล่านี้ตั้งอยู่ในสนามแม่เหล็กที่มีกำลังแรงมาก วัสดุเหล่านี้จะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กเล็กน้อยและกระทำในทิศทางตรงกันข้ามกับสนามแม่เหล็กที่ใช้ ในวัสดุประเภทนี้ มีสนามแม่เหล็กที่ค่อนข้างอ่อนสองสนามเกิดขึ้นเนื่องจากการปฏิวัติวงโคจรและการหมุนแกนของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส

วัสดุเฟอร์โรแมกเนติก

วัสดุประเภทนี้ที่ถูกดึงดูดอย่างแรงผ่านสนามแม่เหล็กเรียกว่าวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก ตัวอย่างของวัสดุเหล่านี้ได้แก่ นิกเกิล เหล็ก โคบอลต์ เหล็ก ฯลฯ วัสดุเหล่านี้มีความสามารถในการซึมผ่านได้สูงมากซึ่งมีตั้งแต่หลายร้อยถึงหลายพัน

ไดโพลแม่เหล็กภายในวัสดุเหล่านี้ถูกจัดเรียงอย่างง่ายๆ ออกเป็นโดเมนที่แตกต่างกัน โดยที่การจัดเรียงไดโพลแต่ละตัวนั้นสมบูรณ์แบบอย่างมาก และสามารถสร้างสนามแม่เหล็กแรงสูงได้ โดยปกติแล้ว โดเมนเหล่านี้จะถูกจัดเรียงแบบสุ่ม และสนามแม่เหล็กของทุกโดเมนจะถูกยกเลิกผ่านอีกโดเมนหนึ่ง และวัสดุทั้งหมดจะไม่แสดงพฤติกรรมของแม่เหล็ก

เมื่อใดก็ตามที่มีสนามแม่เหล็กภายนอกให้กับวัสดุเหล่านี้ โดเมนจะปรับทิศทางตัวเองใหม่เพื่อรองรับสนามแม่เหล็กภายนอก และสร้างสนามแม่เหล็กภายในที่มีกำลังแรงมาก โดยการหักสนามแม่เหล็กภายนอก โดเมนส่วนใหญ่จะรอและยังคงเชื่อมโยงกันในทิศทางของสนามแม่เหล็ก
ดังนั้นสนามแม่เหล็กของวัสดุเหล่านี้ยังคงอยู่แม้ว่าสนามภายนอกจะแยกออกไปก็ตาม ดังนั้นคุณสมบัติหลักนี้จึงถูกนำมาใช้ในการผลิตแม่เหล็กถาวรที่เราใช้อยู่ทุกวัน วัสดุที่ใช้ทำแม่เหล็กถาวรมักเป็นเฟอร์โรแมกเนติกสูง เช่น เหล็ก นิกเกิล นีโอไดเมียม โคบอลต์ ฯลฯ

โปรดดูที่ลิงค์นี้สำหรับ วัสดุเฟอร์โรแมกเนติก .

วัตถุดิบแม่เหล็ก

โดยปกติแล้วแม่เหล็กถาวรทั่วโลกจะทำจากวัสดุประเภทต่างๆ และแต่ละวัสดุก็มีลักษณะที่แตกต่างกัน วัสดุเหล่านี้ส่วนใหญ่ประกอบด้วย; อัลนิโก ยางยืดหยุ่น เฟอร์ไรต์ โคบอลต์ซาแมเรียม และนีโอไดเมียม ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

เฟอร์ไรต์

กลุ่มวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกพิเศษซึ่งมีตำแหน่งตรงกลางระหว่างวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกและไม่ใช่เฟอร์โรแมกเนติก เรียกว่าเฟอร์ไรต์ วัสดุเหล่านี้มีอนุภาคของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกละเอียดที่มีการซึมผ่านสูงและยึดติดกันผ่านเรซินที่ยึดเกาะ ในเฟอร์ไรต์ การสร้างสนามแม่เหล็กจะเพียงพอมาก แม้ว่าความอิ่มตัวของสนามแม่เหล็กจะไม่สูงเหมือนวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกก็ตาม

วัสดุเหล่านี้มีราคาไม่แพงในการผลิตซึ่งสัมพันธ์กับความแรงของแม่เหล็ก สิ่งเหล่านี้อ่อนแอกว่ามากเมื่อเทียบกับวัสดุหายาก แต่ถึงแม้พวกมันจะยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานเชิงพาณิชย์หลายประเภท วัสดุเหล่านี้มีความแข็งแรงเช่นความต้านทานต่อการกัดกร่อนและการล้างอำนาจแม่เหล็ก

นีโอไดเมียม

นีโอไดเมียมเป็นธาตุดินที่หายากมาก ((Nd) และมีเลขอะตอม 60 ถูกค้นพบอย่างง่ายดายในปี พ.ศ. 2428 โดยนักเคมีชาวออสเตรีย ได้แก่ Carl Auer von Welsbach วัสดุนี้ผสมผ่านโบรอน เหล็ก และยังมีร่องรอยของธาตุอื่น ๆ ด้วย เช่น praseodymium และ dysprosium เพื่อสร้างโลหะผสมเฟอร์โรแมกเนติกที่เรียกว่า Nd2Fe14b ซึ่งเป็นวัสดุแม่เหล็กที่แข็งแกร่งที่สุด แม่เหล็กนีโอไดเมียมมาแทนที่วัสดุชนิดอื่นในเครื่องใช้ไฟฟ้าเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมสมัยใหม่หลายชนิด

อัลนิโก

ตัวย่อของอลูมิเนียม นิกเกิล และโคบอลต์คือ 'alnico' ซึ่งองค์ประกอบหลักทั้งสามนี้ส่วนใหญ่ใช้ในการสร้างวัสดุแม่เหล็กอัลนิโก แม่เหล็กเหล่านี้เป็นแม่เหล็กถาวรที่แข็งแกร่งมากเมื่อเปรียบเทียบกับแม่เหล็กหายาก แม่เหล็กอัลนิโกสามารถเปลี่ยนเป็นแม่เหล็กถาวรภายในได้ มอเตอร์ , ลำโพง และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

ซาแมเรียมโคบอลต์

แม่เหล็กเหล่านี้ได้รับการพัฒนาอย่างเรียบง่ายโดยห้องปฏิบัติการวัสดุของกองทัพอากาศสหรัฐฯ ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ซาแมเรียมโคบอลต์หรือ SmCo เป็นวัสดุแม่เหล็กที่ทำจากโลหะผสมของธาตุดินที่ผิดปกติเช่น; ซาแมเรียม, โคบอลต์โลหะแข็ง, เศษเหล็ก, แฮฟเนียม, ทองแดง, เพรซีโอไดเมียม และเซอร์โคเนียม แม่เหล็กซาแมเรียมโคบอลต์เป็นแม่เหล็กธาตุหายากเช่นนีโอไดเมียม เนื่องจากซาแมเรียมเป็นองค์ประกอบของธาตุกลุ่มธาตุหายากที่คล้ายกันเช่นนีโอไดเมียม

วัสดุแม่เหล็กกับวัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็ก

ความแตกต่างระหว่างวัสดุทั้งสองนี้มีการอธิบายไว้ด้านล่าง

การเปรียบเทียบ

การเปรียบเทียบระหว่างวัสดุแม่เหล็กที่แตกต่างกันมีดังต่อไปนี้

การใช้งาน

ที่ การประยุกต์วัสดุแม่เหล็ก รวมถึงสิ่งต่อไปนี้

• เหล่านี้ใช้เพื่อสร้างและจำหน่ายไฟฟ้าในเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ใช้ไฟฟ้า
• ใช้สำหรับจัดเก็บข้อมูลเสียง วิดีโอเทป และดิสก์คอมพิวเตอร์
• วัสดุเหล่านี้มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิต การผลิต วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการป้องกันประเทศ
• สิ่งเหล่านี้ใช้ในการผลิตหม้อแปลงและมอเตอร์ต่างๆ ภายในเทคโนโลยีพลังงาน ส่วนประกอบแม่เหล็กและหลอดไมโครเวฟที่แตกต่างกันภายในเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ เครื่องเพิ่มความเข้มข้นและตัวกรองภายในเทคโนโลยีการสื่อสาร ปืนแม่เหล็กไฟฟ้า เครื่องใช้ในครัวเรือน และทุ่นระเบิดแม่เหล็กภายในเทคโนโลยีการป้องกันประเทศ
• สิ่งเหล่านี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการสำรวจแร่และทางธรณีวิทยา การสำรวจมหาสมุทร และเทคโนโลยีใหม่ๆ ด้านพลังงาน ข้อมูล อวกาศ และชีววิทยา
• วัสดุเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในสาขาเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีอื่นๆ
• สิ่งเหล่านี้ใช้ได้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ การแพทย์ วิศวกรรมไฟฟ้า ฯลฯ
• สิ่งเหล่านี้ใช้ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้า และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• เหล่านี้ใช้ในการผลิตอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลแม่เหล็กเช่น ฟล็อปปี้ดิสก์ ฮาร์ดดิสก์ไดรฟ์ และเทปแม่เหล็ก
• วัสดุประเภทนี้ใช้ในการผลิตเซ็นเซอร์แม่เหล็กเช่น เซ็นเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์ เซ็นเซอร์สนามแม่เหล็ก และเซ็นเซอร์ต้านทานสนามแม่เหล็ก
• สิ่งเหล่านี้ใช้ได้กับอุปกรณ์ทางการแพทย์เช่น เครื่อง MRI เครื่องกระตุ้นหัวใจ และระบบนำส่งยาแบบฝัง
• สิ่งเหล่านี้ถูกใช้ในวิธีการแยกแม่เหล็ก ซึ่งใช้เพื่อแยกอนุภาคแม่เหล็กออกจากอนุภาคที่ไม่ใช่แม่เหล็ก
• วัสดุเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการผลิตพลังงานหมุนเวียนเช่น โรงไฟฟ้าพลังน้ำและกังหันลม

อย่างนี้นี่เอง ภาพรวมของแม่เหล็ก วัสดุ ชนิด ความแตกต่าง การเปรียบเทียบวัสดุ และการประยุกต์ นี่คือคำถามสำหรับคุณ แม่เหล็กคืออะไร?