Feromagnetski materijali željezo, Kobalt, Nikal Paula Kukuljević

Yüklə 486 b.

tarix	02.03.2018
ölçüsü	486 b.
	#28825

FEROMAGNETSKI MATERIJALI Željezo, Kobalt, Nikal

Paula Kukuljević

FEROMAGNETIZAM je jedan od najjačih oblika magnetizma. Odgovoran je za magnetska svojstva koja koristimo svakodnevno.

FEROMAGNETIZAM je jedan od najjačih oblika magnetizma. Odgovoran je za magnetska svojstva koja koristimo svakodnevno.
Među feromagnetske materijale pripadaju željezo (Fe), kobalt (Co), nikal (Ni), gadolinij (Gd), disprozij (Dy), terbij (Tb), holmij (Ho), erbij (Er) i njihove slitine.
Od nabrojenih elemenata najizrazitija feromagnetska svojstva imaju željezo (Fe), kobalt (Co) i nikal (Ni) (osnovni feromagnetski materijali).

Željezo u elementarnom stanju

ŽELJEZO je metal srebrnkastog sjaja, razmjerno mekan, kemijski dosta otporan, može se lako kovati, variti u vrućem stanju i ispolirati do visokog sjaja. Talište je na 1535 °C. Najvažnije je od svih metala i uglavnom se koristi kao čelik u kojem ima ugljika (do 1,7%). Nehrđajući čelik je legura sa drugim metalima, uglavnom niklom.

Slika prikazuje hrđu željeza

Željezo hrđa na vlažnom zraku i otapa se u razrijeđenim kiselinama.
Upotrebljava se na mnogo načina, npr. od njega se prave mostovi, željeznice, strojevi, brodovi, građevine, itd. kao i bezbroj sitnica potrebnih u svakodnevnom životu: igle, čavli, vijci, pera, spajalice, konzerve itd.

Čisto željezo se može magnetizirati, ali ne može zadržati magnetizam. Elementarno željezo se javlja u tri alotropske modifikacije:

Čisto željezo se može magnetizirati, ali ne može zadržati magnetizam. Elementarno željezo se javlja u tri alotropske modifikacije:

alfa-željezo - 907°C, alfa-Fe ima prostorno centriranu kubičnu kristalnu rešetku i feromagnetično je
beta-željezo - 1400°C, pri temperaturi 770°C alfa-Fe gubi feromagnetska svojstva, ali ne mijenja strukturu, pa se naziva beta-Fe
delta-željezo

Kobalt u elementarnom stanju

KOBALT je sjajan, srebrnkasto-plav, vrlo tvrd metal, feromagnetičan koji ima dvije alotropske modifikacije.
Talište je na 1495°C. Do 417°C postojana je beta-modifikacija guste heksagonske kristalne rešetke, a iznad te temperature stabilna je alfa-modifikacija kubične, plošno centrirane kristalne rešetke.

Stabilan je na zraku, voda ne utječe na njega, ali razrijeđene kiseline polako utječu na njega (sumporna, dušična i klorovodična).

Stabilan je na zraku, voda ne utječe na njega, ali razrijeđene kiseline polako utječu na njega (sumporna, dušična i klorovodična).
Kompaktana forma kobalta na zraku stabilna je sve do 300°C nakon čega počinje oksidirati. Kobalt je toksičan za čovjeka. Kobalt se koristi u legurama za magnete, u keramikama, katalizatorima i bojama.

Nikal u elementarnom stanju

NIKAL je srebrnkasto-bijel, sjajan, obradiv i vodljiv metal, može se lako polirati, kovati, zavarivati, valjati i izvlačiti u žicu, magnetičan je, otporan na koroziju.
Vodi, atmosferskim uvjetima, lužinama i mnogim organskim tvarima dobro odolijeva, ali ga kloridna, sulfatna i nitratna kiselina otapaju. Talište je na 1453°C.

Koristi se u legurama, naročito u nehrđajućem čeliku, novčićima, metalnim oplatama i katalizatorima, u proizvodnji akumulatora. Pri sobnoj temperaturi slabo je feromagnetičan i to svojstvo zadržava do 340°C.

Koristi se u legurama, naročito u nehrđajućem čeliku, novčićima, metalnim oplatama i katalizatorima, u proizvodnji akumulatora. Pri sobnoj temperaturi slabo je feromagnetičan i to svojstvo zadržava do 340°C.
Svaki feromagnetski materijal karakterizira Curieva feromagnetska temperatura Tcf. Na temperaturama nižim i višim od Tcf magnetska svojstva feromagnetskih materijala se bitno razlikuju.

Na nižim temperaturama od Tcf, po klasičnom pristupu u materijalu postoje domene (područja) dimenzija 10 do 100 m.

Na nižim temperaturama od Tcf, po klasičnom pristupu u materijalu postoje domene (područja) dimenzija 10 do 100 m.
Magnetski momenti atoma u jednoj domeni (1015 i više atoma), zbog jakog međudjelovanja, usmjereni su u jednom pravcu (spontana magnetizacija).
Bez narinutog vanjskog magnetskog polja magnetski momenti pojedinih domena (Weisove domene) proizvoljno su orijentirani pa je ukupna magnetiziranost materijala jednaka nuli.
Može se smatrati da su na temperaturama bliskim Tcf domene razorene, a na još višim temperaturama feromagnetski materijal ima svojstva paramagnetskog.

Curieva feromagnetska temperatura Tcf željeza je 1043 K (770 C), kobalta 1393 K (1120 C) i nikla 631 K (358 C).

Curieva feromagnetska temperatura Tcf željeza je 1043 K (770 C), kobalta 1393 K (1120 C) i nikla 631 K (358 C).
Neka je feromagnetski materijal na temperaturi nižoj od Tcf izložen djelovanju vanjskog magnetskog polja čija se jakost postupno povećava od nule.
Pri malim jakostima narinutog magnetskog polja pomiču se granice domena, odnosno povećavaju se domene čiji magnetski momenti tvore najmanji kut s vektorom jakosti magnetskog polja.
Pomak granica domena pri malim jakostima magnetskog polja je reverzibilan jer se prestankom djelovanja granice domena vraćaju u prvobitni položaj. Povećanjem jakosti magnetskog polja pomicanje granica domena se nastavlja sve dok neke domene ne iščeznu.
Pri ovim jakostima magnetskog polja pojave u feromagnetskom materijalu su ireverzibilne.

Ako se jakost magnetskog polja i dalje povećava vektori magnetizacije preostalih domena se zakreću u pravcu vektora jakosti vanjskog magnetskog polja.

Ako se jakost magnetskog polja i dalje povećava vektori magnetizacije preostalih domena se zakreću u pravcu vektora jakosti vanjskog magnetskog polja.
Konačno pri još jačim magnetskim poljima iščezavaju granice svih domena, svi su magnetski momenti u pravcu vanjskog magnetskog polja, a uzorak feromagnetskog materijala je magnetiziran do zasićenja.
Opisani nelinearni proces prikazuje krivulja magnetiziranja:

Proces magnetiziranja feromagnetika je prikazan neovisno o tome je li uzorak materijala monokristalične ili polikristalične strukture.

Proces magnetiziranja feromagnetika je prikazan neovisno o tome je li uzorak materijala monokristalične ili polikristalične strukture.
Kod monokristala magnetska svojstva materijala su anizotropna pa oblik krivulje magnetiziranja ovisi i o pravcu magnetiziranja, odnosno o pravcu vanjskog magnetskog polja. Najčešće se primjenjuju materijali koji nisu monokristalične strukture.
Zbog spomenutih ireverzibilnih pojava pri magnetiziranju feromagnetskog materijala nelinearna ovisnost magnetske indukcije i jakosti magnetskog polja tvori petlju histereze.
Remanentna magnetska indukcija Br je vrijednost za | | = 0, a koercitivna jakost magnetskog polja Hc je vrijednost za | | = 0.

Feromagnetski materijali se po obliku petlje histereze dijele na meke i tvrde.

Feromagnetski materijali se po obliku petlje histereze dijele na meke i tvrde.
Meki su uske petlje histereze i male vrijednosti koercitivne jakosti magnetskog polja (Hc<800 A/m).
Tvrdi imaju široku petlju histereze i veliku vrijednost koercitivne jakosti magnetskog polja.
Vrijednost magnetske indukcije zasićenja je Bs.

MEKI FEROMAGNETSKI MATERIJALI

Osnovna svojstva mekih feromagnetskih materijala su:

uska petlja histereze,
mali iznos koercitivne jakosti magnetskog polja,
mali gubici zbog histereze,
veliki iznos maksimalne relativne permeabilnosti.

U ovu skupinu pripadaju:

U ovu skupinu pripadaju:

čisto željezo
meki čelik
slitine željeza i silicija
slitine željeza i nikla
slitine željeza, silicija i aluminija
slitine željeza i kobalta
slitine željeza, nikla i kobalta
slitine željeza, nikla i molibdena
slitine željeza, nikla i kroma
slitine željeza, nikla, molibdena i mangana
slitine željeza, nikla, bakra i kroma
slitine željeza, nikla, molibdena i bakra, itd.

TVRDI FEROMAGNETSKI MATERIJALI

Tvrdi feromagnetski materijali pretežito se koriste za izradu permanentnih magneta.
Važno svojstvo stalnih magneta je maksimalni iznos umnoška (BH)max (energijski umnožak).
Materijali koji imaju veliku vrijednost ovog umnoška moraju imati veliki iznos remanentne magnetske indukcije i koercitivne jakosti magnetskog polja

U skupinu tvrdih feromagnetskih materijala pripadaju:

U skupinu tvrdih feromagnetskih materijala pripadaju:

martenzitni čelici;
slitine željeza, aluminija i nikla;
slitine željeza, aluminija, nikla i kobalta;
slitine bakra, nikla i kobalta;
slitine bakra, nikla i željeza;
slitine željeza, kobalta i vanadija;
slitine željeza, kobalta i molibdena;
slitine platine i željeza, te platine i kobalta;
slitine srebra, mangana i aluminija;
slitine mangana i bizmuta, te mangana i aluminija;
slitine metala rijetkih zemalja

Pri magnetiziranju feromagnetskog materijala javljaju se gubici; to je onaj dio energije vanjskog magnetskog polja koji se u jedinici vremena nepovratno pretvori u feromagnetskom materijalu u druge oblike energije, pretežito u toplinu.

Pri magnetiziranju feromagnetskog materijala javljaju se gubici; to je onaj dio energije vanjskog magnetskog polja koji se u jedinici vremena nepovratno pretvori u feromagnetskom materijalu u druge oblike energije, pretežito u toplinu.
Gubici u feromagnetskom materijalu nastaju zbog histereze i vrtložnih struja. Gubici zbog histereze razmjerni su površini petlje histereze.
Zato se prije spomenuti meki feromagnetski materijali rabe za magnetske krugove izložene djelovanju izmjeničnih magnetskih polja.
Tvrdi feromagnetski materijali koriste se za izradu stalnih (permanentnih) magneta.

Gubici zbog vrtložnih struja razmjerni su kvadratu frekvencije, debljini uzorka feromagnetika, električnoj provodnosti i magnetskoj indukciji.

Gubici zbog vrtložnih struja razmjerni su kvadratu frekvencije, debljini uzorka feromagnetika, električnoj provodnosti i magnetskoj indukciji.
Da bi se ovi gubici smanjili magnetski krugovi se izrađuju od limova ili traka feromagnetskog materijala međusobno elektroizoliranih svilastim papirom, uljnosmolastim lakovima, oksidacijom ili fosfatiranjem površine.
Gubici zbog histereze se povećavaju smanjivanjem debljine feromagnetskog materijala pa je optimalna debljina limova u pogledu ukupnih gubitaka od 0,35 do 0,5 mm za izmjenična magnetska polja frekvencije 50 Hz.

Yüklə 486 b.

Dostları ilə paylaş:

Feromagnetski materijali željezo, Kobalt, Nikal Paula Kukuljević

FEROMAGNETSKI MATERIJALI Željezo, Kobalt, Nikal

Paula Kukuljević

FEROMAGNETIZAM je jedan od najjačih oblika magnetizma. Odgovoran je za magnetska svojstva koja koristimo svakodnevno.

FEROMAGNETIZAM je jedan od najjačih oblika magnetizma. Odgovoran je za magnetska svojstva koja koristimo svakodnevno.

Među feromagnetske materijale pripadaju željezo (Fe), kobalt (Co), nikal (Ni), gadolinij (Gd), disprozij (Dy), terbij (Tb), holmij (Ho), erbij (Er) i njihove slitine.

Od nabrojenih elemenata najizrazitija feromagnetska svojstva imaju željezo (Fe), kobalt (Co) i nikal (Ni) (osnovni feromagnetski materijali).

Željezo u elementarnom stanju

Slika prikazuje hrđu željeza

Željezo hrđa na vlažnom zraku i otapa se u razrijeđenim kiselinama.

Upotrebljava se na mnogo načina, npr. od njega se prave mostovi, željeznice, strojevi, brodovi, građevine, itd. kao i bezbroj sitnica potrebnih u svakodnevnom životu: igle, čavli, vijci, pera, spajalice, konzerve itd.

Čisto željezo se može magnetizirati, ali ne može zadržati magnetizam. Elementarno željezo se javlja u tri alotropske modifikacije:

Čisto željezo se može magnetizirati, ali ne može zadržati magnetizam. Elementarno željezo se javlja u tri alotropske modifikacije:

Kobalt u elementarnom stanju

KOBALT je sjajan, srebrnkasto-plav, vrlo tvrd metal, feromagnetičan koji ima dvije alotropske modifikacije.

Talište je na 1495°C. Do 417°C postojana je beta-modifikacija guste heksagonske kristalne rešetke, a iznad te temperature stabilna je alfa-modifikacija kubične, plošno centrirane kristalne rešetke.

Stabilan je na zraku, voda ne utječe na njega, ali razrijeđene kiseline polako utječu na njega (sumporna, dušična i klorovodična).

Stabilan je na zraku, voda ne utječe na njega, ali razrijeđene kiseline polako utječu na njega (sumporna, dušična i klorovodična).

Kompaktana forma kobalta na zraku stabilna je sve do 300°C nakon čega počinje oksidirati. Kobalt je toksičan za čovjeka. Kobalt se koristi u legurama za magnete, u keramikama, katalizatorima i bojama.

Nikal u elementarnom stanju

NIKAL je srebrnkasto-bijel, sjajan, obradiv i vodljiv metal, može se lako polirati, kovati, zavarivati, valjati i izvlačiti u žicu, magnetičan je, otporan na koroziju.

Vodi, atmosferskim uvjetima, lužinama i mnogim organskim tvarima dobro odolijeva, ali ga kloridna, sulfatna i nitratna kiselina otapaju. Talište je na 1453°C.

Koristi se u legurama, naročito u nehrđajućem čeliku, novčićima, metalnim oplatama i katalizatorima, u proizvodnji akumulatora. Pri sobnoj temperaturi slabo je feromagnetičan i to svojstvo zadržava do 340°C.

Koristi se u legurama, naročito u nehrđajućem čeliku, novčićima, metalnim oplatama i katalizatorima, u proizvodnji akumulatora. Pri sobnoj temperaturi slabo je feromagnetičan i to svojstvo zadržava do 340°C.

Svaki feromagnetski materijal karakterizira Curieva feromagnetska temperatura Tcf. Na temperaturama nižim i višim od Tcf magnetska svojstva feromagnetskih materijala se bitno razlikuju.

Na nižim temperaturama od Tcf, po klasičnom pristupu u materijalu postoje domene (područja) dimenzija 10 do 100 m.

Na nižim temperaturama od Tcf, po klasičnom pristupu u materijalu postoje domene (područja) dimenzija 10 do 100 m.

Magnetski momenti atoma u jednoj domeni (1015 i više atoma), zbog jakog međudjelovanja, usmjereni su u jednom pravcu (spontana magnetizacija).

Bez narinutog vanjskog magnetskog polja magnetski momenti pojedinih domena (Weisove domene) proizvoljno su orijentirani pa je ukupna magnetiziranost materijala jednaka nuli.

Može se smatrati da su na temperaturama bliskim Tcf domene razorene, a na još višim temperaturama feromagnetski materijal ima svojstva paramagnetskog.

Curieva feromagnetska temperatura Tcf željeza je 1043 K (770 C), kobalta 1393 K (1120 C) i nikla 631 K (358 C).

Curieva feromagnetska temperatura Tcf željeza je 1043 K (770 C), kobalta 1393 K (1120 C) i nikla 631 K (358 C).

Neka je feromagnetski materijal na temperaturi nižoj od Tcf izložen djelovanju vanjskog magnetskog polja čija se jakost postupno povećava od nule.

Pri malim jakostima narinutog magnetskog polja pomiču se granice domena, odnosno povećavaju se domene čiji magnetski momenti tvore najmanji kut s vektorom jakosti magnetskog polja.

Pomak granica domena pri malim jakostima magnetskog polja je reverzibilan jer se prestankom djelovanja granice domena vraćaju u prvobitni položaj. Povećanjem jakosti magnetskog polja pomicanje granica domena se nastavlja sve dok neke domene ne iščeznu.

Pri ovim jakostima magnetskog polja pojave u feromagnetskom materijalu su ireverzibilne.

Ako se jakost magnetskog polja i dalje povećava vektori magnetizacije preostalih domena se zakreću u pravcu vektora jakosti vanjskog magnetskog polja.

Ako se jakost magnetskog polja i dalje povećava vektori magnetizacije preostalih domena se zakreću u pravcu vektora jakosti vanjskog magnetskog polja.

Konačno pri još jačim magnetskim poljima iščezavaju granice svih domena, svi su magnetski momenti u pravcu vanjskog magnetskog polja, a uzorak feromagnetskog materijala je magnetiziran do zasićenja.

Opisani nelinearni proces prikazuje krivulja magnetiziranja:

Proces magnetiziranja feromagnetika je prikazan neovisno o tome je li uzorak materijala monokristalične ili polikristalične strukture.

Proces magnetiziranja feromagnetika je prikazan neovisno o tome je li uzorak materijala monokristalične ili polikristalične strukture.

Kod monokristala magnetska svojstva materijala su anizotropna pa oblik krivulje magnetiziranja ovisi i o pravcu magnetiziranja, odnosno o pravcu vanjskog magnetskog polja. Najčešće se primjenjuju materijali koji nisu monokristalične strukture.

Zbog spomenutih ireverzibilnih pojava pri magnetiziranju feromagnetskog materijala nelinearna ovisnost magnetske indukcije i jakosti magnetskog polja tvori petlju histereze.

Remanentna magnetska indukcija Br je vrijednost za | | = 0, a koercitivna jakost magnetskog polja Hc je vrijednost za | | = 0.

Feromagnetski materijali se po obliku petlje histereze dijele na meke i tvrde.

Feromagnetski materijali se po obliku petlje histereze dijele na meke i tvrde.

Meki su uske petlje histereze i male vrijednosti koercitivne jakosti magnetskog polja (Hc<800 A/m).

Tvrdi imaju široku petlju histereze i veliku vrijednost koercitivne jakosti magnetskog polja.

Vrijednost magnetske indukcije zasićenja je Bs.

MEKI FEROMAGNETSKI MATERIJALI

Osnovna svojstva mekih feromagnetskih materijala su:

U ovu skupinu pripadaju:

U ovu skupinu pripadaju:

TVRDI FEROMAGNETSKI MATERIJALI

Tvrdi feromagnetski materijali pretežito se koriste za izradu permanentnih magneta.

Važno svojstvo stalnih magneta je maksimalni iznos umnoška (BH)max (energijski umnožak).

Materijali koji imaju veliku vrijednost ovog umnoška moraju imati veliki iznos remanentne magnetske indukcije i koercitivne jakosti magnetskog polja

U skupinu tvrdih feromagnetskih materijala pripadaju:

U skupinu tvrdih feromagnetskih materijala pripadaju:

Pri magnetiziranju feromagnetskog materijala javljaju se gubici; to je onaj dio energije vanjskog magnetskog polja koji se u jedinici vremena nepovratno pretvori u feromagnetskom materijalu u druge oblike energije, pretežito u toplinu.

Pri magnetiziranju feromagnetskog materijala javljaju se gubici; to je onaj dio energije vanjskog magnetskog polja koji se u jedinici vremena nepovratno pretvori u feromagnetskom materijalu u druge oblike energije, pretežito u toplinu.

Gubici u feromagnetskom materijalu nastaju zbog histereze i vrtložnih struja. Gubici zbog histereze razmjerni su površini petlje histereze.

Zato se prije spomenuti meki feromagnetski materijali rabe za magnetske krugove izložene djelovanju izmjeničnih magnetskih polja.

Tvrdi feromagnetski materijali koriste se za izradu stalnih (permanentnih) magneta.

Gubici zbog vrtložnih struja razmjerni su kvadratu frekvencije, debljini uzorka feromagnetika, električnoj provodnosti i magnetskoj indukciji.

Gubici zbog vrtložnih struja razmjerni su kvadratu frekvencije, debljini uzorka feromagnetika, električnoj provodnosti i magnetskoj indukciji.

Da bi se ovi gubici smanjili magnetski krugovi se izrađuju od limova ili traka feromagnetskog materijala međusobno elektroizoliranih svilastim papirom, uljnosmolastim lakovima, oksidacijom ili fosfatiranjem površine.

Gubici zbog histereze se povećavaju smanjivanjem debljine feromagnetskog materijala pa je optimalna debljina limova u pogledu ukupnih gubitaka od 0,35 do 0,5 mm za izmjenična magnetska polja frekvencije 50 Hz.