Dowiedz się, jakie metale są magnetyczne i dlaczego

Niektóre metale magnetyczne różnią się od innych

Archiwum CSA / Getty Images

Magnesy to materiały wytwarzające pola magnetyczne, które przyciągają określone metale. Każdy magnes ma biegun północny i południowy. Przeciwne bieguny przyciągają, a jak bieguny odpychają.

Chociaż większość magnesów jest wykonana z metali i stopów metali, naukowcy opracowali sposoby tworzenia magnesów z materiałów kompozytowych, takich jak polimery magnetyczne.

Co tworzy magnetyzm

Magnetyzm w metalach powstaje w wyniku nierównomiernego rozmieszczenia elektronów w atomach niektórych pierwiastków metalowych. Nieregularny obrót i ruch spowodowane tym nierównomiernym rozkładem elektronów przesuwają ładunek wewnątrz atomu tam iz powrotem, tworząc dipole magnetyczne.

Kiedy dipole magnetyczne dopasowują się, tworzą domenę magnetyczną, zlokalizowany obszar magnetyczny, który ma biegun północny i południowy.

W materiałach nienamagnesowanych domeny magnetyczne skierowane są w różnych kierunkach, znosząc się nawzajem. Natomiast w materiałach namagnesowanych większość tych domen jest wyrównana, skierowana w tym samym kierunku, co tworzy pole magnetyczne. Im więcej domen, które zbiegają się ze sobą, tym silniejsza siła magnetyczna.

Rodzaje magnesów

Magnesy trwałe(znane również jako magnesy twarde) to te, które stale wytwarzają pole magnetyczne. To pole magnetyczne jest spowodowane ferromagnetyzmem i jest najsilniejszą formą magnetyzmu.Magnesy tymczasowe(znane również jako miękkie magnesy) są magnetyczne tylko w obecności pola magnetycznego.Elektromagnesywymagają przepływu prądu elektrycznego przez ich przewody cewki w celu wytworzenia pola magnetycznego.

Rozwój magnesów

Greccy, indyjscy i chińscy pisarze udokumentowali podstawową wiedzę na temat magnetyzmu ponad 2000 lat temu. Większość tego zrozumienia opierała się na obserwacji wpływu Lodestone (naturalnie występującego magnetycznego minerału żelaza) na żelazo.

Wczesne badania nad magnetyzmem prowadzono już w XVI wieku, jednak rozwój nowoczesnych magnesów o wysokiej sile nastąpił dopiero w XX wieku.

Przed rokiem 1940 magnesy trwałe były używane tylko w podstawowych zastosowaniach, takich jak kompasy i generatory elektryczne zwane magnetos. Rozwój magnesów aluminiowo-niklowo-kobaltowych (Alnico) pozwolił magnesom trwałym zastąpić elektromagnesy w silnikach, generatorach i głośnikach.

Stworzenie magnesów samarowo-kobaltowych (SmCo) w latach 70. dało magnesy o dwukrotnie większej gęstości energii magnetycznej niż jakikolwiek wcześniej dostępny magnes.

Na początku lat 80. dalsze badania właściwości magnetycznych pierwiastków ziem rzadkich doprowadziły do ​​odkrycia magnesów neodymowo-żelazowo-borowych (NdFeB), co doprowadziło do podwojenia energii magnetycznej w porównaniu z magnesami SmCo.

Magnesy ziem rzadkich są obecnie używane we wszystkim, od zegarków naręcznych i iPadów po silniki pojazdów hybrydowych i generatory turbin wiatrowych.

Magnetyzm i temperatura

Metale i inne materiały mają różne fazy magnetyczne, w zależności od temperatury otoczenia, w którym się znajdują. W rezultacie metal może wykazywać więcej niż jedną formę magnetyzmu.

Na przykład żelazo traci swój magnetyzm, stając się paramagnetycznym, gdy ogrzewany powyżej 1418 ° F (770°C). Temperatura, w której metal traci siłę magnetyczną, nazywana jest jego temperaturą Curie.

Żelazo, kobalt i nikiel to jedyne pierwiastki, które – w postaci metalu – mają temperaturę Curie powyżej temperatury pokojowej. W związku z tym wszystkie materiały magnetyczne muszą zawierać jeden z tych pierwiastków.

Powszechne metale ferromagnetyczne i ich temperatury Curie

Substancja	Temperatura Curie
Żelazo (Fe)	1418°F (770°C)
Kobalt (Co)	2066°F (1130°C)
Nikiel (W)	676,4°F (358°C)
Gadolin	66°F (19°C)
Dysproz	-301,27°F (-185,15°C)