Μάθετε τι μέταλλα είναι μαγνητικά και γιατί

Οι μαγνήτες είναι υλικά που παράγουν μαγνητικά πεδία, τα οποία προσελκύουν συγκεκριμένα μέταλλα. Κάθε μαγνήτης έχει βόρειο και νότιο πόλο. Απέναντι πόλοι προσελκύουν, ενώ οι πόλοι αποκρούονται.

Ενώ οι περισσότεροι μαγνήτες είναι κατασκευασμένοι από μέταλλα και κράματα μετάλλων, οι επιστήμονες έχουν επινοήσει τρόπους για να δημιουργήσουν μαγνήτες από σύνθετα υλικά, όπως μαγνητικά πολυμερή.

Τι δημιουργεί μαγνητισμό

Ο μαγνητισμός στα μέταλλα δημιουργείται από την άνιση κατανομή των ηλεκτρονίων στα άτομα ορισμένων μεταλλικών στοιχείων.

Η ακανόνιστη περιστροφή και η κίνηση που προκαλείται από αυτή την άνιση κατανομή των ηλεκτρονίων μετατοπίζει το φορτίο στο εσωτερικό του ατόμου εμπρός και πίσω, δημιουργώντας μαγνητικά δίπολα.

Όταν τα μαγνητικά δίπολα ευθυγραμμίζουν δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο, μια μαγνητική περιοχή που έχει έναν βόρειο και έναν νότιο πόλο.

Στα μη μαγνητισμένα υλικά, οι μαγνητικοί τομείς αντιμετωπίζουν διαφορετικές κατευθύνσεις, ακυρώνοντας ο ένας τον άλλον. Ενώ σε μαγνητισμένα υλικά, τα περισσότερα από αυτά τα πεδία ευθυγραμμίζονται, δείχνοντας την ίδια κατεύθυνση, που δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο. Οι περισσότερες περιοχές που ευθυγραμμίζουν την ισχυρότερη μαγνητική δύναμη.

Τύποι μαγνητών

• Μόνιμοι μαγνήτες (επίσης γνωστοί ως σκληροί μαγνήτες) είναι εκείνοι που παράγουν συνεχώς ένα μαγνητικό πεδίο. Αυτό το μαγνητικό πεδίο προκαλείται από σιδηρομαγνητισμό και είναι η ισχυρότερη μορφή μαγνητισμού.
• Προσωρινοί μαγνήτες (επίσης γνωστά ως μαλακοί μαγνήτες) είναι μαγνητικοί μόνο όταν υπάρχουν μαγνητικά πεδία.
• Ηλεκτρομαγνήτες απαιτούν ένα ηλεκτρικό ρεύμα να διέρχεται μέσω των συρμάτων τους για να παράγει ένα μαγνητικό πεδίο.

Η ανάπτυξη των μαγνητών

Έλληνες, Ινδοί και Κινέζοι συγγραφείς κατέγραψαν βασικές γνώσεις για το μαγνητισμό πριν από περισσότερα από 2000 χρόνια. Το μεγαλύτερο μέρος αυτής της κατανόησης βασίστηκε στην παρατήρηση της επίδρασης του υποστρώματος (ένα φυσικό μαγνητικό ορυκτό μετάλλου) στον σίδηρο.

Πρώιμη έρευνα για το μαγνητισμό διεξήχθη ήδη από τον 16ο αιώνα, ωστόσο, η ανάπτυξη σύγχρονων μαγνητών υψηλής αντοχής δεν συνέβη μέχρι τον 20ό αιώνα.

Πριν από το 1940, μόνιμοι μαγνήτες χρησιμοποιήθηκαν μόνο σε βασικές εφαρμογές, όπως πυξίδες και ηλεκτρικές γεννήτριες που ονομάζονταν μαγνήτες. Η ανάπτυξη των μαγνητών αλουμινίου-νικελίου-κοβαλτίου (Alnico) επέτρεψε τους μόνιμους μαγνήτες να αντικαταστήσουν ηλεκτρομαγνήτες σε μοτέρ, γεννήτριες και μεγάφωνα.

Η δημιουργία μαγνητών σαμαρίου-κοβαλτίου (SmCo) στη δεκαετία του 1970 παρήγαγε μαγνήτες με διπλάσια μαγνητική πυκνότητα ενέργειας από οποιονδήποτε προηγουμένως διαθέσιμο μαγνήτη.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, η περαιτέρω έρευνα των μαγνητικών ιδιοτήτων των στοιχείων σπάνιων γαιών οδήγησε στην ανακάλυψη μαγνητών νεοδυμίου-σιδήρου-βορίου (NdFeB), γεγονός που οδήγησε σε διπλασιασμό της μαγνητικής ενέργειας μέσω των μαγνητών SmCo.

Οι μαγνήτες σπανίων γαιών χρησιμοποιούνται τώρα σε όλα, από ρολόγια χειρός και iPad έως υβριδικούς κινητήρες οχημάτων και γεννήτριες ανεμογεννητριών.

Μαγνητισμός και Θερμοκρασία

Τα μέταλλα και άλλα υλικά έχουν διαφορετικές μαγνητικές φάσεις, ανάλογα με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος στο οποίο βρίσκονται. Ως αποτέλεσμα, ένα μέταλλο μπορεί να εμφανίζει περισσότερες από μία μορφές μαγνητισμού.

Ο σίδηρος, για παράδειγμα, χάνει τον μαγνητισμό του και γίνεται παραμαγνητικός όταν θερμαίνεται πάνω από τους 770 ° C. Η θερμοκρασία στην οποία ένα μέταλλο χάνει μαγνητική δύναμη ονομάζεται θερμοκρασία Curie.

Ο σίδηρος, το κοβάλτιο και το νικέλιο είναι τα μόνα στοιχεία που - σε μεταλλική μορφή - έχουν θερμοκρασίες Curie πάνω από τη θερμοκρασία δωματίου.

Έτσι, όλα τα μαγνητικά υλικά πρέπει να περιέχουν ένα από αυτά τα στοιχεία.

Τα κοινά σιδηρομαγνητικά μέταλλα και οι θερμοκρασίες τους Curie

Ουσία	Θερμοκρασία Curie
Σίδηρος (Fe)	1418 ° F (770 ° C)
Κοβάλτιο (Co)	2066 ° F (1130 ° C)
Νικέλιο (Νί)	676,4 ° F (358 ° C)
Γαδολίνιο	66 ° F (19 ° C)
Δυσπρόσιο	-301,27 ° F (-185,15 ° C)