철은 전자석에 가장 적합한 코어로 널리 알려져 있지만 그 이유는 무엇입니까? 그것은 유일한 자성 물질이 아니며, 현대에 더 많이 사용될 것으로 예상되는 강철과 같은 합금이 많이 있습니다. 다른 재료를 사용하는 것보다 철심 전자석을 볼 가능성이 더 높은 이유를 이해하면 많은 키에 대한 간략한 소개를 얻을 수 있습니다. 전자기학의 과학에 대한 포인트와 제조에 주로 사용되는 재료를 설명하는 구조화 된 접근 방식 전자석. 간단히 말해서 대답은 자기장에 대한 재료의 "투과성"에 있습니다.
자기와 영역 이해
재료에서 자기의 기원은 생각보다 조금 더 복잡합니다. 대부분의 사람들은 막대 자석과 같은 것에는 "북쪽"과 "남쪽"극이 있고 반대쪽 극이 끌어 당기고 일치하는 극이 반발한다는 것을 알고 있지만 힘의 기원은 널리 이해되지 않습니다. 자성은 궁극적으로 하전 입자의 운동에서 비롯됩니다.
전자는 행성이 태양을 공전하는 방식과 비슷하게 호스트 원자의 핵을 "궤도"하고 전자는 음전하를 전달합니다. 하전 된 입자의 운동은 – 그렇게 간단하지는 않지만 원형 고리로 생각할 수 있습니다 – 자기장을 생성합니다. 이 장은 전자에 의해서만 생성됩니다. 질량이 약 10 억 분의 1 인 작은 입자 10 억분의 1 그램 – 따라서 단일 전자의 장이 그렇지 않다는 사실에 놀라지 않아야합니다. 그렇게 크다. 그러나 그것은 인접한 원자의 전자에 영향을 미치고 원래의 것과 정렬되는 자기장으로 이어집니다. 그런 다음 이들로부터의 장은 다른 전자에 영향을 미치고 차례로 다른 전자에도 영향을 미칩니다. 최종 결과는 전자에 의해 생성 된 모든 자기장이 정렬되는 작은 "영역"의 전자 생성입니다.
거시적 인 자료 (즉, 보고 상호 작용할 수있을만큼 충분히 큰 샘플)에는 많은 도메인을위한 충분한 공간이 있습니다. 각 필드의 방향은 사실상 무작위이므로 다양한 도메인이 서로 상쇄되는 경향이 있습니다. 따라서 물질의 거시적 샘플에는 순 자기장이 없습니다. 그러나 재료를 다른 자기장에 노출 시키면 모든 도메인이 그에 맞춰 정렬되므로 모두 서로 정렬됩니다. 이것이 일어 났을 때, 물질의 거시적 샘플은 자기장을 가지게 될 것입니다. 왜냐하면 모든 작은 장들이 말하자면“함께 작용”하기 때문입니다.
외부 필드가 제거 된 후 재료가 이러한 도메인 정렬을 유지하는 정도에 따라 "자기"라고 부를 수있는 재료. 강자성 물질은 외부 필드가 제거되었습니다. 주기율표를 알고 있다면이 이름을 철 (Fe)에서 따왔을 것입니다. 철은 가장 잘 알려진 강자성 물질입니다.
전자석은 어떻게 작동합니까?
위의 설명은 전기 같은 요금 생성 자기 필드. 두 힘 사이의 이러한 연결은 전자석을 이해하는 데 중요합니다. 원자핵 주변의 전자의 움직임이 자기장을 생성하는 것과 같은 방식으로 전류의 일부인 전자의 움직임도 자기장을 생성합니다. 이것은 Hans Christian Oersted가 1820 년에 근처 전선을 통해 흐르는 전류에 의해 나침반의 바늘이 빗나가는 것을 발견했을 때 발견되었습니다. 직선 길이의 와이어의 경우 자기장 선은 와이어를 둘러싸는 동심원을 형성합니다.
전자석은 와이어 코일을 사용하여이 현상을 이용합니다. 전류가 코일을 통해 흐르면 각 루프에서 생성 된 자기장이 자기장에 추가됩니다. 다른 루프에 의해 생성되어 명확한 "북쪽"과 "남쪽"(또는 양수 및 음수)을 생성합니다. 종료. 이것이 전자석을 뒷받침하는 기본 원리입니다.
이것만으로도 자성을 생성하기에 충분하지만 "코어"를 추가하면 전자석이 향상됩니다. 이것은 재료입니다 와이어가 감겨 있고 자성 물질 인 경우 그 특성이 코일에 의해 생성되는 자기장에 기여합니다. 철사. 코일에 의해 생성 된 자기장은 재료의 자기 도메인을 정렬하므로 코일과 물리적 자기 코어가 함께 작동하여 둘 중 하나만 할 수있는 것보다 더 강한 자기장을 생성합니다.
코어 및 상대 투자율 선택
어떤 금속이 전자석 코어에 적합한 지에 대한 질문은 재료의 "상대 투자율"에 의해 해결됩니다. 전자기학의 맥락에서 재료의 투과성은 재료가 자기장을 형성하는 능력을 나타냅니다. 재료의 투자율이 더 높으면 외부 자기장에 반응하여 더 강하게 자화됩니다.
용어의 "상대"는 다른 재료의 투과성을 비교하기위한 표준을 설정합니다. 자유 공간의 투자율은 기호가 주어집니다 μ0 자기를 다루는 많은 방정식에서 사용됩니다. 값이있는 상수입니다. μ0 = 4π × 10−7 미터당 henries. 상대 투자율 (μ아르 자형)의 정의는 다음과 같습니다.
μ아르 자형 = μ / μ0
어디 μ 해당 물질의 투과성입니다. 상대 투자율에는 단위가 없습니다. 순수한 숫자 일뿐입니다. 따라서 어떤 것이 자기장에 전혀 반응하지 않으면 상대 투자율이 1입니다. 즉, 동일한 방식으로 반응한다는 의미입니다. 완전한 진공, 즉“여유 공간”으로 상대 투자율이 높을수록 자기 반응이 커집니다. 재료.
전자석에 가장 적합한 코어는 무엇입니까?
따라서 전자석에 가장 적합한 코어는 상대 투자율이 가장 높은 재료입니다. 상대 투자율이 1보다 높은 재료는 코어로 사용될 때 전자석의 강도를 증가시킵니다. 니켈은 강자성 물질의 예이며 상대 투자율이 100 ~ 600입니다. 전자석에 니켈 코어를 사용하면 생성되는 필드의 강도가 크게 향상됩니다.
그러나 철은 순도가 99.8 % 일 때 상대 투자율이 5,000이고 순도 99.95 % 인 연철의 상대 투자율은 200,000에 이른다. 이 거대한 상대 투자율은 철이 전자석에 가장 적합한 코어 인 이유입니다. 와전류로 인한 낭비 가능성을 포함하여 전자석 코어 용 재료를 선택할 때 많은 고려 사항이 있습니다. 그러나 일반적으로 철은 저렴하고 효과적이므로 어떻게 든 코어 재료에 통합되거나 코어가 순수한 철로 만들어집니다.
전자석 코어를 만드는 데 가장 많이 사용되는 재료는 무엇입니까?
많은 재료가 전자석 코어로 작동 할 수 있지만 일반적인 재료로는 철, 비정질 강철, 철 세라믹 (산화철로 만든 세라믹 화합물), 실리콘 강철 및 철 기반 비정질 테이프. 원칙적으로 상대 투자율이 높은 재료는 전자석 코어로 사용할 수 있습니다. 상대 투자율이 8,000 인 퍼멀로이 (permalloy)를 포함하여 전자석의 코어 역할을하도록 특별히 만들어진 몇 가지 재료가 있습니다. 또 다른 예는 80,000의 상대 투자율을 가진 철 기반 Nanoperm입니다.
이 수치는 인상적이지만 (둘 다 약간 불순한 철의 투과성을 초과 함) 철심이 우세한 핵심은 실제로 투과성과 경제성의 혼합물입니다.