Feromagnetizmus, Paramagnetizmus a Diamagnetizmus určujú, ako rôzne materiály reagujú na magnetické pole. V ďalšom diele Magnetickej základky sa dozviete, na akých materiáloch magnety držia najlepšie, prečo niektoré priťahujú silno, iné len slabo a ktoré sú magnetmi naopak mierne odpudzované. Zistite, ako fungujú základné typy magnetických materiálov v praxi.
Magnetizmus je fyzikálny jav so širokým využitím v rôznych oblastiach života a techniky – od jednoduchých magnetických držiakov v kuchyni či dielni, cez elektrotechniku, automobilový, ľahký aj ťažký priemysel až po zložité magnetické systémy v medicíne a vede.
Z predchádzajúcich dielov už viete, že magnety sa navzájom priťahujú, keď ich k sebe otočíte opačnými pólmi. Ak sú k sebe natočené rovnakými pólmi, magnety sa odpudzujú.
Okrem toho magnety rôznym spôsobom reagujú na celý rad materiálov. Podľa tejto reakcie sa materiály označujú ako:
Feromagnetické materiály
Feromagnetizmus je typ magnetizmu, pri ktorom materiály, ako je železo, vytvárajú trvalé magnetické pole. Všetky sa dajú zmagnetizovať pomocou silných magnetov alebo magnetizérov.
Magnetické domény, atómy a spiny
Tieto materiály obsahujú magnetické domény, zložené z atómov železa s magnetickými momentmi (spinmi) usporiadanými paralelne, teda rovnakým smerom. Na feromagnetických materiáloch magnety dobre držia.
Veľkosť magnetických domén sa pohybuje od 0,001 mm do 0,1 mm. Každá doména môže obsahovať milióny až miliardy atómov. Na hraniciach medzi doménami, nazývaných doménové steny, dochádza k prechodu magnetických momentov z jedného smeru do druhého. Po magnetizácii materiálu sa domény môžu zväčšovať a steny medzi nimi miznúť.
Medzi feromagnetiká patria železo (Fe), nikel (Ni), kobalt (Co), gadolínium (Gd), ako aj rôzne zliatiny obsahujúce tieto kovy, napríklad oceľ, AlNiCo, SrFe (feritové magnety), SmCo (samárium-kobaltové magnety), permalloy (zliatina železa a niklu), mumetal (železo, nikel, molybdén) či ferochróm (železo a chróm).
Feromagnetické materiály sa používajú v motoroch, generátoroch, transformátoroch, magnetických záznamových médiách aj v ďalších oblastiach výroby, priemyslu, elektrotechniky a medicínskych zariadení.
Magnety držia aj na niektorých z uvedených povrchovo upravených materiálov. Závisí to od hrúbky povrchovej vrstvy, ktorá býva z iného materiálu. Patria sem napríklad kovové fólie na magnetické tabule.
Paramagnetické materiály
Paramagnetizmus je typ magnetizmu, pri ktorom materiály síce reagujú na vonkajšie magnetické pole, no nevytvárajú vlastné trvalé magnetické pole. Nedajú sa trvalo zmagnetizovať. Magnetické momenty atómov sú usporiadané náhodne, čo znamená, že celkový magnetický moment materiálu je nulový. Pri pôsobení vonkajšieho poľa sa však čiastočne usporiadajú.
Medzi paramagnetiká patria hliník (Al), platina (Pt), mangán (Mn) a ďalšie prvky či ich zliatiny, napríklad alumel (hliník a nikel) alebo mangánová oceľ.
Paramagnetické materiály sa využívajú v rôznych typoch senzorov a meracích prístrojov.
Diamagnetické materiály
Diamagnetizmus je typ magnetizmu, pri ktorom materiály vytvárajú slabé odpudivé pole ako reakciu na vonkajšie magnetické pole. Mnohé materiály vykazujú určitý stupeň diamagnetizmu, no pri diamagnetických materiáloch je tento efekt dominantný.
Medzi diamagnetiká patria meď (Cu), zlato (Au), striebro (Ag), bizmut (Bi), grafit (C), ako aj rôzne zliatiny, napríklad mosadz (meď a zinok), bronz (meď a cín) či CuBe (meď a berýlium). Medzi najsilnejšie diamagnetiká patrí pyrolytický uhlík, ktorý sa využíva pri experimentoch s levitáciou.
Zbierate mince? Na overenie pravosti sa vám môže hodiť magnetický tester mincí
Medzi diamagnetiká patrí aj množstvo nekovových materiálov – sklo, keramika, drevo, papier, textil, hlina, plasty alebo dokonca voda, no ich diamagnetizmus je iba veľmi slabý.
Diamagnetické materiály sa využívajú v levitačných technológiách, experimentálnych zostavách a niektorých špecifických technických aplikáciách.
Vyskúšajte si napríklad, ako reaguje magnet, keď ho vhodíte do medenej trubky.
Anti, ferri a superparamagnetizmus
Okrem feromagnetizmu, paramagnetizmu a diamagnetizmu existujú aj ďalšie typy materiálov podľa ich reakcie na magnetické pole. Niektoré z nich si stručne predstavíme:
Antiferomagnetizmus
Antiferomagnetické materiály majú magnetické momenty susedných atómov alebo iónov usporiadané v opačných smeroch. To spôsobuje, že sa celkové magnetické momenty navzájom rušia. Medzi antiferomagnetiká patrí napríklad hematit (Fe₂O₃) alebo chróm (Cr). Niektoré magnety sú pochromované a fungujú rovnako ako bežné neodýmové magnety s poniklovaním.
Ferrimagnetizmus
Ferrimagnetické materiály sú podobné antiferomagnetickým, no ich magnetické momenty majú rôznu veľkosť, takže sa úplne nerušia. Výsledkom je slabšie, ale stále prítomné magnetické pole. Medzi ferrimagnetiká patrí magnetit (Fe₃O₄) a niektoré feritové materiály.
Superparamagnetizmus
Superparamagnetizmus sa objavuje pri veľmi malých feromagnetických alebo ferrimagnetických časticiach, kde tepelná energia dokáže prekonať magnetickú anizotropiu. To vedie k rýchlej zmene smeru magnetizácie. Medzi superparamagnetické materiály patria nanokryštály železa, kobaltu či niklu.
Uvedené typy magnetických reakcií sa využívajú vo vedeckých a technologických aplikáciách, v medicíne, dátových úložiskách aj pri magnetickom tienení.
Okrem spomenutých skupín existujú aj ďalšie, no ich podrobný rozbor by už presahoval rámec seriálu. Pre zaujímavosť ich aspoň uvedieme: spinové sklá, metamagnetické či helimagnetické látky, Heuslerove zliatiny, magnetická skyrmionika alebo napríklad lodestone magnetizmus.
Feromagnetiká domov, diamagnetiká na pokusy
Na praktické využitie v bežnom živote – doma, v kancelárii, škole či dielni – vás budú najviac zaujímať feromagnetické materiály, na ktorých magnety dobre držia.
Sledujte ďalšie magnetické zaujímavosti na blogu Unimagnet.sk.
