Imanak mendeetan zehar gizakiaren irudimena harrapatu duten objektu liluragarriak dira. Antzinako greziarrengandik hasi eta zientzialari modernoetaraino, jendea interesatu egin da imanen funtzionamenduaren eta haien aplikazio ugarirekin. Iman iraunkorrak bere propietate magnetikoak mantentzen dituen iman mota bat da, nahiz eta kanpoko eremu magnetiko baten presentzia ez egon. Iman iraunkorren eta eremu magnetikoen atzean dagoen zientzia aztertuko dugu, horien konposizioa, propietateak eta aplikazioak barne.
1. atala: Zer da magnetismoa?
Magnetismoa eremu magnetiko batekin beste material batzuk erakartzeko edo uxatzeko aukera ematen dien zenbait materialren propietate fisikoari deritzo. Material hauek magnetikoak direla edo propietate magnetikoak dituztela esaten da.
Material magnetikoek domeinu magnetikoen presentzia dute, hau da, atomo indibidualen eremu magnetikoak lerrokatzen diren eskualde mikroskopikoak dira. Domeinu horiek behar bezala lerrokatuta daudenean, eremu magnetiko makroskopiko bat sortzen dute, materialaren kanpoaldean detekta daitekeena.
Material magnetikoak bi kategoriatan sailka daitezke: ferromagnetikoak eta paramagnetikoak. Material ferromagnetikoak oso magnetikoak dira, eta burdina, nikela eta kobaltoa dira. Beren propietate magnetikoak mantentzeko gai dira kanpoko eremu magnetikorik ezean ere. Material paramagnetikoak, berriz, magnetiko ahulak dira eta aluminioa eta platinoa bezalako materialak barne hartzen dituzte. Kanpoko eremu magnetiko baten menpe daudenean bakarrik erakusten dituzte propietate magnetikoak.
Magnetismoak aplikazio praktiko ugari ditu gure eguneroko bizitzan, besteak beste, motor elektrikoetan, sorgailuetan eta transformadoreetan. Material magnetikoak ere erabiltzen dira datuak biltegiratzeko gailuetan, adibidez, disko gogorretan, eta irudi medikoen teknologietan, esaterako, erresonantzia magnetikoko irudietan (MRI).
2. Atala: Eremu Magnetikoak
Eremu magnetikoak magnetismoaren oinarrizko alderdi bat dira eta iman baten edo korrontea garraiatzen duen hari baten inguruko eremua deskribatzen dute non indar magnetikoa detektatu daitekeen. Eremu hauek ikusezinak dira, baina material magnetikoen mugimenduaren edo eremu magnetiko eta elektrikoen arteko elkarrekintzaren bidez ikus daitezke haien ondorioak.
Eremu magnetikoak karga elektrikoen mugimenduaren ondorioz sortzen dira, hala nola, hari batean elektroien fluxua edo atomo bateko elektroien biraketak. Eremu magnetikoaren norabidea eta indarra karga horien orientazio eta mugimenduaren arabera zehazten dira. Adibidez, barra-iman batean, eremu magnetikoa poloetan da indartsuena eta erdialdean ahulena, eta eremuaren norabidea ipar polotik hego polora da.
Eremu magnetiko baten indarra normalean tesla (T) edo gauss (G) unitateetan neurtzen da, eta eremuaren norabidea eskuineko eskuko erregela erabiliz deskriba daiteke, zeinak dioen eskuineko eskuko hatz lodia seinalatzen badu. korrontearen noranzkoa, orduan hatzak kizkurtuko dira eremu magnetikoaren norabidean.
Eremu magnetikoek aplikazio praktiko ugari dituzte, besteak beste, motor eta sorgailuetan, erresonantzia magnetikoko irudien (MRI) makinetan eta disko gogorrak bezalako datuak biltegiratzeko gailuetan. Zientzia- eta ingeniaritza-aplikazio ezberdinetan ere erabiltzen dira, hala nola, partikula azeleragailuetan eta lebitazio magnetikoko trenetan.
Eremu magnetikoen portaera eta propietateak ulertzea ezinbestekoa da ikerketa-eremu askotan, elektromagnetismoa, mekanika kuantikoa eta materialen zientzia barne.
3. atala: Iman iraunkorren osaera
Iman iraunkor bat, "material magnetiko iraunkorra" edo "material magnetiko iraunkorra" izenez ere ezaguna, normalean material ferromagnetiko edo ferrimagnetikoen konbinazioz osatuta dago. Material hauek eremu magnetikoa atxikitzeko duten gaitasunagatik aukeratzen dira, denboran zehar efektu magnetiko koherentea sortzeko aukera emanez.
Iman iraunkorretan erabiltzen diren material ferromagnetiko ohikoenak burdina, nikela eta kobaltoa dira, eta beste elementu batzuekin alea daitezke propietate magnetikoak hobetzeko. Esate baterako, neodimio-imanak lur arraroen iman mota bat dira, neodimioz, burdinez eta boroz osatuta daudenak, eta samario-kobalto-imanak samario, kobalto, burdina eta kobrez osatuta daude.
Iman iraunkorren konposizioan, hala nola, erabiliko diren tenperatura, eremu magnetikoaren nahi den indarra eta norabidea eta aurreikusitako aplikazioaren eragina izan daiteke. Esate baterako, iman batzuk tenperatura altuak jasateko diseinatuta egon daitezke, eta beste batzuk, berriz, norabide zehatz batean eremu magnetiko indartsu bat sortzeko diseinatuta egon daitezke.
Material magnetiko nagusiez gain, iman iraunkorrak estaldurak edo babes-geruzak ere izan ditzakete korrosioa edo kalteak saihesteko, baita moldaketa eta mekanizazioa ere aplikazio ezberdinetan erabiltzeko forma eta tamaina zehatzak sortzeko.
4. atala: Iman iraunkor motak
Iman iraunkorrak hainbat motatan sailka daitezke, konposizioaren, propietate magnetikoen eta fabrikazio-prozesuaren arabera. Hona hemen iman iraunkor mota ohiko batzuk:
1.Neodimiozko imanak: lur arraroen iman hauek neodimio, burdina eta boroz osatuta daude, eta eskuragarri dauden iman iraunkorren mota indartsuenak dira. Energia magnetiko handia dute eta hainbat aplikaziotan erabil daitezke, besteak beste, motorrak, sorgailuak eta ekipamendu medikoak.
2.Samarium kobalto-imanak: lur arraroen iman hauek samario, kobalto, burdina eta kobrez osatuta daude, eta tenperatura altuko egonkortasunagatik eta korrosioarekiko erresistentziagatik ezagunak dira. Aeroespaziala eta defentsa bezalako aplikazioetan eta errendimendu handiko motor eta sorgailuetan erabiltzen dira.
3. Ferrita imanak: zeramikazko iman bezala ere ezagunak dira, ferrita imanak burdin oxidoarekin nahastutako zeramikazko material batez osatuta daude. Lur arraroen imanek baino energia magnetiko txikiagoa dute, baina merkeagoak eta asko erabiltzen dira bozgorailuetan, motorretan eta hozkailuko imanetan.
4.Alnico imanak: iman hauek aluminioz, nikelez eta kobaltoz osatuta daude, eta indar magnetiko handiagatik eta tenperatura-egonkortasunagatik ezagunak dira. Sarritan erabiltzen dira industria-aplikazioetan, hala nola sentsoreak, neurgailuak eta motor elektrikoak.
5.Iman lotuak: iman hauek hauts magnetikoa aglutinatzaile batekin nahastuz egiten dira, eta forma eta tamaina konplexuetan fabrikatu daitezke. Askotan erabiltzen dira sentsoreetan, automobilgintzako osagaietan eta ekipamendu medikoetan.
Iman iraunkor mota aukeratzea aplikazioaren eskakizun espezifikoen araberakoa da, beharrezkoa den indar magnetikoaren, tenperaturaren egonkortasunaren, kostuaren eta fabrikazio-murrizketen arabera.
5. atala: Nola funtzionatzen dute imanek?
Imanek beste material magnetiko batzuekin edo korronte elektrikoekin elkarreragiten duen eremu magnetiko bat sortzen dute. Eremu magnetikoa materialaren momentu magnetikoen lerrokaduraz sortzen da, indar magnetiko bat sortzen duten ipar eta hego polo mikroskopikoak baitira.
Iman iraunkor batean, barra-iman batean adibidez, momentu magnetikoak norabide zehatz batean lerrokatzen dira, beraz, eremu magnetikoa poloetan da indartsuena eta erdialdean ahulena. Material magnetiko baten ondoan jartzen denean, eremu magnetikoak indarra eragiten dio materialari, erakarri edo uxatzen du momentu magnetikoen orientazioaren arabera.
Elektroiman batean, eremu magnetikoa harizko bobina batetik igarotzen den korronte elektriko batek sortzen du. Korronte elektrikoak korronte-fluxuaren noranzkoarekiko perpendikularra den eremu magnetiko bat sortzen du, eta eremu magnetikoaren indarra bobinatik igarotzen den korronte kopurua egokituz kontrola daiteke. Elektroimanak oso erabiliak dira motorrak, bozgorailuak eta sorgailuak bezalako aplikazioetan.
Eremu magnetikoen eta korronte elektrikoen arteko elkarrekintza aplikazio teknologiko askoren oinarria da, besteak beste, sorgailuak, transformadoreak eta motor elektrikoak. Sorgailu batean, adibidez, hari bobina baten ondoan iman baten biraketak korronte elektrikoa eragiten du harian, eta energia elektrikoa sortzeko erabil daiteke. Motor elektriko batean, motorraren eremu magnetikoaren eta hari-bobinan zehar igarotzen den korrontearen arteko elkarrekintzak motorraren biraketa gidatzen duen momentua sortzen du.
Ezaugarri honen arabera, polo magnetiko antolamendu berezi bat diseina dezakegu splicing egiteko eremu magnetikoaren indarra eremu berezi batean hobetzeko, hala nola Halbeck-en.
Argitalpenaren ordua: 2023-03-24