Magnetilised materjalid on pikka aega huvitatud nii teaduslike uuringute kui ka tööstuslike rakenduste vastu. Nende ainulaadsed omadused, näiteks võime genereerida magnetvälju, on muutnud need hädavajalikuks erinevates valdkondades, sealhulgas elektroonika, transpordi ja meditsiiniseadmete jaoks. Üks küsimus, mis sageli tekib, on see, kas need materjalid võivad ka elektrit juhtida. Selle uurimistöö eesmärk on uurida magnetiliste materjalide elektrijuhtivust, kaevates eri tüüpi magnetilisi materjale ja nende elektrilisi omadusi. Lisaks uurime magnetismi ja juhtivuse seost, samuti elektrijuhtivate magnetiliste materjalide võimalikke rakendusi.
Tööstuslike rakenduste kontekstis on tõhusamate seadmete kavandamisel ülioluline mõista, kas magnetilised materjalid võivad elektrit viia. Näiteks kasutatakse magnetilisi materjale laialdaselt mootorites, trafodes ja andurites, kus on hädavajalikud nii magnetilised kui ka elektrilised omadused. Seda teemat uurides arutame ka erinevaid Magnetmaterjalide liik ja nende roll kaasaegses tehnoloogias.
Magnetiliste materjalide tüübid
Magnetilisi materjale saab laias laastus liigitada kolme kategooriasse: ferromagnetilised, paramagnetilised ja diamagnetilised materjalid. Kõigil sellistel tüüpidel on erinev magnetiline käitumine ja sellest tulenevalt erinevad elektrilised omadused. Nende eristuste mõistmine on võtmetähtsusega, kas magnetilised materjalid võivad elektrit juhtida.
Ferromagnetilised materjalid
Ferromagnetilised materjalid, näiteks raud, koobalt ja nikkel, on kõige tuntud magnetilised materjalid. Nendel materjalidel on kõrge magnetiline läbilaskvus, mis tähendab, et need võivad kergesti magnetiseerida ja säilitada oma magnetilisi omadusi. Ferromagnetilised materjalid on ka head elektrijuhid, muutes need ideaalseks kasutamiseks elektrilistes rakendustes nagu trafod ja elektrimootorid. Ferromagnetiliste materjalide elektrijuhtivus on peamiselt tingitud vabade elektronide olemasolust, mis võib liikuda läbi materjali ja kanda elektrivoolu.
Paramagneetilised materjalid
Paramagneetilised materjalid, sealhulgas alumiinium ja plaatina, on nõrk külgetõmme magnetväljadesse. Erinevalt ferromagnetilistest materjalidest ei säilita paramagnetilised materjalid oma magnetilisust, kui väline magnetväli on eemaldatud. Need materjalid on üldiselt vaesed elektrijuhid, kuna neil puuduvad tõhusaks elektrijuhtivuseks vajalikud vabad elektronid. Kuid teatud tingimustes, näiteks väga madalatel temperatuuridel, võivad mõned paramagnetilised materjalid omada ülijuhtivust, kus nad viivad elektrit nullkistusega.
Diamagnetilised materjalid
Diamagnetilisi materjale, näiteks vask ja vismut, tõrjuvad magnetväljad. Nendel materjalidel pole paarimata elektrone, mis tähendab, et neil pole püsiv magnetism. Diamagnetilised materjalid on tavaliselt head elektrijuhid, kuna need võimaldavad elektronide vaba voolamist. Nende magnetilised omadused on aga nõrgad, muutes need sobimatuks rakenduste jaoks, kus on vaja tugevaid magnetvälju.
Magnetismi ja juhtivuse suhe
Magnetismi ja elektrijuhtivuse suhe on keeruline ja sõltub kõnealusest konkreetsest materjalist. Üldiselt on materjalid, millel on tugevad magnetilised omadused, näiteks ferromagnetilised materjalid, head elektri juhid. Selle põhjuseks on asjaolu, et samad vabad elektronid, mis aitavad kaasa materjali magnetilistele omadustele, hõlbustavad ka elektrivoolu voogu. Kuid mitte kõik magnetilised materjalid pole head juhtkonnad. Näiteks teatud tüüpi Magnetimagnetilistel materjalidel , näiteks haruldaste maa-magnetidega, on vaatamata tugevatele magnetilistele omadustele madal elektrijuhtivusega.
Vastupidiselt ei avalda materjalidel, mis on vaesed elektrijuhid, näiteks isolaatorid, üldiselt tugevaid magnetilisi omadusi. Selle põhjuseks on asjaolu, et isolaatoritel puuduvad vabad elektronid, mis on vajalikud nii elektrijuhtivuse kui ka magnetismi jaoks. Sellest reeglist on siiski erandeid, eriti ülijuhtide puhul, millel võib teatud tingimustel olla nii tugevad magnetilised omadused kui ka null elektritakistus.
Elektriliselt juhtivate magnetiliste materjalide rakendused
Elektriliselt juhtivatel magnetilistel materjalidel on kaasaegses tehnoloogias lai valik rakendusi. Üks levinumaid kasutusviise on elektrimootorites, kus tõhusaks tööks on hädavajalikud nii magnetilised kui ka elektrilised omadused. Nendes seadmetes kasutatakse liikumiseks vajalike magnetväljade genereerimiseks magnetilisi materjale, samas kui nende elektrijuhtivus võimaldab elektrivoolu tõhusalt üle kanda.
Veel üks oluline rakendus on trafodes, kus elektrienergia ülekandmiseks vooluahelate vahel kasutatakse magnetilisi materjale. Magnetmaterjali elektriline juhtivus on energiakadude minimeerimiseks selle protsessi käigus ülioluline. Lisaks kasutatakse andurites juhtivaid magnetilisi materjale, kus nad suudavad tuvastada muutusi magnetväljades ja muuta need elektrilisteks signaalideks.
Väljakutsed ja tulevased suunad
Hoolimata elektriliselt juhtivate magnetiliste materjalide paljudest eelistest, on nende kasutamisega seotud väljakutseid. Üks peamisi väljakutseid on magnettugevuse ja elektrijuhtivuse kompromiss. Paljudel juhtudel on tugevate magnetiliste omadustega materjalidel, näiteks haruldaste maamagnetite, madala elektrijuhtivusega. See võib piirata nende kasutamist rakendustes, kus on vaja mõlemat omadust.
Teine väljakutse on suure jõudlusega magnetiliste materjalide tootmise kulud. Näiteks haruldaste maamagnetite tootmine on kallid, mis võib piirata nende laialdast kasutamist tööstuslikes rakendustes. Teadlased uurivad praegu uusi materjale ja tootmistehnikaid, et nendest väljakutsetest üle saada ja välja töötada kulutõhusamaid lahendusi.
Kokkuvõtteks, kuigi paljud magnetilised materjalid võivad elektrit läbi viia, varieerub nende elektrijuhtivuse ulatus sõltuvalt konkreetsest materjalist. Ferromagnetilised materjalid, näiteks raud ja nikkel, on üldiselt head elektrijuhid, samas kui paramagnetilistel ja diamagnetilistel materjalidel on tavaliselt madalam elektrijuhtivus. Tõhusamate seadmete ja tehnoloogiate väljatöötamiseks on ülioluline magnetismi ja juhtivuse seose mõistmine. Uute materjalide ja rakenduste uurimisel kasvab elektriliselt juhtivate magnetiliste materjalide potentsiaal ainult.
