Магнитен ли е никелът?

Никелът е един от малкото метални елементи, които притежават магнитни свойства. Като един от трите магнитни феромагнитни метала при стайна температура никелът притежава някои уникални и полезни качества. Но действително ли никелът е магнитен? Може ли да се превърне в магнит? И каква е причината никелът да бъде магнитен?

В това пълно ръководство като професионалист производител на неодимови магнити, ще покрием всичко, от което се нуждаете за Магнитни свойства на никела. Разгледали сме всички въпроси - от науката за магнетизма до приложенията на никела като магнитен метал.

Магнитен ли е никелът?

Да, никелът е магнитен. Той е един от малкото елементи, които са феромагнитни, което означава, че може да се намагнетизира и е силно привлечен от магнит. Феромагнитните свойства на никела се дължат на подреждането на атомните му магнитни моменти, което му позволява да генерира силно магнитно поле.

Защо никелът е магнитен метал?

Никелът принадлежи към специална група метали, наречени феромагнитни метали. Другите два феромагнитни метала са желязото и кобалтът.

Всички тези три метала проявяват уникално квантовомеханично явление, наречено взаимодействие при обмен. Това кара магнитните моменти на атомите в метала да се подреждат успоредно един на друг, което води до намагнитване дори без външно магнитно поле.

Причината за това специално магнитно поведение на никела се крие в неговата електронна конфигурация и кристална структура:

• Никелът има несдвоени електрони в електронните си обвивки 3d и 4s, поради което всеки атом има магнитен момент.
• Атомите са подредени в лицевоцентрирана кубична кристална структура, която позволява обменни взаимодействия между съседните атоми.

Заедно тези две свойства позволяват на магнитните моменти на никеловите атоми лесно да се подреждат. Това придава на никела отлични феромагнитни свойства, които не се наблюдават при други метали.

Така че в резюме:

• Никелът има несдвоени електрони, което води до атомни магнитни моменти.
• Сайтът кристална структура улеснява обменните взаимодействия между атомите.
• Това кара атомните магнитни моменти да паралелно подреждане, което създава намагнитване.

Ето защо никелът е един от редките феромагнитни метали при стайна температура. Доста готино!

Може ли никелът да се магнетизира?

Тъй като никелът е феромагнитен метал, той лесно може да се превърне в постоянен магнит.

Излагането на никел на външно магнитно поле ще доведе до подреждане на магнитния момент на атомно ниво. Преди това магнитните моменти са били насочени в произволни посоки. Сега приложеното поле ги кара да се ориентират само в една посока.

Това е известно като намагнитване:

Магнетизиране на никел чрез подреждане на магнитните моменти

Дори когато премахнете външния магнит, тези магнитни моменти остават заключени. Така се създава постоянен магнит със собствено постоянно магнитно поле!

Чрез контролиране на фактори като посоката на подреждане и температурата по време на намагнитването могат да се създават високопроизводителни никелови магнити за различни приложения:

• Магнити Alnico използват сплав от алуминий, никел и кобалт за създаване на силни постоянни магнити.
• Глави за запис в твърдите дискове използват магнитните свойства на никела за съхранение на данни.
• Пикапи за електрическа китара разчитат на никелови магнити, за да преобразуват вибрациите на струните в електрически сигнали.

Така че никелът не само е естествено магнитен метал, но и можем да използваме и оптимизираме тези магнитни свойства, като превърнем самия никел в магнит.

Кога никелът губи своя магнетизъм?

Макар че никелът е феромагнитен и може лесно да се намагнитизира, атомните му магнитни моменти в крайна сметка губят твърдото си подреждане.

Ако никелът се нагрее над определена температура, известна като Температура на Кюри, топлинното движение надделява над обменните взаимодействия. Атомите започват да преобръщат магнитните моменти в случайни ориентации, като бързо намаляват всякаква предишна намагнитваност.

Сайтът Температура на Кюри за никел е 355°C. Докато никелът остава под тази критична точка, той ще има отлично феромагнитно поведение.

Но при по-високи температури - или при продължителни периоди под точката на Кюри - атомното подреждане, което придава на никела отличните му магнитни свойства, започва да изчезва.

Когато това се случи, никелът преминава в друго магнитно състояние, наречено парамагнетизъм:

• По подразбиране атомните магнитни моменти са насочени в произволни посоки.
• Когато са изложени на външно магнитно поле, тези моменти слабо се приспособяват към полето.
• При отстраняване на външното поле моментите бързо се рандомизират отново.

Така високите температури могат да изкарат атомите на никела от строга позиция, което елиминира феромагнетизма. Но вътрешните магнитни моменти на атомите все още позволяват временно намагнитване на ниско ниво.

Привлича ли никелът магнитите?

Тъй като никелът е феромагнитен метал, той проявява силно привличане към външни магнити. Това е в контраст с други метални елементи като мед или алуминий, които нямат магнитно привличане.

Ако доближите никелов предмет до постоянен магнит, той ще скочи към противоположния полюс с лесно забележими нива на сила на привличане.

Този магнетизъм прави никела полезен за разделяне и обработка на черни метали при рециклиране и производство. Външните магнити могат да манипулират купчини никелови елементи, като например малки части и железария:

Никеловият скрап се привлича от магнитни сметачни машини

Основното нещо, което трябва да запомните, е, че подобно на другите феромагнитни метали никелът сам по себе си става магнитен в присъствието на външно магнитно поле.

Така че никелът не се привлича само към постоянни магнити. Той също така се укрепва и пренастройва в зависимост от близостта до магнитните полюси:

Привличането на никела предизвиква намагнитване

Това води до значително увеличаване на привличащите сили. Така че очаквайте близките никелови обекти да летят или да се залепват с изненадваща сила в сравнение с други метални елементи.

Факти за никеловия магнетизъм и често срещани приложения

Сега, след като разбрахте защо никелът е магнитен и има феромагнитно поведение, нека разгледаме някои основни факти за магнетизма на никела, както и често срещаните магнитни приложения:

Основни факти за никела като магнитен метал

• Един от трите феромагнитни метала (заедно с желязото и кобалта)
• Несдвоените електрони причиняват атомни магнитни моменти
• Лицево центрирана кубична кристална структура позволява обменни взаимодействия
• Остава магнитен до точката на Кюри 355°C
• Превръща се в парамагнитен над тази температура
• Силно привличане от външни магнитни полета
• Може лесно да се превърне в постоянен магнит

Често срещани приложения за използване на никеловия магнетизъм

• Магнити Alnico: Сплавите от алуминий, никел и кобалт създават силни постоянни магнити, използвани в двигатели, сензори, микрофони и др.
• Глави за запис: Главите за четене/запис в лентовите записващи устройства и твърдите дискове използват магнитните свойства на никела, за да съхраняват данни.
• Пикапи за електрическа китара: Китарните пикапи разчитат на никелови магнити, за да откриват вибрациите на струните и да ги преобразуват в електрически сигнали.
• Магнитна памет: Експерименталните изследвания в областта на магнитната оперативна памет и съхранението на данни използват никелови нановлакна за потенциални приложения на паметта.
• Никелово покритие: Никеловото галванично покритие създава защитно покритие, което предотвратява корозията. Често се прилага върху неодимови магнити и други магнитни компоненти, за да се удължи животът им.

Както можете да видите, никелът се отличава от другите метали благодарение на присъщия си магнетизъм дори при стайна температура. Умните приложения в много области разчитат на полезните магнитни свойства на никела за подобряване на функционалността.

Така че следващия път, когато използвате микрофон, свирите на електрическа китара или четете данни от твърд диск, ще знаете, че никеловият магнетизъм прави тези ежедневни технологии възможни!