Mágneses a nikkel?

A nikkel azon kevés fémelemek egyike, amelyek mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek. A szobahőmérsékleten csak három mágneses ferromágneses fém egyikeként a nikkel néhány egyedülálló és hasznos tulajdonsággal rendelkezik. De valóban mágneses-e a nikkel? Lehet belőle mágnest csinálni? És egyáltalán mitől lesz a nikkel mágneses?

Ebben a teljes útmutatóban, mint szakmai neodímium mágnes gyártó, mindent elmondunk, amire szükséged van a a nikkel mágneses tulajdonságai. A mágnesesség tudományától kezdve a nikkel mágneses fémként való alkalmazásáig mindenről tudunk.

Mágneses a nikkel?

Igen, a nikkel mágneses. Azon kevés elemek egyike, amelyek ferromágnesesek, azaz mágnesezhetőek, és erősen vonzzák a mágneseket. A nikkel ferromágneses tulajdonságai az atomos mágneses momentumok összehangolásának köszönhetőek, ami lehetővé teszi, hogy erős mágneses mezőt hozzon létre.

Miért mágneses fém a nikkel?

A nikkel a fémek egy különleges csoportjába tartozik, amelyet ferromágneses fémeknek neveznek. A másik két ferromágneses fém a vas és a kobalt.

Ez a három fém mindegyike egy egyedülálló kvantummechanikai jelenséget mutat, amit úgy hívnak, hogy csereinterakció. Ennek hatására a fémben lévő atomok mágneses mozzanatai egymással párhuzamosan igazodnak egymáshoz, ami külső mágneses tér nélkül is mágnesezettséget eredményez.

Az ok, amiért a nikkel ilyen különleges mágneses viselkedést mutat, elektronikus konfigurációjában és kristályszerkezetében rejlik:

• A nikkel 3d és 4s elektronhéjaiban párosítatlan elektronok vannak, így minden atomnak mágneses nyomatéka van.
• Az atomok arcközpontú köbös kristályszerkezetben helyezkednek el, amely lehetővé teszi a szomszédos atomok közötti csere kölcsönhatásokat.

Ez a két tulajdonság együttesen lehetővé teszi, hogy a nikkelatomok mágneses mozzanatai könnyen egymás mellé kerüljenek. Ezáltal a nikkel kiváló ferromágneses tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek más fémeknél nem tapasztalhatók.

Összefoglalva:

• A nikkel párosítatlan elektronokkal rendelkezik, ami atomi mágneses momentumokat eredményez.
• A kristályos szerkezet megkönnyíti az atomok közötti csere kölcsönhatásokat.
• Ez okozza az atomi mágneses momentumok párhuzamosan igazítani, ami mágnesezettséget hoz létre.

Ez az a tudomány, amiért a nikkel a ritka szobahőmérsékletű ferromágneses fémek közé tartozik. Elég király!

Mágnesezhető-e a nikkel?

Mivel a nikkel ferromágneses fém, könnyen átalakítható állandó mágnessé.

Ha a nikkelt külső mágneses térnek tesszük ki, az atomi szintű mágneses momentum összehangolódását eredményezi. A mágneses momentumok korábban véletlenszerű irányokba mutattak. Most az alkalmazott mező hatására csak egy irányba orientálódnak.

Ez az úgynevezett mágnesezés:

Nikkel mágnesezése a mágneses momentumok összehangolásával

Ezek a mágneses mozzanatok még a külső mágnes eltávolításakor is a helyükön maradnak. Ezáltal egy állandó mágnes jön létre, saját tartós mágneses mezővel!

Az olyan tényezők, mint az igazítási irány és a mágnesezés alatti hőmérséklet szabályozásával a nagy teljesítményű nikkel mágnesek különböző alkalmazásokhoz tervezhetők:

• Alnico mágnesek alumínium, nikkel és kobalt ötvözetét használják erős állandó mágnesek létrehozásához.
• Felvevőfejek a merevlemezeknél a nikkel mágneses tulajdonságait használják ki az adattároláshoz.
• Elektromos gitár hangszedők nikkel mágnesekre támaszkodnak, hogy a húrrezgéseket elektromos jelekké alakítsák.

A nikkel tehát nem csak egy természetes mágneses fém, hanem ezeket a mágneses tulajdonságokat ki is használhatjuk és optimalizálhatjuk azáltal, hogy a nikkelt magából mágnessé alakítjuk.

Mikor veszíti el mágnesességét a nikkel?

Bár a nikkel ferromágneses és könnyen mágnesezhető, az atomi mágneses momentumok idővel elveszítik merev igazodásukat.

Ha a nikkelt egy bizonyos hőmérséklet fölé hevítik, az ún. Curie-hőmérséklet, a termikus mozgás felülírja a csere kölcsönhatásokat. Az atomok elkezdik véletlenszerű irányba fordítani a mágneses mozzanatokat, gyorsan csökkentve minden korábbi mágnesezettséget.

A Curie-hőmérséklet a nikkel esetében 355°C. Tehát amíg a nikkel e kritikus pont alatt marad, addig kiváló ferromágneses viselkedést mutat.

Magasabb hőmérsékleten azonban - vagy hosszabb ideig a Curie-pont alatt - az atomok egymáshoz igazodása, amely a nikkel kiváló mágneses tulajdonságait adja, kezd elhalványulni.

Amikor ez megtörténik, a nikkel egy másik mágneses állapotba, az úgynevezett paramagnetizmusba lép át:

• Az atomok mágneses mozzanatai alapértelmezés szerint véletlenszerű irányokba mutatnak.
• Külső mágneses tér hatására ezek a momentumok gyengén igazodnak a mezőhöz.
• A külső mező eltávolításakor a pillanatok gyorsan újra véletlenszerűvé válnak.

A magas hőmérséklet tehát a nikkelatomokat ki tudja billenteni a merev elrendeződésből, megszüntetve ezzel a ferromágnesességet. Az atomok belső mágneses momentumai azonban még mindig lehetővé tesznek némi átmeneti alacsony szintű mágnesezettséget.

Vonzódik-e a nikkel a mágnesekhez?

Mivel a nikkel ferromágneses fém, a külső mágnesekhez erősen vonzódik. Ez ellentétben áll más fémes elemekkel, például a rézzel vagy az alumíniummal, amelyek nem rendelkeznek mágneses vonzással.

Ha egy nikkel tárgyat egy állandó mágnes közelébe viszünk, az könnyen látható vonzóerővel az ellenkező pólus felé fog ugrani.

Ez a mágnesesség teszi a nikkelt hasznossá a vasfémhulladékok szétválasztására és kezelésére az újrahasznosítás és a gyártás során. A külső mágnesek képesek manipulálni a nikkelből készült tárgyak, például az apró alkatrészek és a hardverek halmait:

A nikkelhulladékot vonzzák a mágneses seprőgépek

A legfontosabb dolog, amit nem szabad elfelejteni, hogy a többi ferromágneses fémhez hasonlóan a nikkel is mágnesessé válik külső mágneses tér jelenlétében.

A nikkel tehát nem csak az állandó mágnesek felé húzódik. A mágneses pólusok közelsége alapján is erősödik és átrendeződik:

A nikkel vonzása mágnesezettséget okoz

Ez a vonzóerők jelentős növekedését okozza. Számítson tehát arra, hogy a közeli nikkel tárgyak más fémelemekhez képest meglepő erővel repülnek vagy tapadnak.

Tények a nikkel mágnesességről és közös alkalmazásokról

Most, hogy megértette, miért mágneses a nikkel, és miért viselkedik ferromágnesesen, nézzük meg a nikkel mágnesességével kapcsolatos legfontosabb tényeket, valamint a gyakori mágneses alkalmazásokat:

Főbb tények a nikkelről, mint mágneses fémről

• A mindössze 3 ferromágneses fém egyike (a vas és a kobalt mellett).
• A párosítatlan elektronok okozzák az atomi mágneses mozzanatokat
• Az arcközpontú köbös kristályszerkezet lehetővé teszi a csere kölcsönhatásokat
• 355°C-os Curie-pontig mágneses marad.
• E hőmérséklet felett paramágnesessé alakul át.
• Erősen vonzódik a külső mágneses mezőkhöz
• Könnyen átalakítható állandó mágnessé

Gyakori alkalmazások a nikkel mágnesség kihasználásával

• Alnico mágnesek: Az alumínium, a nikkel és a kobalt ötvözetei erős állandó mágneseket hoznak létre, amelyeket motorokban, érzékelőkben, mikrofonokban és egyéb eszközökben használnak.
• Felvevőfejek: A szalagos magnók és merevlemezek író-olvasófejei a nikkel mágneses tulajdonságait használják ki az adatok tárolására.
• Elektromos gitár hangszedők: A gitár hangszedők a nikkel mágnesekre támaszkodnak, hogy érzékeljék a húrok rezgéseit, és elektromos jelekké alakítsák azokat.
• Mágneses memória: A kísérleti mágneses RAM és adattárolási kutatások nikkel nanodrótokat használnak fel a lehetséges memóriaalkalmazásokhoz.
• Nikkelezés: A nikkel galvanizálás olyan védőréteget hoz létre, amely megakadályozza a korróziót. Gyakran alkalmazzák neodímium mágneseken és más mágneses alkatrészeken az élettartam meghosszabbítása érdekében.

Mint látható, a nikkel már szobahőmérsékleten is kitűnik a többi fém közül saját mágnesességének köszönhetően. Számos területen okos alkalmazások támaszkodnak a nikkel hasznos mágneses tulajdonságaira a jobb funkcionalitás érdekében.

Így amikor legközelebb mikrofont használsz, elektromos gitáron játszol, vagy adatokat olvasol egy merevlemezről, tudni fogod, hogy a nikkel-mágnesesség teszi lehetővé ezeket a mindennapi technológiákat!