Όλα ξεκίνησαν κάπως έτσι - Καθημερινές εφαρμογές

Είναι γενικά παραδεκτό ότι τα μαγνητικά πεδία της Γης και άλλων ουράνιων σωμάτων παράγονται από την κίνηση του πυρήνα ενός αγώγιμου ρευστού, αν και οι λεπτομέρειες είναι αμφιλεγόμενες. Στην περίπτωση της Γης, ο υγρός πυρήνας έχει εσωτερική και εξωτερική ακτίνα 1220 και 3485 km, αντίστοιχα, και είναι κατασκευασμένος από λιωμένο σίδηρο με μικρές ποσότητες νικελίου και άλλων στοιχείων που δεν έχουν ισχυρή συγγένεια με το οξυγόνο. Λιγότερα ηλεκτροαρνητικά στοιχεία σχηματίζουν οξείδια, τα οποία καταλήγουν στο μανδύα.

Ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση της προέλευσης του μαγνητικού πεδίου της Γης ήταν η ιδέα ενός αυτοδύναμου δυναμικού ρευστού που προτάθηκε από τον Joseph Larmor το 1919. Ένα μηχανικό μοντέλο ενός αυτο-συναρπαστικού δυναμό είναι ένας περιστρεφόμενος αγώγιμος δίσκος που συνδέεται με ένα πηνίο μονής στροφής. Εάν υπάρχει κάποιο μικρό πεδίο για αρχή, δημιουργείται ένα emf μεταξύ του άξονα και του χείλους του περιστρεφόμενου δίσκου, το οποίο κινεί το ρεύμα γύρω από το κύκλωμα, δημιουργώντας έτσι το πεδίο. Η βασική ιδέα είναι ότι η κίνηση του ρευστού τεντώνει και στρέφει κατά κάποιο τρόπο τις γραμμές ροής, εντείνοντας έτσι το μαγνητικό πεδίο. Το πώς αυτό ισχύει για τη Γη είναι θέμα συζήτησης, αλλά έχουν τεθεί ορισμένοι περιορισμοί.

Ο ένας είναι ότι το δυναμό δεν μπορεί να είναι αξονικά συμμετρικό. Ένας άλλος είναι ότι το πεδίο στον πυρήνα είναι αρκετά διαφορετικό από το πολοειδές, διπολικό πεδίο που παρατηρείται στην επιφάνεια. Πιστεύεται ότι έχει έντονο αζιμουθιακό χαρακτήρα, που δημιουργείται από διαφορική περιστροφή μεταξύ του υγρού πυρήνα και του μανδύα. Το αζιμουθιακό πεδίο δημιουργείται από πολοειδή ρεύματα στον υγρό πυρήνα. Σε ένα μοντέλο του γεωδυναμού, οι αναταράξεις οδηγούν σε μικρής κλίμακας αναδιοργάνωση του αζιμουθιακού πεδίου που δημιουργεί το διπολικό πεδίο.

Πηγή κειμένου: Magnetism and Magnetic Materials, J. M. D   Coey,  Cambridge University Press, 2010.

Ο μετεωρίτης σιδήρου μπορεί να μην είναι ένα υλικό επιλογής για εφαρμογές μαγνητικών συσκευών, ωστόσο έχει τη δική του θέση στη μελέτη του ηλιακού συστήματος. Ως εκ τούτου, οι πλανητικοί επιστήμονες ενδέχεται να ενδιαφέρονται για τη δομή Widmanstatten που σχηματίστηκε από τη διάχυση μεγάλου βεληνεκούς Fe και Ni στον πυρήνα ενός αστεροειδή σε μια περίοδο 4,6 δισεκατομμυρίων ετών. Αυτή η αξιοσημείωτη διαδικασία σχηματισμού είχε ως αποτέλεσμα ασυνήθιστες μαγνητικές ιδιότητες που δεν παρατηρούνται στα συνθετικά κράματα Fe -Ni. Πρέπει να σημειωθεί ότι η δομή Widmanstatten θεωρείται ως ένα κράμα Fe-Ni  διαχωρισμένο σε α (bcc Fe- Ni) και γ (fcc Fe-Ni) σε κλίμακα μικρομέτρων 

Η δομή Widmanstatten υποτίθεται ότι είναι υπεύθυνη για τη μεγάλη μαγνητική ανισοτροπία και το ισχυρό συνεκτικό πεδίο που εμφανίζονται σε μετεωρίτες σιδήρου, οι οποίοι αποτελούν έναν ειδικό τύπο κράματος Fe -Ni. Σε αυτό το μοναδικό κράμα, σχηματίζεται μια φάση tetrataenite, που περιγράφεται ως ένα χημικά ταξινομημένο κράμα Fe-Ni με υπερκατασκευή τύπου L1₀.. Αυτή η φάση βρέθηκε να έχει μια απίστευτα μεγάλη δύναμη συνεκτικού πεδίου, και επίσης μια μαγνητική ενέργεια ανισοτροπίας που είναι μία τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή του Fe, του permalloy, ή του καθαρού Ni. Ως εκ τούτου, ο μετεωρίτης σιδήρου είναι ένας σκληρός σιδηρομαγνήτης με ισχυρή ανισοτροπία, παρά το γεγονός ότι τα κοινά κράματα Fe -Ni είναι μαλακά σιδηρομαγνητικά υλικά. Μια εγκάρσια ριγέ δομή μαγνητικής περιοχής παρατηρήθηκε στο υλικό του μετεωρίτη σιδήρου, σε αντίθεση με την ευρεία ορθογώνια δομή μαγνητικής περιοχής με ένα αιχμηρό τοίχωμα μαγνητικής περιοχής, που συνήθως εμφανίζεται από το bcc-Fe.

Πηγή κειμένου: Magnetism: Basics and Applications, Stefanita, Carmen-Gabriela, Springer Heidelberg Dordrecht London New York, 2012.

Για αιώνες κυριαρχούσε το όνειρο της μαγνητικής αιώρησης, δηλαδή της σταθερής ανάρτησης στον αέρα ενός σώματος κατασκευασμένου από σίδηρο ή άλλο μαγνητικό υλικό, χωρίς φυσική επαφή, με μια επιδέξια διάταξη μαγνητών που θα ασκούσαν την κατάλληλη έλξη και άπωση. Αλλά αυτές οι ελπίδες διαψεύστηκαν το 1839 όταν ο S. Earnshaw απέδειξε ότι δεν μπορούσε να γίνει. Το θεώρημά του σχετίζεται τόσο με ηλεκτροστατικές όσο και με μαγνητοστατικές δυνάμεις, ή με οποιοδήποτε σύστημα σωματιδίων που ασκούν δυνάμεις το ένα στο άλλο που μεταβάλλονται αντίστροφα ανάολογα με το τετράγωνο της απόστασης. Για τα μαγνητικά συστήματα, το θεώρημα του Earnshaw μπορεί να διατυπωθεί ως εξής: Η σταθερή αιώρηση ενός σώματος από ένα ή περισσότερα άλλα σώματα είναι αδύνατη, εάν όλα τα σώματα στο σύστημα έχουν διαπερατότητα μεγαλύτερη από 1.

Η σταθερή αιώρηση μπορεί να επιτευχθεί για ένα θετικό υλικό διαπερατότητας εάν χρησιμοποιείται ένας ανιχνευτής θέσης και ένα σύστημα ανάδρασης έτσι ώστε η δύναμη που ασκείται στο αιωρούμενο αντικείμενο να ρυθμίζεται συνεχώς, συνήθως μεταβάλλοντας το ρεύμα μέσω ενός ηλεκτρομαγνήτη. Αυτή είναι η βάση για διάφορα πλωτά είδη καινοτομίας, καθώς και για αναρτήσεις σχεδόν μηδενικής τριβής για διάφορα είδη περιστρεφόμενων οργάνων και μηχανών.

Εάν στο σύστημα περιλαμβάνονται διαμαγνητικά υλικά, είναι δυνατή η σταθερή ανύψωση χωρίς είσοδο ισχύος. Η αιώρηση αυτού του είδους είναι ευκολότερη με έναν τέλειο διαμαγνήτη, δηλαδή έναν υπεραγωγό. Το σχήμα δείχνει μία ράβδο μαγνήτη που αιωρείται στην ελαφρώς κοίλη επιφάνεια του υπεραγώγιμου μολύβδου στους 4Κ. Ο μαγνήτης υποστηρίζεται στην πραγματικότητα από το δικό του πεδίο, το οποίο δεν μπορεί να διεισδύσει στο μόλυβδο.

Η διαπερατότητα ενός υπεραγωγού είναι μηδενική και υπάρχουν πολλά διαμαγνητικά υλικά με διαπερατότητα ελαφρώς μικρότερη από τη μονάδα. Αλλά δεν υπάρχουν διαμαγνητικά υλικά με ενδιάμεσες τιμές m, όπως 20,5. Αυτό σημαίνει ότι μόνο πολύ ελαφριά σώματα, με μερικά γραμμάρια σε βάρος, μπορούν να αιωρούνται σταθερά σε θερμοκρασία δωματίου με τη βοήθεια συνηθισμένων διαμαγνητικών υλικών, όπως γραφίτη ή βισμουθίου, επειδή οι δυνάμεις απώθησης της ροής τους είναι αρκετά αδύναμες.

Αρκετά μεγάλα βάρη μπορούν να υποστηριχθούν από την άπωση μεταξύ μόνιμων μαγνητών, το χαμηλότερο είναι σταθερό σε βάση και το πάνω στο κάτω μέρος του φορτίου. Απαιτείται κάποιος πλευρικός περιορισμός για να καταστεί το φορτίο σταθερό, αλλά δεν χρειάζεται να είναι ισχυρό. Οι μαγνήτες πρέπει να έχουν υψηλό συνεκτικό πεδίο. Οι μαγνήτες φερρίτη βαρίου και σπανίων γαιών είναι κατάλληλοι για αυτήν την εφαρμογή, καθώς μπορούν να κατασκευαστούν σε επίπεδα κομμάτια αρκετά μεγάλης περιοχής, μαγνητισμένα στην κατεύθυνση του πάχους.

Πηγή κειμένου: Magnetism and Magnetic Materials, J. M. D   Coey,  Cambridge University Press, 2010.

Η βασική διάταξη για αναλογική μαγνητική εγγραφή σε ταινία, καθώς και για ψηφιακή μαγνητική εγγραφή σε ταινία και δίσκο, φαίνεται στο σχήμα. Ένα εύκαμπτο ή άκαμπτο υπόστρωμα επικαλυμμένο με μαγνητικό στρώμα μετακινείται πέρα ​​από μια κεφαλή εγγραφής, η οποία είναι ουσιαστικά ένας μικροσκοπικός ηλεκτρομαγνήτης. Ένα ρεύμα στην περιέλιξη της κεφαλής εγγραφής μαγνητίζει το υλικό της κεφαλής, το οποίο δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο στο κενό κεφαλής. Το περιθώριο από το κενό μαγνητίζει το υλικό της ταινίας σε ένα μοτίβο που αναπαράγει τις πληροφορίες που πρέπει να καταγραφούν. Οι πληροφορίες καταγράφονται σε μια λωρίδα, που ονομάζεται κομμάτι, που κινείται παράλληλα με το μήκος της ταινίας ή σε μια κυκλική διαδρομή σε ένα δίσκο.

Για την ανάγνωση των εγγεγραμμένων πληροφοριών, το ηχογραφημένο κομμάτι περνά κάτω από μια κεφαλή ανάγνωσης, η οποία είναι παρόμοια με την κεφαλή εγγραφής. Σε συσκευές εγγραφής ήχου χαμηλού κόστους, η ίδια κεφαλή μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για ανάγνωση όσο και για γραφή. Το περιθωριακό μαγνητικό πεδίο από την ηχογραφημένη ταινία μαγνητίζει την κεφαλή ανάγνωσης καθώς περνά από το κενό κεφαλής και η μεταβαλλόμενη μαγνήτιση στην κεφαλή δημιουργεί μια τάση σήματος στην περιέλιξη της κεφαλής. Αυτή η τάση περιέχει τις καταγεγραμμένες πληροφορίες και μπορεί να ενισχυθεί για να δημιουργήσει ξανά τον εγγεγραμμένο ήχο ή βίντεο. Σημειώστε ότι δεδομένου ότι η τάση του πηνίου κεφαλής ανάγνωσης είναι ανάλογη με το ρυθμό παραγωγής της αλλαγής ροής στην κεφαλή, η ενίσχυση πρέπει να περιλαμβάνει ένα βήμα ενσωμάτωσης.

Πηγή κειμένου: Introduction to Magnetic Materials (2nd Edition),  B. D. Cullity, C. D. Graham, Wiley-IEEE Press, 2008.

Οι ισχυρισμοί για ευεργετικά αποτελέσματα στατικών ή χαμηλών συχνοτήτων μαγνητικών πεδίων στην ανακούφιση του πόνου και τη θεραπεία της φλεγμονής είναι αμφιλεγόμενοι. Πιστεύεται ότι τα σπασμένα οστά μπορεί να πήξουν πιο γρήγορα εάν εκτίθενται σε μαγνητικό πεδίο. Δυστυχώς, καμία αξιόπιστη εξήγηση τέτοιων επιδράσεων δεν έχει ακόμη προχωρήσει.

Τα παλμικά μαγνητικά πεδία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προκαλέσουν ηλεκτρικά πεδία και να κατευθύνουν τα ρεύματα στον αγώγιμο ιστό. Τα αποτελέσματα της διακρανιακής μαγνητικής διέγερσης του εγκεφάλου χρησιμοποιώντας τρένα παλμών με dB/dt ≈ 10³ −10⁶ Ts⁻¹ βρίσκονται υπό διερεύνηση και υπάρχουν ενδείξεις ότι μπορεί να είναι επωφελή στη θεραπεία νευρολογικών και ψυχιατρικών καταστάσεων όπως η νόσος του Πάρκινσον και η κατάθλιψη. Οι παλμοί μπορούν να προκαλέσουν ασθενή emfs (nV -μV) σε κυτταρικό επίπεδο, αλλά οι επιδράσεις στην κλίμακα ενός οργάνου είναι πιο σημαντικές, επειδή τα επαγόμενα ηλεκτρικά πεδία αυξάνονται ανάλογα με τις διαστάσεις.

Η ζωή στη Γη έχει εξελιχθεί παρουσία ενός αδύναμου μαγνητικού πεδίου 10-100Am ⁻¹ . Αναπόφευκτα, κάποια πλάσματα εκτός από εμάς έχουν μάθει να εκμεταλλεύονται αυτόν τον τομέα. Τα πιο ξεκάθαρα παραδείγματα είναι τα μαγνητοτακτικά βακτήρια, μονοκύτταροι οργανισμοί που παράγουν σωματίδια σιδηρομαγνητικών οξειδίων σιδήρου (μαγνητίτης ή μαγκεμίτης) ή θειικών (greigite). Τα σωματίδια αναπτύσσονται σε αλυσίδες στο σώμα του μικροβίου. Κάθε ένα έχει ένα μέγεθος που θα το έκανε υπερπαραμαγνητικό αν ήταν μόνο του, αλλά η ανισότροπη αλληλεπίδραση διπόλου -διπόλου σε μια αλυσίδα σωματιδίων σταθεροποιεί την κατεύθυνση μαγνήτισης κατά μήκος της αλυσίδας. Έτσι, κάθε βακτήριο έχει μια ενσωματωμένη βελόνα πυξίδας, η οποία παραδίδεται στην επόμενη γενιά με την κατεύθυνση πόλωσης άθικτη, από την κυτταρική διαίρεση. Νέα σωματίδια που προστίθενται στα άκρα της μισής αλυσίδας αναπτύσσονται στο τυχαίο εκεί πεδίο και μαγνητίζονται παράλληλα με τα γειτονικά τους.

Οι επιδημιολογικές μελέτες της έκθεσης του ανθρώπου σε πεδία χαμηλής συχνότητας από καλώδια ρεύματος ή οικιακές καλωδιώσεις αποδείχθηκαν ασαφείς. Τα μεγάλα στατικά μαγνητικά πεδία φαίνεται να είναι αβλαβή, με την έκθεση να προκαλεί μικρή επίδραση στο επίπεδο του οργανισμού. Οι μελέτες για την επιρροή πεδίων υψηλής συχνότητας από τα κινητά τηλέφωνα δεν έδωσαν καμία σαφή ένδειξη βλάβης.

Πηγή κειμένου: Magnetism and Magnetic Materials, J. M. D   Coey,  Cambridge University Press, 2010.

Η αρχαία καταγραφή του πεδίου της Γης έχει συναχθεί από τη φυσική παραμένουσα μαγνήτιση χρονολόγησης βασαλτών. Μια πρώτη παρατήρηση είναι ότι η κατεύθυνση της μαγνήτισης των νέων πετρωμάτων δείχνει μια κατεύθυνση μαγνητικού πόλου που σκορπίζεται τυχαία γύρω από τον γεωγραφικό άξονα. Το «Young» για τα πετρώματα αντιστοιχεί σε μερικά εκατομμύρια χρόνια. Η κοσμική παραλλαγή του πεδίου της Γης έχει μετρηθεί στο Παρίσι από το 1600, αλλά το ρεκόρ μπορεί να επεκταθεί στους Ρωμαϊκούς χρόνους μετρώντας τη θερμοπαραμένουσα μαγνήτιση του ψημένου πηλού στις εστίες των κεραμικών κλιβάνων, οι οποίοι διατηρούν το ρεκόρ της κατεύθυνσης του πεδίου την τελευταία ημέρα που χρησιμοποιήθηκαν - ένα ωραίο παράδειγμα αρχαιομετρίας, η χρήση ποσοτικών φυσικών μεθόδων στην αρχαιολογία. Η χρονολόγηση με ραδιοάνθρακα χρησιμοποιείται για αυτά τα συγκριτικά πρόσφατα γεγονότα. Η κοσμική παραλλαγή φαίνεται να είναι μια τυχαία περιπλάνηση γύρω από τον άξονα περιστροφής της Γης.

Το πιο αξιοσημείωτο γεγονός είναι ότι η πολικότητα του πεδίου της Γης έχει ανατραπεί τυχαία κατά τη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου. Τα μισά σημεία στο σχήμα έχουν κανονική (σημερινή) πολικότητα και τα μισά αντιστρέφονται. Η τελευταία αντιστροφή έγινε πριν από 700 000 χρόνια και η πολικότητα του πεδίου της Γης υπόκειται λίγο-πολύ σε τυχαίες αλλαγές σε χρονικά διαστήματα 10⁵ −10⁶χρόνια. Μια αλληλουχία λάβας δείχνει ένα χαρακτηριστικό μοτίβο κανονικής και αντίστροφης πολικότητας, παρέχοντας την καταγραφή των πρόσφατων ανατροπών. Συνολικά περίπου 400 ανατροπές έχουν καταγραφεί στα αρχεία των πετρωμάτων. Το δίπολο πεδίο σε μια αντιστροφή αλλάζει σημάδι σε μια περίοδο μερικών χιλιάδων ετών, κατά τη διάρκεια του οποίου οι μη αρχαίες αρμονικές υψηλότερης τάξης θεωρούνται κυρίαρχες. Δεν είμαστε σε θέση να προβλέψουμε αυτές τις ανατροπές. Όπως και με τα χρηματιστήρια, το προηγούμενο ρεκόρ δεν αποτελεί οδηγό για τις μελλοντικές επιδόσεις.

Πηγή κειμένου: Magnetism and Magnetic Materials, J. M. D   Coey,  Cambridge University Press, 2010.

Οι πλανήτες και τα φεγγάρια του ηλιακού μας συστήματος έχουν διερευνηθεί με τη βοήθεια των μαγνητόμετρων στα διαστημόπλοια. Οι μετρήσεις δείχνουν ότι οι μαγνητικές ροπές τους είναι ως επί το πλείστον ανάλογες με τη γωνιακή ροπή τους, μια σχέση γνωστή ως νόμος του Busse. Οι ροπές κατευθύνονται σχεδόν πάντα κατά μήκος του άξονα περιστροφής που υποδηλώνει ένα φαινόμενο δυναμό σε έναν αγώγιμο πυρήνα. Ο πυρήνας στους γίγαντες αερίου είναι πιθανό να είναι μια μεταλλική μορφή υδρογόνου υψηλής πίεσης και όχι λιωμένο Fe-Ni, όπως στη Γη. Το μαγνητικό πεδίο στην επιφάνεια του Δία είναι δέκα φορές ισχυρότερο από αυτό στην επιφάνεια της Γης και η μαγνητική του ροπή είναι περίπου 20.000 φορές μεγαλύτερη. Τα αδύναμα πεδία της Σελήνης και του Άρη πιθανότατα σχετίζονται με την απουσία υγρού πυρήνα.

Πηγή κειμένου: Magnetism and Magnetic Materials, J. M. D   Coey,  Cambridge University Press, 2010.

Ο σίδηρος αντιπροσωπεύει περίπου το 5% της μάζας του ηπειρωτικού φλοιού και υπάρχει στα περισσότερα πετρώματα. Άλλα μαγνητικά στοιχεία είναι πολύ πιο σπάνια.

Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι το ατομικό βάρος του σιδήρου είναι 2,2 φορές ο μέσος όρος του φλοιού έχουμε τον κανόνα 40:40: ο σίδηρος αντιπροσωπεύει περίπου το 1/40 των ατόμων του φλοιού και είναι 40 φορές πιο άφθονος από όλα τα άλλα μαγνητικά άτομα μαζί. Τα πετρώματα είναι κανονικά διαμαγνητικά όταν περιέχουν λιγότερο από 0,2% κ.β. σίδηρο, και παραμαγνητικά διαφορετικά, λόγω της παρουσίας ιόντων Fe²⁺ και Fe³⁺ στα κρυσταλλικά πλέγματα των ορυκτών φάσεων σε συγκεντρώσεις πολύ κάτω από το όριο διήθησης.

Οι εφαρμογές του μαγνητισμού των περωμάτων βασίζονται σε μετρήσεις της φυσικής παραμένουσας μαγνήτισης, οι οποίες μπορούν να αποκτηθούν με διάφορους τρόπους. Το πιο σημαντικό είναι η θερμοπαραμένουσα μαγνήτιση, που αποκτάται όταν πυριγενή ή μεταμορφωμένα πετρώματα ψύχονται μέσω της υπερπαραμαγνητικής θερμοκρασίας αποκλεισμού των κόκκων του τιτανομαγνητίτη. Τα πετρώματα έχουν συχνά πολύπλοκες θερμικές και γεωλογικές ιστορίες και τα συστατικά της  παραμένουσας μαγνήτισης με διαφορετική σταθερότητα μπορούν να αποκτηθούν σε διαφορετικούς χρονικές στιγμές κατά το παρελθόν τους. Η φυσική παραμένουσα μαγνήτιση μπορεί να κυμαίνεται από 10⁻⁵  έως 10² Am⁻¹ . Η ασθενέστερη παραμένουσα μαγνήτιση αποκτάται όταν οι κόκκοι υφίστανται καθίζηση στο πεδίο της Γης, ή όταν μεγαλώνουν για να ξεπεράσουν το κρίσιμο μέγεθος αποκλεισμού ως αποτέλεσμα κάποιας χημικής διαδικασίας χαμηλής θερμοκρασίας.

Πηγή κειμένου: Magnetism and Magnetic Materials, J. M. D   Coey,  Cambridge University Press, 2010.

Οι εφαρμογές υψηλής συχνότητας των μαλακών φερριτών εστιάζουν κυρίως στους πυρήνες για ειδικούς μετασχηματιστές ή επαγωγείς. Ορισμένοι εξοπλισμοί επικοινωνίας απαιτούν ευρυζωνικούς μετασχηματιστές. Όπως υποδηλώνει το όνομα, πρέπει να έχουν πυρήνες που δείχνουν την ίδια συμπεριφορά σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων. Μια άλλη εφαρμογή είναι στους μετασχηματιστές παλμών. Επειδή τα συστατικά Fourier ενός τετραγωνικού παλμού εκτείνονται σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, η υπερβολική παραμόρφωση του σχήματος του παλμού συμβαίνει εάν η διαπερατότητα του πυρήνα ποικίλλει ανάλογα με τη συχνότητα. Οι ενσωματωμένες κεραίες φερρίτη χρησιμοποιούνται πολύ στους σύγχρονους δέκτες ραδιοφώνου. Μια τέτοια κεραία είναι απλώς μια ράβδος φερρίτη τυλιγμένη με ένα πηνίο. Ανταποκρίνεται στο μαγνητικό συστατικό του προσπίπτοντος ηλεκτρομαγνητικού κύματος και η εναλλασσόμενη ροή στον φερρίτη προκαλεί emf στο πηνίο. Ο πυρήνας φερρίτη στην πραγματικότητα πολλαπλασιάζει την περιοχή που περικλείεται από το πηνίο με ένα συντελεστή ίσο με τη διαπερατότητα. Τέλος, υπάρχουν σημαντικές εφαρμογές μικροκυμάτων φερριτών, τόσο σε επικοινωνίες όσο και σε κυκλώματα ραντάρ. Αυτές περιλαμβάνουν συχνότητες περίπου 10¹⁰ Hz.

Πηγή κειμένου: Introduction to Magnetic Materials (2nd Edition),  B. D. Cullity, C. D. Graham, Wiley-IEEE Press, 2008.

Αν και ο μαλακός σίδηρος μπορεί να καθαριστεί και να μετατραπεί σε ένα ελκυστικό υλικό με υψηλή διαπερατότητα και χαμηλή δύναμη συνεκτικού πεδίου, το κόστος επεξεργασίας θα είναι τόσο υψηλό ώστε να χρησιμοποιείται μόνο σε ορισμένες ειδικές εφαρμογές. Ένας τομέας στον οποίο μερικές φορές εφαρμόζεται μαλακός σίδηρος με μέτρια ποσότητα προσμείξεων είναι στους ηλεκτρομαγνήτες. Η εξαιρετικά υψηλή καθαρότητα δεν είναι απαραίτητη σε αυτήν και σε άλλες εφαρμογές. Οι περιοχές όπου μπορεί να χρησιμοποιηθεί μαλακός σίδηρος χαμηλότερης καθαρότητας περιλαμβάνουν ρελέ DC, έμβολα, τεμάχια στύλου, σωληνοειδή και φρένα για διακοπτόμενη χρήση όπου οι μαγνητικές απαιτήσεις είναι χαμηλές και το κόστος πρέπει να είναι χαμηλό.

Στις περισσότερες περιπτώσεις, ο σίδηρος χρησιμοποιείται σε μαζική μορφή (πυροσυσσωματωμένος ή σφυρηλατημένος), καθώς τα ρεύματα Eddy δεν είναι λειτουργικά σε DC. Ο μαλακός καθαρός σίδηρος δεν είναι στην πραγματικότητα κατάλληλος για εφαρμογές AC λόγω της χαμηλής του αντίστασης. Ως υποκατάστατα του μαλακού σιδήρου, τα επόμενα υλικά, με βελτιωμένες ιδιότητες σε χαμηλές συχνότητες, είναι οι χάλυβες χαμηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα.

Στις περισσότερες εφαρμογές ο σίδηρος εξαιρετικά υψηλής καθαρότητας είναι περιττός. Συνεπώς, ένας τυπικός εμπορικός μαλακός σίδηρος για εφαρμογές ηλεκτρομαγνητών θα περιέχει περίπου 0,02% C, 0,035% Mn, 0,025% S, 0,015% Ρ και 0,002% Si υπό μορφή προσμείξεων. Οι καμπύλες μαγνήτισης σιδήρου υψηλής καθαρότητας και εμπορικού μαλακού σιδήρου μετά από ανόπτηση σε υδρογόνο για την απομάκρυνση των προσμείξεων παρουσιάζονται στο σχήμα.

Για τους ηλεκτρομαγνήτες, το βασικό ερώτημα που τίθεται είναι ποιο πεδίο είναι απαραίτητο για την παραγωγή επαγωγής 1.0 Tor 1.5 T. Για τον εμπορικό μαλακό σίδηρο που δίνεται παραπάνω, οι τιμές είναι συνήθως 200 A/m και 700 A/m, αντίστοιχα. Οποιαδήποτε μορφή μηχανικής παραμόρφωσης θα έχει ως αποτέλεσμα την υποβάθμιση των μαγνητικών ιδιοτήτων του μαλακού σιδήρου για εφαρμογές ηλεκτρομαγνητών. Οι εσωτερικές καταπονήσεις που παράγονται από τέτοια ψυχρή κατεργασία μπορούν να απομακρυνθούν με ανόπτηση σε θερμοκρασία μεταξύ 725 ° C και 900 ° C, υπό την προϋπόθεση ότι το υλικό δεν υφίσταται οξείδωση κατά τη διάρκεια της ανόπτησης, το οποίο θα είχε επίσης ως αποτέλεσμα διαταραχές των μαγνητικών ιδιοτήτων. Η συνήθης διαδικασία τώρα είναι η ανόπτηση σε ατμόσφαιρα υδρογόνου η οποία έχει το επιπλέον πλεονέκτημα της αφαίρεσης ορισμένων προσμείξεων.

Πηγή κειμένου: Handbook of modern ferromagnetic materials, A. Goldman, B.S., Springer Science+Business Media New York, Ferrite Technology Worldwide, (1st edition), 1999.

Πηγή κειμένου: Introduction to Magnetism and Magnetic Materials (1nd edition), David Jiles, Chapman & Hall/CRC, 1991.

Το μαγνητικό πεδίο που περιβάλλει τον διαπλανητικό χώρο είναι 1-10 nT, ενώ στον διαστρικό χώρο υπολογίζεται ότι είναι 0.1 nT. Το μέσο πεδίο στην επιφάνεια του Ήλιου είναι 100 μT, συγκρίσιμο με αυτό στην επιφάνεια της Γης, αλλά μπορεί να ανέλθει σε πάνω από 100 mT στις ηλιακές κηλίδες.

Η επιφάνεια του Ήλιου, είναι λιγότερο πυκνή από τον αέρα στη Γη, αλλά σφύζει από δραστηριότητα. Έχει κοκκώδη εμφάνιση, λόγω ενός δικτύου κυττάρων μεταφοράς, το καθένα περίπου 10³ χιλιόμετρα σε διάμετρο. Τα κύτταρα είναι φωτεινά στο κέντρο, όπου το θερμό πλάσμα ανεβαίνει στην επιφάνεια και σκοτεινό στις άκρες, όπου το ψυχρότερο πλάσμα κατεβαίνει. Η μέση θερμοκρασία επιφάνειας είναι 5800 Κ. Οι ηλιακές εκλάμψεις επιδεικνυόυν εντυπωσιακό εκτόπισμα έως 10⁵ χιλιόμετρα έξω από την επιφάνεια. Συνοδεύονται από εκτίναξη ενεργειακών σωματιδίων, ενισχύοντας τον ηλιακό άνεμο που ρέει προς τα έξω από τον Ήλιο, που χρειάζεται περίπου δύο ημέρες για να φτάσει στη Γη.

Οι ροές σωματιδίων εδώ είναι 10¹² –10¹³ m^-2 s⁻¹ . Ευτυχώς, αυτά τα ενεργειακά φορτισμένα σωματίδια εκτρέπονται από το μαγνητικό πεδίο της Γης ψηλά από την επιφάνεια, αλλά μερικά βρίσκουν το δρόμο τους προς τη Γη σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη όπου διαχέουν την ενέργειά τους σε συγκρούσεις στο ιονισμένο ανώτερο περιβάλλον. Η πράσινη λάμψη της Aurora Borealis είναι μια εκδήλωση ιοντισμού του ατμοσφαιρικού οξυγόνου. Οι ξαφνικοί όμβροι σωματιδίων προκαλούν βραχυπρόθεσμες διακυμάνσεις του πεδίου της Γης έως και 1μT, οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν αυξομειώσεις τάσης στα ηλεκτρικά δίκτυα διανομής που έχουν οδηγήσει σε καταστροφικές διακοπές ρεύματος, καθώς και σε έντονες παρεμβολές σε συχνότητες rf και μικροκυμάτων. Ο καιρός του Ήλιου μας αφορά άμεσα και τα ηλιακά παρατηρητήρια παρέχουν πρόβλεψη δύο ημερών.

Πηγή κειμένου: Magnetism and Magnetic Materials, J. M. D   Coey,  Cambridge University Press, 2010.

Ο μετασχηματιστής είναι μια συσκευή που μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια από το ένα ηλεκτρικό κύκλωμα στο άλλο εάν και τα δύο κυκλώματα δεν συνδέονται ηλεκτρικά. Αυτό επιτυγχάνεται με μια μαγνητική ροή που συνδέει τα δύο κυκλώματα μέσω ενός πηνίου επαγωγής σε κάθε κύκλωμα. Τα δύο πηνία συνδέονται με μαγνητικό πυρήνα υψηλής διαπερατότητας. Το κύριο ζητούμενο είναι η επιλογή ενός κατάλληλου υλικού για τον μαγνητικό πυρήνα του μετασχηματιστή. Το υλικό που χρησιμοποιείται για τους πυρήνες μετασχηματιστών είναι σχεδόν αποκλειστικά πυριτίου-σιδήρου προσανατολισμένο σε κόκκους, αν και οι μικροί πυρήνες εξακολουθούν να χρησιμοποιούν μη προσανατολισμένο πυρίτιο-σίδηρο. Οι μετασχηματιστές υψηλής συχνότητας χρησιμοποιούν κοβάλτιο-σίδηρο αν και αυτό αντιπροσωπεύει μόνο ένα μικρό όγκο της συνολικής αγοράς μετασχηματιστών.

Οι γεννήτριες είναι συσκευές για τη μετατροπή της μηχανικής ενέργειας σε ηλεκτρική ενέργεια. Οι κινητήρες είναι συσκευές για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική. Και τα δύο είναι κατασκευασμένα από μαγνητικά υλικά υψηλής επαγωγής και υψηλής διαπερατότητας. Το πιο συνηθισμένο υλικό που χρησιμοποιείται για αυτές τις εφαρμογές είναι το μη προσανατολισμένο πυρίτιο-σίδηρο, αλλά πολλοί μικρότεροι κινητήρες χρησιμοποιούν χάλυβα χαμηλών εκπομπών άνθρακα χωρίς πυρίτιο.

Πηγή κειμένου: Introduction to Magnetism and Magnetic Materials (1nd edition), David Jiles, Chapman & Hall/CRC, 1991.