همه انواع مواد و ترکیبات دارای نوعی ویژگی‌های مغناطیسی هستند که در ادامهٔ این مقاله به آن‌ها فهرست می‌شود. اما معمولاً واژه «مواد مغناطیسی» تنها برای مواد فرو مغناطیسی (توضیحات زیر) استفاده می‌شود، با این حال، مواد می‌توانند بر اساس خصوصیات مغناطیسی نشان‌داده‌شان به دسته‌های زیر طبقه‌بندی شوند. دو نوع رایج مغناطیس دیامغناطیس و پرمغناطیس است که بخش اعظم جدول تناوبی عناصر را در دمای اتاق تشکیل می‌دهند. این عناصر معمولاً به عنوان غیرمغناطیسی شناخته می‌شوند، در حالی که آن‌هایی که به عنوان مغناطیسی بیان می‌شوند در واقع به عنوان فرو مغناطیسی طبقه‌بندی می‌شوند. تنها نوع دیگر مغناطیس که در عناصر خالص در دمای اتاق مشاهده می‌شود، آنتی فرومغناطیس است. سرانجام، مواد مغناطیسی همچنین می‌توانند به عنوان فِرِی‌مغناطیسی دسته‌بندی شوند اگرچه این حالت در هیچ عنصر خالصی مشاهده نمی‌شود بلکه تنها در ترکیباتی مانند اکسیدهای مختلط، معروف به فِرایت‌ها، که از آن‌ها نام فِرایمگنتیسم گرفته شده است، یافت می‌شود. مقدار نفوذپذیری مغناطیسی برای هر نوع ماده در یک بازه خاص قرار می‌گیرد.

موادهایی که به یک میدان مغناطیسی به اندازهٔ لازم قوی جذب نمی‌شوند با نام مادهٔ پرمغناطیسی شناخته می‌شوند. برای مثال: آلومینیوم، قلع، منگنز و غیره. فراوانی نفوذپذیری نسبی آن‌ها کوچک اما مثبت است. به عنوان نمونه: نفوذپذیری آلومینیوم برابر است با: 1.00000065. این مواد صرفاً هنگامی که در میدان مغناطیسی فوق‌العاده قوی قرار گیرند مغناطیده می‌شوند و در جهت میدان مغناطیسی عمل می‌کنند.

مواد پرمغناطیسی دارای قطب‌های ناب‌جزیی اتمی هستند که به صورت نامتمرکز ترجیحاً به شکل زیر جهت‌یابی می‌شوند:

نتیجهٔ نیروی مغناطیسی، بنابراین، برابر با صفر است. هنگامی که یک میدان مغناطیسی خارجی قوی اعمال شود، قطب‌های مغناطیسی دائم خود را به صورت موازی با میدان اعمال‌شده جهت‌دهی می‌کنند و منجر به مغناطیس‌سازی مثبت می‌شود. از آنجا که جهت‌گیری قطب‌های هم‌جهت با میدان اعمال‌شده کامل نیست، مغناطیس‌سازی بسیار کم است.

موادهایی که توسط میدان مغناطیسی جذب نمی‌شوند مانند روی، جیوه، سرب، گوگرد، مس، نقره، بیسموت، چوب و غیره با عنوان مواد دیامغناطیسی شناخته می‌شوند. نفوذپذیری آن‌ها کمی کمتر از یک است. برای مثال نفوذپذیری نسبی بیسموت برابر است با 0.00083، مس برابر است با 0.000005 و چوب برابر است با 0.9999995. آن‌ها در میدان مغناطیسی نسبتاً قوی کمی مغناطیده می‌شوند و در جهت مخالف میدان مغناطیسی اعمال‌شده عمل می‌کنند.

در مواد دیامغناطیسی، دو میدان مغناطیسی نسبتاً ضعیف ناشی از گردش مدار و چرخش محوری الکترون‌ها حول هسته، در جهت‌های مخالف هستند و یکدیگر را خنثی می‌کنند. در این مواد قطب‌های مغناطیسی دائمی وجود ندارد و مواد دیامغناطیسی کاربردهای بسیار کمی یا هیچ در مهندسی برق دارند.

در یک ماده دیامغناطیسی، اتم‌ها وقتی میدان اعمال‌شده وجود ندارد هیچ Moment مغناطیسی خالصی ندارند. تحت تاثیر میدان اعمال‌شده (H)، الکترون‌های در حال چرخش پری‌س می‌زنند و این حرکت که نوعی جریان الکتریکی است، مغناطیسی (M) ایجاد می‌کند که در جهت مخالف میدان اعمال‌شده است. همهٔ مواد یک اثر دیامغناطیسی دارند، با این حال اغلب این اثر توسط عبارت بزرگ‌تر پرمغناطیس یا فرو مغناطیس پنهان می‌شود. مقدار حساسیت مغناطیسی مستقل از دما است.

موادهایی که به طور قوی توسط یک میدان مغناطیسی یا آهنربا به دام می‌افتند، به عنوان مواد فرو مغناطیسی شناخته می‌شوند؛ برای مثال: آهن، فولاد، نیکل، کبالت و غیره. نفوذپذیری این مواد بسیار بسیار بالا است (تا چند صد یا هزار برابر).

اثرهای مغناطیسی مخالفِ حرکت مداری الکترون و اسپین الکترون در یک اتم چنین ماده‌ای یکدیگر را خنثی نمی‌کند. سهم نسبتاً بالایی از هر اتم وجود دارد که در برقراری یک میدان داخلی مغناطیسی نقش دارد، به طوری که وقتی ماده در میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، مقدار آن چندین برابر مقدار موجود در فضای آزاد قبل از قرارگیری ماده افزایش می‌یابد.

به‌منظور مهندسی برق کافی است مواد را به عنوان مواد فرو مغناطیسی و غیر فرو مغناطیسی طبقه‌بندی کنیم. دستهٔ دوم شامل موادی با نفوذپذیری نسبی تقریباً برابر با یک است در حالی که دستهٔ اول نفوذپذیری نسبی بسیار بیشتر از یک دارد. مواد پرمغناطیسی و دیامغناطیستی در دستهٔ مواد غیر فرو مغناطیسی قرار می‌گیرند.

3.1 مواد نرم فرو مغناطیسی

آنها دارای نفوذپذیری نسبی بالا، نیروی هسته‌ای پایین، به راحتی مغناطیده و مغناطیس‌زدایی می‌شوند و نوسان هیسترزیس بسیار کم است. مواد فرومغناطیسی نرم آهن و آلیاژهای مختلف آن با موادی مانند نیکل، کبالت، تنگستن و آلومینیوم هستند. سهولت مغناطیده‌سازی و مغناطیس‌زدایی آنها را برای کاربردهای شامل تغییر شار مغناطیسی مانند الکترومغناطیس‌ها، موتورهای الکتریکی، ژنراتورها، ترانسفورماتورها، القاگرها، گیرنده‌های تلفنی، رله‌ها و غیره بسیار مناسب می‌کند. آنها همچنین برای غربالگری مغناطیسی مفید هستند. خواص آنها ممکن است از طریق ساخت دقیق و با گرما دادن و پیرسازی آرام به طور بزرگ تقویت شود تا درجه بالایی از خلوص بلوری به دست آید. مقدار مغناطیسی بزرگ در دمای اتاق باعث می‌شود مواد فرومغناطیسی نرم برای مدارهای مغناطیسی بسیار مفید باشند؛ اما فرومغناطیس‌ها رساناهای بسیار خوبی هستند و از دست دادن انرژی به دلیل جریانِ گردابه درونی آنها رخ می‌دهد. مشکلات اضافی انرژی نیز به دلیل اینکه مغناطیده‌سازی به طور آرام پیش نمی‌رود بلکه در جهش‌های کوچک انجام می‌شود، وجود دارد. این اتلاف انرژی به نام اتلاف بازمانده مغناطیسی شناخته می‌شود و کاملاً به فرکانس تغییر یافته چگالی شار بستگی دارد و به مقدار آن ارتباطی ندارد.

3.2 مواد فرومغناطیسی نرم

آنها دارای نفوذپذیری نسبتاً پایین و نیروگاهارهای بسیار بالا هستند. این مواد به راحتی مغناطیده و مغناطیس‌زدایی نمی‌شوند. مواد فرومغناطیسی سخت معمولاً شامل فولاد کبالت و آلیاژهای فرومغناطیسی مختلفی از کبالت، آلومینیوم و نیکل هستند. آنها درصد بالایی از مغناطیده‌سازی خود را نگه می‌دارند و اتلاف هیسترزیسی نسبتا بالایی دارند. آنها برای استفاده به عنوان آهنربای دائمی مانند بلندگوها، ابزارهای اندازه‌گیری و غیره بسیار مناسب‌اند.

فریت‌ها گروه خاصی از مواد فرومغناطیسی هستند که در موقعیت میانی بین مواد فرومغناطیسی و غیر فرومغناطیسی قرار می‌گیرند. آنها از ذرات بسیار ریز ماده فرومغناطیسی با نفوذپذیری بالا تشکیل شده‌اند و با یک رزین اتصال‌دهنده نگه داشته می‌شوند. مغناطانه‌ای که در فریت‌ها تولید می‌شود به اندازه‌ای است که ارزش تجاری دارد اما تشباع مغناطیسی آنها به اندازه مغناطیس‌های فرومغناطیسی بالا نیست. همانند فرومغناطیس‌ها، فریت‌ها می‌تواند نرم یا سخت باشد.

4.1 فریت‌های نرم

مگنت‌های سرامی مانند سرامی‌های فرومغناطیسی از اکسید آهن، Fe2O3، با یک یا چند اکسید دو ظرفیتی مانند NiO، MnO یا ZnO ساخته می‌شوند. این مگنت‌ها دارای حلقه هیسترزیس مربعی هستند و مقاومت بالا و Demagnetization بالا برای مگنت‌ها در ماشین‌های محاسباتی که مقاومت بالایی لازم است، ارزشمند است. مزیت بزرگ فریت‌ها مقاومت بالای آنها است. مگنت‌های تجاری مقاومت تا 10^9 اهم-سانتی‌متر دارند. جریان‌های گردابه که از میدان‌های متناوب نتیجه می‌شود، به حداقل می‌رسند و دامنه کاربرد این مواد مغناطیسی به فرکانس‌های بالا، حتی تا مایکروویو گسترش می‌یابد. فریت‌ها با دقت از مخلوط پودر اکسیدها، فشرده‌سازی و سَینترینگ با دمای بالا ساخته می‌شوند. ترانسفورمرهای فرکانس بالا در تلویزیون‌ها و گیرنده‌های با فرکانس مدوله غالباً با هسته‌های فریت ساخته می‌شوند.

4.2 فریت‌های سخت

این‌ها مواد آهنربایی دائمی سرامی هستند. مهم‌ترین خانواده فریت‌های سخت ترکیب پایه MO.Fe2O3 است که در آن M یون باریم (Ba) یا یون استرانسیوم (Sr) است. این مواد دارای ساختار شش‌ضلعی هستند و هزینه و چگالی کمی دارند. فریت‌های سخت در ژنراتورها، رله‌ها و موتورهای الکتریکی استفاده می‌شوند. برنامه‌های الکترونیکی شامل مگنت‌های بلندگوها، زنگ‌های تلفن و گیرنده‌ها است. همچنین در نگه‌دارنده‌های برای بازرهای درب، درزگیرها، قفل‌ها و در چند طرح اسباب‌بازی نیز به کار می‌رود.

منبع اصلی: https://electronicspani.com/types-of-magnetic-materials/