Hangi maddelere manyetik denir. Mıknatıslar ve maddenin manyetik özellikleri
iki adet mıknatıs var farklı şekiller... Bazıları "manyetik olarak sert" malzemelerden yapılan kalıcı mıknatıslardır. Manyetik özellikleri, harici kaynakların veya akımların kullanımı ile ilişkili değildir. Başka bir tip, "yumuşak manyetik" demir çekirdekli sözde elektromıknatıslardır. Yarattıkları manyetik alanlar, esas olarak, çekirdeği çevreleyen sargı telinden bir elektrik akımının geçmesi gerçeğinden kaynaklanmaktadır.
Manyetik kutuplar ve manyetik alan.
Manyetik özelliklerçubuk mıknatıs en çok uçlarının yakınında görünür. Böyle bir mıknatıs, yatay düzlemde serbestçe dönebilmesi için orta kısımdan asılırsa, kuzeyden güneye doğru yaklaşık olarak karşılık gelen bir pozisyon alacaktır. Çubuğun kuzeyi gösteren ucuna kuzey kutbu, karşı ucuna ise güney kutbu denir. İki mıknatısın zıt kutupları birbirini çeker ve benzer kutuplar karşılıklı olarak itilir.
Mıknatıslanmamış bir demir çubuk mıknatısın kutuplarından birine yaklaştırılırsa, mıknatıs geçici olarak mıknatıslanır. Bu durumda, mıknatıslanmış çubuğun mıknatısın kutbuna en yakın kutbu isim olarak zıt olacak ve uzak kutup aynı isimde olacaktır. Mıknatısın kutbu ile çubukta indüklediği karşı kutup arasındaki çekim ve mıknatısın hareketini açıklar. Bazı malzemeler (çelik gibi), kalıcı bir mıknatısın veya elektromıknatısın yakınında bulunduktan sonra zayıf kalıcı mıknatıslar haline gelir. Bir çelik çubuk, kalıcı mıknatısın ucunu, ucu boyunca basitçe kaydırarak manyetize edilebilir.
Bu nedenle, bir mıknatıs, diğer mıknatısları ve manyetik malzemelerden yapılmış nesneleri onlarla temas etmeden çeker. Bir mesafedeki bu hareket, mıknatısın etrafındaki uzayda varoluşla açıklanır. manyetik alan... Bu manyetik alanın yoğunluğu ve yönü hakkında bir fikir, bir mıknatıs üzerine yerleştirilmiş bir karton veya cam levha üzerine demir talaşları serpilerek elde edilebilir. Talaş tarla yönünde zincirler halinde dizilecek ve talaş hatlarının yoğunluğu bu alanın yoğunluğuna karşılık gelecektir. (Manyetik alanın en güçlü olduğu mıknatısın uçlarında en kalındırlar.)
M. Faraday (1791-1867), mıknatıslar için kapalı endüksiyon hatları kavramını tanıttı. Endüksiyon çizgileri, mıknatıstan çevresindeki boşluğa çıkar. Kuzey Kutbu, y mıknatısına dahildir Güney Kutbu ve mıknatıs malzemesinin içinden güney kutbundan kuzeye doğru geçerek kapalı bir döngü oluşturur. Bir mıknatıstan çıkan toplam endüksiyon hattı sayısına manyetik akı denir. Manyetik akı yoğunluğu veya manyetik indüksiyon ( V), birim büyüklükteki bir temel alan boyunca normal boyunca geçen endüksiyon çizgilerinin sayısına eşittir.
Manyetik indüksiyon, bir manyetik alanın içinde bulunan bir akım iletkeni üzerinde etki ettiği kuvveti belirler. Akımın içinden geçtiği iletken ise ben, indüksiyon hatlarına dik olarak yerleştirilir, o zaman Ampere yasasına göre kuvvet F bir iletkene etki etmek hem alana hem de iletkene diktir ve iletkenin manyetik indüksiyonu, akım gücü ve uzunluğu ile orantılıdır. Böylece, manyetik indüksiyon için B bir ifade yazabilirsin
nerede F- Newton cinsinden kuvvet, ben- amper cinsinden akım, ben- metre cinsinden uzunluk. Manyetik indüksiyonu ölçmek için kullanılan birim Tesla'dır (T).
Galvanometre.
Galvanometre, zayıf akımları ölçmek için hassas bir araçtır. Galvanometre, at nalı şeklindeki kalıcı bir mıknatısın, mıknatısın kutupları arasındaki boşlukta asılı duran küçük bir akım taşıyan bobin (zayıf elektromıknatıs) ile etkileşimi tarafından üretilen torku kullanır. Tork ve dolayısıyla bobinin sapması, hava boşluğundaki akım ve toplam manyetik indüksiyonla orantılıdır, böylece cihazın ölçeği bobindeki küçük sapmalarla neredeyse doğrusaldır.
Mıknatıslanma kuvveti ve manyetik alan kuvveti.
Ardından, manyetik eylemi karakterize eden bir miktar daha tanıtılmalıdır. elektrik akımı... Mıknatıslanacak malzemeyi içeren uzun bir bobinin telinden bir akımın geçtiğini varsayalım. Mıknatıslama kuvveti, bobindeki elektrik akımının dönüş sayısı ile çarpımıdır (bu kuvvet, dönüş sayısı boyutsuz bir miktar olduğundan, amper cinsinden ölçülür). Manyetik alan kuvveti H bobinin birim uzunluğu başına mıknatıslama kuvvetine eşittir. Böylece, miktar H metre başına amper cinsinden ölçülür; bobin içindeki malzeme tarafından elde edilen manyetizasyonu belirler.
Bir vakumda, manyetik indüksiyon B manyetik alan kuvvetiyle orantılı H:
nerede m 0 - sözde evrensel değeri 4 olan manyetik sabit P H 10 –7 H / m. Birçok malzemede, değer B kabaca orantılı H... Bununla birlikte, ferromanyetik malzemelerde, arasındaki oran B ve H biraz daha karmaşıktır (aşağıda tartışılacaktır).
İncirde. Şekil 1, yükleri kavramak için basit bir elektromıknatısı göstermektedir. Enerji kaynağı, şarj edilebilir bir pildir. doğru akım... Şekil ayrıca, normal demir talaşı yöntemiyle tespit edilebilen elektromıknatısın alanının kuvvet çizgilerini de göstermektedir.
Sürekli modda çalışan, demir çekirdekli ve çok sayıda amper dönüşlü büyük elektromıknatıslar, büyük bir mıknatıslama kuvvetine sahiptir. Kutuplar arasında 6 T'ye kadar manyetik indüksiyon oluştururlar; bu indüksiyon sadece mekanik gerilimler, bobinlerin ısınması ve çekirdeğin manyetik doygunluğu ile sınırlıdır. Su soğutmalı bir dizi dev elektromıknatıs (çekirdeksiz) ve darbeli manyetik alanlar oluşturmak için tesisler, Cambridge'de ve Enstitü'de P.L. Kapitza (1894-1984) tarafından tasarlandı. fiziksel problemler SSCB Bilimler Akademisi ve Massachusetts'teki F. Bitter (1902-1967) Teknoloji Enstitüsü... Bu tür mıknatıslarda 50 T'ye kadar indüksiyon elde etmek mümkün oldu. Losalamos Ulusal Laboratuvarı'nda, 6,2 T'ye kadar alanlar üreten, 15 kW elektrik gücü tüketen ve sıvı hidrojenle soğutulan nispeten küçük bir elektromıknatıs geliştirildi. Bu tür alanlar kriyojenik sıcaklıklarda elde edilir.
Manyetik geçirgenlik ve manyetizmadaki rolü.
Manyetik geçirgenlik m Bir malzemenin manyetik özelliklerini karakterize eden bir miktardır. Ferromanyetik metaller Fe, Ni, Co ve alaşımları çok yüksek maksimum geçirgenliğe sahiptir - 5000'den (Fe için) 800.000'e (süpermalloy için). Nispeten düşük alan kuvvetlerinde bu tür malzemelerde H büyük indüksiyonlar meydana gelir B, ancak genel olarak konuşursak, bu miktarlar arasındaki ilişki, aşağıda tartışılan doygunluk ve histerezis fenomenleri nedeniyle doğrusal değildir. Ferromanyetik malzemeler mıknatıslar tarafından güçlü bir şekilde çekilir. Curie noktasının üzerindeki sıcaklıklarda (Fe için 770 °C, Ni için 358 °C, Co için 1120 °C) manyetik özelliklerini kaybederler ve indüksiyonun etkilendiği paramagnetler gibi davranırlar. Bçok yüksek gerilim değerlerine kadar H onunla orantılı - tıpkı bir boşlukta olduğu gibi. Birçok element ve bileşik tüm sıcaklıklarda paramanyetiktir. Paramanyetik maddeler, harici bir manyetik alanda manyetize olmaları ile karakterize edilir; bu alan kapatılırsa, paramagnetler manyetize olmayan bir duruma geri döner. Ferromıknatıslardaki manyetizasyon, harici alan kapatıldıktan sonra bile korunur.
İncirde. Şekil 2, manyetik olarak sert (yüksek kayıplı) bir ferromanyetik malzeme için tipik bir histerezis döngüsünü göstermektedir. Manyetik olarak düzenlenmiş bir malzemenin manyetizasyonunun manyetizasyon alanının yoğunluğuna belirsiz bağımlılığını karakterize eder. İlk (sıfır) noktasından manyetik alan gücünde bir artışla ( 1 ) manyetizasyon kesikli çizgi boyunca ilerler 1 –2 ve miktar mörneğin manyetizasyonu arttıkça önemli ölçüde değişir. Noktada 2 doygunluğa ulaşıldı, yani gerilimde daha fazla artışla, manyetizasyon artık artmaz. Şimdi değeri kademeli olarak düşürürsek H sıfıra, sonra eğri B(H) artık önceki yolu izlemez, ancak noktadan geçer 3 , olduğu gibi, malzemenin "hafızasını" ortaya çıkarmak " geçmiş tarih", Bu nedenle " histerezis " adı. Açıkçası, bu durumda, bir miktar artık manyetizasyon korunur (segment 1 –3 ). Mıknatıslanma alanının yönünü tersine değiştirdikten sonra, eğri V (H) noktayı geçer 4 , ve segment ( 1 )–(4 ) demanyetizasyonu önleyen zorlayıcı kuvvete karşılık gelir. Değerlerin daha da büyümesi (- H) histerezis eğrisini üçüncü çeyreğe getirir - bölüm 4 –5 ... Değerdeki sonraki düşüş (- H) sıfıra ve ardından pozitif değerlerde bir artış H noktalardan histerezis döngüsünün kapanmasına yol açacaktır. 6 , 7 ve 2 .
Manyetik olarak sert malzemeler, diyagramda geniş bir alanı kaplayan ve bu nedenle büyük kalıcı mıknatıslanma (manyetik indüksiyon) ve zorlayıcı kuvvet değerlerine karşılık gelen geniş bir histerezis döngüsü ile karakterize edilir. Dar bir histerezis döngüsü (Şekil 3), yumuşak çelik ve yüksek manyetik geçirgenliğe sahip özel alaşımlar gibi yumuşak manyetik malzemelerin özelliğidir. Bu tür alaşımlar, histerezis nedeniyle enerji kayıplarını azaltmak amacıyla oluşturulmuştur. Ferritler gibi bu özel alaşımların çoğu, yalnızca manyetik kayıpları değil aynı zamanda girdap akımlarının neden olduğu elektrik kayıplarını da azaltan yüksek elektrik direncine sahiptir.
Yüksek geçirgenliğe sahip manyetik malzemeler, yaklaşık 1000 °C sıcaklıkta tutularak yapılan tavlama ve ardından oda sıcaklığına tavlama (kademeli soğutma) yapılarak üretilir. Aynı zamanda ön mekanik ve ısıl işlemin yanı sıra numunede safsızlıkların olmaması da çok önemlidir. 20. yüzyılın başındaki transformatör çekirdekleri için. silikon çelikler geliştirildi, boyut m artan silikon içeriği ile artmıştır. 1915 ve 1920 arasında, karakteristik dar ve neredeyse dikdörtgen bir histerezis döngüsüne sahip permalloy (Ni-Fe alaşımları) ortaya çıktı. Özellikle yüksek manyetik geçirgenlik değerleri m küçük değerlerde H hypernik alaşımları (%50 Ni, %50 Fe) ve mu-metal (%75 Ni, %18 Fe, %5 Cu, %2 Cr) farklıdır, Perminvar'da (%45 Ni, %30 Fe, %25 Co) farklıdır. ) değer m geniş bir alan gücü aralığında pratik olarak sabittir. Modern manyetik malzemeler arasında, en yüksek manyetik geçirgenliğe sahip bir alaşım olan süpermalladan bahsetmeliyiz (%79 Ni, %15 Fe ve %5 Mo içerir).
Manyetizma teorileri.
İlk kez, manyetik fenomenlerin nihayetinde elektriğe indirgendiği fikri, 1825'te Ampere'de, bir mıknatısın her atomunda dolaşan kapalı iç mikro akımlar fikrini ifade ettiğinde ortaya çıktı. Bununla birlikte, maddede bu tür akımların varlığına dair herhangi bir deneysel doğrulama olmadan (elektron sadece 1897'de J. Thomson tarafından keşfedildi ve atomun yapısının tanımı 1913'te Rutherford ve Bohr tarafından verildi), bu teori “soldu. ”. 1852'de W. Weber, her atomun manyetik madde küçük bir mıknatıs veya manyetik dipoldür, böylece tüm bireysel atomik mıknatıslar belirli bir düzende düzenlendiğinde bir maddenin tam manyetizasyonu sağlanır (Şekil 4, B). Weber, moleküler veya atomik "sürtünmenin" bu temel mıknatısların termal titreşimlerin rahatsız edici etkisine rağmen düzenlerini korumalarına yardımcı olduğuna inanıyordu. Teorisi, bir mıknatısla temas halindeki cisimlerin manyetizasyonunu ve aynı zamanda çarpma veya ısınma üzerine demanyetizasyonunu açıklayabildi; son olarak, mıknatısların "çoğalması", mıknatıslanmış bir iğne veya manyetik çubuk parçalara ayrıldığında da açıklandı. Ancak bu teori, ne temel mıknatısların kökenini ne de doygunluk ve histerezis fenomenlerini açıklamadı. Weber'in teorisi, 1890'da atomik sürtünme hipotezini, kalıcı bir mıknatıs oluşturan temel dipollerin sırasını korumaya yardımcı olan atomlar arası sınırlayıcı kuvvetler fikriyle değiştiren J. Ewing tarafından rafine edildi.
Bir zamanlar Ampere tarafından önerilen soruna yaklaşım, 1905'te P. Langevin'in her bir atoma bir iç dengelenmemiş elektron akımı atfederek paramanyetik malzemelerin davranışını açıkladığı zaman ikinci bir hayat kazandı. Langevin'e göre, dış alan olmadığında rastgele yönlendirilen, ancak uygulandıktan sonra düzenli bir yönelim elde eden küçük mıknatıslar oluşturan bu akımlardır. Bu durumda, sıralamayı tamamlama yaklaşımı, manyetizasyonun doygunluğuna karşılık gelir. Buna ek olarak, Langevin, bir kutbun "manyetik yükünün" kutuplar arasındaki mesafeyle ürününe tek bir atom mıknatısı için eşit olan bir manyetik moment kavramını tanıttı. Bu nedenle, paramanyetik malzemelerin zayıf manyetizması, telafi edilmemiş elektron akımlarının yarattığı toplam manyetik momentten kaynaklanmaktadır.
1907'de P. Weiss, önemli bir katkı haline gelen "etki alanı" kavramını tanıttı. modern teori manyetizma. Weiss, içinde tüm atomların manyetik momentlerinin bir nedenden dolayı aynı yönelimi sürdürmeye zorlandığı, böylece her alanın doygunluğa kadar manyetize edildiği, atomların küçük "kolonileri" biçimindeki alanları hayal etti. Ayrı bir alan, 0,01 mm mertebesinde doğrusal boyutlara ve buna göre 10 –6 mm3 mertebesinde bir hacme sahip olabilir. Etki alanları, kalınlığı 1000 atom boyutunu aşmayan Bloch duvarları ile ayrılır. “Duvar” ve iki zıt yönlü alan, Şekil 2'de şematik olarak gösterilmiştir. 5. Bu tür duvarlar, etki alanı manyetizasyonunun yönünün değiştiği "geçiş katmanlarıdır".
Genel olarak, ilk manyetizasyon eğrisinde üç bölüm ayırt edilebilir (Şekil 6). İlk bölümde, bir dış alanın etkisi altındaki duvar, bir kusurla karşılaşana kadar maddenin kalınlığı boyunca hareket eder. kristal kafes bu onu durdurur. Alan gücünü artırarak, duvarı kesikli çizgiler arasındaki orta bölümden daha fazla hareket etmeye zorlayabilirsiniz. Alan kuvveti daha sonra tekrar sıfıra düşürülürse, duvarlar artık orijinal konumlarına geri dönmeyecek, böylece numune kısmen manyetize kalacaktır. Bu, mıknatısın histerezisini açıklar. Eğrinin sonunda, son düzensiz alanlar içindeki manyetizasyonun sıralamasından dolayı numunenin manyetizasyonunun doygunluğu ile süreç sona erer. Bu süreç neredeyse tamamen tersine çevrilebilir. Manyetik sertlik, atomik kafesin, alanlar arası duvarların hareketini engelleyen birçok kusur içerdiği malzemelerle kendini gösterir. Bu, örneğin toz halindeki malzemenin sıkıştırılması ve ardından sinterlenmesi gibi mekanik ve ısıl işlemle elde edilebilir. Alniko alaşımlarında ve analoglarında, metallerin karmaşık bir yapıya kaynaştırılmasıyla aynı sonuç elde edilir.
Paramanyetik ve ferromanyetik malzemelere ek olarak, antiferromanyetik ve ferrimanyetik özelliklere sahip malzemeler de vardır. Bu manyetizma türleri arasındaki fark Şekil 2'de gösterilmektedir. 7. Alan kavramına dayalı olarak, paramanyetizma, malzemede tek tek dipollerin birbirleriyle çok zayıf etkileşime girdiği (veya hiç etkileşime girmediği) küçük manyetik dipol gruplarının varlığından kaynaklanan bir fenomen olarak kabul edilebilir. , harici bir alanın yokluğunda, yalnızca rastgele yönelimleri varsayalım ( şek. 7, a). Bununla birlikte, ferromanyetik malzemelerde, her bir alan içinde, bireysel dipoller arasında, sıralı paralel hizalamalarına yol açan güçlü bir etkileşim vardır (Şekil 7, B). Tersine, antiferromanyetik malzemelerde, bireysel dipoller arasındaki etkileşim, onların antiparalel sıralı hizalanmasına yol açar, böylece her alanın toplam manyetik momenti sıfır olur (Şekil 7, v). Son olarak, ferrimanyetik malzemelerde (örneğin, ferritler) hem paralel hem de antiparalel sıralama vardır (Şekil 7, G), bu da zayıf manyetizma ile sonuçlanır.
iki zorlayıcı var deneysel doğrulama etki alanlarının varlığı. Bunlardan ilki sözde Barkhausen etkisi, ikincisi ise toz figür yöntemidir. 1919'da G. Barkhausen, bir ferromanyetik malzeme örneğine harici bir alan uygulandığında, manyetizasyonunun küçük ayrı kısımlarda değiştiğini tespit etti. Alan teorisinin bakış açısından, bu, kendi yolunu geciktiren bireysel kusurlarla karşılaşan alanlar arası duvarın ani bir ilerlemesinden başka bir şey değildir. Bu etki genellikle ferromanyetik bir çubuk veya telin yerleştirildiği bir bobin ile tespit edilir. Numuneye dönüşümlü olarak güçlü bir mıknatıs getirilir ve numuneden çıkarılırsa, numune manyetize edilecek ve yeniden manyetize edilecektir. Numunenin manyetizasyonundaki ani değişiklikler, bobin boyunca manyetik akıyı değiştirir ve içinde bir endüksiyon akımı uyarılır. Bu bobinde üretilen voltaj yükseltilir ve bir çift akustik kulaklığın girişine beslenir. Kulaklıklardan duyulan tıklamalar, manyetizasyonda ani bir değişiklik olduğunu gösterir.
Bir mıknatısın alan yapısını toz şekilleri yöntemiyle ortaya çıkarmak için, bir ferromanyetik tozun (genellikle Fe3O 4) kolloidal bir süspansiyonunun bir damlası, manyetize edilmiş bir malzemenin iyi cilalanmış bir yüzeyine uygulanır. Toz parçacıkları esas olarak manyetik alanın maksimum homojen olmayan yerlerinde - alanların sınırlarında - biriktirilir. Bu yapı mikroskop altında incelenebilir. Polarize ışığın şeffaf bir ferromanyetik malzeme aracılığıyla iletilmesine dayanan bir yöntem de önerildi.
Orijinal Weiss manyetizma teorisi, temel özelliklerinde önemini korumuş, ancak atomik manyetizmayı belirleyen bir faktör olarak telafi edilmemiş elektron dönüşleri kavramına dayanan güncellenmiş bir yorum almıştır. Elektronun içsel bir momentinin varlığına ilişkin hipotez, 1926'da S. Goudsmit ve J. Uhlenbeck tarafından ortaya atıldı ve şu anda "temel mıknatıslar" olarak kabul edilenler, spinin taşıyıcıları olarak elektronlardır.
Bu kavramı açıklığa kavuşturmak için (Şekil 8) serbest bir demir atomu - tipik bir ferromanyetik malzeme - düşünün. Onun iki kabuğu ( K ve L), çekirdeğe en yakın olan elektronlarla doldurulur, birincisinde iki elektron, ikincisinde sekiz elektron bulunur. V K-kabuk, elektronlardan birinin dönüşü pozitif, diğeri negatif. V L-kabuk (daha doğrusu iki alt kabuğunda), sekiz elektrondan dördü pozitif dönüşlere ve diğer dördü negatif dönüşlere sahiptir. Her iki durumda da, bir kabuk içindeki elektronların dönüşleri tamamen dengelenir, böylece toplam manyetik moment sıfır olur. V m-kabuk, durum farklıdır, çünkü üçüncü alt kabuktaki altı elektrondan beş elektron bir yöne, yalnızca altıncısı diğer yöne yönlendirilir. Sonuç olarak, demir atomunun manyetik özelliklerini belirleyen dört telafi edilmemiş dönüş kalır. (Dış kısımda n-kabuk, demir atomunun manyetizmasına katkıda bulunmayan sadece iki değerlik elektronu vardır.) Nikel ve kobalt gibi diğer ferromıknatısların manyetizması da benzer şekilde açıklanır. Demir örneğindeki komşu atomlar birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşime girdiğinden ve elektronları kısmen kolektifleştirildiğinden, bu açıklama sadece gerçek durumun açıklayıcı, ancak çok basitleştirilmiş bir diyagramı olarak düşünülmelidir.
Elektron dönüşünü hesaba katmaya dayanan atomik manyetizma teorisi, biri A. Einstein ve W. de Haas, diğeri S. Barnett tarafından gerçekleştirilen iki ilginç gyromagnetic deney tarafından desteklenmektedir. Bu deneylerin ilkinde, ferromanyetik bir malzemeden yapılmış bir silindir Şekil 2'de gösterildiği gibi askıya alındı. 9. Sargı telinden akım geçerse silindir kendi ekseni etrafında döner. Akımın yönü (ve dolayısıyla manyetik alan) değiştiğinde, ters yöne döner. Her iki durumda da silindirin dönüşü elektron spinlerinin sıralamasından kaynaklanmaktadır. Barnett'in deneyinde ise, tersine, keskin bir şekilde döndürülen asılı bir silindir, manyetik alan yokluğunda manyetize edilir. Bu etki, mıknatıs döndüğünde, dönme momentlerini kendi dönme ekseni yönünde döndürme eğiliminde olan bir jiroskopik momentin oluşmasıyla açıklanır.
Komşu atom mıknatıslarını düzenleyen ve termal hareketin düzensiz etkilerine karşı koyan kısa menzilli kuvvetlerin doğası ve kökeni hakkında daha eksiksiz bir açıklama için, bkz. Kuantum mekaniği... Bu kuvvetlerin doğasına ilişkin kuantum-mekanik bir açıklama, 1928'de komşu atomlar arasında değişim etkileşimlerinin varlığını öne süren W. Heisenberg tarafından önerildi. Daha sonra, G. Bethe ve J. Slater, atomlar arasındaki mesafe azaldıkça değişim kuvvetlerinin önemli ölçüde arttığını, ancak belirli bir minimum atomlar arası mesafeye ulaştıktan sonra sıfıra düştüğünü gösterdi.
MADDENİN MANYETİK ÖZELLİKLERİ
Maddenin manyetik özelliklerine ilişkin ilk kapsamlı ve sistematik çalışmalardan biri P. Curie tarafından yapılmıştır. Manyetik özelliklerine göre tüm maddelerin üç sınıfa ayrılabileceğini buldu. Birincisi, demire benzer belirgin manyetik özelliklere sahip maddeleri içerir. Bu tür maddelere ferromanyetik denir; manyetik alanları önemli mesafelerde fark edilir ( santimetre. üstünde). İkinci sınıf, paramanyetik denilen maddeleri içerir; manyetik özellikleri genellikle ferromanyetik malzemelerinkine benzer, ancak çok daha zayıftır. Örneğin, güçlü bir elektromıknatısın kutuplarına olan çekim kuvveti, elinizden bir demir çekici kapabilir ve aynı mıknatısa paramanyetik bir maddenin çekimini tespit etmek için genellikle çok hassas bir analitik teraziye ihtiyacınız vardır. Son, üçüncü sınıf, sözde diamanyetik maddeleri içerir. Bir elektromıknatıs tarafından itilirler, yani. Diamagnetlere etkiyen kuvvet, ferro ve paramagnetlere etkiyen kuvvetin tersi yöndedir.
Manyetik özelliklerin ölçümü.
Manyetik özelliklerin incelenmesinde iki tip ölçüm çok önemlidir. Birincisi, mıknatısın yakınında numuneye etki eden kuvveti ölçmektir; numunenin manyetizasyonu bu şekilde belirlenir. İkincisi, bir maddenin manyetizasyonu ile ilişkili "rezonans" frekanslarının ölçümlerini içerir. Atomlar küçük "jiroskoplar"dır ve bir manyetik alanda ölçülebilen bir frekansta (yerçekimi tarafından üretilen torkun etkisi altındaki normal bir tepe gibi) ilerlerler. Ek olarak, manyetik indüksiyon hatlarına dik açılarda hareket eden serbest yüklü parçacıklara ve ayrıca bir iletkendeki elektron akımına bir kuvvet etki eder. Parçacığı, yarıçapı ifadeyle verilen dairesel bir yörüngede hareket ettirir.
r = mv/eB,
nerede m- parçacık kütlesi, v- hızı, eÜcreti mi ve B- alanın manyetik indüksiyonu. Bu tür sıklığı dairesel hareket eşittir
nerede F hertz cinsinden ölçülür, e- kolyelerde, m- kilogram olarak, B- Tesla'da. Bu frekans, manyetik alandaki bir maddedeki yüklü parçacıkların hareketini karakterize eder. Her iki hareket türü de (dairesel yörüngelerde hareket ve presesyon), belirli bir malzemenin karakteristik "doğal" frekanslarına eşit rezonans frekanslarına sahip alternatif alanlar tarafından uyarılabilir. İlk durumda, rezonansa manyetik denir ve ikincisinde siklotron olarak adlandırılır (bir siklotrondaki atom altı parçacığın döngüsel hareketi ile benzerlik nedeniyle).
Atomların manyetik özelliklerinden bahsetmişken, açısal momentumlarına özellikle dikkat etmek gerekir. Bir manyetik alan, dönen bir atomik dipole etki ederek onu döndürmeye ve alana paralel hale getirmeye çalışır. Bunun yerine atom, dipol momentine ve uygulanan alanın gücüne bağlı olan bir frekansla alanın yönü (Şekil 10) etrafında ilerlemeye başlar.
Atomik devinim, numunedeki tüm atomlar farklı bir fazda olduğundan doğrudan gözlemlenemez. Sabit sıralı alana dik yönlendirilmiş küçük bir alternatif alan uygularsak, öncü atomlar arasında belirli bir faz ilişkisi kurulur ve toplam manyetik momenti, bireysel manyetik momentlerin presesyon frekansına eşit bir frekansla ilerlemeye başlar. Önemli açısal hız presesyon. Kural olarak, bu, elektronlarla ilişkili manyetizasyon için 10 10 Hz / T mertebesinde ve atomların çekirdeğindeki pozitif yüklerle ilişkili manyetizasyon için 107 Hz / T mertebesinde bir değerdir.
Nükleer manyetik rezonansı (NMR) gözlemlemek için bir tesisin şematik diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir. 11. İncelenen madde, kutuplar arasında tek tip sabit bir alana verilir. O zaman, test tüpünü kaplayan küçük bir bobin yardımıyla bir radyo frekansı alanı uyarılırsa, numunedeki tüm nükleer "jiroskopların" presesyon frekansına eşit belirli bir frekansta rezonans elde edilebilir. Ölçümler, bir radyo alıcısını belirli bir istasyonun frekansına ayarlamaya benzer.
Manyetik rezonans yöntemleri, yalnızca belirli atomların ve çekirdeklerin manyetik özelliklerini değil, aynı zamanda çevrelerinin özelliklerini de araştırmayı mümkün kılar. Gerçek şu ki, manyetik alanlar katılar ve moleküller, atom yükleri tarafından çarpıtıldıkları için homojen değildir ve deneysel rezonans eğrisinin detayları, öncül çekirdeğin bulunduğu bölgedeki yerel alan tarafından belirlenir. Bu, belirli bir örneğin yapısal özelliklerini rezonans yöntemleriyle incelemeyi mümkün kılar.
Manyetik özelliklerin hesaplanması.
Güçlü bir elektromıknatısın kutupları arasındaki alan yaklaşık 2 T ve daha fazla iken, Dünya alanının manyetik indüksiyonu 0,5 x 10 –4 T'dir.
Herhangi bir akım konfigürasyonu tarafından oluşturulan manyetik alan, akım elemanı tarafından oluşturulan alanın manyetik indüksiyonu için Biot-Savart-Laplace formülü kullanılarak hesaplanabilir. Farklı şekillerdeki konturlar ve silindirik bobinler tarafından oluşturulan alanın hesaplanması birçok durumda çok karmaşıktır. Aşağıda birkaç basit durum için formüller bulunmaktadır. Akım ile uzun düz bir tel tarafından oluşturulan alanın manyetik indüksiyonu (teslas cinsinden) ben
Mıknatıslanmış bir demir çubuğun alanı, çubuk içindeki akımlar karşılıklı olarak dengelendiğinden, manyetize çubuğun yüzeyindeki atomlardaki akıma karşılık gelen birim uzunluk başına amper dönüş sayısı ile uzun bir solenoidin dış alanına benzer. (Şek. 12). Amper adıyla böyle bir yüzey akımına Amper denir. Manyetik alan kuvveti bir amper akımı tarafından oluşturulan çubuğun birim hacmi başına manyetik momente eşittir m.
Solenoid içine bir demir çubuk sokulursa, solenoid akımının bir manyetik alan oluşturmasına ek olarak H, çubuğun manyetize edilmiş malzemesindeki atomik dipollerin sıralaması bir manyetizasyon yaratır m... Bu durumda, toplam manyetik akı, gerçek ve amper akımların toplamı ile belirlenir, böylece B = m 0(H + bir), veya B = m 0(H + M). Davranış m/H aranan manyetik duyarlılık ve Yunan harfi ile gösterilir C; C Bir malzemenin manyetik alanda manyetize olma yeteneğini karakterize eden boyutsuz bir niceliktir.
Miktar B/H malzemenin manyetik özelliklerini karakterize eden manyetik geçirgenlik olarak adlandırılır ve ile gösterilir ben, ve ben = m 0m, nerede ben- mutlak ve m- bağıl geçirgenlik,
Ferromanyetik maddelerde, miktar Cçok büyük değerlere sahip olabilir - 10 4 ё 10 6'ya kadar. Miktar C paramanyetik malzemeler sıfırdan biraz fazla, diamanyetik malzemeler ise biraz daha azdır. Sadece boşlukta ve çok zayıf büyüklükte alanlarda C ve m sabittir ve harici alana bağlı değildir. indüksiyon bağımlılığı B itibaren H genellikle doğrusal değildir ve grafikleri sözde. farklı malzemeler için ve hatta farklı sıcaklıklarda bile manyetizasyon eğrileri önemli ölçüde farklılık gösterebilir (bu tür eğrilerin örnekleri Şekil 2 ve 3'te gösterilmiştir).
Maddenin manyetik özellikleri çok karmaşıktır ve derinlemesine anlaşılması, atomların yapısının, moleküllerdeki etkileşimlerinin, gazlardaki çarpışmalarının ve katı ve sıvılardaki karşılıklı etkilerinin kapsamlı bir analizini gerektirir; sıvıların manyetik özellikleri hala en az çalışılan şeydir.
MP'ye yerleştirilen maddeler farklı davranır. Altın, gümüş, bakır, çinko vb. gibi bir dizi malzeme, maddenin içindeki MF'yi hafifçe zayıflatır. Bunlara diamagnet denir. Platin, magnezyum, alüminyum, krom, paladyum, alkali metaller, oksijen vb. aksine, MF'yi biraz arttırır. Bunlara paramagnet denir.
İçsel (iç) MF'nin, buna neden olan dış MF'yi yüzlerce ve binlerce kez aşabildiği maddelere ferromıknatıslar denir. Bunlar arasında demir (Fe), kobalt (Co), nikel (№), bazı nadir toprak elementleri ve bu elementlere dayalı alaşımlar.
Elektrik mühendisliğinde, tüm maddeleri manyetik (ferromıknatıslar) ve manyetik olmayan (diamagnetler ve paramagnetler) olarak alt bölümlere ayırmak gelenekseldir.
Manyetik olmayan malzemelerdeki MF, harici bir MF'ye maruz kaldığında pratik olarak değişmediğinden, ferromanyetler özellikle ilgi çekicidir.
Ferromanyetizma, maddedeki manyetize bölgelerin varlığından kaynaklanır - atomların manyetik momentlerinin aynı yöne sahip olduğu alanlar. Temel olarak, her alan küçük bir mıknatıstır.
Ferromagnet şunlardan oluşur: Büyük bir sayı harici bir MF'nin yokluğunda keyfi bir şekilde yönlendirilen alanlar, böylece ferromıknatıs manyetik olmayan kalır. Bir dış MF'ye bir ferromıknatıs yerleştirildiğinde, alanlar kendilerini dış MF'nin kuvvet çizgileri yönünde yönlendirmeye başlar. Dış MF'nin gücünde daha fazla bir artışla, tüm alanlar MF'nin kuvvet çizgileri boyunca kurulur. Manyetik doygunluk devreye girer ve manyetizasyon pek artar. Şimdi dış MF'nin gücünü sıfıra düşürürsek, alanların oryantasyonu sadece kısmen ihlal edilecektir, bu nedenle ferromıknatısın manyetizasyonu azalır, ancak sıfıra düşmez. Numunenin kalıcı manyetizasyonunu ortadan kaldırmak için ters yönde harici bir MF uygulamak gerekir. Böyle bir MF'nin gücüne zorlayıcı kuvvet denir. NS. Her ferromanyetik için, ferromanyetik özelliklerinin kaybolduğu bir sıcaklık vardır. Curie noktası olarak adlandırılır. Demir için Curie noktası 768 ° С, nikel için - 358 ° С ve kobalt için - 1120 ° С'dir.
MF'nin manyetik akı yoğunluğunu hesaplamak için V bir ferromıknatısta, malzemeyi mıknatıslama yeteneğini hesaba katan bir ifade kullanılır, B =| 0 | g H = |l bir N, nerede H- harici MP'nin gerginliği; x g- malzemenin göreceli manyetik geçirgenliği; | ben a - malzemenin mutlak manyetik geçirgenliği.
Mıknatıslanacak ferromıknatısların özellikleri dikkate alınır | q (., Bu nedenle, ferromıknatıslar için »1, manyetik olmayan malzemeler için C,. = 1.
Ferromıknatısların temel özellikleri manyetizasyon eğrisidir. B (H) ve bir histerezis döngüsü (Şekil 6.5, a). Bir histerezis döngüsü elde etmek için düzgün bir şekilde artırmak gerekir. H sıfırdan / Y 1'e ve ardından Hönce -H
Bir dizi manyetizasyon döngüsünden sonra, histerezis döngüsü adı verilen kapalı bir eğri elde edilir. NS Farklı anlamlar/ Maksimumda, bir histerezis döngüsü ailesi elde edilir (Şekil 6.5.6). MF gücünün büyüklüğü, manyetik doygunluğun meydana geldiği değeri aşarsa, yani. / U || gax> hs, daha sonra ilmek boyutu artık artmaz, sadece histerezissiz alanlar büyür (Şekil 6.5, a'da 1-2 ve 5-6). Bu döngüye limit histerezis döngüsü denir.
Pirinç. 6.5. Ferromıknatısların manyetizasyon eğrileri: a - histerezis döngüsü; b - kısmi ve limit çevrimler
MF'ye ilk kez yerleştirilen bir ferromanyetik malzemenin manyetizasyonu 0-1 hattı boyunca gerçekleştirilir. Sınırlayıcı histerezis döngüsünün 8 ve 4 noktaları, //.(-//.) zorlayıcı kuvvete karşılık gelir ve 3 ve 7 noktaları artık indüksiyonun değerlerini verir. B g (~ B G).
Tüm histerezis eğrileri ailesindeki köşeleri birleştirerek, ferromıknatısın ana mıknatıslanma eğrisini elde ederiz. Bu eğri esas olarak teknik hesaplamalarda kullanılır ve orijinal 0-1 manyetizasyon eğrisi ile neredeyse örtüşür (bkz. 6.5, a). Kolaylık sağlamak için yalnızca pozitif değerler için verilmiştir.
Pirinç. 6.6.
1 - yumuşak manyetik; 2 - manyetik olarak sert
İncirde. 6.6, çeşitli manyetik malzemeler için histerezis döngülerini gösterir. Zorlayıcı kuvvetin değerine bağlı olarak, tüm manyetik malzemeler genellikle yumuşak manyetik (eğri 1) ve sert manyetik (eğri 2) olarak ayrılır.
Manyetik olarak yumuşak malzemeler düşük bir zorlayıcı kuvvete ve nispeten dar bir histerezis döngüsüne sahiptir. Bu grup elektrik çeliği, permalloy, ferritleri içerir. Bu malzemeler kullanılan elektrikli aletler elektrik makineleri, transformatörler, elektrikli cihazlar vb.
Manyetik sert malzemeler yüksek bir zorlayıcı kuvvete ve geniş bir histerezis döngüsüne sahiptir. Manyetize olduklarından, manyetizasyon alanını çıkardıktan sonra bile manyetizasyonlarını korurlar. Kalıcı mıknatıslar bu tür malzemelerden yapılır ve çeşitli cihazlarda yaygın olarak kullanılır.
İyi çalışmalarınızı bilgi tabanına gönderin basittir. Aşağıdaki formu kullanın
Bilgi tabanını çalışmalarında ve çalışmalarında kullanan öğrenciler, yüksek lisans öğrencileri, genç bilim adamları size çok minnettar olacaktır.
Yayınlanan http://www.allbest.ru/
Yayınlanan http://www.allbest.ru/
FEDERAL EĞİTİM AJANSI DEVLET EĞİTİM YÜKSEK VE MESLEKİ EĞİTİM ENSTİTÜSÜ
"VORONEZH DEVLET ÜNİVERSİTESİ"
(GOU VPO'ya Karşı)
Jeoloji Fakültesi
Çevre Jeolojisi Bölümü
Öz
konuyla ilgili: Maddelerin manyetik özellikleri
Tamamlandı: 1. sınıf öğrencisi, gr. 9 numara
Agoshkova Ekaterina Vladimirovna
İnceleyen:
Doçent, Bilim Adayı Voronova T.A.
Maddelerin manyetik özellikleri
Maddenin manyetik geçirgenliği
Maddelerin üzerlerindeki harici bir manyetik alanın etkisiyle sınıflandırılması
Antiferromıknatıslar ve ferrimıknatıslar
Kalıcı mıknatıslar
Curie noktası
Edebiyat
Maddelerin manyetik özellikleri
Manyetizma- manyetik alan vasıtasıyla belli bir mesafede gerçekleştirilen hareketli elektrik yüklerinin etkileşim şekli.
Maddenin manyetik özellikleri Ampere hipotezine göre açıklanır.
Amper hipotezi- Bir cismin manyetik özellikleri, içinde dolaşan akımlarla açıklanabilir.
Atomların içinde, elektronların yörüngelerdeki hareketi nedeniyle, temel manyetik alanlar oluşturan temel elektrik akımları vardır.
1.Eğer madde manyetik özelliklere sahip değilse, temel manyetik alanlar yönlendirilmemiştir (termal hareket nedeniyle);
2. Maddenin manyetik özellikleri varsa, elementer manyetik alanlar eşit olarak yönlendirilir (yönlendirilir) ve maddenin kendi iç manyetik alanı oluşur.
mıknatıslanmış kendi manyetik alanını oluşturan maddeye denir. Mıknatıslanma, bir madde harici bir manyetik alana yerleştirildiğinde meydana gelir.
manyetizma amper antiferromagnet curie
Mıknatısve benmadde geçirgenliği
Bir maddenin harici bir manyetik alan üzerindeki etkisi, değeri ile karakterize edilir. m , denir maddenin manyetik geçirgenliği.
Manyetik geçirgenlik belirli bir maddedeki manyetik alanın indüksiyonunun vakumdaki bir manyetik alanın indüksiyonundan kaç kez farklı olduğunu gösteren fiziksel bir skaler niceliktir.
B nerede? - maddenin içindeki alanın manyetik indüksiyonu; B? 0 - alanın vakumda manyetik indüksiyonu.
Maddelerin sınıflandırılmasıüzerlerindeki harici bir manyetik alanın etkisiyle
1.D iamagnetik [m<1]- слабомагнитные вещества, внутреннее магнитное поле направлено противоположно внешнему магнитному полю, но слабовыраженно. Вещества, которые имеют отрицательную магнитную восприимчивость, не зависящую от напряженности магнитного поля.
Negatif manyetik duyarlılık- bu, bir mıknatısın vücuda getirildiği ve aynı zamanda itildiği, çekilmediği zamandır.
Diamagnetler, örneğin, inert gazları, hidrojen, fosfor, çinko, altın, nitrojen, silikon, bizmut, bakır, gümüşü içerir. Yani bunlar süper iletken durumda olan veya kovalent bağları olan maddelerdir.
2. NS aramagnetik [m> 1] - zayıf manyetik maddeler, iç manyetik alan, dış manyetik alanla aynı şekilde yönlendirilir. Bu maddeler için manyetik duyarlılık, hangi alan kuvvetinin mevcut olduğuna da bağlı değildir. Aynı zamanda olumludur. Yani, bir paramagnet kalıcı olarak hareket eden bir mıknatısa yaklaştığında çekici bir kuvvet ortaya çıkar. Bunlara alüminyum, platin, oksijen, manganez, demir dahildir.
3.F erromanyetik [m >> 1] - güçlü manyetik maddeler, iç manyetik alan, dış manyetik alandan 100-1000 kat daha fazladır.
Bu maddelerde, diamagnetlerin ve paramagnetlerin aksine, manyetik duyarlılık, sıcaklığa ve manyetik alanın gücüne ve büyük ölçüde bağlıdır.
Bunlar nikel ve kobalt kristallerini içerir.
Antiferromıknatıslar ve ferrimıknatıslar
Isıtma sırasında, paramanyetik özelliklerin ortaya çıkmasıyla birlikte belirli bir maddenin faz geçişinin meydana geldiği maddelere denir. antiferromıknatıslar... Sıcaklık belirli bir değerin altına düşerse, maddede bu özellikler gözlenmez. Bu maddelerin örnekleri manganez ve kromdur.
Manyetik alınganlık ferrimagnetler ayrıca sıcaklığa ve manyetik alan gücüne de bağlıdır. Ama yine de farklılıkları var. Bu maddeler çeşitli oksitler içerir.
Yukarıdaki mıknatısların tümü ayrıca 2 kategoriye ayrılabilir:
Sert manyetik malzemeler. Bunlar malzemelerden yüksek değer Zorlayıcı kuvvet. Mıknatıslanmalarının tersine çevrilmesi için güçlü bir manyetik alan yaratmak gerekir. Bu malzemeler kalıcı mıknatısların imalatında kullanılır.
Yumuşak manyetik malzemeler aksine, küçük bir zorlayıcı güce sahiptirler. Zayıf manyetik alanlarda doygunluğa girebilirler. Mıknatıslanmanın tersine çevrilmesi için küçük kayıpları vardır. Bu nedenle, bu malzemeler alternatif akımla çalışan elektrikli makineler için çekirdek yapmak için kullanılır. Bu, örneğin bir akım ve gerilim trafosu veya bir jeneratör veya bir endüksiyon motorudur.
kalıcı mıknatısNS
Kalıcımıknatıslar- bunlar bedenler, uzun zaman tutma manyetizasyonu.
Kalıcı bir mıknatısın her zaman 2 manyetik kutbu vardır: kuzey (K) ve güney (S).
Kalıcı bir mıknatısın en güçlü manyetik alanı kutuplarındadır.
Kalıcı mıknatıslar genellikle demir, çelik, dökme demir ve diğer demir alaşımlarından (güçlü mıknatıslar) ve ayrıca nikel, kobalttan (zayıf mıknatıslar) yapılır. Mıknatıslar, manyetik demir cevherinin demir cevherinden doğal (doğal) ve bir manyetik alana sokulduğunda demirin manyetize edilmesiyle elde edilen yapaydır.
Mıknatısların Etkileşimi: kutuplar birbirini iter, farklı kutuplar çeker.
Mıknatısların etkileşimi, herhangi bir mıknatısın bir manyetik alana sahip olması ve bu manyetik alanların birbirleriyle etkileşime girmesiyle açıklanır.
Kalıcı mıknatısların manyetik alanı
Demirin manyetizasyonunun nedenleri nelerdir? Fransız bilim adamı Ampere'nin hipotezine göre, maddenin içinde elektronların atom çekirdekleri ve kendi eksenleri etrafında hareketi sonucu oluşan temel elektrik akımları (Amper akımları) vardır. Elektronlar hareket ettiğinde temel manyetik alanlar ortaya çıkar. Bir demir parçası harici bir manyetik alana sokulduğunda, bu demirdeki tüm temel manyetik alanlar aynı şekilde harici bir manyetik alana yönlendirilir ve kendi manyetik alanlarını oluşturur. Bir demir parçası bu şekilde mıknatıs olur.
Manyetik alan neye benziyor?kalıcı mıknatıslar?
Demir talaşları kullanılarak manyetik alan türü hakkında bir fikir elde edilebilir. Mıknatısın üzerine bir yaprak kağıt koymak ve üstüne demir talaşları serpmek yeterlidir.
Kalıcı şerit mıknatıs için Kalıcı ark mıknatısı için
Curie noktası
Curie noktası, veya Curie sıcaklığı, sıcaklıkta bir değişiklik olan bir maddenin simetri özelliklerinde ani bir değişiklik ile ilişkili ikinci dereceden bir faz geçişinin sıcaklığıdır, ancak diğer termodinamik parametrelerin (basınç, elektrik veya manyetik alan kuvveti) verilen değerlerinde. Curie sıcaklığında ikinci dereceden bir faz geçişi, maddenin simetri özelliklerindeki bir değişiklik ile ilişkilidir. Tc'de, tüm faz geçişleri durumunda, bir tür atomik sıralama ortadan kalkar, örneğin elektron spinlerinin sıralaması ( ferroelektrik), atomik manyetik momentler ( ferromıknatıslar), kristal kafes bölgelerinde alaşımın farklı bileşenlerinin atomlarının düzenlenmesinde sıralama (alaşımlarda faz geçişleri). T c yakınlarında keskin anomaliler gözleniyor fiziki ozellikleri, örneğin, piezoelektrik, elektro-optik, termal.
Manyetik Curie noktası, ferromıknatıs alanlarının kendiliğinden mıknatıslanmasının kaybolduğu ve ferromıknatısın paramanyetik bir duruma geçtiği böyle bir faz geçişinin sıcaklığıdır. Nispeten düşük sıcaklıklarda, manyetik momentlerin düzenli düzeninde kaçınılmaz olarak bazı bozulmalara yol açan atomların termal hareketi önemsizdir. Sıcaklıktaki bir artışla rolü artar ve nihayet belirli bir sıcaklıkta (T c), atomların termal hareketi, manyetik momentlerin düzenli düzenini bozabilir ve ferromanyet bir paramagnete dönüşür. Curie noktasının yakınında, ferromıknatısların manyetik olmayan özelliklerindeki değişimde (direnç, özgül ısı, doğrusal genleşme sıcaklık katsayısı) bir takım özellikler gözlenir.
Tc değeri, güçlü bir bağ olması durumunda, manyetik momentlerin birbiriyle bağlantısının gücüne bağlıdır: saf demir için T c = 768 o C, kobalt için T c = 1131 o C, aşıyor Demir-kobalt alaşımları için 1000 o C. Birçok madde için T c küçüktür (nikel için T c = 358 o C). Tc değeri, manyetik momentlerin birbirleriyle olan bağlanma enerjisini tahmin etmek için kullanılabilir. Manyetik momentlerin düzenli düzeninin yok edilmesi, hem dipollerin etkileşim enerjisinden hem de alandaki manyetik dipolün potansiyel enerjisinden çok daha yüksek olan termal hareket enerjisini gerektirir.
Curie sıcaklığında, bir ferromıknatısın manyetik geçirgenliği yaklaşık olarak bire eşit, Curie noktasının üzerinde, manyetik duyarlılıktaki değişiklik Curie-Weiss yasası.
Her ferromıknatıs için belirli bir sıcaklık vardır - Curie noktası.
1. Eğer t madde< t Кюри, то вещество обладает ферромагнитными свойствами.
2. Eğer t madde> t Curie ise, ferromanyetik özellikler (manyetizasyon) kaybolur ve madde bir paramagnet olur. Bu nedenle, kalıcı mıknatıslar ısıtıldıklarında manyetik özelliklerini kaybederler.
Edebiyat
Zhilko, V.V. Fizik: ders kitabı. 11. sınıf için ödenek. Genel Eğitim. şk. rusya'dan. dil. eğitim / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L.G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2002 .-- S. 291-297.
http://msk.edu.ua/
http://elhow.ru/
http://class-fizika.narod.ru/
Allbest.ru'da yayınlandı
benzer belgeler
Manyetik alan - bileşen elektromanyetik alan zamanla değişen bir elektrik alanının varlığında ortaya çıkar. Maddelerin manyetik özellikleri. Manyetik alan yaratma ve tezahür ettirme koşulları. Amper yasası ve manyetik alan ölçü birimleri.
sunum 16/11/2011 eklendi
Manyetik alanın özü, ana özellikleri. Mıknatısların kavramları ve sınıflandırılması - harici bir manyetik alanda mıknatıslanabilen maddeler. Malzemelerin yapısı ve özellikleri. Kalıcı ve elektrik mıknatısları ve kullanım alanları.
özet, 12/02/2012 tarihinde eklendi
Manyetik alanın doğası ve özellikleri. Çeşitli maddelerin manyetik özellikleri ve manyetik alan kaynakları. Elektromıknatıs cihazı, sınıflandırılması, uygulaması ve kullanım örnekleri. Solenoid ve uygulaması. Mıknatıslama cihazının hesaplanması.
dönem ödevi, eklendi 01/17/2011
Bir manyetik alanın oluşum ve görünüm süreci. Maddelerin manyetik özellikleri. İki mıknatısın etkileşimi ve fenomen elektromanyetik indüksiyon... Foucault akımları, manyetik akı değiştiğinde büyük iletkenlerde meydana gelen girdap endüksiyon akımlarıdır.
sunum 17/11/2010 eklendi
Manyetik alan kavramı ve etkisi, özellikleri: manyetik indüksiyon, manyetik akı, yoğunluk, manyetik geçirgenlik. Manyetik indüksiyon formülleri ve "sol el" kuralı. Manyetik devre elemanları ve çeşitleri, temel yasalarının formülasyonu.
27.05.2014 tarihinde eklenen sunum
Akımları ve kalıcı mıknatısları çevreleyen uzayda kuvvet alanı hareketi. Manyetik alanın temel özellikleri. Ampere hipotezi, Bio-Savart-Laplace yasası. Akım ile çerçevenin manyetik momenti. Elektromanyetik indüksiyon olgusu; histerezis, kendi kendine indüksiyon.
28/07/2015 tarihinde eklenen sunum
Manyetizmanın tezahürü için temel kavramlar, türleri (diamagnetler, ferrimagnetler, paramagnetler, antiferromagnetler) ve koşullar. Maddelerin ferromanyetik halinin doğası. Manyetostriksiyon fenomeninin özü. İnce manyetik filmlerde alan yapılarının tanımı.
özet, eklendi 08/30/2010
Manyetik alan tezahürleri, onu karakterize eden parametreler. Ferromanyetik (manyetik olarak yumuşak ve manyetik olarak sert) malzemelerin özellikleri. Doğru akım manyetik devreleri için Kirchhoff ve Ohm yasaları, hesaplanma prensipleri, elektrik devreleriyle benzerlikleri.
test, 10/10/2010 eklendi
Diamanyetizma ve paramanyetizma fenomeninin incelenmesi. Atomların manyetik duyarlılığı kimyasal elementler... Ferromanyetik minerallerde manyetik atom düzeni ve kendiliğinden manyetizasyon. Katı, sıvı ve gaz fazları. Sedimanter kayaçların manyetik özellikleri.
sunum 10/15/2013 tarihinde eklendi
Manyetik alan kavramı ve temel özellikleri, manyetik alanda akım bulunan kapalı bir devrenin incelenmesi. Manyetik indüksiyon vektörünün ve çizgilerinin yönünün parametreleri ve belirlenmesi. biyografi ve bilimsel aktivite André Marie Ampere, Ampere'nin gücünü keşfetmesi.
Maddenin manyetizasyonu. Kalıcı mıknatıslar sadece nispeten az sayıda maddeden yapılabilir, ancak bir manyetik alana yerleştirilen tüm maddeler manyetize edilir, yani kendileri bir manyetik alan kaynağı haline gelirler. Sonuç olarak, maddenin varlığındaki manyetik indüksiyon vektörü, vakumdaki manyetik indüksiyon vektöründen farklıdır.
Amper hipotezi. Cisimlerin manyetik olmasının nedeni Fransız bilim adamı Ampere tarafından belirlendi. İlk başta, Oersted'in deneylerinde, akımı olan bir iletkenin yakınında dönen bir manyetik iğnenin doğrudan izlenimi altında, Lmier, dünyanın manyetizmasının küre içinden geçen akımlardan kaynaklandığını öne sürdü. Ana adım atıldı: Vücudun manyetik özellikleri, içinde dolaşan akımlarla açıklanabilir. Sonra Amper genel bir sonuca vardı: Herhangi bir cismin manyetik özellikleri, içindeki kapalı elektrik akımları tarafından belirlenir. Bir cismin manyetik özelliklerini akımlarla açıklama olasılığından, manyetik etkileşimlerin akımların etkileşimleri olduğu şeklindeki kategorik iddiaya kadar bu belirleyici adım, Ampere'nin büyük bilimsel cesaretinin kanıtıdır.
Ampere'nin hipotezine göre, temel elektrik akımları moleküllerin ve atomların içinde dolaşır. (Artık bu akımların atomlardaki elektronların hareketi nedeniyle oluştuğunu iyi biliyoruz.) Bu akımların dolaştığı düzlemler, moleküllerin termal hareketi nedeniyle birbirine göre rastgele yerleştirilmişse (Şekil 1.28, a) , sonra eylemleri karşılıklı olarak dengelenir ve vücut herhangi bir manyetik özellik göstermez. Manyetize durumda, vücuttaki temel akımlar, eylemleri toplanacak şekilde yönlendirilir (Şekil 1.28, b).
Ampere'nin hipotezi, manyetik bir iğne ve bir manyetik alanda akım bulunan bir çerçevenin (döngü) neden aynı şekilde davrandığını açıklar (bkz. § 2). Ok, aynı şekilde yönlendirilmiş, akıma sahip küçük devrelerin bir koleksiyonu olarak görülebilir.
En güçlü manyetik alanlar, ferromıknatıs adı verilen maddeler tarafından oluşturulur. Manyetik alanlar, yalnızca elektronların çekirdek etrafındaki dolaşımı nedeniyle değil, aynı zamanda kendi dönmeleri nedeniyle de ferromıknatıslar tarafından oluşturulur.
Bir elektronun içsel torku (açısal momentum) spin olarak adlandırılır. Elektronlar her zaman kendi eksenleri etrafında dönüyor gibi görünürler ve bir yüke sahip olduklarından, çekirdek etrafındaki yörünge hareketlerinden dolayı ortaya çıkan alanla birlikte bir manyetik alan oluştururlar. Ferromıknatıslarda, alan adı verilen paralel dönüş yönelimli bölgeler vardır; etki alanlarının boyutları 0,5 um mertebesindedir. Spinlerin paralel yönelimi, minimum potansiyel enerji sağlar. Ferromıknatıs manyetize değilse, alanların yönelimi kaotiktir ve alanlar tarafından oluşturulan toplam manyetik alan sıfırdır. Harici bir manyetik alan açıldığında, alanlar bu alanın manyetik indüksiyon çizgileri boyunca yönlendirilir ve ferromanyetlerdeki manyetik alanın indüksiyonu artar, dış alanın indüksiyonundan binlerce ve hatta milyonlarca kat daha büyük olur. .
Curie sıcaklığı. Belirli bir ferromanyet için belirli bir değerden daha yüksek sıcaklıklarda, ferromanyetik özellikleri kaybolur. Bu sıcaklığa, bu fenomeni keşfeden Fransız bilim adamından sonra Curie sıcaklığı denir. Mıknatıslanmış bir çiviyi çok fazla ısıtırsanız, demir nesneleri kendine çekme yeteneğini kaybeder. Demir için Curie sıcaklığı 753 ° С, nikel için 365 ° С ve kobalt için 1000 ° С'dir. Curie sıcaklığının 100 °C'nin altında olduğu ferromanyetik alaşımlar vardır.
Ferromıknatısların manyetik özelliklerinin ilk ayrıntılı çalışmaları, seçkin Rus fizikçi A.G. Stoletov (1839-1896) tarafından gerçekleştirildi.
Ferromıknatıslar ve uygulamaları. Doğada çok fazla ferromanyetik cisim olmamasına rağmen, en büyük etkiyi onların manyetik özellikleri almıştır. pratik kullanım... Bir bobindeki demir veya çelik çekirdek, bobindeki akımı artırmadan oluşturduğu manyetik alanı birçok kez yükseltir. Bu enerji tasarrufu sağlar. Transformatörlerin, jeneratörlerin, elektrik motorlarının vb. çekirdekleri ferromıknatıslardan yapılmıştır.
Dış manyetik alan kapatıldığında, ferromanyet mıknatıslanmış halde kalır, yani çevreleyen alanda bir manyetik alan oluşturur. Bunun nedeni, etki alanlarının önceki konumlarına dönmemesi ve yönelimlerinin kısmen korunmasıdır. Bu nedenle, kalıcı mıknatıslar mevcuttur.
Kalıcı mıknatıslar, elektrikli ölçüm aletlerinde, hoparlörlerde ve telefonlarda, ses kayıt cihazlarında, manyetik pusulalarda vb. yaygın olarak kullanılmaktadır.
Ferritler yaygın olarak kullanılmaktadır - elektrik akımı iletmeyen ferromanyetik malzemeler. Onlar temsil eder kimyasal bileşikler diğer maddelerin oksitleri ile demir oksitler. Bilinen ferromanyetik malzemelerden biri - manyetik demir cevheri - ferrittir.
Bilgilerin manyetik kaydı. Ferromanyetikler, manyetik bantlar ve ince manyetik filmler üretmek için kullanılır. Manyetik bantlar, teyp kaydedicilerde ses kaydı ve video teyp kaydedicilerde video kaydı için yaygın olarak kullanılmaktadır.
Manyetik bant, PVC veya diğer maddelerden yapılmış esnek bir tabandır. Üzerine çok küçük iğne benzeri demir parçacıklarından veya diğer ferromanyet ve bağlayıcılardan oluşan manyetik bir vernik şeklinde bir çalışma katmanı uygulanır.
Ses, manyetik alanı ses titreşimleriyle zamanla değişen bir elektromıknatıs kullanılarak bir kasete kaydedilir. Bant manyetik kafanın yakınına hareket ettiğinde, filmin çeşitli bölümleri manyetize olur. Manyetik indüksiyon kafasının diyagramı Şekil 1.29'da gösterilmiştir, a, burada 1, elektromıknatısın çekirdeğidir; 2 - manyetik bant; 3 - çalışma boşluğu; 4 - elektromıknatıs sargısı.
Ses reprodüksiyonu sırasında, bunun tersi bir süreç gözlemlenir: manyetize edilmiş bant, amplifikasyondan sonra teyp hoparlörüne giden manyetik kafadaki elektrik sinyallerini uyarır.
İnce manyetik filmler, 0.03 ila 10 mikron kalınlığında bir ferromanyetik malzeme tabakasından oluşur.
Elektronik bilgisayarların (bilgisayarların) depolama cihazlarında kullanılırlar. Manyetik bantlar, bilgileri kaydetmek, depolamak ve çoğaltmak için tasarlanmıştır. İnce bir alüminyum diske veya tambura uygulanırlar. Bilgi, geleneksel bir teyp kaydedicide olduğu gibi kaydedilir ve yeniden üretilir. Bilgilerin bilgisayara kaydedilmesi manyetik bantlar üzerinde de yapılabilir.
Manyetik kayıt teknolojisinin gelişimi, bilgisayarlarda kullanılan manyetik mikro kafaların ortaya çıkmasına neden oldu ve daha önce düşünülemez manyetik kayıt yoğunluğunun yaratılmasına izin verdi. Çapı 8 cm'den az olan bir ferromanyetik sabit disk, birkaç terabayta (10 12 bayt) kadar bilgi depolar. Böyle bir diskteki bilgilerin okunması ve kaydedilmesi, döner bir kol üzerinde bulunan bir mikro kafa kullanılarak gerçekleştirilir (Şekil 1.29, b). Diskin kendisi muazzam bir hızla döner ve kafa, diskin mekanik olarak hasar görme olasılığını önleyen bir hava akımı içinde onun üzerinde yüzer.
Manyetik alana yerleştirilen tüm maddeler kendi alanlarını oluşturur. En güçlü alanlar ferromıknatıslar tarafından üretilir. Kalıcı mıknatıslar onlardan yapılır, çünkü ferromanyetik alan, mıknatıslanma alanı kapatıldıktan sonra kaybolmaz. Ferromıknatıslar pratikte yaygın olarak kullanılmaktadır.
1. Hangi maddelere ferromıknatıs denir!
2. Ferromanyetik malzemeler hangi amaçlarla kullanılır!
3. Bilgiler bilgisayara nasıl kaydedilir!
Herhangi bir madde manyetiktir, yani. bir manyetik alanın etkisi altında bir manyetik moment (manyetizasyon) elde etme yeteneğine sahiptir. Bu anın büyüklüğüne ve yönüne göre ve buna neden olan nedenlere göre, tüm maddeler gruplara ayrılır. Ana olanlar dia ve paramagnetlerdir.
Diamagnet moleküllerinin kendi manyetik momentleri yoktur. İçlerinde sadece harici bir manyetik alanın etkisi altında ortaya çıkar ve ona karşı yönlendirilir. Böylece, diamagnet içinde ortaya çıkan manyetik alan, çok küçük bir miktarda da olsa, dış alandan daha azdır. Bu, bir diamagnet homojen olmayan bir manyetik alana yerleştirildiğinde, manyetik alan voltajının daha az olduğu bölgeye kayma eğiliminde olmasına yol açar.
Bir paramagnetin molekülleri (veya atomları), dış alanların etkisi altında alan boyunca yönlendirilen ve böylece dış alanı aşan bir sonuç alanı yaratan kendi manyetik momentlerine sahiptir. Paramagnetler bir manyetik alana çekilir. Örneğin sıvı oksijen bir paramanyetiktir, bir mıknatıs tarafından çekilir.
Belirli bir maddenin manyetik geçirgenliği birçok faktöre bağlıdır: manyetik alanın gücü, incelenen alanın şekli (çünkü herhangi bir mıknatısın sonlu boyutları, ilkini azaltan bir karşı alanın görünümüne yol açar), sıcaklık , manyetik alandaki değişikliklerin sıklığı, yapısal kusurların varlığı vb.
Atomlar arası etkileşimlerin kuantum etkilerinin belirli manyetik özelliklerin ortaya çıkmasına neden olduğu bir dizi madde vardır.
En ilginç özellik ferromanyetizmadır. Manyetizmanın atomik taşıyıcılarının manyetik momentlerinin paralel yönelimi ile karakterize edilen, katı kristal haldeki (ferromıknatıslar) bir grup maddenin özelliğidir.
Manyetik momentlerin paralel yönelimi, maddenin oldukça geniş alanlarında bulunur - etki alanları. Bireysel alanların toplam manyetik momentleri çok büyüktür, ancak alanların kendileri genellikle madde içinde rastgele yönlendirilir. Bir manyetik alan uygulandığında, alanlar yönlendirilir, bu da ferromıknatısın tüm hacminde toplam bir manyetik momentin ortaya çıkmasına ve bunun sonucunda manyetizasyonuna yol açar.
Doğal olarak, paramanyetler gibi ferromıknatıslar, alanın yoğunluğunun maksimum olduğu noktaya doğru hareket eder (manyetik alana çekilirler). Manyetik geçirgenliğin büyük değeri nedeniyle, üzerlerine etki eden kuvvet çok daha büyüktür.
Ferromanyetlerde domenlerin varlığı ancak belirli bir sıcaklığın (Curie noktası) altında mümkündür. Curie noktasının üzerinde, termal hareket alanların düzenli yapısını bozar ve ferromanyet sıradan bir paramanyet haline gelir.
Ferromanyetler için Curie sıcaklık aralığı çok geniştir: radolinyum için Curie sıcaklığı 20 0 C, saf demir için - 1043 K'dir. Gerekli Curie sıcaklığına sahip bir madde seçmek neredeyse her zaman mümkündür.
Sıcaklıktaki bir düşüşle, paramanyetizmanın iletim elektronlarından kaynaklandığı durumlar hariç, tüm paramanyetikler ya ferromanyetik ya da antiferromanyetik duruma geçerler.
Bazı maddelerin (krom, manganez) birbirine zıt (doğru) yönlenmiş elektronların kendi manyetik momentleri vardır. Bu yön komşu atomları kapsar ve manyetik momentleri birbirini yok eder. Sonuç olarak, antiferromıknatıslar son derece düşük manyetik duyarlılığa sahiptir ve çok zayıf paramanyetler gibi davranırlar.
Antiferromıknatıslar için, dönüşlerin antiparalel yöneliminin kaybolduğu bir sıcaklık da vardır. Bu sıcaklığa antiferromanyetik Curie noktası veya Néel noktası denir.
Bazı ferromanyetikler (erbin, diobrosin, manganez ve bakır alaşımları) bu tür iki sıcaklığa (üst ve alt Neel noktaları) sahiptir ve antiferromanyetik özellikler yalnızca ara sıcaklıklarda gözlemlenir. Üst noktanın üzerinde madde bir paramagnet gibi davranır ve alt Néel noktasının altındaki sıcaklıklarda ferromagnet olur.
Zayıf sabit bir manyetik alanda bir ferromanyetik numunenin manyetizasyonunda, sıcaklıktaki döngüsel bir değişiklikle geri dönüşü olmayan bir değişiklik, sıcaklık manyetik histerezisi olarak adlandırılır. Alan ve kristal yapıdaki değişikliklerin neden olduğu iki tür histerezis vardır. İkinci durumda, Curie noktası ısıtma sırasında soğutma sırasında olduğundan daha yüksektir.
Ferrimanyetizma - (veya telafi edilmemiş antiferromanyetizma), vücudun içinde komşu atomik manyetik momentlerin antiparalel bir yönelimini yaratma eğiliminde olan bir elektron-elektron değişim etkileşiminin varlığından dolayı, katı haldeki maddelerin (ferromanyetlerin) bir dizi manyetik özelliği. Antiferromıknatısların aksine, bitişik zıt yönlü manyetik momentler, bir nedenden dolayı, birbirlerini tamamen telafi etmezler. Bir ferrimagnetin harici bir alandaki davranışı birçok açıdan bir ferromagnete benzer, ancak özelliklerin sıcaklık bağımlılığı farklı bir forma sahiptir: bazen Néel noktasının altındaki bir sıcaklıkta toplam manyetik moment için bir telafi noktası vardır. Elektriksel özelliklerine göre, ferromıknatıslar dielektrikler veya yarı iletkenlerdir.
Süperparamanyetizma, bir dizi son derece küçük ferro- veya ferrimanyetik parçacıklardan oluşan sistemlerin yarı-paramanyetik davranışıdır. Bu maddelerin partikülleri, kesinlikle küçük boyutlarda, partikülün tüm hacmi boyunca tek tip spontan manyetizasyon ile tek bölgeli bir duruma geçer. Bu tür bir dizi madde, harici bir manyetik alan ve sıcaklığın etkisiyle ilgili olarak paramanyetik bir gaz (bakır-kobalt alaşımları, ince nikel tozları, vb.) gibi davranır.
Çok küçük antiferromıknatıs parçacıkları, manyetik momentlerin tam telafisini ihlal ettikleri için süperparamanyetizmaya benzer özel özelliklere de sahiptir. İnce ferromanyetik filmler benzer özelliklere sahiptir.
Süperparamanyetizma, ince yapısal çalışmalarda, manyetik fazın boyutu, şekli, miktarı ve bileşiminin tahribatsız belirlenmesi yöntemlerinde vb. kullanılır.
Piezomıknatıslar, elastik gerilmeler uygulandığında, gerilmelerin büyüklüğünün birinci kuvvetiyle orantılı olarak kendiliğinden bir manyetik etkinin meydana geldiği maddelerdir. Bu etki çok küçüktür ve antiferromıknatıslarda tespit edilmesi en kolay olanıdır.
Manyetoelektrikler, bir elektrik alanına yerleştirildiğinde, alanın değeriyle orantılı bir manyetik momentin oluştuğu maddelerdir.
Yükleniyor...