Herhangi bir cismin manyetik özellikleri belirlenir. Maddenin manyetik özellikleri (3) - Özet

Manyetik alana yerleştirilen tüm cisimlerde manyetik bir moment ortaya çıkar. Bu fenomene denir mıknatıslanma.

Mıknatıslanmış bir gövde (manyetik), indüksiyonla ek bir manyetik alan oluşturur. Bİndüksiyon ile etkileşime giren B 0 = μ bir H makroskopik akımlardan kaynaklanır. Her iki alan da sonuç alanını indüksiyonla verir. B vektör eklenmesi sonucu elde edilen B' ve B 0 .

Maddenin moleküllerinde kapalı akımlar dolaşır; bu tür her akımın bir manyetik momenti vardır; harici bir manyetik alanın yokluğunda, moleküler akımlar kaotik bir şekilde yönlendirilir ve bunların yarattığı ortalama alan sıfıra eşit olacaktır. Etkisi altında manyetik alan moleküllerin manyetik momentleri, maddenin manyetize edilmesinin bir sonucu olarak, esas olarak alan boyunca yönlendirilir. Bir maddenin (mıknatısın) manyetizasyonunun ölçüsü manyetizasyon vektörüdür. Vektör mıknatıslama ben tüm manyetik momentlerin vektör toplamına eşittir öğleden sonra Bir maddenin birim hacminde bulunan moleküller:

χ miktarına denir manyetik alınganlık- boyutsuz miktar.

SI'da:	SGSM sisteminde:
B′ = μ ben	B′ = 4χ ben	2)
B = μ 0 H + μ ben	B = H+ 4χ ben	3)
μ = 1 + χ	μ = 1 + 4π χ	4)

arasındaki ilişkiyi ifade eden eğri H ve B veya H ve ben denir manyetizasyon eğrisi.

χ> 0 (ancak önemsiz) olarak adlandırılan maddeler paramanyetik ( paramagnetler); χ olan maddeler< 0, называются диамагнитными (diamagnetler). χ birden büyük olan maddelere denir. ferromıknatıslar.

Ferromıknatıslar, bir takım özelliklerde paramagnetlerden ve diamagnetlerden farklıdır.

ancak) Ferromıknatısların manyetizasyon eğrisi karmaşık bir karaktere sahiptir (Şekil 1), paramanyetler için pozitif açıya sahip düz bir çizgidir.
diamagnetler için katsayı - negatif eğimli düz bir çizgi. Ferromıknatısların manyetik duyarlılığı ve geçirgenliği alan kuvvetine bağlıdır; paramagnetler ve diamagnetler bu ilişkiye sahip değildir.

Ferromıknatıslar için, ilk manyetik geçirgenlik (μinit) genellikle belirtilir - alan gücü ve indüksiyon sıfıra yakın olduğunda manyetik geçirgenliğin sınır değeri, yani.

μ'ye karşı eğri H ferromıknatıslar için bir maksimumdan geçer. Tablolar genellikle maksimum değeri gösterir (μ max).

B) Ferromıknatısların manyetik duyarlılığı artan sıcaklıkla artar. Belirli bir sıcaklıkta T k bir ferromıknatıs bir paramıknatısa dönüştürülür; bu sıcaklığa denir Küri sıcaklığı (Curie noktası). Curie noktasının üzerindeki sıcaklıklarda madde paramanyetiktir. Curie sıcaklığının yakınında, kesme ferromıknatısının manyetik duyarlılığı artar.

Diamagnetlerin ve bazı paramagnetlerin (örneğin, alkali metaller) sıcaklığa bağlı değildir. Paramagnetlerin manyetik duyarlılığı (birkaç istisna dışında) mutlak sıcaklıkla ters orantılı olarak değişir.

içinde) Demanyetize edilmiş bir ferromanyet, bir manyetik alan tarafından manyetize edilir; bağımlılık B(veya ben) itibaren H manyetizasyon sırasında 0–1 eğrisi ifade edilecektir (Şekil 1). Bu eğriye ilk manyetizasyon eğrisi denir. Zayıf alanlardaki manyetizasyon hızla büyür, ardından büyüme yavaşlar ve en sonunda, alanda daha fazla artışla birlikte manyetizasyonun pratik olarak sabit kaldığı bir doygunluk durumu başlar.

Maksimum manyetizasyon değerine denir doygunluk manyetizasyonu (Dır-dir).

azalırken H sıfıra B(ve ben) 1-2 eğrisi boyunca değişecektir; alan gücündeki değişiklikten endüksiyondaki değişiklikte bir gecikme var. Bu fenomene denir manyetik histerezis.

Alan kaldırıldıktan sonra ferromıknatısta korunan indüksiyonun büyüklüğü ( H= 0) artık indüksiyon ( B r). Şekil 1 B r 0-2 segmentine eşittir. Bir ferromıknatısı demanyetize etmek için artık indüksiyonu kaldırmanız gerekir. Bunu yapmak için ters yönde bir alan oluşturmanız gerekir. Ters yönün alt kısmındaki indüksiyondaki değişiklik, 2–3–4 eğrisi ile gösterilecektir.

Alan kuvveti h c(Şekil 8'deki segment 0-3), indüksiyonun sıfır olduğu, zorlayıcı yoğunluk (kuvvet) olarak adlandırılır.

Bağımlılık B(veya ben) periyodik olarak değişen manyetik alan gücünden + Hönce - H 1–2–3–4–5–6–1 kapalı bir eğri ile ifade edilir. Bu eğri denir histerezis döngüsü.

Alan gücünü + 'dan değiştirmenin bir döngüsü için Hönce - H enerji, histerezis döngüsünün alanıyla orantılı olarak tüketilir.

Ferromıknatısların özellikleri, içlerinde harici bir manyetik alanın yokluğunda kendiliğinden doyma noktasına kadar manyetize olan bölgelerin varlığı ile açıklanır. Bu alanlara alan adı verilir. Ancak bu bölgelerin konumu ve manyetizasyonu, alanın yokluğunda bile tüm vücudun toplam manyetizasyonu sıfır olacak şekildedir.

Bir ferromıknatıs bir manyetik alan içindeyken, alanlar arasındaki sınırlar yer değiştirir (zayıf alanlarda) ve alan mıknatıslanma vektörleri mıknatıslanma alanı yönünde döndürülür (daha güçlü alanlarda), bunun sonucunda ferromıknatıs mıknatıslanır.

Manyetik alana yerleştirilen bir ferromıknatıs lineer boyutlarını değiştirir, yani deforme olur. Bu fenomene manyetostriksiyon denir. Uzama, ferromıknatısın doğasına ve manyetik alanın gücüne bağlıdır.

Manyetostriktif etkinin büyüklüğü alanın yönüne bağlı değildir; bazı maddelerde sıfır boyunca kısalma (nikel), bazılarında ise uzama (zayıf alanlarda demir) görülür. Bu fenomen, 100 kHz'e kadar frekanslarda ultrasonik titreşimler üretmek için kullanılır.

Çok sayıda deney, bir manyetik alana yerleştirilen tüm maddelerin manyetize olduğunu ve eylemi harici bir manyetik alanın etkisine eklenen kendi manyetik alanlarını oluşturduğunu göstermektedir:

maddenin içindeki alanın manyetik indüksiyonu nerede; - alanın vakumda manyetik indüksiyonu, - maddenin manyetizasyonu nedeniyle ortaya çıkan alanın manyetik indüksiyonu.

Bu durumda madde manyetik alanı ya güçlendirebilir ya da zayıflatabilir. Bir maddenin harici bir manyetik alan üzerindeki etkisi, maddenin manyetik geçirgenliği adı verilen bir miktar ile karakterize edilir.

Manyetik geçirgenlik belirli bir maddedeki manyetik alanın indüksiyonunun vakumdaki bir manyetik alanın indüksiyonundan kaç kez farklı olduğunu gösteren fiziksel bir skaler niceliktir.

Dış manyetik alanı zayıflatan maddelere denir. diamagnetler(bizmut, nitrojen, helyum, karbondioksit, su, gümüş, altın, çinko, kadmiyum vb.).

Dış manyetik alanı artıran maddeler - paramagnetler(alüminyum, oksijen, platin, bakır, kalsiyum, krom, manganez, kobalt tuzları vb.).

Diamagnetler için> 1. Ancak her iki durumda da 1'den fark küçüktür (bir birimin birkaç on binde biri veya yüz binde biri). Örneğin bizmut = 0.9998 = 1.000.

Bazı maddeler (demir, kobalt, nikel, gadolinyum ve çeşitli alaşımlar) dış alanda çok büyük bir artışa neden olur. Arandılar ferromıknatıslar... Onlar için = 10 3 -10 5.

İlk kez, hangi cisimlerin manyetik özelliklere sahip olmasının sebeplerinin açıklaması Ampere tarafından verildi. Hipotezine göre, temel elementler moleküllerin ve atomların içinde dolaşır. elektrik akımları, herhangi bir maddenin manyetik özelliklerini belirleyen.

Artık tüm atomların ve temel parçacıklar manyetik özelliklere sahiptir. Atomların manyetik özellikleri esas olarak kurucu elektronları tarafından belirlenir.

E. Rutherford ve N. Bohr tarafından önerilen yarı-klasik atom modeline göre, atomlardaki elektronlar çekirdeğin etrafında kapalı yörüngelerde hareket ederler (ilk yaklaşımda bunların dairesel olduklarını varsayabiliriz). Bir elektronun hareketi, temel bir dairesel akım olarak temsil edilebilir, burada e elektronun yüküdür, v elektronun yörüngesindeki dönme frekansıdır. Bu akım, bir manyetik moment ile karakterize edilen bir manyetik alan oluşturur, modülü, S'nin yörünge alanı olduğu formül ile belirlenir.

Elektronun çekirdek etrafındaki hareketinden dolayı oluşan manyetik momentine denir. yörünge manyetik momenti... Yörüngesel manyetik moment bir vektör miktarıdır ve yön sağ vida kuralı ile belirlenir. Elektron saat yönünde hareket ederse (Şekil 1), akımlar saat yönünün tersine (pozitif yükün hareket yönünde) yönlendirilir ve vektör yörünge düzlemine diktir.

Bir atomda farklı elektronların yörüngelerinin düzlemleri çakışmadığından, manyetik momentleri birbirlerine farklı açılarda yönlendirilir. Çok elektronlu bir atomun elde edilen yörüngesel manyetik momenti, tek tek elektronların yörüngesel manyetik momentlerinin vektör toplamına eşittir.

Dengelenmemiş yörünge manyetik momenti, kısmen doldurulmuş elektron kabuklarına sahip atomlar tarafından ele geçirilir. Dolu elektron kabuklarına sahip atomlarda 0'dır.

Yörüngesel manyetik momente ek olarak, elektron ayrıca içsel (spin) manyetik momentİlk olarak 1922'de O. Stern ve V. Gerlach tarafından kurulmuştur. Elektron için bir manyetik alanın varlığı, elektronu kelimenin tam anlamıyla dönen yüklü bir topa benzetmemekle birlikte, kendi ekseni etrafında dönmesiyle açıklanmıştır (yukarıda). ).

Bir elektronun manyetik alanının, kütlesi ve yükü ile aynı doğal özellik olduğu güvenilir bir şekilde tespit edilmiştir. Bir elektron, çok kaba bir yaklaşımla, elektrik ve manyetik alanlarla çevrili çok küçük bir top olarak düşünülebilir (Şekil 2). Tüm elektronların manyetik alanları, kütleleri ve yükleri gibi aynıdır. Spin manyetik momenti, dönme ekseni boyunca yönlendirilmiş bir vektördür. Kendini sadece iki şekilde yönlendirebilir: ya boyunca ... ya da karşı ... Elektronun bulunduğu yerde harici bir manyetik alan varsa, o zaman ya alan boyunca ya da alana karşı. Da gösterildiği gibi kuantum fiziği, aynısı enerji durumu spin manyetik momentleri zıt olan sadece iki elektron olabilir (Pauli ilkesi).

Çok elektronlu atomlarda, yörünge momentleri gibi tek tek elektronların spin manyetik momentleri vektörler olarak toplanır. Bu durumda, elektron kabukları doldurulmuş atomlar için atomun sonuçtaki spin manyetik momenti 0'a eşittir.

Bir atomun (molekülün) toplam manyetik momenti, atoma (molekül) giren elektronların manyetik momentlerinin (yörünge ve spin) vektör toplamına eşittir:

Diamagnetler, harici bir manyetik alanın yokluğunda, tüm spin ve tüm yörünge manyetik momentleri telafi edildiğinden, kendi manyetik momentlerine sahip olmayan atomlardan oluşur.

Dış manyetik alan, diamagnetin tüm atomuna etki etmez, ancak manyetik momentleri sıfır olmayan atomun tek tek elektronlarına etki eder. Belirli bir anda elektronun hızı, dış alanın manyetik indüksiyonu ile belirli bir açı yapsın (Şekil 3).

Bileşen sayesinde, Lorentz kuvveti (Şekil 3'te bize yönelik) elektrona etki edecek ve bu da (bir alanın yokluğunda elektronun katıldığı diğer hareketlerin dışında) ek dairesel harekete neden olacaktır. Ancak bu hareket, sağ vidaya yönlendirilen bir manyetik moment (indüklenmiş) ile karakterize edilen bir manyetik alan yaratacak olan ek bir dairesel akımdır. Sonuç olarak, diamagnetler dış manyetik alanı zayıflatır.

Paramagnetler, atomun net manyetik momentine sahip atomlardan oluşur. Harici bir alanın yokluğunda, bu momentler kaotik bir şekilde yönlendirilir ve madde bir bütün olarak kendi etrafında bir manyetik alan oluşturmaz. Paramagnetler bir manyetik alana yerleştirildiğinde, tercihli vektörlerin alan boyunca oryantasyonu (bu, parçacıkların termal hareketi tarafından engellenir). Böylece, paramagnet, dış alanla aynı doğrultuda olan ve onu güçlendiren kendi manyetik alanını yaratarak manyetize edilir. Bu etkiye paramanyetik denir. Harici manyetik alan sıfıra düşürüldüğünde, termal hareket nedeniyle manyetik momentlerin yönü bozulur ve paramagnet demanyetize olur. Paramanyetiklerde diyamanyetik bir etki de gözlenir, ancak bu paramanyetik etkiden çok daha zayıftır.

Mikroskobik dairesel akımlar var ( moleküler akımlar). Daha sonra elektronun ve atomun yapısının keşfinden sonra bu fikir doğrulandı: bu akımlar elektronların çekirdek etrafındaki hareketiyle oluşur ve aynı şekilde yönlendirildiklerinden toplamda bir alan oluştururlar. mıknatısın etrafında.

resimde ancak elementer elektrik akımlarının bulunduğu düzlemler, atomların kaotik termal hareketi nedeniyle rastgele yönlendirilir ve madde manyetik özellikler göstermez. Mıknatıslanmış durumda (örneğin, harici bir manyetik alanın etkisi altında) (şekil B) bu uçaklar aynı şekilde yönlendirilir ve eylemleri özetlenir.

Manyetik geçirgenlik.

Ortamın B0 indüksiyonu (vakumdaki alan) ile harici bir manyetik alanın etkisine reaksiyonu, manyetik duyarlılık ile belirlenir. μ :

nerede İÇİNDE Maddedeki manyetik alanın indüksiyonudur. Manyetik geçirgenlik dielektrik sabiti ile aynıdır ɛ .

Manyetik özelliklerine göre maddeler ikiye ayrılır. diyamanyetik, paramagnetler ve ferromantik... Diamagnetlerin bir katsayısı vardır μ ortamın manyetik özelliklerini karakterize eden , birlikten daha azdır (örneğin, bizmut için μ = 0.999824); paramagnetlerde μ > 1 (platin için μ - 1.00036); ferromanyetlerde μ ≫ 1 (demir, nikel, kobalt).

Diamagnetler bir mıknatıs tarafından itilir, paramagnetler ona çekilir. Bu işaretlerle birbirlerinden ayırt edilebilirler. Birçok madde için manyetik geçirgenlik birlikten pek farklı değildir, ancak ferromıknatıslar için onu büyük ölçüde aşar ve on binlerce birime ulaşır.

Ferromıknatıslar.

Ferromıknatıslar en güçlü manyetik özellikleri sergiler. Ferromıknatıslar tarafından oluşturulan manyetik alanlar, dış mıknatıslama alanından çok daha güçlüdür. Doğru, ferromıknatısların manyetik alanları, çekirdeklerin etrafındaki elektronların dolaşımı nedeniyle oluşturulmaz - yörünge manyetik momenti, ve elektronun uygun dönüşü nedeniyle - içsel manyetik moment, denir döndürmek.

Curie sıcaklığı ( Tile birlikte) Ferromanyetik malzemelerin manyetik özelliklerini kaybettiği sıcaklıktır. Her ferromıknatıs için kendi vardır. Örneğin, demir için T ile= 753 ° С, nikel için T ile= 365 ° С, kobalt için T ile= 1000°C İçinde ferromanyetik alaşımlar vardır. T ile < 100 °С.

Ferromıknatısların manyetik özelliklerinin ilk ayrıntılı çalışmaları, seçkin Rus fizikçi A.G. Stoletov (1839-1896) tarafından gerçekleştirildi.

Ferromıknatıslar oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır: kalıcı mıknatıslar olarak (elektriksel ölçüm cihazlarında, hoparlörlerde, telefonlarda vb.), transformatörlerde, jeneratörlerde, elektrik motorlarında çelik çekirdekler (manyetik alanı geliştirmek ve elektrikten tasarruf etmek için). Ferromıknatıslardan yapılan manyetik bantlar üzerine ses ve görüntüler teyp ve video kaydediciler için kaydedilir. İnce manyetik filmlerde, elektronik bilgisayarlarda depolama aygıtları için bilgiler kaydedilir.

« Fizik - sınıf 11 "

Manyetik alan, elektrik akımları ve kalıcı mıknatıslar tarafından oluşturulur.
Manyetik alana yerleştirilen tüm maddeler kendi manyetik alanlarını oluşturur.

Maddenin manyetizasyonu.

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

Vücutların manyetik özelliklere sahip olmasının nedeni Fransız fizikçi Ampere tarafından belirlendi: Bir cismin manyetik özellikleri, içinde dolaşan akımlarla açıklanabilir.

Moleküllerin ve atomların içinde, elektronların atomlardaki hareketi sonucu oluşan temel elektrik akımları vardır.
Bu akımların dolaştığı düzlemler, moleküllerin termal hareketi nedeniyle birbirine göre rastgele yerleştirilmişse, eylemleri karşılıklı olarak dengelenir ve vücut herhangi bir manyetik özellik göstermez.

Manyetize durumda, vücuttaki temel akımlar, eylemleri toplanacak şekilde yönlendirilir.

En güçlü manyetik alanlar, adı verilen maddeler tarafından oluşturulur. ferromıknatıslar.
Kalıcı mıknatıslar onlardan yapılır, çünkü mıknatıslanma alanı kapatıldıktan sonra ferromanyetik alan kaybolmaz.

Manyetik alanlar, yalnızca elektronların çekirdek etrafındaki dolaşımı nedeniyle değil, aynı zamanda kendi dönmeleri nedeniyle de ferromıknatıslar tarafından oluşturulur. Ferromıknatıslarda denilen bölgeler vardır. etki alanları yaklaşık 0,5 mikron boyutunda.

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 indüksiyon artar, dış alanın indüksiyonundan binlerce hatta milyonlarca kat daha büyük olur.

Curie sıcaklığı.

Belirli bir ferromanyet için belirli bir değerden daha yüksek sıcaklıklarda, ferromanyetik özellikleri kaybolur.
Bu sıcaklığa denir Küri sıcaklığı Bu fenomeni keşfeden Fransız bilim adamının adıyla.
Isıtıldığında, manyetize edilmiş cisimler manyetik özelliklerini kaybeder.
Örneğin, demir için Curie sıcaklığı 753 °C'dir.
Curie sıcaklığının 100 °C'nin altında olduğu ferromanyetik alaşımlar vardır.

ferromıknatısların kullanımı

Doğada çok fazla ferromanyetik cisim yoktur, ancak geniş uygulama alanı bulmuşlardır.
Örneğin, bir bobine yerleştirilen bir çekirdek, bobindeki akımı artırmadan oluşturduğu manyetik alanı güçlendirir.
Transformatörlerin, jeneratörlerin, elektrik motorlarının vb. çekirdekleri ferromıknatıslardan yapılmıştır.

Dış manyetik alan kapatıldığında, ferromıknatıs manyetize kalır, yani çevreleyen alanda bir manyetik alan oluşturur.
Bu nedenle, kalıcı mıknatıslar mevcuttur.

Ferritler yaygın olarak kullanılmaktadır - elektrik akımı iletmeyen ferromanyetik malzemeler, bunlar kimyasal bileşikler diğer maddelerin oksitleri ile demir oksitler.
Bilinen ferromanyetik malzemelerden biri - manyetik demir cevheri - ferrittir.

Ferromıknatıslar bilgileri manyetik olarak kaydetmek için kullanılır.
Manyetik bantlar ve manyetik bantlar, teyplerde ses kaydı ve video teyp kayıt cihazlarında video kaydı için kullanılan ferromıknatıslardan yapılır.

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 kafa şeması

nerede
1 - elektromıknatıs çekirdeği;
2 - manyetik bant;
3 - çalışma boşluğu;
4 elektromıknatısın sargısı.

Manyetik kayıt teknolojisinin gelişimi, bilgisayarlarda kullanılan ve yüksek yoğunlukta manyetik kayıt oluşturmaya izin veren manyetik mikro kafaların ortaya çıkmasına neden olmuştur, bu nedenle birkaç santimetre çapa sahip bir ferromanyetik sabit diskte birkaç terabayta kadar (10 12 bayt) bilgi depolanır. Böyle bir diskteki bilgilerin okunması ve yazılması, bir mikro kafa kullanılarak gerçekleştirilir. Disk muazzam bir hızla döner ve kafa, diskin mekanik olarak hasar görme olasılığını önleyen bir hava akımı içinde onun üzerinde yüzer.

\ (~ \ vec B = \ vec B_0 + \ vec B_1, \)

burada \ (~ \ vec B \) maddenin içindeki alanın manyetik indüksiyonudur; \ (~ \ vec B_0 \) alanın vakumdaki manyetik indüksiyonudur, \ (~ \ vec B_1 \) maddenin manyetizasyonundan kaynaklanan alanın manyetik indüksiyonudur. Bu durumda madde manyetik alanı ya güçlendirebilir ya da zayıflatabilir. Bir maddenin harici bir manyetik alan üzerindeki etkisi, maddenin manyetik geçirgenliği olarak adlandırılan μ değeri ile karakterize edilir.

\ (~ \ mu = \ dfrac B (B_0). \)

Manyetik geçirgenlik belirli bir maddedeki manyetik alanın indüksiyonunun vakumdaki bir manyetik alanın indüksiyonundan kaç kez farklı olduğunu gösteren fiziksel bir skaler niceliktir.

Dia- ve para-mıknatıslar

Tüm maddelerin belirli manyetik özellikleri vardır, yani bunlar mıknatıslar... Çoğu madde için manyetik geçirgenlik μ bire yakındır ve manyetik alanın büyüklüğüne bağlı değildir. Manyetik geçirgenliği birden az olan maddeler (μ< 1), называются diamagnetler, birden fazla (μ> 1) - paramagnetler... Manyetik geçirgenliği dış alanın büyüklüğüne bağlı olan ve birliği (μ »1) önemli ölçüde aşabilen maddelere denir. ferromıknatıslar.

Diamagnet örnekleri kurşun, çinko, bizmut (μ = 0,9998); paramagnetler - sodyum, oksijen, alüminyum (μ = 1.00023); ferromıknatıslar - kobalt, nikel, demir (μ 8⋅10 3 değerine ulaşır).

İlk kez, Henri Ampere (1820) tarafından, cisimlerin manyetik özelliklere sahip olmasının nedenlerinin bir açıklaması verildi. Hipotezine göre, temel elektrik akımları, herhangi bir maddenin manyetik özelliklerini belirleyen moleküllerin ve atomların içinde dolaşır.

biraz alalım sağlam... Manyetizasyonu, kendisini oluşturan parçacıkların (moleküller ve atomlar) manyetik özellikleri ile ilgilidir. Mikro düzeyde akımlı hangi devrelerin mümkün olduğunu düşünelim. Atomların manyetizması iki ana nedenden kaynaklanır:

1) elektronların kapalı yörüngelerde çekirdek etrafındaki hareketi ( yörünge manyetik momenti) (şekil 1);

2) elektronların uygun dönüşü (dönmesi) ( spin manyetik moment) (incir. 2).

meraklısı için... Devrenin manyetik momenti, devredeki akım ile devrenin kapladığı alanın çarpımına eşittir. Yönü, mevcut döngünün ortasındaki manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile çakışmaktadır.

Bir atomdaki farklı elektronların yörüngelerinin düzlemleri çakışmadığından, bunlar tarafından oluşturulan manyetik alan indüksiyonlarının vektörleri (yörünge ve spin manyetik momentleri) birbirine farklı açılarda yönlendirilir. Çok elektronlu bir atomun sonuçta ortaya çıkan indüksiyon vektörü, tek tek elektronlar tarafından oluşturulan alan indüksiyonlarının vektörlerinin toplamına eşittir. Telafi edilmemiş alanlar, kısmen doldurulmuş elektron kabuklarına sahip atomlar tarafından ele geçirilir. Dolu elektron kabuklarına sahip atomlarda, elde edilen indüksiyon vektörü 0'dır.

Her durumda, manyetik alandaki değişiklik, manyetizasyon akımlarının ortaya çıkmasından kaynaklanır (olgu elektromanyetik indüksiyon). Başka bir deyişle, manyetik alan için süperpozisyon ilkesi geçerli kalır: mıknatısın içindeki alan, dış alan \ (~ \ vec B_0 \) ve mıknatıslanma alanının \ (~ \ vec B "\) bir süperpozisyonudur. akımlar ben ' bir dış alanın etkisi altında ortaya çıkan. Mıknatıslanma akımlarının alanı, dış alanla aynı şekilde yönlendirilirse, toplam alanın indüksiyonu dış alandan daha büyük olacaktır (Şekil 3, a) - bu durumda, maddenin gücü arttırdığını söylüyoruz. tarla; manyetizasyon akımlarının alanı dış alana karşı yönlendirilirse, toplam alan dış alandan daha az olacaktır (Şekil 3, b) - bu anlamda maddenin manyetik alanı zayıflattığını söylüyoruz.

Pirinç. 3

İÇİNDE diamagnetler Moleküllerin kendi manyetik alanları yoktur. Atomlarda ve moleküllerde harici bir manyetik alanın etkisi altında, manyetizasyon akımlarının alanı harici alana karşı yönlendirilir, bu nedenle, ortaya çıkan alanın manyetik indüksiyon vektörünün \ (~ \ vec B \) modülü daha az olacaktır. dış alanın manyetik indüksiyon vektörünün \ (~ \ vec B_0 \) modülünden daha.

İÇİNDE paramagnetler Moleküllerin kendi manyetik alanları vardır. Harici bir manyetik alanın yokluğunda, termal hareket nedeniyle, atomların ve moleküllerin manyetik alanlarının endüksiyonlarının vektörleri rastgele yönlendirilir, bu nedenle ortalama mıknatıslanmaları sıfırdır (Şekil 4, a). Atomlara ve moleküllere harici bir manyetik alan uygulandığında, alanları dış alana paralel olacak şekilde döndürme eğiliminde olan bir kuvvet momenti hareket etmeye başlar. Paramanyetik moleküllerin oryantasyonu, maddenin manyetize olmasına neden olur (Şekil 4, b).

Pirinç. 4

Moleküllerin bir manyetik alandaki tam oryantasyonu, termal hareketleri tarafından engellenir, bu nedenle paramanyetlerin manyetik geçirgenliği sıcaklığa bağlıdır. Paramagnetlerin manyetik geçirgenliğinin artan sıcaklıkla azaldığı açıktır.

ferromıknatıslar

Bu manyetik malzeme sınıfının adı, demirin Latince adından gelir - Ferrum. ana özellik Bu maddelerin bir kısmı, harici bir manyetik alanın yokluğunda mıknatıslanmayı sürdürme yeteneğinde yatmaktadır, tüm kalıcı mıknatıslar ferromıknatıs sınıfına aittir. Demire ek olarak, periyodik tabloya göre "komşuları", kobalt ve nikel, ferromanyetik özelliklere sahiptir. Ferromıknatıslar geniş pratik kullanım bilim ve teknolojide, bu nedenle, farklı ferromanyetik özelliklere sahip önemli sayıda alaşım geliştirilmiştir.

Tüm bu ferromıknatıs örnekleri, elektron kabuğu birkaç eşleşmemiş elektron içeren geçiş metallerine atıfta bulunur ve bu, bu atomların önemli bir içsel manyetik alana sahip olduğu gerçeğine yol açar. Kristal halde, kristallerdeki atomlar arasındaki etkileşim nedeniyle, kendiliğinden (kendiliğinden) manyetizasyon bölgeleri ortaya çıkar - alanlar. Bu alanların boyutları, tek bir atomun (10 -9 m) boyutunu önemli ölçüde aşan bir milimetrenin (10 -4 - 10 -5 m) onda biri ve yüzde biri kadardır. Bir alan içinde, atomların manyetik alanları kesinlikle paralel yönlendirilir, harici bir manyetik alanın yokluğunda diğer alanların manyetik alanlarının yönelimi keyfi olarak değişir (Şekil 5).

Bu nedenle, manyetize olmayan durumda bile, bir alandan diğerine geçerken oryantasyonu rastgele, kaotik bir şekilde değişen ferromıknatısın içinde güçlü manyetik alanlar bulunur. Bir cismin boyutları, bireysel alanların boyutlarını önemli ölçüde aşarsa, bu cismin alanları tarafından oluşturulan ortalama manyetik alan pratikte yoktur.

Harici bir manyetik alana bir ferromıknatıs yerleştirirseniz İÇİNDE 0, daha sonra alanların manyetik momentleri yeniden düzenlenmeye başlar. Bununla birlikte, malzeme bölümlerinin mekanik uzaysal dönüşü yoktur. Mıknatıslanmanın tersine çevrilmesi süreci, elektronların hareketindeki bir değişiklikle ilişkilidir, ancak düğümlerdeki atomların pozisyonundaki bir değişiklikle ilişkili değildir. kristal kafes... Alanın yönüne göre en uygun oryantasyona sahip alanlar, komşu "yanlış yönlendirilmiş" alanlar nedeniyle boyutlarını arttırır ve onları emer. Bu durumda, maddedeki alan çok önemli ölçüde artar.

ferromıknatısların özellikleri

1) bir maddenin ferromanyetik özellikleri, yalnızca karşılık gelen madde kristal halde;

2) Ferromıknatısların manyetik özellikleri, güçlü bir şekilde sıcaklığa bağlıdır, çünkü alanların manyetik alanlarının oryantasyonu termal hareket tarafından engellenir. Her bir ferromanyet için, alan yapısının tamamen yok olduğu ve ferromanyetin bir paramagnete dönüştüğü belirli bir sıcaklık vardır. Bu sıcaklık değeri denir Curie noktası... Yani saf demir için Curie sıcaklığı yaklaşık 900 °C'dir;

3) ferromıknatıslar manyetize edilir doygunluğa kadar zayıf manyetik alanlarda. Şekil 6, manyetik alan indüksiyon modülünün nasıl değiştiğini gösterir. B dış alanda bir değişiklik olan çelikte B 0 ;

4) bir ferromıknatısın manyetik geçirgenliği, harici manyetik alana bağlıdır (Şekil 7).

Bunun nedeni, ilk başta bir artışla B 0 manyetik indüksiyon B güçlenir ve sonuç olarak μ artacaktır. Daha sonra manyetik indüksiyon değerinde B´ 0 doygunluk oluşur (bu anda μ maksimumdur) ve daha fazla artışla B 0 manyetik indüksiyon B Maddedeki 1 değişmeyi bırakır ve manyetik geçirgenlik azalır (1'e eğilimlidir):

\ (~ \ mu = \ dfrac B (B_0) = \ dfrac (B_0 + B_1) (B_0) = 1 + \ dfrac (B_1) (B_0); \)

5) Ferromıknatıslarda artık mıknatıslanma gözlemlenir. Örneğin, içinden akımın aktığı bir solenoidin içine bir ferromanyetik çubuk yerleştirilir ve doyma noktasına kadar manyetize edilirse (nokta ANCAK) (Şekil 8) ve ardından solenoiddeki akımı azaltın ve onunla ve B 0, o zaman demanyetizasyon sürecinde çubuktaki alan indüksiyonunun, manyetizasyon sürecinden her zaman daha büyük kaldığı görülebilir. Ne zaman B 0 = 0 (solenoiddeki akım kapalı), indüksiyon B r(artık indüksiyon). Çubuk solenoidden çıkarılabilir ve kalıcı bir mıknatıs olarak kullanılabilir. Sonunda çubuğu demanyetize etmek için, solenoidden ters yönde bir akım geçirmeniz gerekir, yani. indüksiyon vektörünün ters yönü ile harici bir manyetik alan uygulayın. Şimdi bu alanın indüksiyon modülünü arttırmak B oc, çubuğu demanyetize et ( B = 0).).

Böylece, bir ferromıknatısın manyetizasyonu ve demanyetizasyonu sırasında, indüksiyon B geride kalıyor B 0. Bu gecikme denir histerezis fenomeni... Şekil 8'de gösterilen eğriye denir. histerezis döngüsü.

histerezis(Yunanca ὑστέρησις - "geride kalma"), uygulanan kuvvetleri hemen takip etmeyen sistemlerin bir özelliğidir.

Manyetizasyon eğrisinin (histerezis döngüsü) şekli, bilimsel ve teknik uygulamalarda yaygın olarak kullanılan çeşitli ferromanyetik malzemeler için önemli ölçüde farklılık gösterir. Bazı manyetik malzemeler geniş bir döngüye sahiptir. yüksek değerler artık manyetizasyon ve zorlayıcı kuvvet denir manyetik olarak sert ve kalıcı mıknatıslar yapmak için kullanılır. Diğer ferromanyetik alaşımlar için, zorlayıcı kuvvetin küçük değerleri karakteristiktir; bu tür malzemeler zayıf alanlarda bile kolayca mıknatıslanır ve yeniden mıknatıslanır. Bu tür malzemeler denir manyetik olarak yumuşak ve çeşitli elektrikli cihazlarda kullanılır - röleler, transformatörler, manyetik devreler vb.

Edebiyat

Aksenovich L.A. Fizik lise: Teori. Görevler. Testler: Ders kitabı. genel makbuz veren kurumlar için ödenek. çevreler, eğitim / L.A. Aksenovich, N.N. Rakina, K.S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Minsk: Adukatsya i vyhavane, 2004 .-- C.330- 335.
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.