خواص مغناطیسی و ساختار مواد

شیمی مغناطیسی شاخه ای از شیمی است که به بررسی خواص مغناطیسی مواد و همچنین ارتباط آنها با ساختار مولکول ها می پردازد. تاریخ شکل گیری آن به عنوان یک علم به اوایل قرن بیستم بازمی گردد، زمانی که قوانین اساسی مغناطیس کشف شد.

خواص مغناطیسی مواد

مغناطیس خاصیت اساسی ماده است. توانایی آهنرباهای دائمی برای جذب اجسام آهنی از زمان های قدیم شناخته شده است. توسعه الکترومغناطیس امکان ایجاد آهنرباهای الکتریکی قوی تر از آهنرباهای دائمی موجود در طبیعت را فراهم کرد. به طور کلی ابزارها و وسایل مختلف مبتنی بر استفاده از پدیده های الکترومغناطیسی به قدری گسترده هستند که امروزه تصور زندگی بدون آنها غیرممکن است.

با این حال، نه تنها آهنرباهای دائمی با میدان مغناطیسی، بلکه همه مواد دیگر نیز در تعامل هستند. میدان مغناطیسی، در تعامل با ماده، مقدار خود را در مقایسه با خلاء تغییر می دهد (از این پس همه فرمول ها در سیستم SI نوشته می شوند):

که در آن µ0 ثابت مغناطیسی برابر با 4p 10-7 H/m است، µ نفوذپذیری مغناطیسی ماده، B القای مغناطیسی (در T)، H قدرت میدان مغناطیسی (بر حسب A/m) است. برای اکثر مواد m بسیار نزدیک به وحدت است، بنابراین در مغناطیسی شیمی، جایی که جسم اصلی یک مولکول است، استفاده از مقدار c راحت تر است که به آن حساسیت مغناطیسی می گویند. می توان آن را به واحد حجم، جرم یا کمیت یک ماده نسبت داد، سپس آن را حجمی (بدون بعد) می نامند. رزومه، خاص سی دی(در cm3/g) یا مولر سانتی متر(بر حسب سانتی متر بر مول) حساسیت مغناطیسی.

مواد را می توان به دو دسته تقسیم کرد: موادی که میدان مغناطیسی را ضعیف می کنند (ج< 0), называются диамагнетиками, те, которые усиливают (c >0) - پارامغناطیس. می توان تصور کرد که در یک میدان مغناطیسی غیریکنواخت، نیرویی بر ماده دیامغناطیسی وارد می شود که آن را از میدان خارج می کند، در حالی که نیرویی بر روی یک ماده پارامغناطیس تأثیر می گذارد، برعکس، آن را به داخل می کشد. روش های مورد بحث در زیر برای اندازه گیری خواص مغناطیسی مواد بر این اساس است. دیامغناطیس ها (و این اکثریت قریب به اتفاق ترکیبات آلی و مولکولی بالا است) و عمدتاً پارامغناطیس ها از موضوعات مورد مطالعه مغناطیس شیمی هستند.

دیامغناطیس مهم ترین خاصیت ماده است، زیرا تحت تأثیر میدان مغناطیسی، الکترون ها در لایه های الکترونی پر شده (که می توان آنها را به عنوان رسانای کوچک در نظر گرفت) شروع به پیشروی می کنند و همانطور که مشخص است، هر حرکتی یک بار الکتریکی باعث ایجاد میدان مغناطیسی می شود که طبق قانون لنز، برای کاهش ضربه از میدان خارجی، به این صورت هدایت می شود. در این حالت، تقدیم الکترونیکی را می توان به عنوان جریان های دایره ای در نظر گرفت. دیامغناطیس مشخصه همه مواد به جز هیدروژن اتمی است، زیرا همه مواد دارای الکترون های جفتی و لایه های الکترونی پر هستند.

پارامغناطیس توسط الکترون های جفت نشده ایجاد می شود که به این دلیل به این نام می گویند که گشتاور مغناطیسی خود (اسپین) به هیچ وجه متعادل نیست (بر این اساس، اسپین های الکترون های جفت شده در جهت مخالف هدایت می شوند و یکدیگر را خنثی می کنند). در یک میدان مغناطیسی، اسپین ها تمایل دارند در جهت میدان قرار بگیرند و آن را تقویت کنند، اگرچه این نظم با حرکت حرارتی آشفته مختل می شود. بنابراین، واضح است که حساسیت پارامغناطیس به دما بستگی دارد - هر چه دما کمتر باشد، مقدار حساسیت بالاتر است.

به این نوع حساسیت مغناطیسی پارامغناطیس جهت یابی نیز گفته می شود، زیرا علت آن جهت گیری گشتاورهای مغناطیسی ابتدایی در یک میدان مغناطیسی خارجی است.

خواص مغناطیسی الکترون ها در یک اتم را می توان به دو صورت توصیف کرد. در روش اول، اعتقاد بر این است که گشتاور مغناطیسی (اسپین) خود الکترون بر گشتاور مداری (به دلیل حرکت الکترون ها در اطراف هسته) تأثیر نمی گذارد یا برعکس. به طور دقیق تر، چنین تأثیر متقابلی همیشه وجود دارد (برهم کنش اسپین-مدار)، اما برای یون های سه بعدی کوچک است و خواص مغناطیسی را می توان با دقت کافی با دو عدد کوانتومی L (مدار) و S (اسپین) توصیف کرد. برای اتم های سنگین تر، چنین تقریبی غیرقابل قبول می شود و عدد کوانتومی دیگری از کل گشتاور مغناطیسی J معرفی می شود که می تواند مقادیری از | L+S | قبل از | L-S |

باید به کوچک بودن انرژی برهمکنش مغناطیسی توجه شود (برای دمای اتاق و میدان های مغناطیسی رایج در آزمایشگاه، انرژی برهمکنش های مغناطیسی سه تا چهار مرتبه قدر کمتر از انرژی حرکت حرارتی مولکول ها است).

تعداد کمی از مواد وجود دارند که وقتی دما کاهش می یابد، ابتدا مانند پارامغناطیس رفتار می کنند و سپس با رسیدن به دمای معین، خواص مغناطیسی خود را به شدت تغییر می دهند. معروف ترین مثال فرومغناطیس ها و ماده ای است که نام آنها از آن گرفته شده است، آهن، که گشتاورهای مغناطیسی اتمی آن زیر دمای کوری در یک جهت قرار می گیرند و باعث مغناطش خود به خود می شوند. با این حال، مغناطش ماکروسکوپی در غیاب میدان اتفاق نمی‌افتد، زیرا نمونه به طور خود به خود به مناطقی با اندازه حدود 1 میکرومتر تقسیم می‌شود که به آن حوزه‌ها می‌گویند، که در آن ممان‌های مغناطیسی ابتدایی به یک شکل هدایت می‌شوند، اما مغناطش‌های مختلف. دامنه ها به صورت تصادفی جهت یابی می شوند و به طور متوسط ​​یکدیگر را جبران می کنند. نیروهایی که باعث انتقال فرومغناطیسی می شوند فقط با استفاده از قوانین مکانیک کوانتومی قابل توضیح هستند.

ضد فرومغناطیس ها با این واقعیت مشخص می شوند که گشتاورهای مغناطیسی اسپین در دمای گذار ضد فرومغناطیسی (Néel temperature TN) به گونه ای مرتب می شوند که یکدیگر را خنثی می کنند.

اگر جبران گشتاورهای مغناطیسی ناقص باشد، چنین موادی آهنربای آهن نامیده می شوند، به عنوان مثال Fe2O3 و FeCr2O4. سه دسته آخر ترکیبات جامد هستند و عمدتاً توسط فیزیکدانان مورد مطالعه قرار می گیرند. در طول دهه های گذشته، فیزیکدانان و شیمیدانان مواد مغناطیسی جدیدی ایجاد کرده اند.

در یک مولکول حاوی یک الکترون جفت نشده، الکترون های باقیمانده (جفت شده) میدان مغناطیسی را ضعیف می کنند، اما سهم هر یک از آنها دو تا سه مرتبه قدر کمتر است. با این حال، اگر بخواهیم خواص مغناطیسی الکترون‌های جفت‌نشده را خیلی دقیق اندازه‌گیری کنیم، باید اصلاحات دیامغناطیسی را به‌ویژه برای مولکول‌های آلی بزرگ که می‌توانند به ده‌ها درصد برسند، معرفی کنیم. حساسیت های دیامغناطیسی اتم ها در یک مولکول بر اساس قانون افزایشی پاسکال-لانژوین به یکدیگر اضافه می شوند. برای انجام این کار، حساسیت دیامغناطیسی اتم‌های هر نوع در تعداد چنین اتم‌هایی در مولکول ضرب می‌شود و سپس اصلاحات سازنده برای ویژگی‌های ساختاری (پیوندهای دوتایی و سه‌گانه، حلقه‌های معطر و غیره) معرفی می‌شوند. بیایید به بررسی چگونگی بررسی خواص مغناطیسی مواد به صورت تجربی ادامه دهیم.

اندازه گیری تجربی ظن مغناطیسی

روش های تجربی اصلی برای تعیین حساسیت مغناطیسی در قرن گذشته ایجاد شد. بر اساس روش گوی، تغییر وزن نمونه در میدان مغناطیسی نسبت به عدم وجود آن اندازه گیری می شود.

روش فارادی نیروی وارد بر نمونه را در میدان مغناطیسی غیر یکنواخت اندازه گیری می کند.

تفاوت اصلی بین روش گوی و روش فارادی این است که در حالت اول ناهمگنی در امتداد یک الگوی (بسط یافته) حفظ می شود و در حالت دوم - در امتداد میدان مغناطیسی.

روش Quincke فقط برای مایعات و محلول ها استفاده می شود. تغییر ارتفاع یک ستون مایع در یک مویرگ را تحت تأثیر میدان مغناطیسی اندازه گیری می کند

در این حالت برای مایعات دیامغناطیس ارتفاع ستون کاهش می یابد و برای مایعات پارامغناطیس افزایش می یابد.

روش ویسکومتر زمان جریان مایع را از طریق یک سوراخ کوچک با میدان مغناطیسی روشن (tH) و خاموش (t0) اندازه گیری می کند. زمان جریان مایعات پارامغناطیسی در یک میدان مغناطیسی به طور قابل توجهی کوتاهتر از عدم وجود میدان است، برعکس.

حساسیت مغناطیسی را می توان با استفاده از طیف سنج NMR نیز اندازه گیری کرد. توجه: مقدار شیفت شیمیایی سیگنال NMR در حالت کلی نه تنها با ثابت غربالگری، که معیاری از چگالی الکترون روی هسته مورد مطالعه است، بلکه با حساسیت مغناطیسی نمونه نیز تعیین می شود.

مقدار حاصل از حساسیت مغناطیسی برای مواد پارامغناطیس با تعداد الکترون های جفت نشده (برای یک الکترون جفت نشده) تعیین می شود.

مطالعات مغناطیسی شیمی امکان ایجاد پیکربندی الکترونیکی ترکیبات فلزات واسطه را فراهم می کند که اساس شیمی ترکیبات هماهنگی (پیچیده) را تشکیل می دهند.

با اندازه گیری حساسیت مغناطیسی، می توان به راحتی در مورد درجه اکسیداسیون و هندسه اولین کره هماهنگی در مجموعه قضاوت کرد.

مشخص شده است که اکثر واکنش های شیمیایی که در عمل مهم هستند در محلول ها رخ می دهند، از جمله واکنش های تشکیل کمپلکس، بنابراین در قسمت بعدی خواص مغناطیسی محلول هایی را که در آنها ترکیبات فلزات واسطه به صورت کمپلکس تحقق می یابد، بررسی خواهیم کرد.

ظن مغناطیسی به محلول ها

هنگام انتقال از جامد به محلول، حساسیت مغناطیسی حلال و همه املاح باید در نظر گرفته شود. در این مورد، ساده‌ترین راه برای در نظر گرفتن این موضوع، جمع‌بندی مشارکت‌های همه اجزای محلول بر اساس قانون افزایشی است. اصل افزودنی یکی از اصول اساسی در پردازش داده های تجربی است. هر گونه انحراف از آن اغلب با این واقعیت مرتبط است که خود اصل افزودنی انجام می شود و اجزای محلول خواص خود را تغییر می دهند. بنابراین، فرض بر این است که حساسیت مغناطیسی محلول با در نظر گرفتن غلظت، برابر است با مجموع حساسیت مغناطیسی اجزای جداگانه.

از مطالعه خواص مغناطیسی یک ماده در حلال های مختلف، واضح است که آنها می توانند به طور قابل توجهی به ماهیت حلال بستگی داشته باشند. این را می‌توان با ورود مولکول‌های حلال به اولین کره هماهنگی و تغییر متناظر در ساختار الکترونیکی مجتمع، انرژی‌های d-orbitals (D) و دیگر خواص مجتمع حل‌شده توضیح داد. بنابراین، مغناطیس شیمی مطالعه حلالیت، یعنی برهمکنش یک املاح با یک حلال را نیز ممکن می سازد.

اگر یک میدان مغناطیسی بر خواص یک محلول تأثیر بگذارد، و حقایق تجربی متعدد (اندازه‌گیری چگالی، ویسکوزیته، هدایت الکتریکی، غلظت پروتون، حساسیت مغناطیسی) نشان می‌دهد که چنین است، پس باید تشخیص داد که انرژی برهم‌کنش‌های بین فرد اجزای محلول و مجموعه مولکول های آب بسیار زیاد است، پس با انرژی حرکت حرارتی ذرات در یک محلول قابل مقایسه یا بیشتر است، که میانگین هر اثری را بر روی محلول نشان می دهد. به یاد بیاوریم که انرژی برهمکنش مغناطیسی یک ذره (مولکول) در مقایسه با انرژی حرکت حرارتی کوچک است. اگر بپذیریم که در آب و محلول‌های آبی، به دلیل ماهیت همکاری پیوندهای هیدروژنی، مجموعه‌های ساختاری یخ‌مانند بزرگی از مولکول‌های آب به وجود می‌آیند که تحت تأثیر مواد محلول می‌توانند تقویت یا از بین بروند انرژی تشکیل چنین "مجموعه هایی" ظاهراً با انرژی حرکت حرارتی قابل مقایسه است و تحت تأثیر مغناطیسی، محلول می تواند آن را به خاطر بسپارد و خواص جدیدی به دست آورد، اما حرکت براونی یا افزایش دما این "حافظه" را طی مدتی از بین می برد.

با انتخاب دقیق غلظت مواد پارامغناطیس در یک حلال دیامغناطیسی، می توان یک مایع غیر مغناطیسی ایجاد کرد، یعنی مایعی که میانگین حساسیت مغناطیسی آن صفر است یا میدان های مغناطیسی در آن به همان روشی که در خلاء منتشر می شود، ایجاد کرد. این ویژگی جالب هنوز در فناوری کاربرد پیدا نکرده است.

آزمایش‌های متعدد نشان می‌دهد که همه موادی که در یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند مغناطیسی شده‌اند و میدان مغناطیسی خود را ایجاد می‌کنند که عمل آن به عمل میدان مغناطیسی خارجی اضافه می‌شود:

القای میدان مغناطیسی در ماده کجاست. - القای مغناطیسی یک میدان در خلاء، - القای مغناطیسی میدانی که به دلیل مغناطش شدن یک ماده ایجاد می شود.

در این حالت، این ماده می تواند میدان مغناطیسی را تقویت یا تضعیف کند. تأثیر یک ماده بر یک میدان مغناطیسی خارجی با مقداری به نام نفوذپذیری مغناطیسی ماده مشخص می شود

نفوذپذیری مغناطیسییک کمیت اسکالر فیزیکی است که نشان می دهد القای میدان مغناطیسی در یک ماده معین چند برابر با القای میدان مغناطیسی در خلاء متفاوت است.

موادی که میدان مغناطیسی خارجی را ضعیف می کنند نامیده می شوند مواد دیامغناطیس(بیسموت، نیتروژن، هلیوم، دی اکسید کربن، آب، نقره، طلا، روی، کادمیوم و غیره).

موادی که میدان مغناطیسی خارجی را تقویت می کنند - پارامغناطیس ها(آلومینیوم، اکسیژن، پلاتین، مس، کلسیم، کروم، منگنز، نمک کبالت و غیره).

برای مواد دیامغناطیس > 1. اما در هر دو مورد تفاوت با 1 کم است (چند ده هزارم یا صد هزارم واحد). بنابراین، برای مثال، برای بیسموت = 0.9998 = 1.000.

برخی از مواد (آهن، کبالت، نیکل، گادولینیوم و آلیاژهای مختلف) باعث افزایش بسیار زیاد میدان خارجی می شوند. نامیده می شوند فرومغناطیس ها. برای آنها = 10 3 -10 5.

آمپر اولین کسی بود که دلایل خاصیت مغناطیسی اجسام را توضیح داد. بر اساس فرضیه او، جریان های الکتریکی ابتدایی در داخل مولکول ها و اتم ها در گردش هستند که خواص مغناطیسی هر ماده را تعیین می کنند.

اکنون ثابت شده است که تمام اتم ها و ذرات بنیادی در واقع دارای خواص مغناطیسی هستند. خواص مغناطیسی اتم ها عمدتاً توسط الکترون های موجود در آنها تعیین می شود.

با توجه به مدل نیمه کلاسیک اتم، که توسط E. Rutherford و N. Bohr ارائه شده است، الکترون‌های موجود در اتم‌ها در مدارهای بسته به دور هسته حرکت می‌کنند (در اولین تقریب، می‌توان فرض کرد که آنها دایره‌ای هستند). حرکت یک الکترون را می توان به عنوان یک جریان دایره ای ابتدایی نشان داد، که در آن e بار الکترون است، v فرکانس چرخش الکترون در مدارش است. این جریان یک میدان مغناطیسی را تشکیل می دهد که با یک گشتاور مغناطیسی مشخص می شود که در آن S ناحیه مداری تعیین می شود.

گشتاور مغناطیسی الکترون به دلیل حرکت آن به دور هسته نامیده می شود گشتاور مغناطیسی مداری. گشتاور مغناطیسی مداری یک کمیت برداری است و جهت آن توسط قانون پیچ درست تعیین می شود. اگر الکترون در جهت عقربه های ساعت حرکت کند (شکل 1)، آنگاه جریان ها در خلاف جهت حرکت بار مثبت جهت حرکت می کنند و بردار بر صفحه مداری عمود است.

از آنجایی که صفحات مداری الکترون های مختلف در یک اتم بر هم منطبق نیستند، گشتاورهای مغناطیسی آنها در زوایای مختلفی به یکدیگر هدایت می شوند. گشتاور مغناطیسی مداری حاصل از یک اتم چند الکترون برابر است با مجموع بردار گشتاورهای مغناطیسی مداری تک تک الکترونها.

اتم‌هایی با لایه‌های الکترونی تا حدی پر شده، گشتاور مغناطیسی مداری جبران‌ناپذیری دارند. در اتم هایی با لایه های الکترونی پر برابر با 0 است.

الکترون علاوه بر گشتاور مغناطیسی مداری نیز دارد گشتاور مغناطیسی ذاتی (چرخشی).که اولین بار توسط O. Stern و W. Gerlach در سال 1922 تأسیس شد. وجود میدان مغناطیسی در یک الکترون با چرخش آن حول محور خود توضیح داده شد، اگرچه نباید به معنای واقعی کلمه الکترون را به یک توپ باردار در حال چرخش تشبیه کرد (بالا ).

به طور قابل اعتماد ثابت شده است که میدان مغناطیسی یک الکترون همان خاصیت جدایی ناپذیر جرم و بار آن است. یک الکترون، با تقریبی بسیار تقریبی، می تواند به عنوان یک توپ بسیار کوچک که توسط میدان های الکتریکی و مغناطیسی احاطه شده است تصور شود (شکل 2). میدان مغناطیسی همه الکترون ها و جرم و بار آنها یکسان است. گشتاور مغناطیسی اسپین بردار است که در امتداد محور چرخش هدایت می شود. می توان آن را فقط به دو صورت جهت داد: یا در امتداد... یا در مقابل... اگر در مکانی که الکترون در آن قرار دارد یک میدان مغناطیسی خارجی وجود داشته باشد، یا در امتداد میدان یا در مقابل میدان. همانطور که در فیزیک کوانتوم نشان داده شده است، تنها دو الکترون که گشتاورهای مغناطیسی اسپین آنها مخالف هستند، می توانند در یک حالت انرژی باشند (اصل پائولی).

در اتم های چند الکترونی، گشتاورهای مغناطیسی اسپین تک تک الکترون ها، مانند گشتاورهای مداری، به صورت بردار جمع می شوند. در این حالت، گشتاور مغناطیسی اسپین حاصل از اتم برای اتم‌هایی با لایه‌های الکترونی پر برابر با 0 است.

گشتاور مغناطیسی کل یک اتم (مولکول) برابر است با مجموع بردار گشتاورهای مغناطیسی (اوربیتال و اسپین) الکترون هایی که وارد اتم (مولکول) می شوند:

دیامغناطیس ها شامل اتم هایی هستند که در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، گشتاورهای مغناطیسی خاص خود را ندارند، زیرا تمام اسپین ها و تمام گشتاورهای مغناطیسی مداری برای آنها جبران می شود.

یک میدان مغناطیسی خارجی روی کل اتم یک ماده دیامغناطیسی اثر نمی کند، بلکه روی تک تک الکترون های اتم اثر می گذارد که گشتاورهای مغناطیسی آن با صفر متفاوت است. اجازه دهید سرعت الکترون در یک لحظه معین، با القای مغناطیسی میدان خارجی، زاویه مشخصی ایجاد کند (شکل 3).

به لطف مولفه، نیروی لورنتس (که در شکل 3 به سمت ما هدایت شده است) بر روی الکترون تأثیر می گذارد، که باعث حرکت اضافی (علاوه بر سایر حرکاتی که الکترون در غیاب میدان در آنها شرکت می کند) در یک دایره. اما این حرکت نشان دهنده یک جریان دایره ای اضافی است که یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که با یک گشتاور مغناطیسی (القایی) مشخص می شود که مطابق قانون پیچ سمت راست به سمت هدایت می شود. در نتیجه مواد دیامغناطیسی میدان مغناطیسی خارجی را ضعیف می کنند.

پارامغناطیس ها از اتم هایی تشکیل شده اند که گشتاور مغناطیسی اتمی خالص آنها . در غیاب میدان خارجی، این ممان‌ها به‌طور تصادفی جهت‌گیری می‌کنند و ماده به عنوان یک کل میدان مغناطیسی در اطراف خود ایجاد نمی‌کند. وقتی مواد پارامغناطیس در میدان مغناطیسی قرار می گیرند، ترجیحیجهت گیری بردارها در امتداد میدان (این امر با حرکت حرارتی ذرات جلوگیری می شود). بنابراین، ماده پارامغناطیس مغناطیسی می شود و میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند که در جهت با میدان خارجی منطبق است و آن را افزایش می دهد. این اثر پارامغناطیس نامیده می شود. هنگامی که میدان مغناطیسی خارجی به صفر تضعیف می شود، جهت گیری گشتاورهای مغناطیسی ناشی از حرکت حرارتی مختل می شود و پارامغناطیس مغناطیسی می شود. در مواد پارامغناطیس، اثر دیامغناطیس نیز مشاهده می شود، اما بسیار ضعیف تر از اثر پارامغناطیس است.

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

نوشته شده در http://www.allbest.ru/

نوشته شده در http://www.allbest.ru/

آژانس فدرال تعلیم و تربیت مؤسسه آموزشی دولتی آموزش عالی و حرفه ای

"دانشگاه دولتی ورونژ"

(GOU VPO VSU)

دانشکده زمین شناسی

گروه زمین شناسی محیطی

انشا

با موضوع: خواص مغناطیسی مواد

تکمیل شده توسط: دانشجوی سال اول، gr. شماره 9

آگوشکوا اکاترینا ولادیمیروا

بازبین:

دانشیار، کاندیدای علوم Voronova T.A.

خواص مغناطیسی مواد

نفوذپذیری مغناطیسی یک ماده

طبقه بندی مواد بر اساس اثر میدان مغناطیسی خارجی بر روی آنها

ضد فرومغناطیس و آهنربای آهنی

آهنرباهای دائمی

نقطه کوری

ادبیات

خواص مغناطیسی مواد

مغناطیس- شکلی از برهمکنش بین بارهای الکتریکی متحرک که در فاصله ای از طریق میدان مغناطیسی انجام می شود.

خواص مغناطیسی ماده با توجه به فرضیه آمپر توضیح داده شده است.

فرضیه آمپر- خواص مغناطیسی یک جسم را می توان با جریان های در حال گردش در داخل آن توضیح داد.

در داخل اتم ها به دلیل حرکت الکترون ها در مدارها، جریان های الکتریکی ابتدایی وجود دارد که میدان های مغناطیسی ابتدایی ایجاد می کند.

1. اگر ماده خاصیت مغناطیسی نداشته باشد، میدانهای مغناطیسی ابتدایی غیر جهت دار هستند (به دلیل حرکت حرارتی).

2. اگر ماده ای خاصیت مغناطیسی داشته باشد، میدان های مغناطیسی ابتدایی به طور مساوی جهت دهی شده اند و میدان مغناطیسی داخلی خود ماده تشکیل می شود.

مغناطیسی شدهماده ای نامیده می شود که میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند. مغناطش زمانی اتفاق می افتد که یک ماده در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار گیرد.

مغناطیس آمپر ضد فرومغناطیس کوری

مغناطیسیو مننفوذپذیری ماده

تأثیر یک ماده بر یک میدان مغناطیسی خارجی با قدر مشخص می شود متر ، که نامیده می شود نفوذپذیری مغناطیسی یک ماده.

نفوذپذیری مغناطیسی یک کمیت اسکالر فیزیکی است که نشان می دهد القای میدان مغناطیسی در یک ماده معین چند برابر با القای میدان مغناطیسی در خلاء متفاوت است.

B کجاست؟ القای میدان مغناطیسی در ماده؛ ب 0 - القای میدان مغناطیسی در خلاء.

طبقه بندی موادتوسط یک میدان مغناطیسی خارجی بر روی آنها

1. D و مواد مغناطیسی [م<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.

حساسیت مغناطیسی منفی- این زمانی است که یک آهنربا به جسمی آورده می شود و به جای جذب، دفع می شود.

دیامغناطیس ها شامل گازهای بی اثر، هیدروژن، فسفر، روی، طلا، نیتروژن، سیلیکون، بیسموت، مس و نقره هستند. یعنی اینها موادی هستند که در حالت ابررسانا هستند یا پیوندهای کووالانسی دارند.

2. پ آرام مغناطیس [m>1] - مواد مغناطیسی ضعیف، میدان مغناطیسی داخلی مانند میدان مغناطیسی خارجی هدایت می شود. برای این مواد، حساسیت مغناطیسی نیز به شدت میدان بستگی ندارد. هر چند او مثبت است. یعنی وقتی یک پارامغناطیس به یک آهنربای دائمی نزدیک می شود، یک نیروی جاذبه ایجاد می شود. اینها عبارتند از آلومینیوم، پلاتین، اکسیژن، منگنز، آهن.

3. اف مغناطیس های اشتباه [m>>1] - مواد بسیار مغناطیسی، میدان مغناطیسی داخلی 100-1000 برابر بیشتر از میدان مغناطیسی خارجی است.

برای این مواد، بر خلاف مواد دیامغناطیس و پارامغناطیس، حساسیت مغناطیسی به دما و قدرت میدان مغناطیسی و تا حد قابل توجهی بستگی دارد.

این شامل کریستال های نیکل و کبالت است.

ضد فرومغناطیس و آهنربای آهنی

موادی که در آنها در طی گرمایش، انتقال فاز ماده داده شده همراه با ظاهر شدن خواص پارامغناطیس رخ می دهد، نامیده می شوند. ضد فرومغناطیس. اگر دما از حد معینی کمتر شود، این خواص ماده مشاهده نمی شود. نمونه هایی از این مواد منگنز و کروم هستند.

قابلیت مغناطیسی آهنربای آهنیهمچنین به دما و قدرت میدان مغناطیسی بستگی دارد. اما هنوز تفاوت هایی با هم دارند. این مواد شامل اکسیدهای مختلفی هستند.

تمام آهنرباهای فوق را می توان به 2 دسته تقسیم کرد:

مواد مغناطیسی سختاینها مواد با ارزش اجباری بالا هستند. برای مغناطیس مجدد آنها، ایجاد یک میدان مغناطیسی قدرتمند ضروری است. از این مواد در ساخت آهنرباهای دائمی استفاده می شود.

مواد مغناطیسی نرمبرعکس، نیروی اجباری کمی دارند. در میدان های مغناطیسی ضعیف می توانند وارد حالت اشباع شوند. آنها به دلیل برگشت مغناطیسی تلفات کمی دارند. به همین دلیل، از این مواد برای ساخت هسته‌های ماشین‌های الکتریکی که با جریان متناوب کار می‌کنند، استفاده می‌شود. به عنوان مثال، این یک ترانسفورماتور جریان و ولتاژ، یا یک ژنراتور، یا یک موتور ناهمزمان است.

آهنربای دائمیس

دائمیآهنرباها- اینها اجسامی هستند که مغناطش را برای مدت طولانی حفظ می کنند.

یک آهنربای دائمی همیشه دو قطب مغناطیسی دارد: شمال (N) و جنوب (S).

میدان مغناطیسی یک آهنربای دائمی در قطب های آن قوی ترین است.

آهنرباهای دائمی معمولاً از آهن، فولاد، چدن و ​​سایر آلیاژهای آهن (آهنربای قوی)، و همچنین نیکل، کبالت (آهنربای ضعیف) ساخته می شوند. آهنرباها می توانند طبیعی (طبیعی) از سنگ آهن، سنگ آهن مغناطیسی و مصنوعی باشند که از طریق مغناطیسی کردن آهن هنگام وارد کردن آن به میدان مغناطیسی به دست می آیند.

برهم کنش آهنربایی: مثل قطب ها دفع می کنند و بر خلاف قطب ها جذب می کنند.

برهمکنش آهنرباها با این واقعیت توضیح داده می شود که هر آهنربایی دارای میدان مغناطیسی است و این میدان های مغناطیسی با یکدیگر تعامل دارند.

میدان مغناطیسی آهنرباهای دائمی

دلایل مغناطیسی شدن آهن چیست؟ بر اساس فرضیه دانشمند فرانسوی آمپر، جریان های الکتریکی ابتدایی (جریان های آمپر) در درون ماده وجود دارد که در نتیجه حرکت الکترون ها به دور هسته اتم ها و حول محور خود به وجود می آیند. هنگامی که الکترون ها حرکت می کنند، میدان های مغناطیسی ابتدایی ایجاد می شوند. هنگامی که یک قطعه آهن به یک میدان مغناطیسی خارجی وارد می شود، تمام میدان های مغناطیسی ابتدایی در این آهن به طور یکسان در میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرند و میدان مغناطیسی خود را تشکیل می دهند. اینگونه است که یک تکه آهن به آهنربا تبدیل می شود.

میدان مغناطیسی چه شکلی است؟آهنرباهای دائمی؟

ایده ای از نوع میدان مغناطیسی را می توان با استفاده از براده های آهن به دست آورد. تنها کاری که باید انجام دهید این است که یک ورق کاغذ را روی آهنربا قرار دهید و براده های آهن را روی آن بپاشید.

برای آهنربای نواری دائمی برای آهنربای قوس دائمی

نقطه کوری

نقطه کوری، یا دمای کوریدمای انتقال فاز مرتبه دوم همراه با تغییر ناگهانی در خواص تقارن یک ماده با تغییر دما، اما در مقادیر داده شده سایر پارامترهای ترمودینامیکی (فشار، قدرت میدان الکتریکی یا مغناطیسی) است. انتقال فاز مرتبه دوم در دمای کوری با تغییر در خواص تقارن ماده همراه است. در Tc، در تمام موارد انتقال فاز، هر نوع نظم اتمی ناپدید می شود، به عنوان مثال، ترتیب اسپین های الکترون ( فروالکتریکگشتاورهای مغناطیسی اتمی ( فرومغناطیس ها) نظم در آرایش اتم های اجزای مختلف آلیاژ در امتداد گره های شبکه کریستالی (انتقال فاز در آلیاژها). نزدیک به Tc ناهنجاری های تیز خواص فیزیکی مشاهده می شود، به عنوان مثال، پیزوالکتریک، الکترواپتیکال، و حرارتی.

نقطه کوری مغناطیسی دمای چنین انتقال فازی است که در آن مغناطش خود به خودی حوزه های فرومغناطیسی ناپدید می شود و فرومغناطیسی به حالت پارامغناطیس تبدیل می شود. در دماهای نسبتاً پایین، حرکت حرارتی اتم ها، که به ناچار منجر به برخی اختلالات در آرایش منظم گشتاورهای مغناطیسی می شود، ناچیز است. با افزایش دما، نقش آن افزایش می یابد و در نهایت در دمای معین (Tc) حرکت حرارتی اتم ها قادر است آرایش منظم گشتاورهای مغناطیسی را از بین ببرد و فرومغناطیس به یک پارامغناطیس تبدیل می شود. در نزدیکی نقطه کوری، تعدادی ویژگی در تغییر خواص غیر مغناطیسی فرومغناطیس ها مشاهده می شود (مقاومت، ظرفیت گرمایی ویژه، ضریب دمایی انبساط خطی).

مقدار Tc به قدرت اتصال گشتاورهای مغناطیسی با یکدیگر بستگی دارد، در صورت اتصال قوی به این می رسد: برای آهن خالص T c = 768 o C، برای کبالت T c = 1131 o C، بیش از 1000 است. o C برای آلیاژهای آهن- کبالت. برای بسیاری از مواد Tc کوچک است (برای نیکل Tc = 358 o C). با مقدار Tc می توان انرژی اتصال گشتاورهای مغناطیسی را با یکدیگر تخمین زد. برای از بین بردن آرایش منظم گشتاورهای مغناطیسی، انرژی حرکت حرارتی مورد نیاز است، که بسیار بیشتر از انرژی برهمکنش دوقطبی ها و انرژی پتانسیل دوقطبی مغناطیسی در میدان است.

در دمای کوری، نفوذپذیری مغناطیسی فرومغناطیس تقریباً برابر با واحد بالای نقطه کوری می شود، تغییر در حساسیت مغناطیسی رعایت می شود قانون کوری ویس.

برای هر فرومغناطیس دمای خاصی وجود دارد - نقطه کوری.

1. اگر t از ماده< t Кюри, то вещество обладает ферромагнитными свойствами.

2. اگر t یک ماده > Curie t باشد، آنگاه خواص فرومغناطیسی (مغناطیس شدن) از بین می رود و ماده پارامغناطیس می شود. بنابراین آهنرباهای دائمی با گرم شدن خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند.

ادبیات

ژیلکو، V.V. فیزیک: کتاب درسی. کمک هزینه کلاس یازدهم آموزش عمومی مدرسه از روسی زبان آموزش / V.V. Zhilko, A.V. لاوریننکو، ال.جی.مارکوویچ. -- من.: نار. Asveta, 2002. -- P. 291-297.

http://msk.edu.ua/

http://elhow.ru/

http://class-fizika.narod.ru/

ارسال شده در Allbest.ru

اسناد مشابه

میدان مغناطیسی جزئی از میدان الکترومغناطیسی است که در حضور میدان الکتریکی متغیر با زمان ظاهر می شود. خواص مغناطیسی مواد شرایط ایجاد و تجلی میدان مغناطیسی. قانون آمپر و واحدهای اندازه گیری میدان مغناطیسی

ارائه، اضافه شده در 2011/11/16


جوهر میدان مغناطیسی، ویژگی های اصلی آن. مفاهیم و طبقه بندی آهن ربا - موادی که می توانند در یک میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی شوند. ساختار و خواص مواد. آهنرباهای دائمی و الکتریکی و مناطق کاربرد آنها.

چکیده، اضافه شده در 12/02/2012


ماهیت و ویژگی های میدان مغناطیسی خواص مغناطیسی مواد مختلف و منابع میدان مغناطیسی. ساختار آهنرباهای الکتریکی، طبقه بندی، کاربرد و نمونه های کاربرد آنها. شیر برقی و کاربرد آن محاسبه دستگاه مغناطیسی.

کار دوره، اضافه شده در 2011/01/17


فرآیند تشکیل و ظهور میدان مغناطیسی. خواص مغناطیسی مواد برهم کنش دو آهنربا و پدیده القای الکترومغناطیسی. جریان های فوکو جریان های القایی گردابی هستند که در هادی های عظیم با تغییر شار مغناطیسی ایجاد می شوند.

ارائه، اضافه شده در 11/17/2010


مفهوم و عمل میدان مغناطیسی، ویژگی های آن: القای مغناطیسی، شار مغناطیسی، شدت، نفوذپذیری مغناطیسی. فرمول های القای مغناطیسی و قانون "دست چپ". عناصر و انواع مدارهای مغناطیسی، فرمول بندی قوانین اساسی آنها.

ارائه، اضافه شده در 2014/05/27


عمل میدان نیرو در فضای اطراف جریان ها و آهنرباهای دائمی. ویژگی های اصلی میدان مغناطیسی فرضیه آمپر، قانون بیوت-ساوارت-لاپلاس. ممان مغناطیسی یک قاب حامل جریان. پدیده القای الکترومغناطیسی؛ هیسترزیس، خود القایی.

ارائه، اضافه شده در 2015/07/28


مفاهیم اساسی، انواع (دیامغناطیس، فریمغناطیس، پارامغناطیس، ضد فرومغناطیس) و شرایط تجلی مغناطیس. ماهیت حالت فرومغناطیسی مواد. ماهیت پدیده مغناطیسی. شرح ساختارهای دامنه در فیلم های مغناطیسی نازک

چکیده، اضافه شده در 2010/08/30


تظاهرات میدان مغناطیسی، پارامترهای مشخص کننده آن. ویژگی های مواد فرومغناطیسی (مغناطیسی نرم و سخت). قوانین Kirchhoff و Ohm برای مدارهای مغناطیسی جریان مستقیم، اصل محاسبه آنها، قیاس آنها با مدارهای الکتریکی.

تست، اضافه شده در 10/10/2010


بررسی پدیده های دیامغناطیس و پارامغناطیس. حساسیت مغناطیسی اتم های عناصر شیمیایی. نظم اتمی مغناطیسی و مغناطش خود به خود در کانی های فرومغناطیسی فاز جامد، مایع و گاز. خواص مغناطیسی سنگهای رسوبی

ارائه، اضافه شده در 10/15/2013


مفهوم و خواص اساسی یک میدان مغناطیسی، مطالعه یک حلقه بسته با جریان در یک میدان مغناطیسی. پارامترها و تعیین جهت بردار و خطوط القای مغناطیسی. بیوگرافی و فعالیت علمی آندره ماری آمپر، کشف قدرت آمپر او.

هر ماده ای در جهان دارای خواص مغناطیسی خاصی است. آنها با نفوذپذیری مغناطیسی اندازه گیری می شوند. در این مقاله به خواص مغناطیسی ماده خواهیم پرداخت.

فرضیه آمپر

نفوذپذیری مغناطیسی نشان می دهد که چند برابر القای میدان مغناطیسی در یک محیط معین کمتر یا بیشتر از القای میدان مغناطیسی در خلاء است.

ماده ای که میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند مغناطیسی نامیده می شود. مغناطش زمانی اتفاق می افتد که یک ماده در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار گیرد.

دانشمند فرانسوی Ampere دلیل آن را ایجاد کرد که نتیجه آن داشتن خواص مغناطیسی توسط اجسام است. فرضیه آمپر بیان می کند که جریان های الکتریکی میکروسکوپی درون ماده وجود دارد (الکترون دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود است که ماهیت کوانتومی دارد، حرکت مداری در اتم های الکترون). آنها هستند که خواص مغناطیسی یک ماده را تعیین می کنند. اگر جریان‌ها دارای جهت‌های نامنظم باشند، میدان‌های مغناطیسی که ایجاد می‌کنند یکدیگر را خنثی می‌کنند. بدن مغناطیسی نمی شود. یک میدان مغناطیسی خارجی این جریان ها را تنظیم می کند. در نتیجه، این ماده میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند. این مغناطیس شدن ماده است.

با واکنش مواد به یک میدان مغناطیسی خارجی و با نظم ساختار داخلی آنها است که خواص مغناطیسی یک ماده مشخص می شود. با توجه به این پارامترها، آنها به گروه های زیر تقسیم می شوند:

• پارامغناطیس ها
• دیامغناطیس ها
• فرومغناطیس ها
• آنتی فرومغناطیس ها

دیامغناطیس و پارامغناطیس

• موادی که دارای حساسیت مغناطیسی منفی، مستقل از شدت میدان مغناطیسی هستند، مواد دیامغناطیس نامیده می شوند. بیایید بفهمیم که به چه خواص مغناطیسی یک ماده حساسیت مغناطیسی منفی می گویند. این زمانی است که یک آهنربا به بدن وارد می شود و به جای جذب، دفع می شود. دیامغناطیس ها شامل گازهای بی اثر، هیدروژن، فسفر، روی، طلا، نیتروژن، سیلیکون، بیسموت، مس و نقره هستند. یعنی اینها موادی هستند که در حالت ابررسانا هستند یا پیوندهای کووالانسی دارند.
• مواد پارامغناطیس برای این مواد، حساسیت مغناطیسی نیز به شدت میدان بستگی ندارد. هر چند او مثبت است. یعنی وقتی یک پارامغناطیس به یک آهنربای دائمی نزدیک می شود، یک نیروی جاذبه ایجاد می شود. اینها عبارتند از آلومینیوم، پلاتین، اکسیژن، منگنز، آهن.

فرومغناطیس ها

موادی که دارای حساسیت مغناطیسی مثبت بالایی هستند فرومغناطیس نامیده می شوند. برای این مواد، بر خلاف مواد دیامغناطیس و پارامغناطیس، حساسیت مغناطیسی به دما و قدرت میدان مغناطیسی و تا حد قابل توجهی بستگی دارد. این شامل کریستال های نیکل و کبالت است.

ضد فرومغناطیس و آهنربای آهنی

• موادی که در آنها در حین حرارت دادن، انتقال فاز ماده داده شده همراه با ظاهر شدن خواص پارامغناطیس رخ می دهد، ضد فرومغناطیس نامیده می شوند. اگر دما از حد معینی کمتر شود، این خواص ماده مشاهده نمی شود. نمونه هایی از این مواد منگنز و کروم هستند.
• فریمغناطیس ها با وجود آنتی فرومغناطیس جبران نشده در آنها مشخص می شوند. حساسیت مغناطیسی آنها به دما و قدرت میدان مغناطیسی نیز بستگی دارد. اما هنوز تفاوت هایی با هم دارند. این مواد شامل اکسیدهای مختلفی هستند.

تمام آهنرباهای فوق را می توان به 2 دسته تقسیم کرد:

• مواد مغناطیسی سخت اینها مواد با ارزش اجباری بالا هستند. برای مغناطیس مجدد آنها، ایجاد یک میدان مغناطیسی قدرتمند ضروری است. از این مواد در ساخت آهنرباهای دائمی استفاده می شود.
• برعکس، مواد مغناطیسی نرم، نیروی اجباری کمی دارند. در میدان های مغناطیسی ضعیف می توانند وارد حالت اشباع شوند. آنها به دلیل برگشت مغناطیسی تلفات کمی دارند. به همین دلیل، از این مواد برای ساخت هسته‌های ماشین‌های الکتریکی که با جریان متناوب کار می‌کنند، استفاده می‌شود. به عنوان مثال، این یک ترانسفورماتور جریان و ولتاژ، یا یک ژنراتور، یا یک موتور ناهمزمان است.

ما تمام خواص مغناطیسی اساسی ماده را بررسی کردیم و متوجه شدیم که چه نوع آهنربایی وجود دارد.

آزمایش‌های متعدد نشان می‌دهد که همه موادی که در یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرند مغناطیسی شده‌اند و میدان مغناطیسی خود را ایجاد می‌کنند که عمل آن به عمل میدان مغناطیسی خارجی اضافه می‌شود:

\(~\vec B = \vec B_0 + \vec B_1،\)

که در آن \(~\vec B\) القای میدان مغناطیسی در ماده است. \(~\vec B_0\) القای مغناطیسی میدان در خلاء است، \(~\vec B_1\) القای مغناطیسی میدان حاصل از مغناطیسی شدن ماده است. در این حالت، این ماده می تواند میدان مغناطیسی را تقویت یا تضعیف کند. تأثیر یک ماده بر یک میدان مغناطیسی خارجی با مقدار μ مشخص می شود که به آن نفوذپذیری مغناطیسی ماده می گویند.

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

• نفوذپذیری مغناطیسییک کمیت اسکالر فیزیکی است که نشان می دهد القای میدان مغناطیسی در یک ماده معین چند برابر با القای میدان مغناطیسی در خلاء متفاوت است.

دیا و پارا مغناطیس

همه مواد دارای خواص مغناطیسی خاصی هستند، یعنی آنها هستند آهنرباها. برای اکثر مواد، نفوذپذیری مغناطیسی μ نزدیک به وحدت است و به قدرت میدان مغناطیسی بستگی ندارد. موادی که نفوذپذیری مغناطیسی آنها کمی کمتر از واحد است (μ< 1), называются مواد دیامغناطیس، کمی بیشتر از وحدت (μ > 1) - پارامغناطیس. موادی که نفوذپذیری مغناطیسی آنها به قدرت میدان خارجی بستگی دارد و می تواند به طور قابل توجهی از واحد (μ » 1) فراتر رود، نامیده می شوند. فرومغناطیس ها.

نمونه هایی از مواد دیامغناطیس عبارتند از: سرب، روی، بیسموت (μ = 0.9998). مواد پارامغناطیس - سدیم، اکسیژن، آلومینیوم (μ = 1.00023)؛ فرومغناطیس - کبالت، نیکل، آهن (μ به مقدار 8⋅10 3 می رسد).

اولین توضیح در مورد دلایلی که اجسام دارای خواص مغناطیسی هستند توسط هانری آمپر (1820) ارائه شد. بر اساس فرضیه او، جریان های الکتریکی ابتدایی در داخل مولکول ها و اتم ها در گردش هستند که خواص مغناطیسی هر ماده را تعیین می کنند.

بیایید مقداری ماده جامد مصرف کنیم. خاصیت مغناطیسی آن مربوط به خواص مغناطیسی ذرات (مولکول ها و اتم ها) است که از آنها تشکیل شده است. بیایید در نظر بگیریم که چه مدارهای فعلی در سطح میکرو امکان پذیر است. مغناطیس اتم ها به دو دلیل اصلی است:

1) حرکت الکترون ها به دور هسته در مدارهای بسته ( گشتاور مغناطیسی مداری) (عکس. 1)؛

2) چرخش ذاتی (اسپین) الکترونها ( گشتاور مغناطیسی چرخشی) (شکل 2).

از آنجایی که صفحات مداری الکترون های مختلف در یک اتم بر هم منطبق نیستند، بردارهای القای میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آنها (مقابله های مغناطیسی مداری و اسپینی) در زوایای مختلف نسبت به یکدیگر هدایت می شوند. بردار القایی حاصل از یک اتم چند الکترون برابر است با مجموع بردار بردارهای القای میدان ایجاد شده توسط تک تک الکترون ها. اتم‌هایی با لایه‌های الکترونی نیمه پر، میدان‌های جبران‌ناپذیری دارند. در اتم هایی با لایه های الکترونی پر، بردار القایی حاصل 0 است.

در تمام موارد، تغییر میدان مغناطیسی ناشی از ظهور جریان های مغناطیسی است (پدیده القای الکترومغناطیسی مشاهده می شود). به عبارت دیگر، اصل برهم نهی برای میدان مغناطیسی همچنان معتبر است: میدان داخل آهنربا برهم نهی میدان خارجی \(~\vec B_0\) و میدان \(~\vec B"\) جریان های مغناطیسی است. من'، که تحت تأثیر یک میدان خارجی به وجود می آیند. اگر میدان مغناطیسی به همان روش میدان خارجی هدایت شود، القای میدان کل بیشتر از میدان خارجی خواهد بود (شکل 3، a) - در این حالت می گوییم که ماده میدان را تقویت می کند. ; اگر میدان مغناطیسی مخالف میدان خارجی باشد، میدان کل کمتر از میدان خارجی خواهد بود (شکل 3، ب) - به این معنا است که می گوییم این ماده میدان مغناطیسی را ضعیف می کند.

که در مواد دیامغناطیسمولکول ها میدان مغناطیسی خاص خود را ندارند. تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی در اتم‌ها و مولکول‌ها، میدان مغناطیسی مخالف میدان خارجی است، بنابراین بزرگی بردار القای مغناطیسی \(~\vec B\) میدان حاصل کمتر از بزرگی بردار القای مغناطیسی \(~\vec B_0\) میدان خارجی.

که در پارامغناطیس هامولکول ها میدان مغناطیسی خاص خود را دارند. در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، به دلیل حرکت حرارتی، بردارهای القایی میدان های مغناطیسی اتم ها و مولکول ها به طور تصادفی جهت گیری می شوند، بنابراین میانگین مغناطیسی آنها صفر است (شکل 4، a). هنگامی که یک میدان مغناطیسی خارجی بر روی اتم ها و مولکول ها اعمال می شود، یک لحظه نیرو شروع به عمل می کند و تمایل دارد که آنها را بچرخاند تا میدان های آنها موازی با میدان خارجی باشد. جهت گیری مولکول های پارامغناطیس منجر به این واقعیت می شود که ماده مغناطیسی شده است (شکل 4، ب).

جهت گیری کامل مولکول ها در یک میدان مغناطیسی توسط حرکت حرارتی آنها جلوگیری می شود، بنابراین نفوذپذیری مغناطیسی مواد پارامغناطیس به دما بستگی دارد. بدیهی است که با افزایش دما نفوذپذیری مغناطیسی مواد پارامغناطیس کاهش می یابد.

فرومغناطیس ها

نام این دسته از مواد مغناطیسی از نام لاتین آهن - Ferrum گرفته شده است. ویژگی اصلی این مواد توانایی حفظ مغناطیسی در غیاب میدان مغناطیسی خارجی است. علاوه بر آهن، "همسایگان" آن در جدول تناوبی - کبالت و نیکل - دارای خواص فرومغناطیسی هستند. مواد فرومغناطیسی کاربرد عملی گسترده ای در علم و فناوری پیدا می کنند، بنابراین، تعداد قابل توجهی از آلیاژها ساخته شده اند که دارای خواص فرومغناطیسی مختلفی هستند.

تمام نمونه های ارائه شده از فرومغناطیس ها به فلزات گروه انتقالی اشاره دارد که لایه الکترونی آن حاوی چندین الکترون جفت نشده است، که منجر به این واقعیت می شود که این اتم ها دارای میدان مغناطیسی قابل توجهی هستند. در حالت کریستالی، به دلیل برهم کنش بین اتم ها در کریستال ها، مناطق مغناطیسی خود به خودی - حوزه ها - بوجود می آیند. ابعاد این حوزه ها دهم و صدم میلی متر (10-4-10-5 متر) است که به طور قابل توجهی از اندازه یک اتم منفرد (10-9 متر) فراتر می رود. در یک حوزه، میدان‌های مغناطیسی اتم‌ها کاملاً موازی هستند، جهت‌گیری میدان‌های مغناطیسی سایر حوزه‌ها در غیاب میدان مغناطیسی خارجی به‌طور دلخواه تغییر می‌کند (شکل 5).

بنابراین، حتی در حالت غیر مغناطیسی، میدان های مغناطیسی قوی در داخل فرومغناطیس وجود دارد که جهت گیری آن ها به صورت تصادفی و آشفته در طول انتقال از یک حوزه به حوزه دیگر تغییر می کند. اگر ابعاد یک جسم به طور قابل توجهی از ابعاد حوزه های منفرد بیشتر شود، میانگین میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط حوزه های این جسم عملا وجود ندارد.

اگر فرومغناطیس را در میدان مغناطیسی خارجی قرار دهید که در 0، سپس گشتاورهای مغناطیسی دامنه ها شروع به تنظیم مجدد می کنند. با این حال، چرخش مکانیکی مکانی بخش‌های ماده رخ نمی‌دهد. فرآیند برگشت مغناطیسی با تغییر در حرکت الکترون ها همراه است، اما نه با تغییر در موقعیت اتم ها در گره های شبکه کریستالی. دامنه‌هایی که نسبت به جهت میدان مطلوب‌ترین جهت‌گیری را دارند، اندازه خود را به قیمت دامنه‌های "اشتباه‌گرا" همسایه افزایش می‌دهند و آنها را جذب می‌کنند. در این مورد، میدان در ماده به طور قابل توجهی افزایش می یابد.

خواص فرومغناطیس ها

1) خواص فرومغناطیسی یک ماده تنها زمانی ظاهر می شود که ماده مربوطه در آن قرار گیرد در حالت کریستالی;

2) خواص مغناطیسی فرومغناطیس ها به شدت به دما بستگی دارد، زیرا جهت گیری میدان های مغناطیسی حوزه ها توسط حرکت حرارتی جلوگیری می شود. برای هر فرومغناطیس دمای خاصی وجود دارد که در آن ساختار دامنه به طور کامل از بین می رود و فرومغناطیس به یک پارامغناطیس تبدیل می شود. این مقدار دما نامیده می شود نقطه کوری. بنابراین برای آهن خالص دمای کوری تقریباً 900 درجه سانتیگراد است.

3) فرومغناطیس ها مغناطیسی می شوند تا اشباعدر میدان های مغناطیسی ضعیف شکل 6 نشان می دهد که چگونه مدول القای میدان مغناطیسی تغییر می کند بدر فولاد با تغییر در میدان خارجی ب 0 ;

4) نفوذپذیری مغناطیسی فرومغناطیس به میدان مغناطیسی خارجی بستگی دارد (شکل 7).

این با این واقعیت توضیح داده می شود که در ابتدا با افزایش ب 0 القای مغناطیسی بقوی تر رشد می کند، و بنابراین، μ افزایش می یابد. سپس به مقدار القای مغناطیسی باشباع صفر رخ می دهد (μ در این لحظه حداکثر است) و با افزایش بیشتر ب 0 القای مغناطیسی ب 1 در ماده تغییر نمی کند و نفوذپذیری مغناطیسی کاهش می یابد (به 1 تمایل دارد):

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

5) فرومغناطیس ها مغناطیسی باقی مانده را نشان می دهند. به عنوان مثال، اگر یک میله فرومغناطیسی در یک شیر برقی قرار داده شود که جریان از آن عبور کرده و تا اشباع مغناطیسی شود (نقطه آ) (شکل 8)، و سپس جریان در شیر برقی و با آن را کاهش دهید ب 0، سپس می توان اشاره کرد که القای میدان در میله در طول مغناطیس زدایی آن همیشه بیشتر از فرآیند مغناطیسی باقی می ماند. چه زمانی ب 0 = 0 (جریان در شیر برقی خاموش است)، القاء برابر خواهد بود بی آر(القاء باقیمانده). میله را می توان از شیر برقی جدا کرد و به عنوان آهنربای دائمی استفاده کرد. برای اینکه در نهایت میله را مغناطیس زدایی کنید، باید جریانی را در جهت مخالف از شیر برقی عبور دهید، یعنی. یک میدان مغناطیسی خارجی با جهت مخالف بردار القایی اعمال کنید. اکنون مدول القای این میدان را افزایش می دهیم B oc، میله را مغناطیس زدایی کنید ( ب = 0).).

بنابراین، هنگام مغناطیسی و مغناطیس زدایی یک فرومغناطیس، القاء بعقب می ماند ب 0 . این تاخیر نامیده می شود پدیده هیسترزیس. منحنی نشان داده شده در شکل 8 نامیده می شود حلقه پسماند.

شکل منحنی مغناطیسی (حلقه هیسترزیس) برای مواد فرومغناطیسی مختلف که کاربرد بسیار گسترده ای در کاربردهای علمی و فنی پیدا کرده اند، به طور قابل توجهی متفاوت است. برخی از مواد مغناطیسی دارای یک حلقه گسترده با مقادیر بالای ماندگاری و اجبار هستند که به آنها گفته می شود مغناطیسی سختو برای ساخت آهنرباهای دائمی استفاده می شود. سایر آلیاژهای فرومغناطیسی با مقادیر نیروی اجباری کم مشخص می شوند، چنین موادی حتی در میدان های ضعیف به راحتی مغناطیسی و دوباره مغناطیس می شوند. چنین موادی نامیده می شوند از نظر مغناطیسی نرمو در دستگاه های مختلف الکتریکی - رله، ترانسفورماتور، مدارهای مغناطیسی و غیره استفاده می شود.

ادبیات

1. Aksenovich L. A. فیزیک در دبیرستان: نظریه. وظایف تست ها: کتاب درسی. کمک هزینه برای مؤسسات ارائه دهنده آموزش عمومی. محیط زیست، آموزش / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; اد. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P.330-335.
2. ژیلکو، V.V. فیزیک: کتاب درسی. کمک هزینه کلاس یازدهم آموزش عمومی مدرسه از روسی زبان آموزش / V.V. Zhilko, A.V. لاوریننکو، ال.جی.مارکوویچ. - من.: نار. Asveta, 2002. - ص 291-297.