AINEIDEN MAGNEETTISET OMINAISUUDET JA RAKENNE

Magnetokemia on kemian haara, joka tutkii aineiden magneettisia ominaisuuksia sekä niiden suhdetta molekyylien rakenteeseen. Sen muodostuminen tieteenä voidaan ajoittaa 1900-luvun alkuun, jolloin magnetismin peruslait löydettiin.

AINEIDEN MAGNEETTISET OMINAISUUDET

Magnetismi on aineen perusominaisuus. Kestomagneettien kyky vetää puoleensa rautaesineitä on tunnettu muinaisista ajoista lähtien. Sähkömagnetismin kehitys mahdollisti luonnossa olemassa olevia pysyviä magneetteja vahvempien sähkömagneettien luomisen. Yleisesti ottaen erilaiset sähkömagneettisten ilmiöiden käyttöön perustuvat instrumentit ja laitteet ovat niin yleisiä, että nykyään on mahdotonta kuvitella elämää ilman niitä.

Kestomagneetit eivät kuitenkaan ole vuorovaikutuksessa magneettikentän kanssa, vaan myös kaikki muut aineet. Aineen kanssa vuorovaikutuksessa oleva magneettikenttä muuttaa arvoaan tyhjiöön verrattuna (tästä lähtien kaikki kaavat kirjoitetaan SI-järjestelmään):

jossa µ 0 on magneettinen vakio, joka on yhtä suuri kuin 4p 10 -7 H/m, µ on aineen magneettinen permeabiliteetti, B on magneettinen induktio (T), H on magneettikentän voimakkuus (A/m). Useimmille aineille m on hyvin lähellä yksikköä, joten magnetokemiassa, jossa pääkohde on molekyyli, on kätevämpää käyttää arvoa c, jota kutsutaan magneettiseksi susceptibiliteetiksi. Se voidaan katsoa aineen tilavuusyksiköksi, massaksi tai määräksi, jolloin sitä kutsutaan vastaavasti tilavuusyksiköksi (dimensiottomaksi). CV, erityistä CD(cm3/g) tai molaarisesti cm(cm3/mol) magneettinen suskeptiibiliteetti.

Aineet voidaan jakaa kahteen luokkaan: ne, jotka heikentävät magneettikenttää (n< 0), называются диамагнетиками, те, которые усиливают (c >0), – paramagneettinen. Voidaan kuvitella, että epätasaisessa magneettikentässä diamagneettiseen materiaaliin vaikuttaa voima, joka työntää sen ulos kentästä, kun taas voima vaikuttaa paramagneettiseen materiaaliin, päinvastoin, vetää sitä sisään. Tähän perustuvat alla käsitellyt menetelmät aineiden magneettisten ominaisuuksien mittaamiseksi. Diamagneetit (ja tämä on suurin osa orgaanisista ja suurimolekyylisistä yhdisteistä) ja pääasiassa paramagneetit ovat magnetokemian tutkimuskohteita.

Diamagnetismi on aineen tärkein ominaisuus, koska magneettikentän vaikutuksesta täytetyissä elektronikuorissa olevat elektronit (jotka voidaan ajatella pieniksi johtimiksi) alkavat precessoida, ja kuten tiedetään, kaikki sähkövaraus aiheuttaa magneettikentän, joka Lenzin säännön mukaan ohjataan näin vähentämään ulkoisen kentän vaikutusta. Tässä tapauksessa elektronista precessiota voidaan pitää ympyrävirroina. Diamagnetismi on ominaista kaikille aineille paitsi atomiselle vedylle, koska kaikissa aineissa on elektronipareja ja täytettyjä elektronikuoria.

Paramagnetismin aiheuttavat parittomat elektronit, joita kutsutaan ns. siksi, että niiden oma magneettinen momentti (spin) ei ole millään tavalla tasapainotettu (vastaavasti elektronien parien spinit ovat suunnattu vastakkaisiin suuntiin ja kumoavat toisensa). Magneettikentässä spinit pyrkivät asettumaan kentän suuntaan vahvistaen sitä, vaikka kaoottinen lämpöliike häiritsee tätä järjestystä. Siksi on selvää, että paramagneettinen susceptibiliteetti riippuu lämpötilasta - mitä alhaisempi lämpötila, sitä korkeampi suskeptibiliteettiarvo.

Tämän tyyppistä magneettista suskeptibiliteettiä kutsutaan myös orientaatioparamagnetismiksi, koska sen syy on elementaaristen magneettisten momenttien suuntautuminen ulkoisessa magneettikentässä.

Atomissa olevien elektronien magneettisia ominaisuuksia voidaan kuvata kahdella tavalla. Ensimmäisessä menetelmässä uskotaan, että elektronin oma (spin) magneettinen momentti ei vaikuta kiertoradan momenttiin (johtuen elektronien liikkeestä ytimen ympärillä) tai päinvastoin. Tarkemmin sanottuna tällainen keskinäinen vaikutus on aina olemassa (spin-orbit-vuorovaikutus), mutta 3d-ioneille se on pieni, ja magneettiset ominaisuudet voidaan kuvata riittävän tarkasti kahdella kvanttiluvulla L (orbitaali) ja S (spin). Raskaammille atomeille tällainen approksimaatio tulee mahdottomaksi ja magneettisen kokonaismomentin J toinen kvanttiluku otetaan käyttöön, joka voi ottaa arvoja | L+S | ennen | L–S |

Huomiota tulee kiinnittää magneettisen vuorovaikutusenergian pienuuteen (huonelämpötiloissa ja laboratoriossa yleisissä magneettikentissä magneettisten vuorovaikutusten energia on kolmesta neljään suuruusluokkaa pienempi kuin molekyylien lämpöliikkeen energia).

On olemassa melko vähän aineita, jotka lämpötilan laskeessa käyttäytyvät ensin paramagneetteina ja sitten saavuttaessaan tietyn lämpötilan muuttavat jyrkästi magneettisia ominaisuuksiaan. Tunnetuin esimerkki on ferromagneetit ja aine, josta ne saavat nimensä, rauta, jonka atomimagneettiset momentit Curie-lämpötilan alapuolella asettuvat yhteen suuntaan aiheuttaen spontaanin magnetoitumisen. Makroskooppista magnetoitumista ei kuitenkaan tapahdu kentän puuttuessa, koska näyte jaetaan spontaanisti noin 1 μm:n kokoisiin alueisiin, joita kutsutaan alueiksi, joiden sisällä elementaariset magneettiset momentit suuntautuvat samalla tavalla, mutta eri magnetisaatiot. alueet ovat satunnaisesti suunnattuja ja keskimäärin kompensoivat toisiaan. Ferromagneettisen siirtymän aiheuttavat voimat voidaan selittää vain kvanttimekaniikan laeilla.

Antiferromagneeteille on ominaista se, että spin-magneettiset momentit antiferromagneettisen siirtymän lämpötilassa (Néel-lämpötila TN) on järjestetty siten, että ne kumoavat toisensa.

Jos magneettisten momenttien kompensointi on epätäydellinen, niin tällaisia ​​aineita kutsutaan ferrimagneeteiksi, esimerkiksi Fe2O3 ja FeCr2O4. Kolme viimeistä yhdisteluokkaa ovat kiinteitä aineita, ja niitä tutkivat pääasiassa fyysikot. Viime vuosikymmeninä fyysikot ja kemistit ovat luoneet uusia magneettisia materiaaleja.

Parittoman elektronin sisältävässä molekyylissä jäljelle jääneet (parilliset) elektronit heikentävät magneettikenttää, mutta kunkin niiden panos on kahdesta kolmeen suuruusluokkaa pienempi. Kuitenkin, jos haluamme mitata erittäin tarkasti parittomien elektronien magneettisia ominaisuuksia, meidän on otettava käyttöön niin sanotut diamagneettiset korjaukset, erityisesti suurille orgaanisille molekyyleille, joissa ne voivat saavuttaa kymmeniä prosentteja. Molekyylissä olevien atomien diamagneettiset susceptiivuudet täydentävät toisiaan Pascal-Langevinin additiivisuussäännön mukaisesti. Tätä varten kunkin tyypin atomien diamagneettinen herkkyys kerrotaan tällaisten atomien lukumäärällä molekyylissä, ja sitten tehdään konstitutiivisia korjauksia rakenteellisiin ominaisuuksiin (kaksois- ja kolmoissidokset, aromaattiset renkaat jne.). Jatketaan pohtimaan, kuinka aineiden magneettisia ominaisuuksia tutkitaan kokeellisesti.

MAGNEETTISEN HERKKYYDEN KOKEELLINEN MITTAUS

Tärkeimmät kokeelliset menetelmät magneettisen herkkyyden määrittämiseksi luotiin viime vuosisadalla. Gouyn menetelmän mukaan mitataan näytteen painon muutos magneettikentässä verrattuna sen puuttumiseen.

Faradayn menetelmä mittaa voimaa, joka vaikuttaa näytteeseen epätasaisessa magneettikentässä.

Suurin ero Gouyn menetelmän ja Faradayn menetelmän välillä on se, että ensimmäisessä tapauksessa epähomogeenisuus säilyy (laajennetun) mallin mukaan ja toisessa - magneettikenttää pitkin.

Quincken menetelmää käytetään vain nesteille ja liuoksille. Se mittaa kapillaarissa olevan nestepatsaan korkeuden muutosta magneettikentän vaikutuksesta

Tässä tapauksessa diamagneettisilla nesteillä kolonnin korkeus pienenee, paramagneettisilla nesteillä se kasvaa.

Viskosimetrimenetelmä mittaa nesteen virtausajan pienen reiän läpi magneettikentän ollessa päällä (tH) ja sammutettuna (t0). Paramagneettisten nesteiden virtausaika magneettikentässä on huomattavasti lyhyempi kuin kentän puuttuessa, päinvastoin.

Magneettinen herkkyys voidaan mitata myös NMR-spektrometrillä. Huomautus: NMR-signaalin kemiallisen siirtymän suuruus yleensä määräytyy seulontavakion lisäksi, joka on elektronitiheyden mitta tutkittavassa ytimessä, vaan myös näytteen magneettisesta suskeptivuudesta.

Paramagneettisille materiaaleille saatu magneettisen suskeptibiliteettiarvo määräytyy parittomien elektronien lukumäärän mukaan (yhdelle parittomalle elektronille)

Magnetokemialliset tutkimukset mahdollistavat siirtymämetalliyhdisteiden elektronisen konfiguraation määrittämisen, jotka muodostavat perustan koordinaatio(kompleksi)yhdisteiden kemialle.

Magneettista susceptibiliteettiä mittaamalla voidaan helposti arvioida hapetusastetta ja kompleksin ensimmäisen koordinaatiopallon geometriaa.

Tiedetään, että suurin osa käytännössä tärkeistä kemiallisista reaktioista tapahtuu liuoksissa, mukaan lukien kompleksien muodostusreaktiot, joten seuraavassa osiossa tarkastellaan niiden liuosten magneettisia ominaisuuksia, joissa siirtymämetalliyhdisteet toteutuvat komplekseina.

RATKAISUJEN MAGNEETTISET EpäILSYYS

Kun siirrytään kiinteästä aineesta liuokseen, tulee ottaa huomioon liuottimen ja kaikkien liuenneiden aineiden magneettinen susceptibiliteetti. Tässä tapauksessa yksinkertaisin tapa ottaa tämä huomioon on summata ratkaisun kaikkien komponenttien panokset additiivisuussäännön mukaisesti. Additiivisuusperiaate on yksi koetietojen käsittelyn perusperiaatteista. Mahdolliset poikkeamat siitä liittyvät useimmiten siihen, että itse additiivisuusperiaate täyttyy ja liuoksen komponentit muuttavat ominaisuuksiaan. Siksi oletetaan, että liuoksen magneettinen suskeptiibiliteetti on yhtä suuri kuin yksittäisten komponenttien magneettisten suskeptibiliteettien summa, kun otetaan huomioon pitoisuus.

Saman aineen magneettisia ominaisuuksia eri liuottimissa tutkittaessa on selvää, että ne voivat merkittävästi riippua liuottimen luonteesta. Tämä voidaan selittää liuotinmolekyylien pääsyllä ensimmäiseen koordinaatiosfääriin ja vastaavalla muutoksella kompleksin elektronirakenteessa, d-orbitaalien energioissa (D) ja muilla solvaattikompleksin ominaisuuksilla. Magnetokemian avulla voidaan siis tutkia myös solvataatiota eli liuenneen aineen vuorovaikutusta liuottimen kanssa.

Jos magneettikenttä vaikuttaa liuoksen ominaisuuksiin ja lukuisat kokeelliset tosiasiat (tiheyden, viskositeetin, sähkönjohtavuuden, protonipitoisuuden, magneettisen suskeptibiliteettimittaukset) osoittavat, että näin on, on tunnustettava, että yksilöiden välisten vuorovaikutusten energia liuoksen komponenttien ja vesimolekyylien kokonaisuus on melko korkea, jolloin se on verrattavissa tai ylittää liuoksessa olevien hiukkasten lämpöliikkeen energian, joka laskee liuokseen mahdollisesti kohdistuvat vaikutukset. Muistetaan, että yhden hiukkasen (molekyylin) magneettisen vuorovaikutuksen energia on pieni verrattuna lämpöliikkeen energiaan. Tällainen vuorovaikutus on mahdollista, jos hyväksymme sen, että vedessä ja vesiliuoksissa muodostuu vetysidosten yhteistoiminnallisuudesta johtuen suuria jäämäisiä vesimolekyylien rakennekokonaisuuksia, jotka voivat vahvistua tai tuhoutua liuenneiden aineiden vaikutuksesta tällaisten "kokoonpanojen" muodostumisenergia on ilmeisesti verrattavissa lämpöliikkeen energiaan ja magneettisen vaikutuksen alaisena ratkaisu voi muistaa sen ja saada uusia ominaisuuksia, mutta Brownin liike tai lämpötilan nousu poistaa tämän "muistin" jonkin ajan kuluessa.

Valitsemalla tarkasti paramagneettisten aineiden pitoisuudet diamagneettisessa liuottimessa voidaan luoda ei-magneettinen neste, eli sellainen, jonka keskimääräinen magneettinen susceptibiliteetti on nolla tai jossa magneettikentät etenevät samalla tavalla kuin tyhjiössä. Tätä mielenkiintoista ominaisuutta ei ole vielä löydetty tekniikassa.

Lukuisat kokeet osoittavat, että kaikki magneettikenttään sijoitetut aineet ovat magnetoituneita ja luovat oman magneettikentän, jonka toiminta lisätään ulkoisen magneettikentän toimintaan:

missä on aineen magneettikentän induktio; - kentän magneettinen induktio tyhjiössä, - aineen magnetoitumisesta johtuvan kentän magneettinen induktio.

Tässä tapauksessa aine voi joko vahvistaa tai heikentää magneettikenttää. Aineen vaikutukselle ulkoiseen magneettikenttään on tunnusomaista arvo, jota kutsutaan aineen magneettiseksi permeabiliteetiksi

Magneettinen läpäisevyys on fysikaalinen skalaarisuure, joka osoittaa, kuinka monta kertaa tietyn aineen magneettikentän induktio eroaa magneettikentän induktiosta tyhjiössä.

Ulkoista magneettikenttää heikentäviä aineita kutsutaan diamagneettiset materiaalit(vismutti, typpi, helium, hiilidioksidi, vesi, hopea, kulta, sinkki, kadmium jne.).

Aineet, jotka vahvistavat ulkoista magneettikenttää - paramagneetit(alumiini, happi, platina, kupari, kalsium, kromi, mangaani, kobolttisuolat jne.).

Diamagneettisille materiaaleille >1. Mutta molemmissa tapauksissa ero 1:stä on pieni (muutama kymmenesosa tai sadastuhansosa yksiköstä). Joten esimerkiksi vismutille = 0,9998 = 1,000.

Jotkut aineet (rauta, koboltti, nikkeli, gadolinium ja erilaiset seokset) lisäävät ulkokenttää erittäin voimakkaasti. Niitä kutsutaan ferromagneetteja. Heille = 10 3 - 10 5.

Ampere selitti ensimmäisenä syyt, miksi kappaleilla on magneettisia ominaisuuksia. Hänen hypoteesinsa mukaan molekyylien ja atomien sisällä kiertävät elementaariset sähkövirrat, jotka määräävät minkä tahansa aineen magneettiset ominaisuudet.

Nyt on todettu, että kaikilla atomeilla ja alkuainehiukkasilla on itse asiassa magneettisia ominaisuuksia. Atomien magneettiset ominaisuudet määräytyvät pääasiassa niiden sisältämien elektronien mukaan.

E. Rutherfordin ja N. Bohrin ehdottaman puoliklassisen atomin mallin mukaan atomeissa olevat elektronit liikkuvat ytimen ympäri suljetuilla kiertoradoilla (ensimmäisen likiarvon perusteella voidaan olettaa, että ne ovat ympyrän muotoisia). Elektronin liike voidaan esittää alkeiskiertovirtana, jossa e on elektronin varaus, v on elektronin pyörimistaajuus kiertoradalla. Tämä virta muodostaa magneettikentän, jolle on tunnusomaista magneettinen momentti, joka määritetään kaavalla, jossa S on kiertoradan pinta-ala.

Elektronin magneettista momenttia, joka johtuu sen liikkeestä ytimen ympärillä, kutsutaan kiertoradan magneettinen momentti. Radan magneettimomentti on vektorisuure ja suunta määräytyy oikeanpuoleisella ruuvisäännöllä. Jos elektroni liikkuu myötäpäivään (kuva 1), niin virrat suunnataan vastapäivään (positiivisen varauksen liikkeen suuntaan) ja vektori on kohtisuorassa kiertoradan tasoon nähden.

Koska atomin eri elektronien kiertoratatasot eivät täsmää, niiden magneettiset momentit on suunnattu eri kulmiin toisiinsa nähden. Saatu monielektroniatomin kiertoradan magneettinen momentti on yhtä suuri kuin yksittäisten elektronien kiertoradan magneettisten momenttien vektorisumma.

Atomilla, joissa on osittain täytetty elektronikuori, on kompensoimaton kiertoradan magneettinen momentti. Atomeissa, joissa on täytetyt elektronikuoret, se on 0.

Radan magneettisen momentin lisäksi elektronilla on myös sisäinen (spin) magneettinen momentti, jonka O. Stern ja W. Gerlach perustivat ensimmäisen kerran vuonna 1922. Magneettikentän olemassaolo elektronissa selittyy sen pyörimisellä oman akselinsa ympäri, vaikka elektronia ei pitäisikään kirjaimellisesti verrata pyörivään varautuneeseen palloon (ylhäällä). ).

On luotettavasti osoitettu, että elektronin magneettikenttä on sama kiinteä ominaisuus kuin sen massa ja varaus. Elektroni, hyvin karkealla likimäärällä, voidaan kuvitella hyvin pieneksi palloksi, jota ympäröivät sähkö- ja magneettikentät (kuva 2). Kaikkien elektronien magneettikentät ovat samat, samoin kuin niiden massat ja varaukset. Spin-magneettimomentti on pyörimisakselia pitkin suunnattu vektori. Se voidaan suunnata vain kahdella tavalla: joko pitkin... tai vastaan... Jos elektronin sijaintipaikassa on ulkoinen magneettikenttä, niin joko kenttää pitkin tai kenttää vastaan. Kuten kvanttifysiikassa näkyy, vain kaksi elektronia, joiden spin-magneettiset momentit ovat vastakkaiset, voivat olla samassa energiatilassa (Pauli-periaate).

Monielektronisissa atomeissa yksittäisten elektronien spin-magneettiset momentit, kuten kiertoratamomentit, summautuvat vektoreina. Tässä tapauksessa tuloksena oleva atomin spin-magneettinen momentti atomeille, joissa on täytetyt elektronikuoret, on 0.

Atomin (molekyylin) kokonaismagneettinen momentti on yhtä suuri kuin atomiin (molekyyliin) saapuvien elektronien magneettisten momenttien (kiertorata ja spin) vektorisumma:

Diamagneetit koostuvat atomeista, joilla ulkoisen magneettikentän puuttuessa ei ole omia magneettimomenttejaan, koska kaikki spin ja kaikki kiertoradan magneettiset momentit kompensoidaan niille.

Ulkoinen magneettikenttä ei vaikuta diamagneettisen materiaalin koko atomiin, vaan se vaikuttaa atomin yksittäisiin elektroneihin, joiden magneettiset momentit poikkeavat nollasta. Muodostakoon elektronin nopeus tietyllä hetkellä tietyssä kulmassa (kuva 3) ulkoisen kentän magneettisen induktion kanssa.

Komponentin ansiosta elektroniin vaikuttaa Lorentzin voima (suuntautunut meihin kuvassa 3), joka aiheuttaa lisäliikkeen (muiden liikkeiden lisäksi, joihin elektroni osallistuu kentän puuttuessa) ympyrä. Mutta tämä liike edustaa ylimääräistä pyöreää virtaa, joka luo magneettikentän, jolle on tunnusomaista magneettinen momentti (indusoitu), joka on suunnattu oikean ruuvin säännön mukaisesti kohti. Tämän seurauksena diamagneettiset materiaalit heikentävät ulkoista magneettikenttää.

Paramagneetit koostuvat atomeista, joiden atomien nettomagneettinen momentti on . Ulkoisen kentän puuttuessa nämä hetket ovat satunnaisesti suuntautuneita, eikä aine kokonaisuutena luo magneettikenttää ympärilleen. Kun paramagneettiset materiaalit asetetaan magneettikenttään, etuuskohteluun vektorien suuntautuminen kenttää pitkin (hiukkasten lämpöliike estää tämän). Siten paramagneettinen materiaali magnetoituu, mikä luo oman magneettikentän, joka on suunnassa samassa suunnassa ulkoisen kentän kanssa ja vahvistaa sitä. Tätä vaikutusta kutsutaan paramagneettiseksi. Kun ulkoinen magneettikenttä heikkenee nollaan, lämpöliikkeestä johtuvien magneettisten momenttien orientaatio häiriintyy ja paramagneetti demagnetoituu. Paramagneettisissa materiaaleissa havaitaan myös diamagneettinen vaikutus, mutta se on paljon heikompi kuin paramagneettinen vaikutus.

Lähetä hyvä työsi tietokanta on yksinkertainen. Käytä alla olevaa lomaketta

Opiskelijat, jatko-opiskelijat, nuoret tutkijat, jotka käyttävät tietopohjaa opinnoissaan ja työssään, ovat sinulle erittäin kiitollisia.

Lähetetty http://www.allbest.ru/

Lähetetty http://www.allbest.ru/

LIITTOVALTION KOULUTUSVIRASTO OSAVALTION KORKEA- JA AMMATTIKOULUTUSLAITOS

"VORONEZHIN VALTION YLIOPISTO"

(GOU VPO VSU)

Geologian tiedekunta

Ympäristögeologian laitos

Essee

aiheesta: Aineiden magneettiset ominaisuudet

Suorittanut: 1. vuoden opiskelija, gr. Nro 9

Agoshkova Ekaterina Vladimirovna

Arvostelija:

Apulaisprofessori, tieteiden kandidaatti Voronova T.A.

Aineiden magneettiset ominaisuudet

Aineen magneettinen läpäisevyys

Aineiden luokitus ulkoisen magneettikentän vaikutuksen mukaan

Antiferromagneetit ja ferrimagneetit

Kestomagneetit

Curie-piste

Kirjallisuus

Aineiden magneettiset ominaisuudet

Magnetismi-- liikkuvien sähkövarausten välinen vuorovaikutusmuoto, joka suoritetaan etäisyyden päässä magneettikentän kautta.

Aineen magneettiset ominaisuudet selitetään Amperen hypoteesin mukaan.

Amperen hypoteesi- kappaleen magneettiset ominaisuudet voidaan selittää sen sisällä kiertävillä virroilla.

Atomien sisällä elektronien kiertoradalla liikkumisen vuoksi on elementaarisia sähkövirtoja, jotka luovat elementaarisia magneettikenttiä.

1. jos aineella ei ole magneettisia ominaisuuksia, alkeismagneettikentät ovat suuntautumattomia (lämpöliikkeen vuoksi);

2. jos aineella on magneettisia ominaisuuksia, alkeismagneettikentät ovat tasaisesti suunnattuja (suuntautuneita) ja muodostuu aineen oma sisäinen magneettikenttä.

Magnetoitu kutsutaan aineeksi, joka luo oman magneettikentän. Magnetoituminen tapahtuu, kun aine asetetaan ulkoiseen magneettikenttään.

magnetismi ampeeri antiferromagneetti curie

Magneettinenja minäaineen läpäisevyys

Aineen vaikutusta ulkoiseen magneettikenttään luonnehtii suuruus m , jota kutsutaan aineen magneettinen permeabiliteetti.

Magneettinen läpäisevyys on fysikaalinen skalaarisuure, joka osoittaa, kuinka monta kertaa tietyn aineen magneettikentän induktio eroaa magneettikentän induktiosta tyhjiössä.

missä on B? -- magneettikentän induktio aineessa; B? 0 -- magneettikentän induktio tyhjiössä.

Aineiden luokitusulkoisen magneettikentän vaikutuksesta niihin

1. D ja magneettisia materiaaleja [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.

Negatiivinen magneettinen herkkyys- tämä on, kun magneetti tuodaan kehoon ja se pikemminkin hylkii kuin vetää puoleensa.

Diamagneetteja ovat esimerkiksi inertit kaasut, vety, fosfori, sinkki, kulta, typpi, pii, vismutti, kupari ja hopea. Eli nämä ovat aineita, jotka ovat suprajohtavassa tilassa tai joilla on kovalenttisia sidoksia.

2. P aramagneetit [m>1] - heikosti magneettiset aineet, sisäinen magneettikenttä on suunnattu samalla tavalla kuin ulkoinen magneettikenttä. Näiden aineiden magneettinen susceptibiliteetti ei myöskään riipu olemassa olevasta kentänvoimakkuudesta. Hän on kuitenkin positiivinen. Eli kun paramagneetti lähestyy kestomagneettia, syntyy houkutteleva voima. Näitä ovat alumiini, platina, happi, mangaani, rauta.

3. F Erromagneetit [m>>1] - erittäin magneettisia aineita, sisäinen magneettikenttä on 100-1000 kertaa suurempi kuin ulkoinen magneettikenttä.

Näiden aineiden, toisin kuin diamagneettisten ja paramagneettisten materiaalien, magneettinen suskeptibiliteetti riippuu lämpötilasta ja magneettikentän voimakkuudesta ja huomattavassa määrin.

Näitä ovat nikkeli- ja kobolttikiteet.

Antiferromagneetit ja ferrimagneetit

Aineita, joissa kuumennuksen aikana tapahtuu tietyn aineen faasimuutos, johon liittyy paramagneettisten ominaisuuksien ilmaantumista, kutsutaan ns. antiferromagneetit. Jos lämpötila laskee tiettyä lämpötilaa alhaisemmaksi, näitä aineen ominaisuuksia ei havaita. Esimerkkejä näistä aineista ovat mangaani ja kromi.

Magneettinen herkkyys ferrimagneetit riippuu myös lämpötiloista ja magneettikentän voimakkuudesta. Mutta heillä on silti eroja. Nämä aineet sisältävät erilaisia ​​oksideja.

Kaikki yllä mainitut magneetit voidaan jakaa edelleen kahteen luokkaan:

Kovat magneettiset materiaalit. Nämä ovat materiaaleja, joilla on korkea koersitiiviarvo. Niiden uudelleenmagnetoimiseksi on tarpeen luoda voimakas magneettikenttä. Näitä materiaaleja käytetään kestomagneettien valmistuksessa.

Pehmeitä magneettisia materiaaleja päinvastoin, niillä on pieni pakkovoima. Heikoissa magneettikentissä ne voivat päästä saturaatioon. Niillä on pienet häviöt johtuen magnetoinnin käänteisestä. Tästä syystä näistä materiaaleista valmistetaan ytimiä vaihtovirralla toimiville sähkökoneille. Tämä on esimerkiksi virta- ja jännitemuuntaja tai generaattori tai asynkroninen moottori.

Kestomagneettis

Pysyvämagneetit- nämä ovat kappaleita, jotka säilyttävät magnetoinnin pitkään.

Kestomagneetissa on aina 2 magneettinapaa: pohjoinen (N) ja etelä (S).

Kestomagneetin magneettikenttä on voimakkain sen napoissa.

Kestomagneetit on yleensä valmistettu raudasta, teräksestä, valuraudasta ja muista rautalejeeringeistä (vahvat magneetit) sekä nikkelistä, koboltista (heikko magneetit). Magneetit voivat olla luonnollisia (luonnollisia) rautamalmista, magneettisesta rautamalmista ja keinotekoisia, jotka saadaan magnetoimalla rautaa, kun se viedään magneettikenttään.

Magneettien vuorovaikutus: kuten pylväät hylkivät, ja toisin kuin pylväät vetävät puoleensa.

Magneettien vuorovaikutus selittyy sillä, että millä tahansa magneetilla on magneettikenttä, ja nämä magneettikentät ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa.

Kestomagneettien magneettikenttä

Mitkä ovat syyt raudan magnetoitumiseen? Ranskalaisen tiedemiehen Amperen hypoteesin mukaan aineen sisällä on elementaarisia sähkövirtoja (Ampere-virtoja), jotka muodostuvat elektronien liikkeen seurauksena atomiytimien ympäri ja oman akselinsa ympäri. Kun elektronit liikkuvat, syntyy elementaarisia magneettikenttiä. Kun raudanpala viedään ulkoiseen magneettikenttään, kaikki tämän raudan alkeismagneettikentät suuntautuvat samalla tavalla ulkoiseen magneettikenttään muodostaen oman magneettikentän. Näin raudanpalasta tulee magneetti.

Miltä magneettikenttä näyttää?kestomagneetit?

Käsityksen magneettikentän tyypistä saa rautaviilan avulla. Sinun tarvitsee vain asettaa paperiarkki magneetin päälle ja ripotella päälle rautaviilaa.

Kestonauhamagneetille Kestokaarimagneetille

Curie-piste

Curie-piste, tai Curie lämpötila, on toisen kertaluvun faasisiirtymän lämpötila, joka liittyy aineen symmetriaominaisuuksien äkilliseen muutokseen lämpötilan muutoksella, mutta muiden termodynaamisten parametrien (paine, sähkö- tai magneettikentän voimakkuus) tietyillä arvoilla. Toisen asteen faasimuutos Curie-lämpötilassa liittyy aineen symmetriaominaisuuksien muutokseen. Tc:ssä kaikissa faasimuutostapauksissa kaikenlainen atomijärjestys katoaa, esimerkiksi elektronien spinien järjestys ( ferrosähköiset), atomin magneettiset momentit ( ferromagneetteja), järjestys lejeeringin eri komponenttien atomien sijoittumisessa kidehilan solmukohtiin (faasisiirtymät metalliseoksissa). Fysikaalisten ominaisuuksien lähes T c teräviä poikkeavuuksia havaitaan, esimerkiksi pietsosähköisiä, sähköoptisia ja termisiä.

Magneettinen Curie-piste on sellaisen vaiheenmuutoksen lämpötila, jossa ferromagneettisten domeenien spontaani magnetoituminen katoaa ja ferromagneettinen muuttuu paramagneettiseen tilaan. Suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa atomien lämpöliike, joka väistämättä johtaa joihinkin häiriöihin magneettisten momenttien järjestykseen, on merkityksetöntä. Lämpötilan noustessa sen rooli kasvaa ja lopulta tietyssä lämpötilassa (Tc) atomien lämpöliike pystyy tuhoamaan magneettisten momenttien järjestyneen järjestelyn ja ferromagneetti muuttuu paramagneettiksi. Curie-pisteen lähellä havaitaan useita piirteitä ferromagneettien ei-magneettisten ominaisuuksien muutoksessa (resistiivisyys, ominaislämpökapasiteetti, lineaarisen laajenemisen lämpötilakerroin).

T c:n arvo riippuu magneettisten momenttien välisen yhteyden vahvuudesta, vahvan yhteyden tapauksessa se saavuttaa: puhtaalla raudalla T c = 768 o C, koboltilla T c = 1131 o C, ylittää 1000 o C rauta-kobolttiseoksille. Monilla aineilla Tc on pieni (nikkelillä Tc = 358 o C). T c:n arvolla voidaan arvioida magneettisten momenttien sitoutumisenergia keskenään. Magneettimomenttien järjestetyn järjestelyn tuhoamiseen tarvitaan lämpöliikkeen energiaa, joka ylittää huomattavasti sekä dipolien vuorovaikutusenergian että magneettisen dipolin potentiaalienergian kentässä.

Curie-lämpötilassa ferromagneetin magneettinen permeabiliteetti on suunnilleen yhtä suuri kuin Curie-pisteen yläpuolella, magneettisen herkkyyden muutos tottelee Curie-Weissin laki.

Jokaiselle ferromagneetille on tietty lämpötila - Curie-piste.

1. Jos aineen t< t Кюри, то вещество обладает ферромагнитными свойствами.

2. Jos aineen t > Curie t, niin ferromagneettiset ominaisuudet (magnetoituminen) katoavat ja aine muuttuu paramagneettiseksi. Siksi kestomagneetit menettävät magneettiset ominaisuutensa kuumennettaessa.

Kirjallisuus

Zhilko, V.V. Fysiikka: oppikirja. 11 luokkakorvaus. Yleissivistävä koulutus koulu venäjästä Kieli koulutus / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L. G. Markovich. -- Mn.: Nar. Asveta, 2002. -- P. 291-297.

http://msk.edu.ua/

http://elhow.ru/

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

Lähetetty osoitteessa Allbest.ru

Samanlaisia ​​asiakirjoja

Magneettikenttä on sähkömagneettisen kentän komponentti, joka ilmenee ajassa muuttuvan sähkökentän läsnä ollessa. Aineiden magneettiset ominaisuudet. Magneettikentän luomisen ja ilmentymisen ehdot. Amperen laki ja magneettikentän mittayksiköt.

esitys, lisätty 16.11.2011


Magneettikentän olemus, sen tärkeimmät ominaisuudet. Magneettien käsitteet ja luokitus - aineet, jotka voidaan magnetoida ulkoisessa magneettikentässä. Materiaalien rakenne ja ominaisuudet. Kesto- ja sähkömagneetit ja niiden käyttöalueet.

tiivistelmä, lisätty 12.2.2012


Magneettikentän luonne ja ominaisuudet. Erilaisten aineiden ja magneettikentän lähteiden magneettiset ominaisuudet. Sähkömagneettien rakenne, luokitus, sovellus ja käyttöesimerkkejä. Solenoidi ja sen käyttö. Magnetointilaitteen laskenta.

kurssityö, lisätty 17.1.2011


Magneettikentän muodostumis- ja esiintymisprosessi. Aineiden magneettiset ominaisuudet. Kahden magneetin vuorovaikutus ja sähkömagneettisen induktion ilmiö. Foucault-virrat ovat pyörreinduktiovirtoja, jotka syntyvät massiivisissa johtimissa magneettivuon muuttuessa.

esitys, lisätty 17.11.2010


Magneettikentän käsite ja toiminta, sen ominaisuudet: magneettinen induktio, magneettivuo, intensiteetti, magneettinen permeabiliteetti. Magneettisen induktion kaavat ja "vasemman käden" sääntö. Magneettipiirien elementit ja tyypit, niiden peruslait.

esitys, lisätty 27.5.2014


Voimakentän toiminta virtoja ja kestomagneetteja ympäröivässä tilassa. Magneettikentän perusominaisuudet. Ampèren hypoteesi, Biot-Savart-Laplacen laki. Virtaa kuljettavan kehyksen magneettinen momentti. Sähkömagneettisen induktion ilmiö; hystereesi, itseinduktio.

esitys, lisätty 28.7.2015


Magnetismin ilmentymisen peruskäsitteet, tyypit (diamagneetit, ferrimagneetit, paramagneetit, antiferromagneetit) ja ehdot. Aineiden ferromagneettisen tilan luonne. Magnetostriktioilmiön ydin. Ohuiden magneettikalvojen domeenirakenteiden kuvaus.

tiivistelmä, lisätty 30.8.2010


Magneettikentän ilmenemismuodot, sitä kuvaavat parametrit. Ferromagneettisten (pehmeiden ja kovien magneettisten) materiaalien ominaisuudet. Kirchhoffin ja Ohmin lait tasavirtamagneettisille piireille, niiden laskentaperiaate, niiden analogia sähköpiirien kanssa.

testi, lisätty 10.10.2010


Diamagnetismin ja paramagnetismin ilmiöiden tutkimus. Kemiallisten alkuaineiden atomien magneettinen herkkyys. Magneettinen atomijärjestys ja spontaani magnetoituminen ferromagneettisissa mineraaleissa. Kiinteät, nestemäiset ja kaasufaasit. Sedimenttikivien magneettiset ominaisuudet.

esitys, lisätty 15.10.2013


Magneettikentän käsite ja perusominaisuudet, suljetun silmukan tutkimus virralla magneettikentässä. Parametrit ja magneettisen induktion vektorin ja juovien suunnan määritys. Andre Marie Amperen elämäkerta ja tieteellinen toiminta, hänen löytönsä Amperen voimasta.

Kaikilla aineilla maailmassa on tiettyjä magneettisia ominaisuuksia. Ne mitataan magneettisella permeabiliteetilla. Tässä artikkelissa tarkastellaan aineen magneettisia ominaisuuksia.

Amperen hypoteesi

Magneettinen permeabiliteetti osoittaa, kuinka monta kertaa magneettikentän induktio tietyssä ympäristössä on pienempi tai suurempi kuin magneettikentän induktio tyhjiössä.

Ainetta, joka luo oman magneettikentän, kutsutaan magnetoiduksi. Magnetoituminen tapahtuu, kun aine asetetaan ulkoiseen magneettikenttään.

Ranskalainen tiedemies Ampere selvitti syyn, jonka seurauksena kehoilla on magneettisia ominaisuuksia. Amperen hypoteesi väittää, että aineen sisällä on mikroskooppisia sähkövirtoja (elektronilla on oma magneettinen momenttinsa, jolla on kvanttiluonne, kiertorataliike elektroniatomeissa). Ne määräävät aineen magneettiset ominaisuudet. Jos virroilla on epäsäännölliset suunnat, niiden synnyttämät magneettikentät kumoavat toisensa. Keho ei ole magnetoitu. Ulkoinen magneettikenttä säätelee näitä virtoja. Tämän seurauksena aine kehittää oman magneettikentän. Tämä on aineen magnetointi.

Aineiden magneettiset ominaisuudet määräytyvät aineiden reaktiolla ulkoiseen magneettikenttään ja niiden sisäisen rakenteen järjestykseen. Näiden parametrien mukaan ne jaetaan seuraaviin ryhmiin:

• Paramagneetit
• Diamagneetit
• Ferromagneetit
• Antiferromagneetit

Diamagneetit ja paramagneetit

• Aineita, joilla on negatiivinen magneettinen herkkyys magneettikentän voimakkuudesta riippumatta, kutsutaan diamagneettisiksi materiaaleiksi. Selvitetään, mitä aineen magneettisia ominaisuuksia kutsutaan negatiivisiksi magneettisiksi suskeptioiksi. Tämä on silloin, kun magneetti tuodaan kehoon, ja se pikemminkin torjutaan kuin vetää puoleensa. Diamagneetteja ovat esimerkiksi inertit kaasut, vety, fosfori, sinkki, kulta, typpi, pii, vismutti, kupari ja hopea. Eli nämä ovat aineita, jotka ovat suprajohtavassa tilassa tai joilla on kovalenttisia sidoksia.
• Paramagneettiset materiaalit. Näiden aineiden magneettinen susceptibiliteetti ei myöskään riipu olemassa olevasta kentänvoimakkuudesta. Hän on kuitenkin positiivinen. Eli kun paramagneetti lähestyy kestomagneettia, syntyy houkutteleva voima. Näitä ovat alumiini, platina, happi, mangaani, rauta.

Ferromagneetit

Aineita, joilla on korkea positiivinen magneettinen herkkyys, kutsutaan ferromagneeteiksi. Näiden aineiden, toisin kuin diamagneettisten ja paramagneettisten materiaalien, magneettinen suskeptibiliteetti riippuu lämpötilasta ja magneettikentän voimakkuudesta ja huomattavassa määrin. Näitä ovat nikkeli- ja kobolttikiteet.

Antiferromagneetit ja ferrimagneetit

• Aineita, joissa kuumennuksen aikana tapahtuu tietyn aineen faasimuutos, johon liittyy paramagneettisten ominaisuuksien ilmaantumista, kutsutaan antiferromagneeteiksi. Jos lämpötila laskee tiettyä lämpötilaa alhaisemmaksi, näitä aineen ominaisuuksia ei havaita. Esimerkkejä näistä aineista ovat mangaani ja kromi.
• Ferrimagneeteille on ominaista kompensoimaton antiferromagnetismi. Niiden magneettinen herkkyys riippuu myös lämpötiloista ja magneettikentän voimakkuudesta. Mutta heillä on silti eroja. Nämä aineet sisältävät erilaisia ​​oksideja.

Kaikki yllä mainitut magneetit voidaan jakaa edelleen kahteen luokkaan:

• Kovat magneettiset materiaalit. Nämä ovat materiaaleja, joilla on korkea koersitiiviarvo. Niiden uudelleenmagnetoimiseksi on tarpeen luoda voimakas magneettikenttä. Näitä materiaaleja käytetään kestomagneettien valmistuksessa.
• Pehmeillä magneettisilla materiaaleilla on päinvastoin alhainen pakkovoima. Heikoissa magneettikentissä ne voivat päästä saturaatioon. Niillä on pienet häviöt johtuen magnetoinnin käänteisestä. Tästä syystä näistä materiaaleista valmistetaan ytimiä vaihtovirralla toimiville sähkökoneille. Tämä on esimerkiksi virta- ja jännitemuuntaja tai generaattori tai asynkroninen moottori.

Tarkastelimme kaikkia aineen magneettisia perusominaisuuksia ja selvitimme, millaisia ​​magneetteja on olemassa.

Lukuisat kokeet osoittavat, että kaikki magneettikenttään sijoitetut aineet ovat magnetoituneita ja luovat oman magneettikentän, jonka toiminta lisätään ulkoisen magneettikentän toimintaan:

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

missä \(~\vec B\) on aineen magneettikentän induktio; \(~\vec B_0\) on kentän magneettinen induktio tyhjiössä, \(~\vec B_1\) on aineen magnetoinnista johtuva kentän magneettinen induktio. Tässä tapauksessa aine voi joko vahvistaa tai heikentää magneettikenttää. Aineen vaikutusta ulkoiseen magneettikenttään luonnehditaan arvolla μ, jota kutsutaan aineen magneettiseksi permeabiliteetiksi

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

• Magneettinen läpäisevyys on fysikaalinen skalaarisuure, joka osoittaa, kuinka monta kertaa tietyn aineen magneettikentän induktio eroaa magneettikentän induktiosta tyhjiössä.

Dia- ja paramagneetit

Kaikilla aineilla on tiettyjä magneettisia ominaisuuksia, eli ne ovat magneetit. Useimmille aineille magneettinen permeabiliteetti μ on lähellä yksikköä eikä riipu magneettikentän voimakkuudesta. Aineet, joiden magneettinen permeabiliteetti on hieman pienempi kuin yksikkö (μ< 1), называются diamagneettiset materiaalit, hieman suurempi kuin yksikkö (μ > 1) - paramagneettinen. Aineita, joiden magneettinen permeabiliteetti riippuu ulkoisen kentän voimakkuudesta ja jotka voivat merkittävästi ylittää yksikön (μ » 1) ovat ns. ferromagneetteja.

Esimerkkejä diamagneettisista materiaaleista ovat lyijy, sinkki, vismutti (μ = 0,9998); paramagneettiset aineet - natrium, happi, alumiini (μ = 1,00023); ferromagneetit - koboltti, nikkeli, rauta (μ saavuttaa arvon 8⋅10 3).

Ensimmäisen selityksen syistä, miksi ruumiilla on magneettisia ominaisuuksia, antoi Henri Ampère (1820). Hänen hypoteesinsa mukaan molekyylien ja atomien sisällä kiertävät elementaariset sähkövirrat, jotka määräävät minkä tahansa aineen magneettiset ominaisuudet.

Otetaan jotain kiinteää ainetta. Sen magnetoituminen liittyy hiukkasten (molekyylien ja atomien) magneettisiin ominaisuuksiin, joista se koostuu. Pohditaan, mitkä virtapiirit ovat mahdollisia mikrotasolla. Atomien magnetismi johtuu kahdesta pääasiallisesta syystä:

1) elektronien liike ytimen ympäri suljetuilla kiertoradoilla ( kiertoradan magneettinen momentti) (kuvio 1);

2) elektronien sisäinen kierto (spin) spin magneettinen momentti) (Kuva 2).

Koska atomin eri elektronien kiertoratatasot eivät täsmää, niiden luomat magneettikentän induktiovektorit (rata- ja spinmagneettiset momentit) on suunnattu eri kulmiin toisiinsa nähden. Tuloksena oleva monielektroniatomin induktiovektori on yhtä suuri kuin yksittäisten elektronien luomien kenttäinduktiovektorien vektorisumma. Atomeissa, joissa on osittain täytetty elektronikuori, on kompensoimattomia kenttiä. Atomeissa, joissa on täytetty elektronikuori, tuloksena oleva induktiovektori on 0.

Kaikissa tapauksissa magneettikentän muutos johtuu magnetointivirtojen ilmaantumisesta (havaitaan sähkömagneettisen induktion ilmiö). Toisin sanoen magneettikentän superpositioperiaate pysyy voimassa: magneetin sisällä oleva kenttä on ulkoisen kentän \(~\vec B_0\) ja magnetointivirtojen kentän \(~\vec B"\) superpositio. minä, jotka syntyvät ulkoisen kentän vaikutuksesta. Jos magnetointivirtojen kenttä on suunnattu samalla tavalla kuin ulkoinen kenttä, niin kokonaiskentän induktio on suurempi kuin ulkoinen kenttä (kuva 3, a) - tässä tapauksessa sanotaan, että aine vahvistaa kenttää ; jos magnetointivirtojen kenttä on suunnattu vastapäätä ulkoista kenttää, niin kokonaiskenttä on pienempi kuin ulkoinen kenttä (kuva 3, b) - tässä mielessä sanomme, että aine heikentää magneettikenttää.

SISÄÄN diamagneettiset materiaalit molekyyleillä ei ole omaa magneettikenttää. Atomissa ja molekyyleissä olevan ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta magnetointivirtojen kenttä on suunnattu vastapäätä ulkoista kenttää, joten tuloksena olevan kentän magneettisen induktiovektorin \(~\vec B\) suuruus on pienempi kuin ulkoisen kentän magneettisen induktiovektorin \(~\vec B_0\) suuruus.

SISÄÄN paramagneetit molekyyleillä on oma magneettikenttä. Ulkoisen magneettikentän puuttuessa atomien ja molekyylien magneettikenttien induktiovektorit ovat lämpöliikkeestä johtuen satunnaisesti orientoituneita, joten niiden keskimääräinen magnetoituminen on nolla (kuva 4, a). Kun ulkoinen magneettikenttä kohdistetaan atomeihin ja molekyyleihin, voimamomentti alkaa vaikuttaa, jolloin ne pyrkivät pyörittämään niitä niin, että niiden kentät ovat samansuuntaisia ​​ulkoisen kentän kanssa. Paramagneettisten molekyylien orientaatio johtaa siihen, että aine on magnetoitunut (Kuva 4, b).

Molekyylien täydellinen orientoituminen magneettikentässä estää niiden lämpöliikkeen, joten paramagneettisten materiaalien magneettinen permeabiliteetti riippuu lämpötilasta. On selvää, että lämpötilan noustessa paramagneettisten materiaalien magneettinen permeabiliteetti pienenee.

Ferromagneetit

Tämän magneettisten materiaalien luokan nimi tulee raudan latinankielisestä nimestä Ferrum. Näiden aineiden pääominaisuus on kyky ylläpitää magnetointia ulkoisen magneettikentän puuttuessa, kaikki kestomagneetit kuuluvat ferromagneettien luokkaan. Raudan lisäksi sen "naapurit" jaksollisessa taulukossa - koboltti ja nikkeli - ovat ferromagneettisia ominaisuuksia. Ferromagneettisilla materiaaleilla on laaja käytännön sovellus tieteessä ja tekniikassa, minkä vuoksi on kehitetty huomattava määrä metalliseoksia, joilla on erilaisia ​​ferromagneettisia ominaisuuksia.

Kaikki annetut esimerkit ferromagneeteista viittaavat siirtymäryhmän metalleihin, joiden elektronikuori sisältää useita parittomia elektroneja, mikä johtaa siihen, että näillä atomeilla on oma merkittävä magneettikenttä. Kiteisessä tilassa kiteissä olevien atomien välisen vuorovaikutuksen vuoksi syntyy spontaanin magnetisoitumisen alueita - domeeneja. Näiden alueiden mitat ovat millimetrin kymmenesosia ja sadasosia (10 -4 - 10 -5 m), mikä ylittää merkittävästi yksittäisen atomin koon (10 -9 m). Yhden alueen sisällä atomien magneettikentät suuntautuvat tiukasti rinnakkain, ulkoisen magneettikentän puuttuessa muiden magneettikenttien suunta muuttuu mielivaltaisesti (kuvio 5).

Näin ollen jopa magnetoimattomassa tilassa ferromagneetin sisällä on voimakkaita magneettikenttiä, joiden suunta muuttuu satunnaisesti, kaoottisesti siirtyessään alueesta toiseen. Jos kappaleen mitat ylittävät merkittävästi yksittäisten domeenien mitat, tämän kappaleen domeenien luoma keskimääräinen magneettikenttä on käytännössä poissa.

Jos asetat ferromagneetin ulkoiseen magneettikenttään SISÄÄN 0, silloin domeenien magneettiset momentit alkavat järjestyä uudelleen. Aineen osien mekaanista avaruuskiertoa ei kuitenkaan tapahdu. Magnetoinnin kääntymisprosessi liittyy muutokseen elektronien liikkeessä, mutta ei atomien sijainnin muutokseen kidehilan solmuissa. Alueet, joilla on edullisin orientaatio kentän suuntaan nähden, lisäävät kokoaan viereisten "väärin suuntautuneiden" verkkoalueiden kustannuksella ja absorboivat niitä. Tässä tapauksessa aineen kenttä kasvaa melko merkittävästi.

Ferromagneettien ominaisuudet

1) aineen ferromagneettiset ominaisuudet ilmenevät vain, kun vastaava aine löytyy kiteisessä tilassa;

2) ferromagneettien magneettiset ominaisuudet riippuvat voimakkaasti lämpötilasta, koska lämpöliike estää domeenien magneettikenttien suuntautumisen. Jokaiselle ferromagneetille on tietty lämpötila, jossa domeenirakenne tuhoutuu täysin ja ferromagneetti muuttuu paramagneetiksi. Tätä lämpötila-arvoa kutsutaan Curie-piste. Joten puhtaalla raudalla Curie-lämpötila on noin 900 °C;

3) ferromagneetit magnetoituvat kyllästymiseen asti heikoissa magneettikentissä. Kuvassa 6 näkyy kuinka magneettikentän induktiomoduuli muuttuu B teräksessä ulkoisen kentän muutoksella B 0 ;

4) ferromagneetin magneettinen permeabiliteetti riippuu ulkoisesta magneettikentästä (kuva 7).

Tämä selittyy sillä, että alun perin nousulla B 0 magneettinen induktio B kasvaa voimakkaammin, ja siksi μ kasvaa. Sitten magneettisen induktion arvolla B´ 0 kyllästyminen tapahtuu (μ tällä hetkellä on maksimi) ja edelleen kasvaessa B 0 magneettinen induktio B 1 aineessa lakkaa muuttumasta ja magneettinen permeabiliteetti laskee (yleensä 1):

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

5) ferromagneeteilla on jäännösmagnetointi. Jos esimerkiksi ferromagneettinen sauva asetetaan solenoidiin, jonka läpi virta kulkee, ja magnetoidaan kyllästymiseen asti (piste A) (Kuva 8) ja vähennä sitten solenoidin virtaa ja sen mukana B 0, niin voidaan todeta, että kenttäinduktio tangossa sen demagnetoinnin aikana pysyy aina suurempana kuin magnetointiprosessin aikana. Kun B 0 = 0 (solenoidin virta on kytketty pois päältä), induktio on yhtä suuri kuin B r(jäännösinduktio). Tanko voidaan irrottaa solenoidista ja käyttää kestomagneettina. Tangon demagnetoimiseksi lopullisesti on johdettava virta vastakkaiseen suuntaan solenoidin läpi, ts. soveltaa ulkoista magneettikenttää induktiovektorin vastakkaiseen suuntaan. Nyt lisätään tämän kentän induktiomoduulia B oc, demagnetoi sauva ( B = 0).).

Siten, kun magnetoidaan ja demagnetoidaan ferromagneetti, induktio B jää jälkeen B 0 . Tätä viivettä kutsutaan hystereesi-ilmiö. Kuvassa 8 esitettyä käyrää kutsutaan hystereesisilmukka.

Magnetointikäyrän (hystereesisilmukan) muoto vaihtelee merkittävästi eri ferromagneettisilla materiaaleilla, jotka ovat löytäneet erittäin laajan käytön tieteellisissä ja teknisissä sovelluksissa. Joillakin magneettisilla materiaaleilla on leveä silmukka, jolla on korkeat remanenssi- ja koersitiiviarvot, niitä kutsutaan magneettisesti kovaa ja niitä käytetään kestomagneettien valmistukseen. Muille ferromagneettisille seoksille on tunnusomaista alhaiset pakkovoimaarvot, sellaiset materiaalit magnetisoituvat ja uudelleenmagnetoituvat myös heikoissa kentissä. Tällaisia ​​materiaaleja kutsutaan magneettisesti pehmeä ja niitä käytetään erilaisissa sähkölaitteissa - releissä, muuntajissa, magneettipiireissä jne.

Kirjallisuus

1. Aksenovich L. A. Fysiikka lukiossa: teoria. Tehtävät. Testit: Oppikirja. yleissivistävää koulutusta tarjoaville oppilaitoksille. ympäristö, koulutus / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P.330-335.
2. Zhilko, V.V. Fysiikka: oppikirja. 11 luokkakorvaus. Yleissivistävä koulutus koulu venäjästä Kieli koulutus / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L. G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2002. - s. 291-297.