ՄԱԳՆԻՍԱԿԱՆ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ ԵՎ ՆՅՈՒԹԵՐԻ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔԸ

Մագնիսաքիմիան քիմիայի մի ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է նյութերի մագնիսական հատկությունները, ինչպես նաև դրանց կապը մոլեկուլների կառուցվածքի հետ։ Դրա ձևավորումը որպես գիտություն կարելի է թվագրել 20-րդ դարի սկզբին, երբ հայտնաբերվեցին մագնիսականության հիմնական օրենքները։

ՆՅՈՒԹԵՐԻ ՄԱԳՆԻՍԱԿԱՆ ՀԱՏԿՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԸ

Մագնիսականությունը նյութի հիմնական հատկությունն է։ Մշտական ​​մագնիսների՝ երկաթե առարկաները գրավելու ունակությունը հայտնի է եղել հնագույն ժամանակներից։ Էլեկտրամագնիսության զարգացումը հնարավորություն տվեց ստեղծել բնության մեջ գոյություն ունեցող մշտականներից ավելի ուժեղ էլեկտրամագնիսներ։ Ընդհանրապես, էլեկտրամագնիսական երեւույթների կիրառման վրա հիմնված տարբեր գործիքներն ու սարքերն այնքան տարածված են, որ այժմ անհնար է պատկերացնել կյանքը առանց դրանց։

Սակայն մագնիսական դաշտի հետ փոխազդում են ոչ միայն մշտական ​​մագնիսները, այլև բոլոր մյուս նյութերը։ Մագնիսական դաշտը, փոխազդելով նյութի հետ, փոխում է իր արժեքը՝ համեմատած վակուումի հետ (այսուհետ, բոլոր բանաձևերը գրված են SI համակարգում).

որտեղ µ 0-ը մագնիսական հաստատունն է, որը հավասար է 4p 10 -7 H/m, µ-ը նյութի մագնիսական թափանցելիությունն է, B-ն մագնիսական ինդուկցիան է (T-ում), H-ը մագնիսական դաշտի ուժգնությունն է (A/m): Նյութերի մեծ մասի համար m-ը շատ մոտ է միասնությանը, հետևաբար մագնիսաքիմիայում, որտեղ հիմնական առարկան մոլեկուլն է, ավելի հարմար է օգտագործել c արժեքը, որը կոչվում է մագնիսական զգայունություն։ Այն կարող է վերագրվել նյութի ծավալի, զանգվածի կամ քանակի միավորին, այնուհետև այն համապատասխանաբար կոչվում է ծավալային (անչափ)։ CV, կոնկրետ CD(սմ3/գ-ով) կամ մոլային սմ(սմ3/մոլով) մագնիսական զգայունություն։

Նյութերը կարելի է բաժանել երկու կատեգորիայի՝ նյութեր, որոնք թուլացնում են մագնիսական դաշտը (ք< 0), называются диамагнетиками, те, которые усиливают (c >0), - պարամագնիսական: Կարելի է պատկերացնել, որ ոչ միատեսակ մագնիսական դաշտում դիամագնիսական նյութի վրա ուժ է գործում, որը դուրս է մղում այն ​​դաշտից, մինչդեռ ուժը գործում է պարամագնիսական նյութի վրա, ընդհակառակը, այն ներս է քաշում: Դրա վրա են հիմնված նյութերի մագնիսական հատկությունների չափման ստորև քննարկված մեթոդները։ Դիամագնիսները (և դա օրգանական և բարձր մոլեկուլային միացությունների ճնշող մեծամասնությունն է) և հիմնականում պարամագնիսները մագնիսաքիմիայի ուսումնասիրության առարկաներ են։

Դիամագնիսականությունը նյութի ամենակարևոր հատկությունն է, քանի որ մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ էլեկտրոնները լցված էլեկտրոնային թաղանթներում (որոնք կարելի է համարել փոքր հաղորդիչներ) սկսում են առաջանալ, և, ինչպես հայտնի է, ցանկացած շարժում։ էլեկտրական լիցքը առաջացնում է մագնիսական դաշտ, որը, ըստ Լենցի կանոնի, կուղղվի այսպես՝ նվազեցնելու արտաքին դաշտի ազդեցությունը։ Այս դեպքում էլեկտրոնային պրեսեսիան կարելի է դիտարկել որպես շրջանաձև հոսանքներ։ Դիամագնիսականությունը բնորոշ է բոլոր նյութերին, բացառությամբ ատոմային ջրածնի, քանի որ բոլոր նյութերն ունեն զույգ էլեկտրոններ և լցված էլեկտրոնային թաղանթներ։

Պարամագնիսականությունը առաջանում է չզույգված էլեկտրոնների կողմից, որոնք այսպես են կոչվում, քանի որ իրենց մագնիսական պահը (սպինը) որևէ կերպ հավասարակշռված չէ (համապատասխանաբար, զուգակցված էլեկտրոնների սպիններն ուղղված են հակառակ ուղղություններով և չեղյալ են հայտարարում միմյանց): Մագնիսական դաշտում պտույտները հակված են շարվել դաշտի ուղղությամբ՝ ուժեղացնելով այն, թեև այդ կարգը խաթարվում է քաոսային ջերմային շարժումից։ Հետևաբար, պարզ է, որ պարամագնիսական զգայունությունը կախված է ջերմաստիճանից. որքան ցածր է ջերմաստիճանը, այնքան բարձր է զգայունության արժեքը:

Մագնիսական զգայունության այս տեսակը կոչվում է նաև կողմնորոշիչ պարամագնիսականություն, քանի որ դրա պատճառը արտաքին մագնիսական դաշտում տարրական մագնիսական պահերի կողմնորոշումն է:

Ատոմում էլեկտրոնների մագնիսական հատկությունները կարելի է նկարագրել երկու ձևով. Առաջին մեթոդում ենթադրվում է, որ էլեկտրոնի սեփական (սպին) մագնիսական պահը չի ազդում ուղեծրային (միջուկի շուրջ էլեկտրոնների շարժման պատճառով) կամ հակառակը: Ավելի ճիշտ, նման փոխադարձ ազդեցությունը միշտ կա (սպին-ուղիղ փոխազդեցություն), բայց 3d իոնների համար այն փոքր է, և մագնիսական հատկությունները կարելի է բնութագրել բավարար ճշգրտությամբ երկու քվանտային թվերով L (ուղիղ) և S (սպին): Ավելի ծանր ատոմների համար նման մոտարկումը դառնում է անընդունելի և ներմուծվում է ընդհանուր մագնիսական պահի J մեկ այլ քվանտային թիվ, որը կարող է արժեքներ վերցնել | L+S | առաջ | L–S |

Պետք է ուշադրություն դարձնել մագնիսական փոխազդեցության էներգիայի փոքրությանը (սենյակային ջերմաստիճանների և լաբորատորիայում տարածված մագնիսական դաշտերի համար մագնիսական փոխազդեցության էներգիան երեքից չորս կարգով պակաս է մոլեկուլների ջերմային շարժման էներգիայից):

Բավականին շատ նյութեր կան, որոնք, երբ ջերմաստիճանը նվազում է, սկզբում իրենց պահում են որպես պարամագնիսներ, իսկ հետո որոշակի ջերմաստիճանի հասնելուց հետո կտրուկ փոխում են իրենց մագնիսական հատկությունները։ Ամենահայտնի օրինակը ֆերոմագնիսներն են և նյութը, որից նրանք ստացել են իրենց անունը՝ երկաթը, որի ատոմային մագնիսական մոմենտները Կյուրիի ջերմաստիճանից ցածր գծվում են մեկ ուղղությամբ՝ առաջացնելով ինքնաբուխ մագնիսացում։ Այնուամենայնիվ, մակրոսկոպիկ մագնիսացումը տեղի չի ունենում դաշտի բացակայության դեպքում, քանի որ նմուշը ինքնաբերաբար բաժանվում է մոտ 1 մկմ չափի շրջանների, որոնք կոչվում են տիրույթներ, որոնց ներսում տարրական մագնիսական մոմենտներն ուղղվում են նույն կերպ, բայց տարբեր մագնիսացումները։ տիրույթները կողմնորոշվում են պատահականորեն և միջինում փոխհատուցում են միմյանց: Ֆերոմագնիսական անցում առաջացնող ուժերը կարելի է բացատրել միայն քվանտային մեխանիկայի օրենքների միջոցով։

Հակաֆերոմագնիսները բնութագրվում են նրանով, որ հակաֆերոմագնիսական անցման ջերմաստիճանում պտտվող մագնիսական մոմենտները (Néel temperature TN) դասավորված են այնպես, որ դրանք չեղյալ համարեն միմյանց։

Եթե ​​մագնիսական մոմենտների փոխհատուցումը թերի է, ապա այդպիսի նյութերը կոչվում են ֆերիմագնիսներ, օրինակ՝ Fe2O3 և FeCr2O4։ Միացությունների վերջին երեք դասերը պինդ են և ուսումնասիրվում են հիմնականում ֆիզիկոսների կողմից։ Վերջին տասնամյակների ընթացքում ֆիզիկոսներն ու քիմիկոսները ստեղծել են նոր մագնիսական նյութեր։

Չզույգացված էլեկտրոն պարունակող մոլեկուլում մնացած (զույգված) էլեկտրոնները թուլացնում են մագնիսական դաշտը, սակայն նրանցից յուրաքանչյուրի ներդրումը մեծության երկու-երեք կարգով պակաս է։ Այնուամենայնիվ, եթե մենք ցանկանում ենք շատ ճշգրիտ չափել չզույգված էլեկտրոնների մագնիսական հատկությունները, մենք պետք է մտցնենք այսպես կոչված դիամագնիսական ուղղումներ, հատկապես խոշոր օրգանական մոլեկուլների համար, որտեղ դրանք կարող են հասնել տասնյակ տոկոսի: Ատոմների դիամագնիսական զգայունությունը մոլեկուլում ավելանում է միմյանց՝ համաձայն Պասկալ-Լանգևինի հավելումների կանոնի։ Դա անելու համար յուրաքանչյուր տեսակի ատոմների դիամագնիսական զգայունությունը բազմապատկվում է մոլեկուլում այդպիսի ատոմների քանակով, այնուհետև կառուցվածքային հատկանիշների (կրկնակի և եռակի կապեր, անուշաբույր օղակներ և այլն) կառուցողական ուղղումներ են մտցվում: Եկեք անցնենք այն բանին, թե ինչպես են նյութերի մագնիսական հատկությունները փորձարարականորեն ուսումնասիրվում:

ՄԱԳՆԻՍԱԿԱՆ Կասկածելիության ՓՈՐՁԱՐԿՄԱՆ ՉԱՓՈՒՄ

Մագնիսական զգայունության որոշման հիմնական փորձարարական մեթոդները ստեղծվել են անցյալ դարում։ Գույի մեթոդի համաձայն՝ չափվում է մագնիսական դաշտում նմուշի քաշի փոփոխությունը՝ համեմատած դրա բացակայության հետ։

Ֆարադեյի մեթոդը չափում է նմուշի վրա ազդող ուժը ոչ միատեսակ մագնիսական դաշտում:

Գույի մեթոդի և Ֆարադեյի մեթոդի հիմնական տարբերությունն այն է, որ առաջին դեպքում անհամասեռությունը պահպանվում է (ընդլայնված) օրինաչափության երկայնքով, իսկ երկրորդում՝ մագնիսական դաշտի երկայնքով։

Quincke մեթոդը օգտագործվում է միայն հեղուկների և լուծույթների համար: Այն չափում է մազանոթում հեղուկ սյունակի բարձրության փոփոխությունը մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ

Այս դեպքում դիամագնիսական հեղուկների համար սյունակի բարձրությունը նվազում է, պարամագնիսական հեղուկների համար՝ մեծանում։

Վիսկոմետրի մեթոդը չափում է հեղուկի հոսքի ժամանակը փոքր անցքով, որի մագնիսական դաշտը միացված է (tH) և անջատված (t0): Պարամագնիսական հեղուկների հոսքի ժամանակը մագնիսական դաշտում նկատելիորեն ավելի կարճ է, քան դիամագնիսական հեղուկների դաշտի բացակայության դեպքում, ճիշտ է հակառակը.

Մագնիսական զգայունությունը կարող է չափվել նաև NMR սպեկտրոմետրի միջոցով: Նշում. NMR ազդանշանի քիմիական տեղաշարժի մեծությունը ընդհանուր դեպքում որոշվում է ոչ միայն զննման հաստատունով, որը հետազոտվող միջուկի վրա էլեկտրոնային խտության չափումն է, այլև նմուշի մագնիսական զգայունությամբ:

Պարամագնիսական նյութերի մագնիսական զգայունության ստացված արժեքը որոշվում է չզույգված էլեկտրոնների քանակով (մեկ չզույգված էլեկտրոնի համար)

Մագնիսաքիմիական ուսումնասիրությունները հնարավորություն են տալիս հաստատել անցումային մետաղների միացությունների էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան, որոնք կազմում են կոորդինացիոն (բարդ) միացությունների քիմիայի հիմքը։

Չափելով մագնիսական ընկալունակությունը՝ կարելի է հեշտությամբ դատել օքսիդացման աստիճանը և համալիրի առաջին կոորդինացիոն ոլորտի երկրաչափությունը։

Հայտնի է, որ գործնականում կարևոր քիմիական ռեակցիաների մեծ մասը տեղի է ունենում լուծույթներում, ներառյալ բարդ առաջացման ռեակցիաները, ուստի հաջորդ բաժնում մենք կքննարկենք լուծույթների մագնիսական հատկությունները, որոնցում անցումային մետաղների միացություններն իրականացվում են կոմպլեքսների տեսքով:

ԼՈՒԾՈՒՄՆԵՐԻ ՄԱԳՆԻՍԱԿԱՆ Կասկածելիությունը

Պինդից լուծույթ տեղափոխելիս պետք է հաշվի առնել լուծիչի և բոլոր լուծվող նյութերի մագնիսական զգայունությունը: Այս դեպքում դա հաշվի առնելու ամենապարզ ձևը լուծույթի բոլոր բաղադրիչների ներդրումների ամփոփումն է ըստ հավելումների կանոնի։ Ավելացման սկզբունքը փորձարարական տվյալների մշակման հիմնարար սկզբունքներից է: Դրանից ցանկացած շեղում ամենից հաճախ կապված է այն փաստի հետ, որ հավելումների սկզբունքն ինքնին կատարվում է, և լուծույթի բաղադրիչները փոխում են իրենց հատկությունները: Հետևաբար, ենթադրվում է, որ լուծույթի մագնիսական զգայունությունը հավասար է առանձին բաղադրիչների մագնիսական զգայունության գումարին, հաշվի առնելով կոնցենտրացիան.

Տարբեր լուծիչներում միևնույն նյութի մագնիսական հատկությունների ուսումնասիրությունից պարզ է դառնում, որ դրանք կարող են զգալիորեն կախված լինել լուծիչի բնույթից: Սա կարելի է բացատրել լուծիչների մոլեկուլների մուտքով առաջին կոորդինացիոն ոլորտ և համալիրի էլեկտրոնային կառուցվածքի համապատասխան փոփոխությամբ, d-օրբիտալների էներգիաներով (D) և սոլվատային համալիրի այլ հատկություններով։ Այսպիսով, մագնիսաքիմիան հնարավորություն է տալիս նաև ուսումնասիրել լուծույթը, այսինքն՝ լուծվող նյութի փոխազդեցությունը լուծիչի հետ։

Եթե ​​մագնիսական դաշտը ազդում է լուծույթի հատկությունների վրա, և բազմաթիվ փորձարարական փաստեր (խտության, մածուցիկության, էլեկտրական հաղորդունակության, պրոտոնի կոնցենտրացիայի, մագնիսական զգայունության չափումներ) ցույց են տալիս, որ դա այդպես է, ապա պետք է ընդունել, որ անհատի միջև փոխազդեցության էներգիան լուծույթի բաղադրիչները և ջրի մոլեկուլների անսամբլը բավականին բարձր է, այնուհետև համեմատելի է կամ գերազանցում է լուծույթում մասնիկների ջերմային շարժման էներգիան, որը միջինացնում է լուծույթի վրա ցանկացած ազդեցություն: Հիշենք, որ մեկ մասնիկի (մոլեկուլի) մագնիսական փոխազդեցության էներգիան ջերմային շարժման էներգիայի համեմատ փոքր է։ Նման փոխազդեցությունը հնարավոր է, եթե ընդունենք, որ ջրի և ջրային լուծույթներում ջրածնային կապերի կոոպերատիվ բնույթի պատճառով առաջանում են ջրի մոլեկուլների սառցե կառուցվածքային խոշոր համույթներ, որոնք կարող են ամրապնդվել կամ ոչնչացվել լուծված նյութերի ազդեցության տակ Նման «հավաքվածքների» ձևավորման էներգիան, ըստ երևույթին, համեմատելի է ջերմային շարժման էներգիայի հետ և մագնիսական ազդեցության տակ, լուծումը կարող է հիշել այն և ձեռք բերել նոր հատկություններ, բայց Բրոունյան շարժումը կամ ջերմաստիճանի բարձրացումը որոշ ժամանակով վերացնում է այդ «հիշողությունը»:

Ճշգրիտ ընտրելով պարամագնիսական նյութերի կոնցենտրացիաները դիամագնիսական լուծիչում՝ հնարավոր է ստեղծել ոչ մագնիսական հեղուկ, այսինքն՝ այնպիսի հեղուկ, որի միջին մագնիսական զգայունությունը զրոյական է կամ մագնիսական դաշտերը տարածվում են այնպես, ինչպես վակուումում: Այս հետաքրքիր հատկությունը դեռևս կիրառություն չի գտել տեխնոլոգիայի մեջ։

Բազմաթիվ փորձեր ցույց են տալիս, որ մագնիսական դաշտում տեղադրված բոլոր նյութերը մագնիսացված են և ստեղծում են իրենց մագնիսական դաշտը, որի գործողությունը գումարվում է արտաքին մագնիսական դաշտի գործողությանը.

որտեղ է մագնիսական դաշտի ինդուկցիան նյութում. - վակուումում դաշտի մագնիսական ինդուկցիա, - նյութի մագնիսացման պատճառով առաջացող դաշտի մագնիսական ինդուկցիա.

Այս դեպքում նյութը կարող է կա՛մ ուժեղացնել, կա՛մ թուլացնել մագնիսական դաշտը: Նյութի ազդեցությունը արտաքին մագնիսական դաշտի վրա բնութագրվում է արժեքով, որը կոչվում է նյութի մագնիսական թափանցելիություն

Մագնիսական թափանցելիությունֆիզիկական սկալյար մեծություն է, որը ցույց է տալիս, թե տվյալ նյութի մագնիսական դաշտի ինդուկցիան քանի անգամ է տարբերվում վակուումում մագնիսական դաշտի ինդուկցիայից։

Արտաքին մագնիսական դաշտը թուլացնող նյութերը կոչվում են դիամագնիսական նյութեր(բիսմուտ, ազոտ, հելիում, ածխածնի երկօքսիդ, ջուր, արծաթ, ոսկի, ցինկ, կադմիում և այլն):

Նյութեր, որոնք ուժեղացնում են արտաքին մագնիսական դաշտը. պարամագնիսներ(ալյումին, թթվածին, պլատին, պղինձ, կալցիում, քրոմ, մանգան, կոբալտի աղեր և այլն):

Դիամագնիսական նյութերի համար >1. Բայց երկու դեպքում էլ 1-ից տարբերությունը փոքր է (միավորի մի քանի տասնհազարերորդական կամ հարյուրհազարերորդական): Այսպիսով, օրինակ, բիսմուտի համար = 0,9998 = 1,000:

Որոշ նյութեր (երկաթ, կոբալտ, նիկել, գադոլինիում և տարբեր համաձուլվածքներ) առաջացնում են արտաքին դաշտի շատ մեծ ուժեղացում։ Նրանք կոչվում են ֆերոմագնիսներ. Նրանց համար = 10 3 -10 5:

Ամպերն առաջինն էր, ով բացատրեց մարմինների մագնիսական հատկությունների պատճառները։ Նրա վարկածի համաձայն՝ տարրական էլեկտրական հոսանքները շրջանառվում են մոլեկուլների և ատոմների ներսում, որոնք որոշում են ցանկացած նյութի մագնիսական հատկությունները։

Այժմ հաստատվել է, որ բոլոր ատոմները և տարրական մասնիկները իրականում ունեն մագնիսական հատկություններ։ Ատոմների մագնիսական հատկությունները հիմնականում որոշվում են դրանցում պարունակվող էլեկտրոններով։

Ըստ Է. Ռադերֆորդի և Ն. Բորի կողմից առաջարկված ատոմի կիսադասական մոդելի, ատոմներում էլեկտրոնները միջուկի շուրջը շարժվում են փակ ուղեծրերով (առաջին մոտավորությամբ կարելի է ենթադրել, որ դրանք շրջանաձև են): Էլեկտրոնի շարժումը կարող է ներկայացվել որպես տարրական շրջանաձև հոսանք, որտեղ e-ն էլեկտրոնի լիցքն է, v՝ էլեկտրոնի պտտման հաճախականությունն իր ուղեծրում։ Այս հոսանքը ձևավորում է մագնիսական դաշտ, որը բնութագրվում է մագնիսական մոմենտով, որի մոդուլը որոշվում է բանաձևով, որտեղ S-ը ուղեծրի տարածքն է.

Էլեկտրոնի մագնիսական մոմենտը միջուկի շուրջ շարժման պատճառով կոչվում է ուղեծրային մագնիսական պահ. Ուղեծրային մագնիսական մոմենտը վեկտորային մեծություն է, և ուղղությունը որոշվում է ճիշտ պտուտակային կանոնով: Եթե ​​էլեկտրոնը շարժվում է ժամացույցի սլաքի ուղղությամբ (նկ. 1), ապա հոսանքները ուղղված են ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ (դրական լիցքի շարժման ուղղությամբ), իսկ վեկտորը ուղղահայաց է ուղեծրի հարթությանը։

Քանի որ ատոմում տարբեր էլեկտրոնների ուղեծրային հարթությունները չեն համընկնում, նրանց մագնիսական մոմենտներն ուղղված են միմյանց տարբեր անկյուններով։ Ստացված ուղեծրային մագնիսական մոմենտը բազմաէլեկտրոնային ատոմի հավասար է առանձին էլեկտրոնների ուղեծրային մագնիսական մոմենտների վեկտորային գումարին։

Մասամբ լցված էլեկտրոնային թաղանթներով ատոմներն ունեն չփոխհատուցված ուղեծրային մագնիսական մոմենտ։ Լցված էլեկտրոնային թաղանթներով ատոմներում այն ​​հավասար է 0-ի։

Բացի ուղեծրային մագնիսական մոմենտից, էլեկտրոնն ունի նաև ներքին (սպին) մագնիսական պահ, որն առաջին անգամ ստեղծվել է Օ. Սթերնի և Վ. Գերլախի կողմից 1922 թվականին: Էլեկտրոնի մեջ մագնիսական դաշտի առկայությունը բացատրվում էր իր սեփական առանցքի շուրջ պտտմամբ, թեև չպետք է բառացիորեն էլեկտրոնը նմանեցնել պտտվող լիցքավորված գնդակի (վերև )

Հուսալիորեն հաստատվել է, որ էլեկտրոնի մագնիսական դաշտը նույն անբաժանելի հատկությունն է, ինչ նրա զանգվածը և լիցքը։ Էլեկտրոնը, շատ կոպիտ մոտավորությամբ, կարելի է պատկերացնել որպես շատ փոքր գնդակ, որը շրջապատված է էլեկտրական և մագնիսական դաշտերով (նկ. 2): Բոլոր էլեկտրոնների մագնիսական դաշտերը նույնն են, ինչպես նաև դրանց զանգվածներն ու լիցքերը: Սպինի մագնիսական պահը պտտման առանցքի երկայնքով ուղղված վեկտոր է։ Այն կարող է կողմնորոշվել միայն երկու ճանապարհով՝ կա՛մ երկայնքով... կա՛մ դեմ... Եթե էլեկտրոնի գտնվելու վայրում կա արտաքին մագնիսական դաշտ, ապա կա՛մ դաշտի երկայնքով, կա՛մ դաշտի դեմ։ Ինչպես ցույց է տրված քվանտային ֆիզիկայում, միայն երկու էլեկտրոններ, որոնց սպինի մագնիսական մոմենտները հակառակ են, կարող են լինել միևնույն էներգետիկ վիճակում (Պաուլիի սկզբունք):

Բազմաէլեկտրոնային ատոմներում առանձին էլեկտրոնների սպինային մագնիսական մոմենտները, ինչպես ուղեծրային մոմենտները, գումարվում են որպես վեկտորներ։ Այս դեպքում ատոմի առաջացող սպինային մագնիսական պահը լցված էլեկտրոնային թաղանթներով ատոմների համար հավասար է 0-ի։

Ատոմի (մոլեկուլի) ընդհանուր մագնիսական մոմենտը հավասար է ատոմ (մոլեկուլ) մտնող էլեկտրոնների մագնիսական մոմենտների (ուղիղ և սպին) վեկտորային գումարին.

Դիամագնիսները բաղկացած են ատոմներից, որոնք արտաքին մագնիսական դաշտի բացակայության դեպքում չունեն իրենց սեփական մագնիսական մոմենտը, քանի որ բոլոր սպինը և բոլոր ուղեծրային մագնիսական մոմենտները փոխհատուցվում են դրանց համար։

Արտաքին մագնիսական դաշտը չի գործում դիամագնիսական նյութի ամբողջ ատոմի վրա, այլ գործում է ատոմի առանձին էլեկտրոնների վրա, որոնց մագնիսական մոմենտները տարբերվում են զրոյից։ Թող էլեկտրոնի արագությունը տվյալ պահին արտաքին դաշտի մագնիսական ինդուկցիայի հետ կազմի որոշակի անկյուն (նկ. 3):

Բաղադրիչի շնորհիվ էլեկտրոնի վրա կգործի Լորենցի ուժը (ուղղված է դեպի մեզ Նկար 3-ում), որը կառաջացնի լրացուցիչ (ի լրումն այլ շարժումների, որոնցում էլեկտրոնը մասնակցում է դաշտի բացակայությանը) շարժում շրջան։ Բայց այս շարժումը ներկայացնում է լրացուցիչ շրջանաձև հոսանք, որը կստեղծի մագնիսական դաշտ, որը բնութագրվում է մագնիսական մոմենտով (ինդուկտիվ), ուղղված դեպի աջ պտուտակի կանոնին համապատասխան: Արդյունքում դիամագնիսական նյութերը թուլացնում են արտաքին մագնիսական դաշտը։

Պարամագնիսները բաղկացած են ատոմներից, որոնց զուտ ատոմային մագնիսական մոմենտը . Արտաքին դաշտի բացակայության դեպքում այս պահերը պատահականորեն կողմնորոշված ​​են, և նյութը որպես ամբողջություն իր շուրջը մագնիսական դաշտ չի ստեղծում: Երբ պարամագնիսական նյութերը տեղադրվում են մագնիսական դաշտում, արտոնյալդաշտի երկայնքով վեկտորների կողմնորոշումը (դա կանխվում է մասնիկների ջերմային շարժումով): Այսպիսով, պարամագնիսական նյութը մագնիսացվում է՝ ստեղծելով իր սեփական մագնիսական դաշտը, որն ուղղության մեջ համընկնում է արտաքին դաշտի հետ և ուժեղացնում է այն։ Այս ազդեցությունը կոչվում է պարամագնիսական: Երբ արտաքին մագնիսական դաշտը թուլանում է մինչև զրոյի, ջերմային շարժման պատճառով մագնիսական մոմենտների կողմնորոշումը խաթարվում է, և պարամագնիսը ապամագնիսացվում է։ Պարամագնիսական նյութերում նկատվում է նաև դիամագնիսական էֆեկտ, սակայն այն շատ ավելի թույլ է, քան պարամագնիսական էֆեկտը։

Ուղարկել ձեր լավ աշխատանքը գիտելիքների բազայում պարզ է: Օգտագործեք ստորև ներկայացված ձևը

Ուսանողները, ասպիրանտները, երիտասարդ գիտնականները, ովքեր օգտագործում են գիտելիքների բազան իրենց ուսումնառության և աշխատանքի մեջ, շատ շնորհակալ կլինեն ձեզ:

Տեղադրված է http://www.allbest.ru/

Տեղադրված է http://www.allbest.ru/

ԿՐԹԱԿԱՆ ԴԱՇՆԱԿԱՆ ԳՈՐԾԱԿԱԼՈՒԹՅՈՒՆ ՊԵՏԱԿԱՆ ԲԱՐՁՐ ԵՎ ՄԱՍՆԱԳԻՏԱԿԱՆ ՈՒՍՈՒՄ

«ՎՈՐՈՆԵԺԻ ՊԵՏԱԿԱՆ ՀԱՄԱԼՍԱՐԱՆ»

(GOU VPO VSU)

Երկրաբանության ֆակուլտետ

Բնապահպանական երկրաբանության բաժին

Շարադրություն

թեմայի վերաբերյալ՝ Նյութերի մագնիսական հատկությունները

Ավարտեց՝ 1-ին կուրսի ուսանող, գր. Թիվ 9

Ագոշկովա Եկատերինա Վլադիմիրովնա

Գրախոս.

դոցենտ, գիտությունների թեկնածու Վորոնովա Թ.Ա.

Նյութերի մագնիսական հատկությունները

Նյութի մագնիսական թափանցելիություն

Նյութերի դասակարգումն ըստ դրանց վրա արտաքին մագնիսական դաշտի ազդեցության

Հակաֆերոմագնիսներ և ֆերիմագնիսներ

Մշտական ​​մագնիսներ

Կյուրի կետ

գրականություն

Նյութերի մագնիսական հատկությունները

Մագնիսականություն- շարժվող էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցության ձև, որն իրականացվում է մագնիսական դաշտի միջով հեռավորության վրա:

Նյութի մագնիսական հատկությունները բացատրվում են Ամպերի վարկածով։

Ամպերի վարկածը- մարմնի մագնիսական հատկությունները կարելի է բացատրել նրա ներսում շրջանառվող հոսանքներով։

Ատոմների ներսում, ուղեծրերում էլեկտրոնների շարժման պատճառով, կան տարրական էլեկտրական հոսանքներ, որոնք ստեղծում են տարրական մագնիսական դաշտեր։

1. եթե նյութը չունի մագնիսական հատկություն, տարրական մագնիսական դաշտերը չկողմնորոշված ​​են (ջերմային շարժման պատճառով).

2. եթե նյութն ունի մագնիսական հատկություն, տարրական մագնիսական դաշտերը հավասարապես ուղղված են (կողմնորոշված) և ձևավորվում է նյութի սեփական ներքին մագնիսական դաշտը։

Մագնիսացվածայն նյութն է, որը ստեղծում է իր մագնիսական դաշտը։ Մագնիսացումը տեղի է ունենում, երբ նյութը դրվում է արտաքին մագնիսական դաշտում:

մագնիսական ամպեր հակաֆերոմագնիսական կուրի

Մագնիսականեւ եսնյութի թափանցելիությունը

Արտաքին մագնիսական դաշտի վրա նյութի ազդեցությունը բնութագրվում է մեծությամբ մ , որը կոչվում է նյութի մագնիսական թափանցելիությունը.

Մագնիսական թափանցելիություն ֆիզիկական սկալյար մեծություն է, որը ցույց է տալիս, թե տվյալ նյութի մագնիսական դաշտի ինդուկցիան քանի անգամ է տարբերվում վակուումում մագնիսական դաշտի ինդուկցիայից։

որտեղ է B. - մագնիսական դաշտի ինդուկցիա նյութում; Բ. 0 - մագնիսական դաշտի ինդուկցիա վակուումում:

Նյութերի դասակարգումդրանց վրա արտաքին մագնիսական դաշտի ազդեցությամբ

1. Դ և մագնիսական նյութեր [մ<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.

Բացասական մագնիսական զգայունություն- սա այն դեպքում, երբ մագնիսը բերվում է մարմնին, և այն ավելի շուտ վանվում է, քան ձգվում:

Դիամագնիսները ներառում են, օրինակ, իներտ գազեր, ջրածին, ֆոսֆոր, ցինկ, ոսկի, ազոտ, սիլիցիում, բիսմութ, պղինձ և արծաթ։ Այսինքն սրանք նյութեր են, որոնք գտնվում են գերհաղորդիչ վիճակում կամ ունեն կովալենտային կապեր։

2. Պ արամագնիսներ [m>1] - թույլ մագնիսական նյութեր, ներքին մագնիսական դաշտն ուղղված է այնպես, ինչպես արտաքին մագնիսական դաշտը։ Այս նյութերի համար մագնիսական զգայունությունը նույնպես կախված չէ այն բանից, թե ինչ դաշտի ուժ կա: Այնուամենայնիվ, նա դրական է տրամադրված: Այսինքն, երբ պարամագնիսականը մոտենում է մշտական ​​մագնիսին, առաջանում է գրավիչ ուժ։ Դրանք ներառում են ալյումին, պլատին, թթվածին, մանգան, երկաթ:

3. Ֆ Էրոմագնիսներ [m>>1] - բարձր մագնիսական նյութեր, ներքին մագնիսական դաշտը 100-1000 անգամ ավելի մեծ է, քան արտաքին մագնիսական դաշտը։

Այս նյութերի համար, ի տարբերություն դիամագնիսական և պարամագնիսական նյութերի, մագնիսական զգայունությունը կախված է ջերմաստիճանից և մագնիսական դաշտի ուժից և զգալի չափով։

Դրանք ներառում են նիկելի և կոբալտի բյուրեղներ:

Հակաֆերոմագնիսներ և ֆերիմագնիսներ

Այն նյութերը, որոնցում տաքացման ժամանակ տեղի է ունենում տվյալ նյութի փուլային անցում, որն ուղեկցվում է պարամագնիսական հատկությունների ի հայտ գալով, կոչվում են. հակաֆերոմագնիսներ. Եթե ​​ջերմաստիճանը որոշակիից ցածր է դառնում, ապա նյութի այս հատկությունները չեն նկատվի։ Այս նյութերի օրինակները կլինեն մանգանը և քրոմը:

Մագնիսական զգայունություն ֆերիմագնիսներկախված է նաև ջերմաստիճանից և մագնիսական դաշտի ուժգնությունից: Բայց նրանք դեռևս ունեն տարբերություններ։ Այս նյութերը ներառում են տարբեր օքսիդներ:

Բոլոր վերը նշված մագնիսները կարելի է բաժանել 2 կատեգորիայի.

Կոշտ մագնիսական նյութեր.Սրանք նյութեր են, որոնք ունեն բարձր հարկադրական արժեք: Դրանք վերամագնիսացնելու համար անհրաժեշտ է հզոր մագնիսական դաշտ ստեղծել։ Այս նյութերը օգտագործվում են մշտական ​​մագնիսների արտադրության մեջ:

Փափուկ մագնիսական նյութեր, ընդհակառակը, փոքր ստիպողական ուժ ունեն։ Թույլ մագնիսական դաշտերում նրանք կարողանում են մտնել հագեցվածություն։ Մագնիսացման հակադարձման պատճառով ունեն ցածր կորուստներ։ Դրա պատճառով այս նյութերն օգտագործվում են էլեկտրական մեքենաների միջուկներ պատրաստելու համար, որոնք աշխատում են փոփոխական հոսանքի վրա: Սա, օրինակ, ընթացիկ և լարման տրանսֆորմատոր է, կամ գեներատոր կամ ասինխրոն շարժիչ:

Մշտական ​​մագնիսս

Մշտականմագնիսներ- դրանք մարմիններ են, որոնք երկար ժամանակ պահպանում են մագնիսացումը:

Մշտական ​​մագնիսը միշտ ունի 2 մագնիսական բևեռ՝ հյուսիս (N) և հարավ (S):

Մշտական ​​մագնիսի մագնիսական դաշտն ամենաուժեղն է նրա բևեռներում:

Մշտական ​​մագնիսները սովորաբար պատրաստվում են երկաթից, պողպատից, չուգունից և այլ երկաթի համաձուլվածքներից (ուժեղ մագնիսներ), ինչպես նաև նիկելից, կոբալտից (թույլ մագնիսներ)։ Մագնիսները կարող են լինել բնական (բնական) երկաթի հանքաքարից, մագնիսական երկաթի հանքաքարից և արհեստական, որը ստացվում է երկաթի մագնիսացման միջոցով՝ այն մագնիսական դաշտ ներմուծելիս։

Մագնիսների փոխազդեցություն: Ինչպես բևեռները վանում են, և ի տարբերություն բևեռների՝ ձգում են:

Մագնիսների փոխազդեցությունը բացատրվում է նրանով, որ ցանկացած մագնիս ունի մագնիսական դաշտ, և այդ մագնիսական դաշտերը փոխազդում են միմյանց հետ։

Մշտական ​​մագնիսների մագնիսական դաշտ

Որո՞նք են երկաթի մագնիսացման պատճառները: Ըստ ֆրանսիացի գիտնական Ամպերի վարկածի՝ նյութի ներսում կան տարրական էլեկտրական հոսանքներ (Ամպերի հոսանքներ), որոնք առաջանում են ատոմների միջուկների և սեփական առանցքի շուրջ էլեկտրոնների շարժման արդյունքում։ Երբ էլեկտրոնները շարժվում են, առաջանում են տարրական մագնիսական դաշտեր: Երբ երկաթի մի կտոր ներմուծվում է արտաքին մագնիսական դաշտ, այս երկաթի բոլոր տարրական մագնիսական դաշտերը նույնականորեն կողմնորոշվում են արտաքին մագնիսական դաշտում՝ ձևավորելով իրենց մագնիսական դաշտը: Ահա թե ինչպես է երկաթի կտորը դառնում մագնիս։

Ի՞նչ տեսք ունի մագնիսական դաշտը:մշտական ​​մագնիսներ?

Մագնիսական դաշտի տեսակի մասին պատկերացում կարելի է ստանալ՝ օգտագործելով երկաթի թելերը: Ընդամենը պետք է մի թերթիկ դնել մագնիսի վրա և վրան երկաթի թելեր շաղ տալ:

Մշտական ​​ժապավենային մագնիսի համար Մշտական ​​աղեղային մագնիսի համար

Կյուրի կետ

Կյուրի կետ, կամ Կյուրիի ջերմաստիճանը, երկրորդ կարգի փուլային անցման ջերմաստիճանն է, որը կապված է նյութի համաչափության հատկությունների կտրուկ փոփոխության հետ՝ ջերմաստիճանի փոփոխությամբ, սակայն այլ թերմոդինամիկական պարամետրերի (ճնշում, էլեկտրական կամ մագնիսական դաշտի ուժ) տվյալ արժեքներով։ Երկրորդ կարգի փուլային անցումը Կյուրիի ջերմաստիճանում կապված է նյութի համաչափության հատկությունների փոփոխության հետ: Tc-ում փուլային անցումների բոլոր դեպքերում անհետանում է ցանկացած տեսակի ատոմային կարգ, օրինակ՝ էլեկտրոնի սպինների կարգը ( ֆերոէլեկտրիկներ), ատոմային մագնիսական մոմենտներ ( ֆերոմագնիսներբյուրեղային ցանցի հանգույցների երկայնքով համաձուլվածքի տարբեր բաղադրիչների ատոմների դասավորության կարգուկանոնը (ֆազային անցումները համաձուլվածքներում): Տ–ի մոտ նկատվում են ֆիզիկական հատկությունների սուր անոմալիաներ, օրինակ՝ պիեզոէլեկտրական, էլեկտրաօպտիկական և ջերմային։

Մագնիսական Կյուրիի կետը այնպիսի փուլային անցման ջերմաստիճանն է, որում անհետանում է ֆերոմագնիսական տիրույթների ինքնաբուխ մագնիսացումը, և ֆերոմագնիսականը վերածվում է պարամագնիսական վիճակի։ Համեմատաբար ցածր ջերմաստիճաններում ատոմների ջերմային շարժումը, որն անխուսափելիորեն հանգեցնում է մագնիսական մոմենտների պատվիրված դասավորության որոշ խանգարումների, աննշան է։ Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ նրա դերը մեծանում է և, վերջապես, որոշակի ջերմաստիճանում (Tc) ատոմների ջերմային շարժումն ի վիճակի է ոչնչացնել մագնիսական մոմենտների պատվիրված դասավորությունը, իսկ ֆերոմագնիսը վերածվում է պարամագնիսականի։ Կյուրիի կետի մոտ ֆերոմագնիսների ոչ մագնիսական հատկությունների փոփոխության մեջ նկատվում են մի շարք առանձնահատկություններ (դիմադրողականություն, տեսակարար ջերմունակություն, գծային ընդարձակման ջերմաստիճանային գործակից)։

T c-ի արժեքը կախված է միմյանց հետ մագնիսական մոմենտների միացման ուժից, ուժեղ միացման դեպքում այն ​​հասնում է՝ մաքուր երկաթի համար T c = 768 o C, կոբալտի համար T c = 1131 o C, գերազանցում է 1000-ը։ o C երկաթ-կոբալտ համաձուլվածքների համար: Շատ նյութերի համար Tc-ն փոքր է (նիկելի համար Tc = 358 o C): T c արժեքով կարելի է գնահատել միմյանց հետ մագնիսական մոմենտի կապող էներգիան։ Մագնիսական մոմենտների պատվիրված դասավորությունը ոչնչացնելու համար պահանջվում է ջերմային շարժման էներգիա, որը զգալիորեն գերազանցում է ինչպես դիպոլների փոխազդեցության էներգիան, այնպես էլ դաշտում մագնիսական դիպոլի պոտենցիալ էներգիան։

Կյուրիի ջերմաստիճանում ֆերոմագնիսի մագնիսական թափանցելիությունը մոտավորապես հավասար է Կյուրիի կետին, մագնիսական զգայունության փոփոխությունը ենթարկվում է Կյուրի-Վայսի օրենքը.

Յուրաքանչյուր ֆերոմագնիսի համար կա որոշակի ջերմաստիճան՝ Կյուրիի կետը:

1. Եթե նյութի t< t Кюри, то вещество обладает ферромагнитными свойствами.

2. Եթե նյութի t > Curie t, ապա ֆերոմագնիսական հատկությունները (մագնիսացումը) անհետանում են, և նյութը դառնում է պարամագնիսական: Հետեւաբար մշտական ​​մագնիսները տաքացնելիս կորցնում են իրենց մագնիսական հատկությունները:

գրականություն

Ժիլկո, Վ.Վ. Ֆիզիկա: Դասագիրք. նպաստ 11-րդ դասարանի համար. հանրակրթական դպրոց ռուսերենից լեզու վերապատրաստում / V.V. Zhilko, A.V. Լավրինենկո, Լ.Գ.Մարկովիչ. -- Մն.՝ Նար. Ասվետա, 2002. -- P. 291-297.

http://msk.edu.ua/

http://elhow.ru/

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

Տեղադրված է Allbest.ru-ում

Նմանատիպ փաստաթղթեր

Մագնիսական դաշտը էլեկտրամագնիսական դաշտի բաղադրիչն է, որն առաջանում է ժամանակի փոփոխվող էլեկտրական դաշտի առկայության դեպքում։ Նյութերի մագնիսական հատկությունները. Մագնիսական դաշտի ստեղծման և դրսևորման պայմանները. Ամպերի օրենքը և մագնիսական դաշտի չափման միավորները:

շնորհանդես, ավելացվել է 16.11.2011թ


Մագնիսական դաշտի էությունը, նրա հիմնական բնութագրերը. Մագնիսների հասկացությունները և դասակարգումը - նյութեր, որոնք կարող են մագնիսացվել արտաքին մագնիսական դաշտում: Նյութերի կառուցվածքը և հատկությունները: Մշտական ​​և էլեկտրական մագնիսներ և դրանց կիրառման ոլորտները:

վերացական, ավելացվել է 12/02/2012 թ


Մագնիսական դաշտի բնույթը և բնութագրերը: Տարբեր նյութերի և մագնիսական դաշտի աղբյուրների մագնիսական հատկություններ: Էլեկտրամագնիսների կառուցվածքը, դասակարգումը, կիրառումը և օգտագործման օրինակները: Solenoid և դրա կիրառումը. Մագնիսացնող սարքի հաշվարկ.

դասընթացի աշխատանք, ավելացվել է 17.01.2011թ


Մագնիսական դաշտի ձևավորման և առաջացման գործընթացը: Նյութերի մագնիսական հատկությունները. Երկու մագնիսների փոխազդեցությունը և էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթը. Ֆուկոյի հոսանքները պտտվող ինդուկցիոն հոսանքներ են, որոնք առաջանում են զանգվածային հաղորդիչներում, երբ մագնիսական հոսքը փոխվում է:

շնորհանդես, ավելացվել է 17.11.2010թ


Մագնիսական դաշտի հայեցակարգը և գործողությունը, դրա բնութագրերը՝ մագնիսական ինդուկցիա, մագնիսական հոսք, ինտենսիվություն, մագնիսական թափանցելիություն։ Մագնիսական ինդուկցիայի բանաձևեր և «ձախ ձեռքի» կանոն. Մագնիսական շղթաների տարրերն ու տեսակները, դրանց հիմնական օրենքների ձևակերպումը.

շնորհանդես, ավելացվել է 27.05.2014թ


Ուժային դաշտի գործողությունը հոսանքների և մշտական ​​մագնիսների շրջակա տարածության մեջ: Մագնիսական դաշտի հիմնական բնութագրերը. Ամպերի վարկածը, Բիոտ-Սավարտ-Լապլասի օրենք. Հոսանք կրող շրջանակի մագնիսական պահը: Էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթը; հիստերեզիս, ինքնադրման.

շնորհանդես, ավելացվել է 28.07.2015թ


Հիմնական հասկացությունները, տեսակները (դիմագնիսներ, ֆերիմագնիսներ, պարամագնիսներ, հակաֆերոմագնիսներ) և մագնիսականության դրսևորման պայմանները։ Նյութերի ֆերոմագնիսական վիճակի բնույթը. Մագնիսական սեղմման երեւույթի էությունը. Դոմենի կառուցվածքների նկարագրությունը բարակ մագնիսական թաղանթներում:

վերացական, ավելացվել է 30.08.2010թ


Մագնիսական դաշտի դրսևորումները, այն բնութագրող պարամետրերը. Ֆեռոմագնիսական (փափուկ և կոշտ մագնիսական) նյութերի առանձնահատկությունները. Կիրխհոֆի և Օհմի օրենքները ուղղակի հոսանքի մագնիսական սխեմաների համար, դրանց հաշվարկման սկզբունքը, դրանց անալոգիան էլեկտրական սխեմաների հետ։

թեստ, ավելացվել է 10/10/2010


Դիամագնիսականության և պարամագնիսականության երևույթների ուսումնասիրություն։ Քիմիական տարրերի ատոմների մագնիսական զգայունությունը: Մագնիսական ատոմային կարգ և ինքնաբուխ մագնիսացում ֆերոմագնիսական միներալներում: Պինդ, հեղուկ և գազային փուլեր: Նստվածքային ապարների մագնիսական հատկությունները.

շնորհանդես, ավելացվել է 15.10.2013թ


Մագնիսական դաշտի հայեցակարգը և հիմնական հատկությունները, մագնիսական դաշտում հոսանք ունեցող փակ օղակի ուսումնասիրությունը։ Մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորի և գծերի ուղղության պարամետրեր և որոշում: Անդրե Մարի Ամպերեի կենսագրությունը և գիտական ​​գործունեությունը, Ամպերի ուժի բացահայտումը։

Աշխարհի ցանկացած նյութ ունի որոշակի մագնիսական հատկություններ: Դրանք չափվում են մագնիսական թափանցելիությամբ։ Այս հոդվածում մենք կանդրադառնանք նյութի մագնիսական հատկություններին:

Ամպերի վարկածը

Մագնիսական թափանցելիությունը ցույց է տալիս, թե տվյալ միջավայրում քանի անգամ է մագնիսական դաշտի ինդուկցիան փոքր կամ մեծ, քան վակուումում մագնիսական դաշտի ինդուկցիան:

Այն նյութը, որն ստեղծում է իր մագնիսական դաշտը, կոչվում է մագնիսացված: Մագնիսացումը տեղի է ունենում, երբ նյութը դրվում է արտաքին մագնիսական դաշտում:

Ֆրանսիացի գիտնական Ամպերը պարզել է պատճառը, որի հետևանքն է մարմինների կողմից մագնիսական հատկություններ ունենալը։ Ամպերի հիպոթեզում ասվում է, որ նյութի ներսում կան միկրոսկոպիկ էլեկտրական հոսանքներ (էլեկտրոնն ունի իր մագնիսական մոմենտը, որն ունի քվանտային բնույթ, էլեկտրոնի ատոմներում ուղեծրային շարժում)։ Հենց նրանք են որոշում նյութի մագնիսական հատկությունները։ Եթե ​​հոսանքները ունեն անկանոն ուղղություններ, ապա նրանց առաջացրած մագնիսական դաշտերը ջնջում են միմյանց։ Մարմինը մագնիսացված չէ։ Արտաքին մագնիսական դաշտը կարգավորում է այս հոսանքները: Արդյունքում նյութը զարգացնում է սեփական մագնիսական դաշտը։ Սա նյութի մագնիսացումն է։

Նյութերի արձագանքով արտաքին մագնիսական դաշտին և նրանց ներքին կառուցվածքի կարգուկանոնով է որոշվում նյութի մագնիսական հատկությունները։ Այս պարամետրերին համապատասխան դրանք բաժանվում են հետևյալ խմբերի.

• Պարամագնիսներ
• Դիամագնիսներ
• Ֆեռոմագնիսներ
• Հակաֆերոմագնիսներ

Դիամագնիսներ և պարամագնիսներ

• Այն նյութերը, որոնք ունեն բացասական մագնիսական զգայունություն՝ անկախ մագնիսական դաշտի ուժգնությունից, կոչվում են դիամագնիսական նյութեր։ Եկեք պարզենք, թե նյութի որ մագնիսական հատկություններն են կոչվում բացասական մագնիսական զգայունություն: Սա այն դեպքում, երբ մագնիսը բերվում է մարմնին, և այն ավելի շուտ վանվում է, քան ձգվում: Դիամագնիսները ներառում են, օրինակ, իներտ գազեր, ջրածին, ֆոսֆոր, ցինկ, ոսկի, ազոտ, սիլիցիում, բիսմութ, պղինձ և արծաթ։ Այսինքն սրանք նյութեր են, որոնք գտնվում են գերհաղորդիչ վիճակում կամ ունեն կովալենտային կապեր։
• Պարամագնիսական նյութեր. Այս նյութերի համար մագնիսական զգայունությունը նույնպես կախված չէ այն բանից, թե ինչ դաշտի ուժ կա: Այնուամենայնիվ, նա դրական է տրամադրված: Այսինքն, երբ պարամագնիսականը մոտենում է մշտական ​​մագնիսին, առաջանում է գրավիչ ուժ։ Դրանք ներառում են ալյումին, պլատին, թթվածին, մանգան, երկաթ:

Ֆեռոմագնիսներ

Այն նյութերը, որոնք ունեն բարձր դրական մագնիսական զգայունություն, կոչվում են ֆերոմագնիսներ: Այս նյութերի համար, ի տարբերություն դիամագնիսական և պարամագնիսական նյութերի, մագնիսական զգայունությունը կախված է ջերմաստիճանից և մագնիսական դաշտի ուժից և զգալի չափով։ Դրանք ներառում են նիկելի և կոբալտի բյուրեղներ:

Հակաֆերոմագնիսներ և ֆերիմագնիսներ

• Այն նյութերը, որոնցում տաքացման ժամանակ տեղի է ունենում տվյալ նյութի փուլային անցում, որն ուղեկցվում է պարամագնիսական հատկությունների ի հայտ գալով, կոչվում են հակաֆերոմագնիսներ։ Եթե ​​ջերմաստիճանը որոշակիից ցածր է դառնում, ապա նյութի այս հատկությունները չեն նկատվի։ Այս նյութերի օրինակները կլինեն մանգանը և քրոմը:
• Ֆերիմագնիսները բնութագրվում են դրանցում չփոխհատուցված հակաֆերոմագնիսականության առկայությամբ։ Նրանց մագնիսական զգայունությունը նույնպես կախված է ջերմաստիճանից և մագնիսական դաշտի ուժից: Բայց նրանք դեռևս ունեն տարբերություններ։ Այս նյութերը ներառում են տարբեր օքսիդներ:

Բոլոր վերը նշված մագնիսները կարելի է բաժանել 2 կատեգորիայի.

• Կոշտ մագնիսական նյութեր. Սրանք նյութեր են, որոնք ունեն բարձր հարկադրական արժեք: Դրանք վերամագնիսացնելու համար անհրաժեշտ է հզոր մագնիսական դաշտ ստեղծել։ Այս նյութերը օգտագործվում են մշտական ​​մագնիսների արտադրության մեջ:
• Փափուկ մագնիսական նյութերը, ընդհակառակը, ունեն ցածր ստիպողական ուժ։ Թույլ մագնիսական դաշտերում նրանք կարողանում են մտնել հագեցվածություն։ Մագնիսացման հակադարձման պատճառով ցածր կորուստներ ունեն։ Դրա պատճառով այս նյութերն օգտագործվում են էլեկտրական մեքենաների միջուկներ պատրաստելու համար, որոնք աշխատում են փոփոխական հոսանքի վրա: Սա, օրինակ, ընթացիկ և լարման տրանսֆորմատոր է, կամ գեներատոր կամ ասինխրոն շարժիչ:

Մենք ուսումնասիրեցինք նյութի բոլոր հիմնական մագնիսական հատկությունները և պարզեցինք, թե ինչ տեսակի մագնիսներ կան:

Բազմաթիվ փորձեր ցույց են տալիս, որ մագնիսական դաշտում տեղադրված բոլոր նյութերը մագնիսացված են և ստեղծում են իրենց մագնիսական դաշտը, որի գործողությունը գումարվում է արտաքին մագնիսական դաշտի գործողությանը.

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

որտեղ \(~\vec B\) մագնիսական դաշտի ինդուկցիան է նյութում. \(~\vec B_0\) դաշտի մագնիսական ինդուկցիան է վակուումում, \(~\vec B_1\) դաշտի մագնիսական ինդուկցիան է նյութի մագնիսացումից: Այս դեպքում նյութը կարող է կա՛մ ուժեղացնել, կա՛մ թուլացնել մագնիսական դաշտը: Նյութի ազդեցությունը արտաքին մագնիսական դաշտի վրա բնութագրվում է μ արժեքով, որը կոչվում է նյութի մագնիսական թափանցելիություն։

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

• Մագնիսական թափանցելիությունֆիզիկական սկալյար մեծություն է, որը ցույց է տալիս, թե տվյալ նյութի մագնիսական դաշտի ինդուկցիան քանի անգամ է տարբերվում վակուումում մագնիսական դաշտի ինդուկցիայից։

Դիա- և պարա-մագնիսներ

Բոլոր նյութերն ունեն որոշակի մագնիսական հատկություններ, այսինքն՝ ունեն մագնիսներ. Նյութերի մեծ մասի համար մագնիսական թափանցելիությունը μ մոտ է միասնությանը և կախված չէ մագնիսական դաշտի ուժգնությունից։ Նյութեր, որոնց մագնիսական թափանցելիությունը մի փոքր պակաս է միասնությունից (μ< 1), называются դիամագնիսական նյութեր, մի փոքր ավելի մեծ է, քան միասնությունը (μ > 1) - պարամագնիսական. Այն նյութերը, որոնց մագնիսական թափանցելիությունը կախված է արտաքին դաշտի ուժգնությունից և կարող է զգալիորեն գերազանցել միասնությունը (μ » 1), կոչվում են. ֆերոմագնիսներ.

Դիամագնիսական նյութերի օրինակներ են կապարը, ցինկը, բիսմութը (μ = 0,9998); պարամագնիսական նյութեր - նատրիում, թթվածին, ալյումին (μ = 1.00023); ֆերոմագնիսներ՝ կոբալտ, նիկել, երկաթ (μ հասնում է 8⋅10 3 արժեքի)։

Մարմինների մագնիսական հատկությունների պատճառների առաջին բացատրությունը տվել է Անրի Ամպերը (1820 թ.): Նրա վարկածի համաձայն՝ տարրական էլեկտրական հոսանքները շրջանառվում են մոլեկուլների և ատոմների ներսում, որոնք որոշում են ցանկացած նյութի մագնիսական հատկությունները։

Վերցնենք մի քանի պինդ նյութ։ Նրա մագնիսացումը կապված է այն մասնիկների (մոլեկուլների և ատոմների) մագնիսական հատկությունների հետ, որոնցից այն կազմված է։ Եկեք դիտարկենք, թե ինչ ընթացիկ սխեմաներ են հնարավոր միկրո մակարդակում: Ատոմների մագնիսականությունը պայմանավորված է երկու հիմնական պատճառներով.

1) էլեկտրոնների շարժումը միջուկի շուրջ փակ ուղեծրերով ( ուղեծրային մագնիսական պահ) (նկ. 1);

2) էլեկտրոնների ներքին ռոտացիան (սպին). պտտվող մագնիսական պահ) (նկ. 2):

Քանի որ ատոմում տարբեր էլեկտրոնների ուղեծրային հարթությունները չեն համընկնում, նրանց կողմից ստեղծված մագնիսական դաշտի ինդուկցիայի վեկտորները (ուղեծրային և սպինային մագնիսական մոմենտներ) ուղղված են միմյանց տարբեր անկյուններով։ Բազմաէլեկտրոնային ատոմի առաջացած ինդուկցիոն վեկտորը հավասար է առանձին էլեկտրոնների կողմից ստեղծված դաշտի ինդուկցիոն վեկտորների վեկտորային գումարին։ Մասամբ լցված էլեկտրոնային թաղանթներով ատոմներն ունեն չփոխհատուցված դաշտեր։ Լցված էլեկտրոնային թաղանթներով ատոմներում ստացված ինդուկցիոն վեկտորը 0 է։

Բոլոր դեպքերում մագնիսական դաշտի փոփոխությունը պայմանավորված է մագնիսացման հոսանքների առաջացմամբ (նկատվում է էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի ֆենոմենը)։ Այլ կերպ ասած, մագնիսական դաշտի սուպերպոզիցիոն սկզբունքը մնում է ուժի մեջ. մագնիսի ներսում դաշտը արտաքին \(~\vec B_0\) դաշտի և \(~\vec B"\) մագնիսացնող հոսանքների սուպերպոզիցիան է: ես, որոնք առաջանում են արտաքին դաշտի ազդեցության տակ։ Եթե ​​մագնիսացման հոսանքների դաշտն ուղղված է այնպես, ինչպես արտաքին դաշտը, ապա ընդհանուր դաշտի ինդուկցիան ավելի մեծ կլինի, քան արտաքին դաշտը (նկ. 3, ա) - այս դեպքում ասում ենք, որ նյութն ուժեղացնում է դաշտը. ; եթե մագնիսացման հոսանքների դաշտն ուղղված է արտաքին դաշտին հակառակ, ապա ընդհանուր դաշտը պակաս կլինի արտաքին դաշտից (նկ. 3, բ) - այս առումով մենք ասում ենք, որ նյութը թուլացնում է մագնիսական դաշտը:

IN դիամագնիսական նյութերմոլեկուլները չունեն իրենց սեփական մագնիսական դաշտը: Ատոմների և մոլեկուլների արտաքին մագնիսական դաշտի ազդեցության տակ մագնիսացման հոսանքների դաշտն ուղղված է արտաքին դաշտին հակառակ, հետևաբար ստացված դաշտի մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորի \(~\vec B\) մեծությունը կլինի փոքր արտաքին դաշտի մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորի \(~\vec B_0\) մեծությունը:

IN պարամագնիսներմոլեկուլներն ունեն իրենց մագնիսական դաշտը։ Արտաքին մագնիսական դաշտի բացակայության դեպքում, ջերմային շարժման շնորհիվ, ատոմների և մոլեկուլների մագնիսական դաշտերի ինդուկցիոն վեկտորները պատահականորեն կողմնորոշված ​​են, ուստի նրանց միջին մագնիսացումը զրոյական է (նկ. 4, ա): Երբ արտաքին մագնիսական դաշտը կիրառվում է ատոմների և մոլեկուլների վրա, ուժի պահը սկսում է գործել՝ ձգտելով պտտել դրանք այնպես, որ նրանց դաշտերը կողմնորոշվեն արտաքին դաշտին զուգահեռ։ Պարամագնիսական մոլեկուլների կողմնորոշումը հանգեցնում է նրան, որ նյութը մագնիսացված է (նկ. 4, բ):

Մագնիսական դաշտում մոլեկուլների ամբողջական կողմնորոշումը կանխվում է նրանց ջերմային շարժումով, հետևաբար պարամագնիսական նյութերի մագնիսական թափանցելիությունը կախված է ջերմաստիճանից։ Ակնհայտ է, որ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ նվազում է պարամագնիսական նյութերի մագնիսական թափանցելիությունը։

Ֆեռոմագնիսներ

Մագնիսական նյութերի այս դասի անվանումը գալիս է երկաթի լատինական անվանումից՝ Ferrum: Այս նյութերի հիմնական առանձնահատկությունը արտաքին մագնիսական դաշտի բացակայության դեպքում մագնիսացումը պահպանելու ունակությունն է: Բացի երկաթից, պարբերական աղյուսակի նրա «հարևանները»՝ կոբալտը և նիկելը, ունեն ֆերոմագնիսական հատկություններ: Ֆեռոմագնիսական նյութերը լայն գործնական կիրառություն են գտնում գիտության և տեխնիկայի մեջ, հետևաբար, մշակվել են մի շարք համաձուլվածքներ, որոնք ունեն տարբեր ֆերոմագնիսական հատկություններ.

Ֆեռոմագնիսների բոլոր տրված օրինակները վերաբերում են անցումային խմբի մետաղներին, որոնց էլեկտրոնային թաղանթը պարունակում է մի քանի չզույգված էլեկտրոններ, ինչը հանգեցնում է նրան, որ այդ ատոմներն ունեն իրենց զգալի մագնիսական դաշտը: Բյուրեղային վիճակում բյուրեղներում ատոմների փոխազդեցության պատճառով առաջանում են ինքնաբուխ մագնիսացման տարածքներ՝ տիրույթներ։ Այս տիրույթների չափերը միլիմետրի տասներորդ և հարյուրերորդական են (10 -4 − 10 -5 մ), ինչը զգալիորեն գերազանցում է առանձին ատոմի չափը (10 -9 մ): Մեկ տիրույթում ատոմների մագնիսական դաշտերը կողմնորոշվում են խիստ զուգահեռ, արտաքին մագնիսական դաշտի բացակայության դեպքում այլ տիրույթների մագնիսական դաշտերի կողմնորոշումը կամայականորեն փոխվում է (նկ. 5):

Այսպիսով, նույնիսկ ոչ մագնիսացված վիճակում, ֆեռոմագնիսի ներսում առկա են ուժեղ մագնիսական դաշտեր, որոնց կողմնորոշումը փոխվում է պատահական, քաոսային ձևով՝ մի տիրույթից մյուսն անցնելու ժամանակ։ Եթե ​​մարմնի չափերը զգալիորեն գերազանցում են առանձին տիրույթների չափերը, ապա այս մարմնի տիրույթների կողմից ստեղծված միջին մագնիսական դաշտը գործնականում բացակայում է։

Եթե ​​դուք ֆերոմագնիս եք դնում արտաքին մագնիսական դաշտում IN 0, ապա տիրույթների մագնիսական պահերը սկսում են վերադասավորվել: Այնուամենայնիվ, նյութի հատվածների մեխանիկական տարածական պտույտը տեղի չի ունենում: Մագնիսացման հակադարձման գործընթացը կապված է էլեկտրոնների շարժի փոփոխության հետ, բայց ոչ բյուրեղային ցանցի հանգույցներում ատոմների դիրքի փոփոխության հետ։ Դաշտի ուղղության նկատմամբ առավել բարենպաստ ուղղվածություն ունեցող տիրույթները մեծացնում են իրենց չափերը՝ ի հաշիվ հարևան «սխալ կողմնորոշված» տիրույթների՝ կլանելով դրանք։ Այս դեպքում նյութի դաշտը բավականին զգալիորեն մեծանում է։

Ֆեռոմագնիսների հատկությունները

1) նյութի ֆերոմագնիսական հատկությունները հայտնվում են միայն այն ժամանակ, երբ գտնվում է համապատասխան նյութը բյուրեղային վիճակում;

2) ֆերոմագնիսների մագնիսական հատկությունները խիստ կախված են ջերմաստիճանից, քանի որ տիրույթների մագնիսական դաշտերի կողմնորոշումը կանխվում է ջերմային շարժումով։ Յուրաքանչյուր ֆերոմագնիսի համար կա որոշակի ջերմաստիճան, որի դեպքում տիրույթի կառուցվածքը ամբողջությամբ քայքայվում է, և ֆերոմագնիսը վերածվում է պարամագնիսականի: Այս ջերմաստիճանի արժեքը կոչվում է Կյուրի կետ. Այսպիսով, մաքուր երկաթի համար Կյուրիի ջերմաստիճանը մոտավորապես 900°C է;

3) ֆերոմագնիսները մագնիսացված են մինչև հագեցվածությունթույլ մագնիսական դաշտերում: Նկար 6-ը ցույց է տալիս, թե ինչպես է փոխվում մագնիսական դաշտի ինդուկցիայի մոդուլը Բպողպատում՝ արտաքին դաշտի փոփոխությամբ Բ 0 ;

4) ֆեռոմագնիսի մագնիսական թափանցելիությունը կախված է արտաքին մագնիսական դաշտից (նկ. 7):

Դա բացատրվում է նրանով, որ սկզբնական շրջանում աճով Բ 0 մագնիսական ինդուկցիա Բաճում է ավելի ուժեղ, և, հետևաբար, μ-ը կաճի: Այնուհետեւ, մագնիսական ինդուկցիայի արժեքով Բ´ տեղի է ունենում 0 հագեցվածություն (մ այս պահին առավելագույնն է) և հետագա աճով Բ 0 մագնիսական ինդուկցիա ԲՆյութի 1-ը դադարում է փոխվել, և մագնիսական թափանցելիությունը նվազում է (հակված է 1-ի).

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

5) ֆերոմագնիսները ցուցադրում են մնացորդային մագնիսացում: Եթե, օրինակ, ֆերոմագնիսական ձողը տեղադրվում է էլեկտրամագնիսական սարքի մեջ, որի միջով անցնում է հոսանքը, և մագնիսացվում է մինչև հագեցվածությունը (կետ Ա) (նկ. 8), իսկ հետո նվազեցնել հոսանքը էլեկտրամագնիսում և դրա հետ միասին Բ 0, ապա կարելի է նշել, որ դաշտի ինդուկցիան ձողում դրա ապամագնիսացման ժամանակ միշտ ավելի մեծ է մնում, քան մագնիսացման գործընթացում։ Երբ Բ 0 = 0 (էլեկտրամագնիսում հոսանքն անջատված է), ինդուկցիան հավասար կլինի Բ ր(մնացորդային ինդուկցիա): Ձողը կարող է հանվել էլեկտրամագնիսից և օգտագործվել որպես մշտական ​​մագնիս: Ձողը վերջնականապես ապամագնիսացնելու համար հարկավոր է էլեկտրամագնիսական սարքի միջով հակառակ ուղղությամբ հոսանք անցկացնել, այսինքն. կիրառել արտաքին մագնիսական դաշտ՝ ինդուկցիոն վեկտորի հակառակ ուղղությամբ: Այժմ ավելացնելով այս դաշտի ինդուկցիայի մոդուլը մինչև B oc, ապամագնիսացնել ձողը ( Բ = 0).).

Այսպիսով, ֆերոմագնիսը մագնիսացնելիս և ապամագնիսացնելիս ինդուկցիան Բհետ է մնում Բ 0 . Այս ուշացումը կոչվում է հիստերեզի երևույթը. Նկար 8-ում ներկայացված կորը կոչվում է հիստերեզի հանգույց.

Մագնիսացման կորի (հիստերեզի հանգույց) ձևը զգալիորեն տարբերվում է տարբեր ֆերոմագնիսական նյութերի համար, որոնք շատ լայն կիրառություն են գտել գիտական ​​և տեխնիկական կիրառություններում: Որոշ մագնիսական նյութեր ունեն լայն օղակ՝ պահպանության և հարկադրանքի բարձր արժեքներով, որոնք կոչվում են մագնիսականորեն կոշտև օգտագործվում են մշտական ​​մագնիսներ պատրաստելու համար: Այլ ֆերոմագնիսական համաձուլվածքները բնութագրվում են ուժի ցածր արժեքներով, այդպիսի նյութերը հեշտությամբ մագնիսացվում և վերամագնիսացվում են նույնիսկ թույլ դաշտերում: Նման նյութերը կոչվում են մագնիսականորեն փափուկև օգտագործվում են տարբեր էլեկտրական սարքերում՝ ռելեներ, տրանսֆորմատորներ, մագնիսական սխեմաներ և այլն։

գրականություն

1. Ակսենովիչ Լ.Ա. Ֆիզիկա միջնակարգ դպրոցում: Տեսություն. Առաջադրանքներ. Թեստեր՝ Դասագիրք. նպաստ հանրակրթական հաստատություններին. միջավայր, կրթություն / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Էդ. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P.330-335.
2. Ժիլկո, Վ.Վ. Ֆիզիկա: Դասագիրք. նպաստ 11-րդ դասարանի համար. հանրակրթական դպրոց ռուսերենից լեզու վերապատրաստում / V.V. Zhilko, A.V. Լավրինենկո, Լ.Գ.Մարկովիչ. - Մն.՝ Նար. Ասվետա, 2002. - էջ 291-297: