MAGNETIC PROPERTIES AT STRUCTURE NG MGA SUBSTANCES

Ang magnetochemistry ay isang sangay ng kimika na nag-aaral ng mga magnetic na katangian ng mga sangkap, pati na rin ang kanilang kaugnayan sa istraktura ng mga molekula. Ang pagbuo nito bilang isang agham ay maaaring napetsahan pabalik sa simula ng ika-20 siglo, nang natuklasan ang mga pangunahing batas ng magnetismo.

MAGNETIC PROPERTIES NG SUBSTANCES

Ang magnetismo ay isang pangunahing pag-aari ng bagay. Ang kakayahan ng mga permanenteng magnet na makaakit ng mga bagay na bakal ay kilala mula pa noong sinaunang panahon. Ang pag-unlad ng electromagnetism ay naging posible upang lumikha ng mga electromagnet na mas malakas kaysa sa mga permanenteng umiiral sa kalikasan. Sa pangkalahatan, ang iba't ibang mga instrumento at aparato batay sa paggamit ng mga electromagnetic phenomena ay napakalawak na imposibleng isipin ang buhay nang wala sila.

Gayunpaman, hindi lamang ang mga permanenteng magnet ang nakikipag-ugnayan sa magnetic field, kundi pati na rin ang lahat ng iba pang mga sangkap. Ang magnetic field, na nakikipag-ugnayan sa bagay, ay nagbabago ng halaga nito kumpara sa vacuum (pagkatapos nito ang lahat ng mga formula ay nakasulat sa SI system):

kung saan ang µ 0 ay ang magnetic constant na katumbas ng 4p 10 -7 H/m, µ ay ang magnetic permeability ng substance, B ay ang magnetic induction (sa T), H ang magnetic field strength (sa A/m). Para sa karamihan ng mga sangkap m ay napakalapit sa pagkakaisa, samakatuwid sa magnetochemistry, kung saan ang pangunahing bagay ay isang molekula, mas maginhawang gamitin ang halaga c, na tinatawag na magnetic susceptibility. Maaari itong maiugnay sa isang yunit ng lakas ng tunog, masa o dami ng isang sangkap, pagkatapos ito ay tinatawag na volumetric (dimensionless) nang naaayon. cv, tiyak CD(sa cm3/g) o molar cm(sa cm3/mol) magnetic susceptibility.

Ang mga sangkap ay maaaring nahahati sa dalawang kategorya: yaong nagpapahina sa magnetic field (c< 0), называются диамагнетиками, те, которые усиливают (c >0), – paramagnetic. Maaaring isipin ng isang tao na sa isang hindi pantay na magnetic field, ang isang puwersa ay kumikilos sa isang diamagnetic na materyal na nagtutulak dito palabas ng field, habang ang isang puwersa ay kumikilos sa isang paramagnetic na materyal, sa kabaligtaran, hinila ito papasok. Ang mga pamamaraan na tinalakay sa ibaba para sa pagsukat ng mga magnetic na katangian ng mga sangkap ay batay dito. Diamagnets (at ito ang karamihan sa mga organic at high-molecular compound) at higit sa lahat ang mga paramagnet ay mga bagay ng pag-aaral ng magnetochemistry.

Ang diamagnetism ay ang pinakamahalagang pag-aari ng bagay, dahil sa ang katunayan na sa ilalim ng impluwensya ng isang magnetic field, ang mga electron sa napuno na mga shell ng elektron (na maaaring isipin bilang maliliit na konduktor) ay nagsisimulang mauna, at, gaya ng nalalaman, ang anumang paggalaw ng ang isang electric charge ay nagdudulot ng magnetic field, na, ayon sa panuntunan ni Lenz, ay ididirekta nang ganito upang mabawasan ang epekto mula sa panlabas na larangan. Sa kasong ito, ang electronic precession ay maaaring ituring bilang mga pabilog na alon. Ang diamagnetism ay katangian ng lahat ng mga sangkap maliban sa atomic hydrogen, dahil ang lahat ng mga sangkap ay may ipinares na mga electron at puno ng mga shell ng elektron.

Ang paramagnetism ay sanhi ng hindi magkapares na mga electron, na kung saan ay tinatawag na dahil ang kanilang sariling magnetic moment (spin) ay hindi balanse sa anumang paraan (ayon dito, ang mga spin ng ipinares na mga electron ay nakadirekta sa magkasalungat na direksyon at kanselahin ang bawat isa). Sa isang magnetic field, ang mga spin ay may posibilidad na pumila sa direksyon ng field, na nagpapalakas nito, kahit na ang order na ito ay nagambala ng magulong thermal motion. Samakatuwid, malinaw na ang paramagnetic na pagkamaramdamin ay nakasalalay sa temperatura - mas mababa ang temperatura, mas mataas ang halaga ng pagkamaramdamin.

Ang ganitong uri ng magnetic susceptibility ay tinatawag ding orientational paramagnetism, dahil ang sanhi nito ay ang oryentasyon ng elementarya na magnetic moment sa isang panlabas na magnetic field.

Ang mga magnetic na katangian ng mga electron sa isang atom ay maaaring ilarawan sa dalawang paraan. Sa unang paraan, pinaniniwalaan na ang sariling (spin) magnetic moment ng electron ay hindi nakakaapekto sa orbital (dahil sa paggalaw ng mga electron sa paligid ng nucleus) moment o vice versa. Mas tiyak, palaging umiiral ang gayong impluwensya sa isa't isa (interaksyon ng spin-orbit), ngunit para sa mga 3d ions ay maliit ito, at ang mga magnetic na katangian ay maaaring ilarawan nang may sapat na katumpakan sa pamamagitan ng dalawang quantum number L (orbital) at S (spin). Para sa mas mabibigat na atomo, ang gayong pagtatantya ay nagiging hindi katanggap-tanggap at isa pang quantum number ng kabuuang magnetic moment J ang ipinakilala, na maaaring kumuha ng mga halaga mula sa | L+S | bago | L–S |

Dapat bigyang pansin ang liit ng enerhiya ng magnetic interaction (para sa mga temperatura ng silid at magnetic field na karaniwan sa laboratoryo, ang enerhiya ng magnetic interaction ay tatlo hanggang apat na order ng magnitude na mas mababa kaysa sa enerhiya ng thermal motion ng mga molekula).

Mayroong kaunting mga sangkap na, kapag bumababa ang temperatura, unang kumikilos bilang mga paramagnet, at pagkatapos, sa pag-abot sa isang tiyak na temperatura, biglang nagbabago ang kanilang mga magnetic na katangian. Ang pinakasikat na halimbawa ay ang mga ferromagnets at ang substance kung saan nila nakuha ang kanilang pangalan, iron, na ang atomic magnetic moments sa ibaba ng temperatura ng Curie ay nakahanay sa isang direksyon, na nagiging sanhi ng spontaneous magnetization. Gayunpaman, ang macroscopic magnetization ay hindi nangyayari sa kawalan ng isang field, dahil ang sample ay kusang nahahati sa mga rehiyon na humigit-kumulang 1 μm ang laki, na tinatawag na mga domain, kung saan ang elementarya na magnetic moments ay nakadirekta sa parehong paraan, ngunit ang mga magnetization ng iba't ibang ang mga domain ay random na nakatuon at, sa karaniwan, nagbabayad sa bawat isa. Ang mga puwersang nagdudulot ng ferromagnetic transition ay maaari lamang ipaliwanag gamit ang mga batas ng quantum mechanics.

Ang mga antiferromagnets ay nailalarawan sa pamamagitan ng katotohanan na ang spin magnetic moments sa temperatura ng antiferromagnetic transition (Néel temperature TN) ay iniutos sa paraang kanselahin nila ang isa't isa.

Kung ang kompensasyon ng mga magnetic moment ay hindi kumpleto, kung gayon ang mga naturang sangkap ay tinatawag na ferrimagnets, halimbawa Fe2O3 at FeCr2O4. Ang huling tatlong klase ng mga compound ay solid at pangunahing pinag-aaralan ng mga physicist. Sa nakalipas na mga dekada, ang mga physicist at chemist ay lumikha ng mga bagong magnetic material.

Sa isang molekula na naglalaman ng isang hindi pares na elektron, ang natitirang (pinares) na mga electron ay nagpapahina sa magnetic field, ngunit ang kontribusyon ng bawat isa sa kanila ay dalawa hanggang tatlong order ng magnitude na mas mababa. Gayunpaman, kung nais nating sukatin nang tumpak ang mga magnetic na katangian ng hindi magkapares na mga electron, dapat nating ipakilala ang tinatawag na diamagnetic corrections, lalo na para sa malalaking organikong molekula, kung saan maaari silang umabot ng sampu-sampung porsyento. Ang mga diamagnetic na susceptibilities ng mga atomo sa isang molekula ay nagdaragdag sa isa't isa ayon sa Pascal-Langevin rule of additivity. Upang gawin ito, ang diamagnetic na pagkamaramdamin ng mga atomo ng bawat uri ay pinarami ng bilang ng mga naturang atom sa molekula, at pagkatapos ay ipinakilala ang mga constitutive correction para sa mga tampok na istruktura (double at triple bond, aromatic ring, atbp.). Magpatuloy tayo upang isaalang-alang kung paano pinag-aaralan ang mga magnetic na katangian ng mga sangkap sa eksperimento.

EKSPERIMENTAL NA PAGSUKAT NG MAGNETIC SUSPITIVITY

Ang mga pangunahing eksperimentong pamamaraan para sa pagtukoy ng magnetic susceptibility ay nilikha noong huling siglo. Ayon sa pamamaraan ni Gouy, ang pagbabago sa bigat ng isang sample sa isang magnetic field kumpara sa kawalan nito ay sinusukat.

Ang pamamaraan ng Faraday ay sumusukat sa puwersa na kumikilos sa isang sample sa isang hindi pare-parehong magnetic field.

Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng pamamaraan ng Gouy at ng pamamaraan ng Faraday ay na sa unang kaso ang inhomogeneity ay pinananatili kasama ang isang (pinalawak) pattern, at sa pangalawa - kasama ang magnetic field.

Ang pamamaraan ng Quincke ay ginagamit lamang para sa mga likido at solusyon. Sinusukat nito ang pagbabago sa taas ng isang likidong haligi sa isang capillary sa ilalim ng impluwensya ng isang magnetic field

Sa kasong ito, para sa mga diamagnetic na likido ang taas ng haligi ay bumababa, para sa mga paramagnetic na likido ito ay tumataas.

Ang pamamaraan ng viscometer ay sumusukat sa oras ng daloy ng likido sa isang maliit na butas na ang magnetic field ay naka-on (tH) at naka-off (t0). Ang oras ng daloy ng mga paramagnetic na likido sa isang magnetic field ay kapansin-pansing mas maikli kaysa sa kawalan ng isang field para sa mga diamagnetic na likido, ang kabaligtaran ay totoo.

Ang magnetic susceptibility ay maaari ding masukat gamit ang isang NMR spectrometer. Tandaan: ang magnitude ng chemical shift ng NMR signal sa pangkalahatang kaso ay tinutukoy hindi lamang ng screening constant, na isang sukatan ng electron density sa nucleus na pinag-aaralan, kundi pati na rin ng magnetic susceptibility ng sample.

Ang nagreresultang halaga ng magnetic susceptibility para sa mga paramagnetic na materyales ay natutukoy ng bilang ng mga hindi magkapares na electron (para sa isang hindi magkapares na elektron)

Ginagawang posible ng mga pag-aaral ng magnetochemical na maitatag ang elektronikong pagsasaayos ng mga transition metal compound, na bumubuo sa batayan ng kimika ng koordinasyon (kumplikadong) compound.

Sa pamamagitan ng pagsukat ng magnetic susceptibility, madaling hatulan ng isa ang antas ng oksihenasyon at ang geometry ng unang globo ng koordinasyon sa complex.

Ito ay kilala na ang karamihan sa mga reaksiyong kemikal na mahalaga sa pagsasanay ay nangyayari sa mga solusyon, kabilang ang mga kumplikadong reaksyon ng pagbuo, kaya sa susunod na seksyon ay isasaalang-alang natin ang mga magnetic na katangian ng mga solusyon kung saan ang mga transition metal compound ay natanto sa anyo ng mga complex.

MAGNETIC SUSPECTIVITY OF SOLUTIONS

Kapag lumipat mula sa isang solid patungo sa isang solusyon, ang magnetic suceptibility ng solvent at lahat ng mga solute ay dapat isaalang-alang. Sa kasong ito, ang pinakasimpleng paraan upang isaalang-alang ito ay ang pagbubuod ng mga kontribusyon ng lahat ng bahagi ng solusyon ayon sa tuntunin ng additivity. Ang prinsipyo ng additivity ay isa sa mga pangunahing prinsipyo sa pagproseso ng pang-eksperimentong data. Ang anumang mga paglihis mula dito ay madalas na nauugnay sa katotohanan na ang prinsipyo ng additivity mismo ay natutupad, at ang mga bahagi ng solusyon ay nagbabago ng kanilang mga katangian. Samakatuwid, ipinapalagay na ang magnetic suceptibility ng solusyon ay katumbas ng kabuuan ng magnetic suceptibilities ng mga indibidwal na sangkap, na isinasaalang-alang ang konsentrasyon.

Mula sa isang pag-aaral ng mga magnetic na katangian ng parehong sangkap sa iba't ibang mga solvents, malinaw na maaari silang makabuluhang nakasalalay sa likas na katangian ng solvent. Ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng pagpasok ng mga solvent molecule sa unang coordination sphere at isang kaukulang pagbabago sa electronic structure ng complex, ang mga energies ng d-orbitals (D) at iba pang mga katangian ng solvate complex. Kaya, ginagawang posible din ng magnetochemistry na pag-aralan ang solvation, iyon ay, ang pakikipag-ugnayan ng isang solute sa isang solvent.

Kung ang isang magnetic field ay nakakaapekto sa mga katangian ng isang solusyon, at maraming mga eksperimentong katotohanan (mga sukat ng density, lagkit, electrical conductivity, proton concentration, magnetic susceptibility) ay nagpapahiwatig na ito ay gayon, kung gayon dapat itong kilalanin na ang enerhiya ng mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng indibidwal Ang mga bahagi ng solusyon at ang ensemble ng mga molekula ng tubig ay medyo mataas, pagkatapos ay maihahambing o lumampas sa enerhiya ng thermal motion ng mga particle sa isang solusyon, na nag-average ng anumang epekto sa solusyon. Alalahanin natin na ang enerhiya ng magnetic interaction ng isang particle (molekula) ay maliit kumpara sa enerhiya ng thermal motion. Ang ganitong pakikipag-ugnayan ay posible kung tatanggapin natin na sa tubig at may tubig na mga solusyon, dahil sa kooperatiba na katangian ng mga bono ng hydrogen, ang mga malalaking istrukturang ensemble na tulad ng yelo ng mga molekula ng tubig ay natanto, na maaaring palakasin o sirain sa ilalim ng impluwensya ng mga dissolved substance Ang enerhiya ng pagbuo ng naturang "mga pagpupulong" ay tila maihahambing sa enerhiya ng thermal motion at sa ilalim ng magnetic influence, ang solusyon ay maaalala ito at makakuha ng mga bagong katangian, ngunit ang Brownian motion o pagtaas ng temperatura ay nag-aalis ng "memorya" na ito sa loob ng ilang panahon.

Sa pamamagitan ng tumpak na pagpili ng mga konsentrasyon ng mga paramagnetic na sangkap sa isang diamagnetic solvent, posible na lumikha ng isang non-magnetic na likido, iyon ay, isa na ang average na magnetic susceptibility ay zero o kung saan ang mga magnetic field ay nagpapalaganap sa parehong paraan tulad ng sa isang vacuum. Ang kawili-wiling ari-arian na ito ay hindi pa nakakahanap ng aplikasyon sa teknolohiya.

Maraming mga eksperimento ang nagpapahiwatig na ang lahat ng mga sangkap na inilagay sa isang magnetic field ay na-magnetize at lumikha ng kanilang sariling magnetic field, ang aksyon na kung saan ay idinagdag sa pagkilos ng isang panlabas na magnetic field:

nasaan ang magnetic field induction sa substance; - magnetic induction ng isang field sa isang vacuum, - magnetic induction ng isang field na nagmumula dahil sa magnetization ng isang substance.

Sa kasong ito, ang sangkap ay maaaring palakasin o pahinain ang magnetic field. Ang impluwensya ng isang sangkap sa isang panlabas na magnetic field ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang halaga na tinatawag na magnetic permeability ng sangkap

Magnetic permeability ay isang pisikal na scalar quantity na nagpapakita kung gaano karaming beses ang magnetic field induction sa isang partikular na substance ay naiiba sa magnetic field induction sa isang vacuum.

Ang mga sangkap na nagpapahina sa isang panlabas na magnetic field ay tinatawag diamagnetic na materyales(bismuth, nitrogen, helium, carbon dioxide, tubig, pilak, ginto, zinc, cadmium, atbp.).

Mga sangkap na nagpapahusay sa panlabas na magnetic field - mga paramagnet(aluminyo, oxygen, platinum, tanso, kaltsyum, kromo, mangganeso, cobalt salts, atbp.).

Para sa diamagnetic na materyales >1. Ngunit sa parehong mga kaso ang pagkakaiba mula sa 1 ay maliit (ilang sampu-sa-libo o daang-libo ng isang yunit). Kaya, halimbawa, para sa bismuth = 0.9998 = 1.000.

Ang ilang mga sangkap (bakal, kobalt, nikel, gadolinium at iba't ibang mga haluang metal) ay nagdudulot ng napakalaking pagpapahusay ng panlabas na larangan. Tinawag sila ferromagnets. Para sa kanila = 10 3 -10 5.

Si Ampere ang unang nagpaliwanag ng mga dahilan kung bakit may magnetic properties ang mga katawan. Ayon sa kanyang hypothesis, ang mga elementarya na electric current ay umiikot sa loob ng mga molecule at atoms, na tumutukoy sa magnetic properties ng anumang substance.

Ito ay naitatag na ngayon na ang lahat ng mga atomo at elementarya na mga particle ay aktwal na may mga magnetic na katangian. Ang mga magnetic na katangian ng mga atom ay pangunahing tinutukoy ng mga electron na nilalaman nito.

Ayon sa semiclassical na modelo ng atom, na iminungkahi nina E. Rutherford at N. Bohr, ang mga electron sa mga atomo ay gumagalaw sa paligid ng nucleus sa mga saradong orbit (sa unang pagtatantya, maaari nating ipagpalagay na sila ay pabilog). Ang paggalaw ng isang electron ay maaaring katawanin bilang isang elementarya na pabilog na kasalukuyang, kung saan ang e ay ang singil ng electron, v ay ang dalas ng pag-ikot ng elektron sa orbit nito. Ang kasalukuyang ito ay bumubuo ng isang magnetic field, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang magnetic moment ang modulus nito ay tinutukoy ng formula, kung saan ang S ay ang orbital area.

Ang magnetic moment ng isang electron dahil sa paggalaw nito sa paligid ng nucleus ay tinatawag orbital magnetic moment. Ang orbital magnetic moment ay isang vector quantity at ang direksyon ay tinutukoy ng tamang panuntunan ng turnilyo. Kung ang elektron ay gumagalaw nang pakanan (Larawan 1), kung gayon ang mga alon ay nakadirekta sa pakaliwa (sa direksyon ng paggalaw ng positibong singil), at ang vector ay patayo sa orbital na eroplano.

Dahil ang mga orbital na eroplano ng iba't ibang mga electron sa isang atom ay hindi nag-tutugma, ang kanilang mga magnetic moment ay nakadirekta sa iba't ibang mga anggulo sa bawat isa. Ang resultang orbital magnetic moment ng isang multielectron atom ay katumbas ng vector sum ng orbital magnetic moments ng mga indibidwal na electron.

Ang mga atomo na may bahagyang napuno na mga shell ng elektron ay may hindi nabayarang orbital magnetic moment. Sa mga atomo na may napunong mga shell ng elektron ito ay katumbas ng 0.

Bilang karagdagan sa orbital magnetic moment, mayroon din ang elektron intrinsic (spin) magnetic moment, na unang itinatag ni O. Stern at W. Gerlach noong 1922. Ang pagkakaroon ng magnetic field sa isang electron ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pag-ikot nito sa paligid ng sarili nitong axis, bagama't hindi dapat literal na ihalintulad ang electron sa isang umiikot na sisingilin na bola (itaas ).

Ito ay mapagkakatiwalaan na itinatag na ang magnetic field ng isang electron ay ang parehong integral na ari-arian bilang ang masa at singil nito. Ang isang electron, sa isang napaka-magaspang na approximation, ay maaaring isipin bilang isang napakaliit na bola na napapalibutan ng mga electric at magnetic field (Larawan 2). Ang mga magnetic field ng lahat ng mga electron ay pareho, pati na rin ang kanilang mga masa at singil. Ang spin magnetic moment ay isang vector na nakadirekta sa axis ng pag-ikot. Maaari lamang itong i-orient sa dalawang paraan: alinman sa kahabaan... o laban... Kung sa lugar kung saan matatagpuan ang elektron ay mayroong isang panlabas na magnetic field, kung gayon alinman sa kahabaan ng field o laban sa field. Gaya ng ipinapakita sa quantum physics, dalawang electron lamang na ang spin magnetic moments ay magkasalungat ay maaaring nasa parehong energy state (Pauli principle).

Sa multielectron atoms, ang spin magnetic moments ng mga indibidwal na electron, tulad ng orbital moments, ay nagdaragdag bilang mga vector. Sa kasong ito, ang nagreresultang spin magnetic moment ng atom para sa mga atom na may napunong mga shell ng elektron ay katumbas ng 0.

Ang kabuuang magnetic moment ng isang atom (molekula) ay katumbas ng vector sum ng magnetic moments (orbital at spin) ng mga electron na pumapasok sa atom (molekula):

Ang mga diamagnet ay binubuo ng mga atomo na, sa kawalan ng panlabas na magnetic field, ay walang sariling mga magnetic moment, dahil ang lahat ng spin at lahat ng orbital magnetic moments ay binabayaran para sa kanila.

Ang isang panlabas na magnetic field ay hindi kumikilos sa buong atom ng isang diamagnetic na materyal, ngunit kumikilos sa mga indibidwal na electron ng atom, ang mga magnetic moment na kung saan ay naiiba mula sa zero. Hayaan ang bilis ng elektron sa isang naibigay na sandali na gumawa ng isang tiyak na anggulo (Larawan 3) na may magnetic induction ng panlabas na field.

Salamat sa bahagi, ang elektron ay aaksyunan ng puwersa ng Lorentz (itinuro sa amin sa Fig. 3), na magdudulot ng karagdagang (bilang karagdagan sa iba pang mga paggalaw kung saan ang electron ay nakikilahok sa kawalan ng isang field) na paggalaw sa isang bilog. Ngunit ang paggalaw na ito ay kumakatawan sa isang karagdagang pabilog na kasalukuyang, na lilikha ng isang magnetic field na nailalarawan sa pamamagitan ng isang magnetic moment (sapilitan), na nakadirekta ayon sa panuntunan ng kanang turnilyo patungo. Bilang resulta, ang mga diamagnetic na materyales ay nagpapahina sa panlabas na magnetic field.

Ang mga paramagnet ay binubuo ng mga atom na ang netong atomic magnetic moment ay . Sa kawalan ng panlabas na larangan, ang mga sandaling ito ay random na nakatuon at ang sangkap sa kabuuan ay hindi lumilikha ng magnetic field sa paligid nito. Kapag ang mga paramagnetic na materyales ay inilagay sa isang magnetic field, kagustuhan orientation ng mga vectors sa kahabaan ng field (ito ay pinipigilan ng thermal movement ng mga particle). Kaya, ang paramagnetic na materyal ay magnetized, na lumilikha ng sarili nitong magnetic field, na tumutugma sa direksyon sa panlabas na field at pinahuhusay ito. Ang epektong ito ay tinatawag na paramagnetic. Kapag ang panlabas na magnetic field ay humina sa zero, ang oryentasyon ng mga magnetic moment dahil sa thermal motion ay naaabala at ang paramagnet ay na-demagnetize. Sa paramagnetic na materyales, ang isang diamagnetic na epekto ay sinusunod din, ngunit ito ay mas mahina kaysa sa paramagnetic na epekto.

Ipadala ang iyong mabuting gawa sa base ng kaalaman ay simple. Gamitin ang form sa ibaba

Ang mga mag-aaral, nagtapos na mga mag-aaral, mga batang siyentipiko na gumagamit ng base ng kaalaman sa kanilang pag-aaral at trabaho ay lubos na magpapasalamat sa iyo.

Nai-post sa http://www.allbest.ru/

Nai-post sa http://www.allbest.ru/

FEDERAL AGENCY FOR EDUCATION STATE EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER AND PROFESSIONAL EDUCATION

"VORONEZH STATE UNIVERSITY"

(GOU VPO VSU)

Faculty of Geology

Department of Environmental Geology

Sanaysay

sa paksa: Magnetic na katangian ng mga sangkap

Nakumpleto ni: 1st year student, gr. No. 9

Agoshkova Ekaterina Vladimirovna

Tagasuri:

Associate Professor, Kandidato ng Sciences Voronova T.A.

Magnetic na katangian ng mga sangkap

Magnetic permeability ng isang substance

Pag-uuri ng mga sangkap ayon sa pagkilos ng isang panlabas na magnetic field sa kanila

Antiferromagnets at ferrimagnets

Mga permanenteng magnet

Curie point

Panitikan

Magnetic na katangian ng mga sangkap

Magnetismo-- isang anyo ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga gumagalaw na singil sa kuryente, na isinasagawa sa layo sa pamamagitan ng magnetic field.

Ang magnetic properties ng matter ay ipinaliwanag ayon sa Ampere's hypothesis.

Ang hypothesis ni Ampere- ang mga magnetic properties ng isang katawan ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng mga agos na umiikot sa loob nito.

Sa loob ng mga atomo, dahil sa paggalaw ng mga electron sa mga orbit, may mga elementarya na electric current na lumilikha ng elementarya na magnetic field.

1. kung ang sangkap ay walang magnetic properties, ang elementarya magnetic field ay unoriented (dahil sa thermal motion);

2. kung ang isang substance ay may magnetic properties, ang elementary magnetic field ay pantay na nakadirekta (oriented) at ang sariling internal magnetic field ng substance ay nabuo.

Na-magnet tinatawag na substance na lumilikha ng sarili nitong magnetic field. Ang magnetization ay nangyayari kapag ang isang substance ay inilagay sa isang panlabas na magnetic field.

magnetism ampere antiferromagnet curie

Magneticat akopagkamatagusin ng sangkap

Ang impluwensya ng isang sangkap sa isang panlabas na magnetic field ay nailalarawan sa magnitude m , na tinatawag na magnetic permeability ng isang substance.

Magnetic permeability ay isang pisikal na scalar quantity na nagpapakita kung gaano karaming beses ang magnetic field induction sa isang partikular na substance ay naiiba sa magnetic field induction sa isang vacuum.

nasaan si B? -- magnetic field induction sa bagay; B? 0 -- magnetic field induction sa vacuum.

Pag-uuri ng mga sangkapsa pamamagitan ng pagkilos ng isang panlabas na magnetic field sa kanila

1. D at mga magnetic na materyales [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.

Negatibong magnetic susceptibility- ito ay kapag ang isang magnet ay dinadala sa isang katawan, at ito ay tinataboy sa halip na maakit.

Kasama sa mga diamagnet, halimbawa, ang mga inert gas, hydrogen, phosphorus, zinc, gold, nitrogen, silicon, bismuth, copper, at silver. Iyon ay, ito ay mga sangkap na nasa isang superconducting na estado o may mga covalent bond.

2. P mga aramagnet [m>1] - mahinang magnetic substance, ang panloob na magnetic field ay nakadirekta sa parehong paraan tulad ng panlabas na magnetic field. Para sa mga sangkap na ito, ang magnetic suceptibility ay hindi rin nakadepende sa kung anong lakas ng field ang umiiral. Siya ay positibo bagaman. Iyon ay, kapag ang isang paramagnetic ay lumalapit sa isang permanenteng magnet, isang kaakit-akit na puwersa ang lumitaw. Kabilang dito ang aluminyo, platinum, oxygen, mangganeso, bakal.

3. F Erromagnets [m>>1] - mataas na magnetic substance, ang panloob na magnetic field ay 100-1000 beses na mas malaki kaysa sa panlabas na magnetic field.

Para sa mga sangkap na ito, hindi tulad ng diamagnetic at paramagnetic na materyales, ang magnetic suceptibility ay nakasalalay sa temperatura at lakas ng magnetic field, at sa isang makabuluhang lawak.

Kabilang dito ang nickel at cobalt crystals.

Antiferromagnets at ferrimagnets

Ang mga sangkap kung saan, sa panahon ng pag-init, ang isang phase transition ng ibinigay na sangkap ay nangyayari, na sinamahan ng hitsura ng mga paramagnetic na katangian, ay tinatawag na antiferromagnets. Kung ang temperatura ay nagiging mas mababa kaysa sa isang tiyak, ang mga katangian ng sangkap na ito ay hindi masusunod. Ang mga halimbawa ng mga sangkap na ito ay manganese at chromium.

Magnetic na pagkamaramdamin ferrimagnets depende rin sa temperatura at lakas ng magnetic field. Ngunit mayroon pa rin silang pagkakaiba. Kasama sa mga sangkap na ito ang iba't ibang mga oxide.

Ang lahat ng mga magnet sa itaas ay maaaring nahahati pa sa 2 kategorya:

Matigas na magnetic na materyales. Ito ay mga materyales na may mataas na halaga ng coercivity. Upang muling i-magnetize ang mga ito, kinakailangan upang lumikha ng isang malakas na magnetic field. Ang mga materyales na ito ay ginagamit sa paggawa ng mga permanenteng magnet.

Malambot na magnetic na materyales, sa kabaligtaran, ay may maliit na puwersang mapilit. Sa mahinang magnetic field, nakapasok sila sa saturation. Mayroon silang mababang pagkalugi dahil sa pagbabalik ng magnetization. Dahil dito, ang mga materyales na ito ay ginagamit upang gumawa ng mga core para sa mga de-koryenteng makina na nagpapatakbo sa alternating current. Ito ay, halimbawa, isang kasalukuyang at boltahe na transpormer, o isang generator, o isang asynchronous na motor.

Permanenteng magnets

Permanentemagneto- ito ay mga katawan na nagpapanatili ng magnetization sa loob ng mahabang panahon.

Ang permanenteng magnet ay laging may 2 magnetic pole: hilaga (N) at timog (S).

Ang magnetic field ng isang permanenteng magnet ay pinakamalakas sa mga pole nito.

Ang mga permanenteng magnet ay karaniwang gawa sa bakal, bakal, cast iron at iba pang mga haluang metal (malakas na magnet), pati na rin ang nickel, cobalt (mahinang magnet). Ang mga magnet ay maaaring natural (natural) mula sa iron ore, magnetic iron ore, at artipisyal, na nakuha sa pamamagitan ng magnetizing iron kapag ipinapasok ito sa isang magnetic field.

Pakikipag-ugnayan ng magneto: Tulad ng mga poste ay nagtataboy, at hindi katulad ng mga poste na umaakit.

Ang pakikipag-ugnayan ng mga magnet ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang anumang magnet ay may magnetic field, at ang mga magnetic field na ito ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa.

Magnetic field ng permanenteng magnet

Ano ang mga dahilan para sa magnetization ng bakal? Ayon sa hypothesis ng French scientist na si Ampere, mayroong elementarya na electric currents (Ampere currents) sa loob ng matter, na nabuo bilang resulta ng paggalaw ng mga electron sa paligid ng nuclei ng mga atomo at sa paligid ng kanilang sariling axis. Kapag gumagalaw ang mga electron, lumilitaw ang mga elementarya na magnetic field. Kapag ang isang piraso ng bakal ay ipinakilala sa isang panlabas na magnetic field, ang lahat ng elementarya na magnetic field sa bakal na ito ay magkakaparehong nakatuon sa panlabas na magnetic field, na bumubuo ng kanilang sariling magnetic field. Ito ay kung paano ang isang piraso ng bakal ay nagiging magnet.

Ano ang hitsura ng magnetic field?permanenteng magnet?

Ang isang ideya ng uri ng magnetic field ay maaaring makuha gamit ang iron filings. Ang kailangan mo lang gawin ay maglagay ng isang sheet ng papel sa magnet at iwisik ang mga iron filing sa itaas.

Para sa permanenteng strip magnet Para sa permanenteng arc magnet

Curie point

Curie point, o Temperatura ng Curie, ay ang temperatura ng isang second-order phase transition na nauugnay sa isang biglaang pagbabago sa mga katangian ng simetrya ng isang sangkap na may pagbabago sa temperatura, ngunit sa mga ibinigay na halaga ng iba pang mga thermodynamic na parameter (pressure, electric o magnetic field strength). Ang paglipat ng second-order phase sa temperatura ng Curie ay nauugnay sa isang pagbabago sa mga katangian ng symmetry ng substance. Sa Tc, sa lahat ng kaso ng mga phase transition, ang anumang uri ng atomic order ay nawawala, halimbawa, ang pagkakasunud-sunod ng electron spins ( ferroelectrics), atomic magnetic moments ( ferromagnets), kaayusan sa pag-aayos ng mga atomo ng iba't ibang bahagi ng haluang metal kasama ang mga node ng kristal na sala-sala (mga phase transition sa mga haluang metal). Malapit sa T c matalim na anomalya ng mga pisikal na katangian ay sinusunod, halimbawa, piezoelectric, electro-optical, at thermal.

Ang magnetic Curie point ay ang temperatura ng naturang phase transition kung saan nawawala ang spontaneous magnetization ng ferromagnetic domains at ang ferromagnetic ay nagiging paramagnetic state. Sa medyo mababang temperatura, ang thermal motion ng mga atomo, na hindi maiiwasang humahantong sa ilang mga kaguluhan sa nakaayos na pag-aayos ng mga magnetic moment, ay hindi gaanong mahalaga. Habang tumataas ang temperatura, tumataas ang papel nito at, sa wakas, sa isang tiyak na temperatura (Tc) ang thermal movement ng mga atomo ay may kakayahang sirain ang nakaayos na pag-aayos ng mga magnetic moment, at ang ferromagnet ay nagiging paramagnet. Malapit sa Curie point, ang isang bilang ng mga tampok ay sinusunod sa pagbabago sa mga di-magnetic na katangian ng mga ferromagnets (resistivity, tiyak na kapasidad ng init, koepisyent ng temperatura ng linear expansion).

Ang halaga ng T c ay nakasalalay sa lakas ng koneksyon ng mga magnetic moment sa isa't isa, sa kaso ng isang malakas na koneksyon na naabot nito: para sa purong bakal T c = 768 o C, para sa cobalt T c = 1131 o C, lumampas sa 1000 o C para sa iron-cobalt alloys. Para sa maraming mga sangkap Tc ay maliit (para sa nickel Tc = 358 o C). Sa pamamagitan ng halaga ng T c maaaring matantya ng isa ang nagbubuklod na enerhiya ng mga magnetic moment sa bawat isa. Upang sirain ang iniutos na pag-aayos ng mga magnetic moment, kinakailangan ang enerhiya ng thermal motion, na higit na lumampas sa parehong enerhiya ng pakikipag-ugnayan ng mga dipoles at ang potensyal na enerhiya ng magnetic dipole sa field.

Sa temperatura ng Curie, ang magnetic permeability ng isang ferromagnet ay nagiging humigit-kumulang katumbas ng pagkakaisa sa itaas ng Curie point, ang pagbabago sa magnetic susceptibility ay sumusunod Batas ng Curie-Weiss.

Para sa bawat ferromagnet mayroong isang tiyak na temperatura - ang Curie point.

1. Kung t ng sangkap< t Кюри, то вещество обладает ферромагнитными свойствами.

2. Kung t ng isang substance > Curie t, mawawala ang ferromagnetic properties (magnetization) at magiging paramagnetic ang substance. Samakatuwid, ang mga permanenteng magnet ay nawawala ang kanilang mga magnetic properties kapag pinainit.

Panitikan

Zhilko, V.V. Physics: aklat-aralin. allowance para sa ika-11 baitang. Pangkalahatang edukasyon paaralan mula sa Russian wika pagsasanay / 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/

Na-post sa Allbest.ru

Mga katulad na dokumento

Ang magnetic field ay isang bahagi ng electromagnetic field na lumilitaw sa pagkakaroon ng isang electric field na nag-iiba-iba ng oras. Magnetic na katangian ng mga sangkap. Mga kondisyon para sa paglikha at pagpapakita ng isang magnetic field. Batas ng Ampere at mga yunit ng pagsukat ng magnetic field.

pagtatanghal, idinagdag noong 11/16/2011


Ang kakanyahan ng magnetic field, ang mga pangunahing katangian nito. Mga konsepto at pag-uuri ng mga magnet - mga sangkap na maaaring ma-magnetize sa isang panlabas na magnetic field. Istraktura at katangian ng mga materyales. Permanenteng at electric magnet at ang kanilang mga lugar ng aplikasyon.

abstract, idinagdag noong 12/02/2012


Kalikasan at katangian ng magnetic field. Magnetic na katangian ng iba't ibang mga sangkap at pinagmumulan ng magnetic field. Ang istraktura ng mga electromagnet, ang kanilang pag-uuri, aplikasyon at mga halimbawa ng paggamit. Solenoid at ang aplikasyon nito. Pagkalkula ng magnetizing device.

course work, idinagdag noong 01/17/2011


Ang proseso ng pagbuo at hitsura ng isang magnetic field. Magnetic na katangian ng mga sangkap. Pakikipag-ugnayan ng dalawang magnet at ang phenomenon ng electromagnetic induction. Ang mga foucault current ay mga eddy induction current na lumalabas sa napakalaking conductor kapag nagbabago ang magnetic flux.

pagtatanghal, idinagdag noong 11/17/2010


Ang konsepto at pagkilos ng isang magnetic field, ang mga katangian nito: magnetic induction, magnetic flux, intensity, magnetic permeability. Magnetic induction formula at ang "kaliwang kamay" na panuntunan. Mga elemento at uri ng magnetic circuit, pagbabalangkas ng kanilang mga pangunahing batas.

pagtatanghal, idinagdag noong 05/27/2014


Ang pagkilos ng isang force field sa espasyong nakapalibot sa mga alon at permanenteng magnet. Mga pangunahing katangian ng magnetic field. Ang hypothesis ni Ampère, batas ng Biot-Savart-Laplace. Magnetic na sandali ng isang kasalukuyang nagdadala ng frame. Ang kababalaghan ng electromagnetic induction; hysteresis, self-induction.

pagtatanghal, idinagdag 07/28/2015


Mga pangunahing konsepto, uri (diamagnets, ferrimagnets, paramagnets, antiferromagnets) at mga kondisyon para sa pagpapakita ng magnetism. Ang likas na katangian ng ferromagnetic na estado ng mga sangkap. Ang kakanyahan ng kababalaghan ng magnetostriction. Paglalarawan ng mga istruktura ng domain sa manipis na magnetic films.

abstract, idinagdag 08/30/2010


Mga pagpapakita ng magnetic field, mga parameter na nagpapakilala nito. Mga tampok ng ferromagnetic (soft at hard magnetic) na materyales. Ang mga batas ng Kirchhoff at Ohm para sa mga direktang kasalukuyang magnetic circuit, ang prinsipyo ng kanilang pagkalkula, ang kanilang pagkakatulad sa mga de-koryenteng circuit.

pagsubok, idinagdag noong 10/10/2010


Pag-aaral ng mga phenomena ng diamagnetism at paramagnetism. Magnetic na pagkamaramdamin ng mga atomo ng mga elemento ng kemikal. Magnetic atomic order at spontaneous magnetization sa ferromagnetic minerals. Solid, likido at gas phase. Magnetic na katangian ng sedimentary rocks.

pagtatanghal, idinagdag noong 10/15/2013


Ang konsepto at mga pangunahing katangian ng isang magnetic field, ang pag-aaral ng isang closed loop na may kasalukuyang sa isang magnetic field. Mga parameter at pagpapasiya ng direksyon ng vector at mga linya ng magnetic induction. Talambuhay at pang-agham na aktibidad ni Andre Marie Ampere, ang kanyang pagtuklas sa kapangyarihan ng Ampere.

Anumang substance sa mundo ay may ilang mga magnetic properties. Ang mga ito ay sinusukat sa pamamagitan ng magnetic permeability. Sa artikulong ito titingnan natin ang mga magnetic na katangian ng bagay.

Ang hypothesis ni Ampere

Ang magnetic permeability ay nagpapakita kung gaano karaming beses ang magnetic field induction sa isang partikular na kapaligiran ay mas mababa o mas malaki kaysa sa magnetic field induction sa isang vacuum.

Ang isang sangkap na lumilikha ng sarili nitong magnetic field ay tinatawag na magnetized. Ang magnetization ay nangyayari kapag ang isang substance ay inilagay sa isang panlabas na magnetic field.

Itinatag ng Pranses na siyentipiko na si Ampere ang dahilan, ang kinahinatnan nito ay ang pagkakaroon ng mga magnetic na katangian ng mga katawan. Ang hypothesis ng Ampere ay nagsasaad na may mga microscopic electric currents sa loob ng matter (ang isang electron ay may sariling magnetic moment, na may quantum nature, orbital motion sa mga electron atoms). Sila ang tumutukoy sa mga magnetic na katangian ng isang sangkap. Kung ang mga agos ay may hindi maayos na direksyon, ang mga magnetic field na kanilang nabuo ay magkakansela sa isa't isa. Hindi magnetized ang katawan. Isang panlabas na magnetic field ang kumokontrol sa mga alon na ito. Bilang resulta, ang sangkap ay bumubuo ng sarili nitong magnetic field. Ito ang magnetization ng substance.

Ito ay sa pamamagitan ng reaksyon ng mga sangkap sa isang panlabas na magnetic field at sa pamamagitan ng kaayusan ng kanilang panloob na istraktura na ang mga magnetic na katangian ng isang sangkap ay natutukoy. Alinsunod sa mga parameter na ito, nahahati sila sa mga sumusunod na grupo:

• Mga Paramagnet
• Mga diamagnet
• Ferromagnets
• Antiferromagnets

Mga diamagnet at paramagnet

• Ang mga sangkap na may negatibong magnetic susceptibility, na independiyente sa lakas ng magnetic field, ay tinatawag na diamagnetic na materyales. Alamin natin kung anong mga magnetic properties ng isang substance ang tinatawag na negative magnetic suceptibility. Ito ay kapag ang isang magnet ay dinadala sa isang katawan, at ito ay tinataboy sa halip na maakit. Kasama sa mga diamagnet, halimbawa, ang mga inert gas, hydrogen, phosphorus, zinc, gold, nitrogen, silicon, bismuth, copper, at silver. Iyon ay, ito ay mga sangkap na nasa isang superconducting na estado o may mga covalent bond.
• Paramagnetic na materyales. Para sa mga sangkap na ito, ang magnetic suceptibility ay hindi rin nakadepende sa kung anong lakas ng field ang umiiral. Siya ay positibo bagaman. Iyon ay, kapag ang isang paramagnetic ay lumalapit sa isang permanenteng magnet, isang kaakit-akit na puwersa ang lumitaw. Kabilang dito ang aluminyo, platinum, oxygen, mangganeso, bakal.

Ferromagnets

Ang mga sangkap na may mataas na positibong magnetic susceptibility ay tinatawag na ferromagnets. Para sa mga sangkap na ito, hindi tulad ng diamagnetic at paramagnetic na materyales, ang magnetic suceptibility ay nakasalalay sa temperatura at lakas ng magnetic field, at sa isang makabuluhang lawak. Kabilang dito ang nickel at cobalt crystals.

Antiferromagnets at ferrimagnets

• Ang mga sangkap kung saan, sa panahon ng pag-init, ang isang phase transition ng ibinigay na sangkap ay nangyayari, na sinamahan ng hitsura ng mga paramagnetic na katangian, ay tinatawag na antiferromagnets. Kung ang temperatura ay nagiging mas mababa kaysa sa isang tiyak, ang mga katangian ng sangkap na ito ay hindi masusunod. Ang mga halimbawa ng mga sangkap na ito ay manganese at chromium.
• Ang mga Ferrimagnets ay nailalarawan sa pagkakaroon ng hindi nabayarang antiferromagnetism sa kanila. Ang kanilang magnetic suceptibility ay nakasalalay din sa mga temperatura at lakas ng magnetic field. Ngunit mayroon pa rin silang pagkakaiba. Kasama sa mga sangkap na ito ang iba't ibang mga oxide.

Ang lahat ng mga magnet sa itaas ay maaaring nahahati pa sa 2 kategorya:

• Matigas na magnetic na materyales. Ito ay mga materyales na may mataas na halaga ng coercivity. Upang muling i-magnetize ang mga ito, kinakailangan upang lumikha ng isang malakas na magnetic field. Ang mga materyales na ito ay ginagamit sa paggawa ng mga permanenteng magnet.
• Ang malambot na magnetic na materyales, sa kabaligtaran, ay may mababang puwersang pumipilit. Sa mahinang magnetic field, nakapasok sila sa saturation. Mayroon silang mababang pagkalugi dahil sa pagbabalik ng magnetization. Dahil dito, ang mga materyales na ito ay ginagamit upang gumawa ng mga core para sa mga de-koryenteng makina na nagpapatakbo sa alternating current. Ito ay, halimbawa, isang kasalukuyang at boltahe na transpormer, o isang generator, o isang asynchronous na motor.

Tiningnan namin ang lahat ng pangunahing magnetic properties ng matter at nalaman kung anong mga uri ng magnet ang umiiral.

Maraming mga eksperimento ang nagpapahiwatig na ang lahat ng mga sangkap na inilagay sa isang magnetic field ay na-magnetize at lumikha ng kanilang sariling magnetic field, ang aksyon na kung saan ay idinagdag sa pagkilos ng isang panlabas na magnetic field:

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

kung saan ang \(~\vec B\) ay ang magnetic field induction sa substance; Ang \(~\vec B_0\) ay ang magnetic induction ng field sa isang vacuum, \(~\vec B_1\) ay ang magnetic induction ng field na nagreresulta mula sa magnetization ng substance. Sa kasong ito, ang sangkap ay maaaring palakasin o pahinain ang magnetic field. Ang impluwensya ng isang sangkap sa isang panlabas na magnetic field ay nailalarawan sa pamamagitan ng halaga μ, na tinatawag na magnetic permeability ng sangkap.

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

• Magnetic permeability ay isang pisikal na scalar quantity na nagpapakita kung gaano karaming beses ang magnetic field induction sa isang partikular na substance ay naiiba sa magnetic field induction sa isang vacuum.

Dia- at para-magnet

Ang lahat ng mga sangkap ay may ilang mga magnetic na katangian, i.e. sila magneto. Para sa karamihan ng mga sangkap, ang magnetic permeability μ ay malapit sa pagkakaisa at hindi nakadepende sa lakas ng magnetic field. Ang mga sangkap kung saan ang magnetic permeability ay bahagyang mas mababa kaysa sa pagkakaisa (μ< 1), называются diamagnetic na materyales, bahagyang mas malaki kaysa sa pagkakaisa (μ > 1) - paramagnetic. Ang mga sangkap na ang magnetic permeability ay nakasalalay sa lakas ng panlabas na larangan at maaaring makabuluhang lumampas sa pagkakaisa (μ » 1) ay tinatawag ferromagnets.

Ang mga halimbawa ng diamagnetic na materyales ay lead, zinc, bismuth (μ = 0.9998); paramagnetic substance - sodium, oxygen, aluminum (μ = 1.00023); ferromagnets - cobalt, nickel, iron (μ umabot sa halagang 8⋅10 3).

Ang unang paliwanag ng mga dahilan kung bakit ang mga katawan ay may magnetic properties ay ibinigay ni Henri Ampère (1820). Ayon sa kanyang hypothesis, ang mga elementarya na electric current ay umiikot sa loob ng mga molecule at atoms, na tumutukoy sa magnetic properties ng anumang substance.

Kumuha tayo ng solid substance. Ang magnetization nito ay nauugnay sa magnetic properties ng mga particle (molecules at atoms) kung saan ito binubuo. Isaalang-alang natin kung anong kasalukuyang mga circuit ang posible sa antas ng micro. Ang magnetismo ng mga atom ay dahil sa dalawang pangunahing dahilan:

1) ang paggalaw ng mga electron sa paligid ng nucleus sa mga saradong orbit ( orbital magnetic moment) (Larawan 1);

2) ang intrinsic na pag-ikot (spin) ng mga electron ( spin magnetic moment) (Larawan 2).

Dahil ang mga orbital na eroplano ng iba't ibang mga electron sa isang atom ay hindi nagtutugma, ang magnetic field induction vectors na nilikha ng mga ito (orbital at spin magnetic moments) ay nakadirekta sa iba't ibang mga anggulo sa bawat isa. Ang resultang induction vector ng isang multielectron atom ay katumbas ng vector sum ng field induction vectors na nilikha ng mga indibidwal na electron. Ang mga atom na may bahagyang napuno na mga shell ng elektron ay may mga hindi nabayarang patlang. Sa mga atomo na may napunong mga shell ng elektron, ang nagresultang induction vector ay 0.

Sa lahat ng mga kaso, ang pagbabago sa magnetic field ay sanhi ng paglitaw ng mga magnetization currents (ang phenomenon ng electromagnetic induction ay sinusunod). Sa madaling salita, ang prinsipyo ng superposition para sa magnetic field ay nananatiling wasto: ang field sa loob ng magnet ay isang superposition ng panlabas na field \(~\vec B_0\) at ang field na \(~\vec B"\) ng magnetizing currents ako', na lumitaw sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na larangan. Kung ang larangan ng mga alon ng magnetization ay nakadirekta sa parehong paraan tulad ng panlabas na larangan, kung gayon ang induction ng kabuuang patlang ay magiging mas malaki kaysa sa panlabas na patlang (Larawan 3, a) - sa kasong ito sinasabi namin na ang sangkap ay nagpapalaki sa larangan ; kung ang larangan ng mga alon ng magnetization ay nakadirekta sa tapat ng panlabas na larangan, kung gayon ang kabuuang patlang ay magiging mas mababa kaysa sa panlabas na patlang (Larawan 3, b) - sa ganitong diwa na sinasabi natin na ang sangkap ay nagpapahina sa magnetic field.

SA diamagnetic na materyales ang mga molekula ay walang sariling magnetic field. Sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na magnetic field sa mga atomo at molekula, ang larangan ng magnetization currents ay nakadirekta sa tapat ng panlabas na field, samakatuwid ang magnitude ng magnetic induction vector \(~\vec B\) ng resultang field ay magiging mas mababa sa ang magnitude ng magnetic induction vector \(~\vec B_0\) ng external field.

SA mga paramagnet Ang mga molekula ay may sariling magnetic field. Sa kawalan ng isang panlabas na magnetic field, dahil sa thermal motion, ang mga induction vectors ng magnetic field ng mga atomo at molekula ay random na nakatuon, kaya ang kanilang average na magnetization ay zero (Fig. 4, a). Kapag ang isang panlabas na magnetic field ay inilapat sa mga atomo at mga molekula, isang sandali ng puwersa ay nagsisimulang kumilos, na may posibilidad na paikutin ang mga ito upang ang kanilang mga patlang ay nakatuon parallel sa panlabas na larangan. Ang oryentasyon ng mga paramagnetic molecule ay humahantong sa katotohanan na ang sangkap ay magnetized (Larawan 4, b).

Ang kumpletong oryentasyon ng mga molekula sa isang magnetic field ay pinipigilan ng kanilang thermal motion, samakatuwid ang magnetic permeability ng paramagnetic na materyales ay nakasalalay sa temperatura. Malinaw na sa pagtaas ng temperatura ang magnetic permeability ng paramagnetic na materyales ay bumababa.

Ferromagnets

Ang mismong pangalan ng klase ng magnetic na materyales ay nagmula sa Latin na pangalan para sa bakal - Ferrum. Ang pangunahing tampok ng mga sangkap na ito ay ang kakayahang mapanatili ang magnetization sa kawalan ng isang panlabas na magnetic field ang lahat ng mga permanenteng magnet ay nabibilang sa klase ng mga ferromagnets. Bilang karagdagan sa bakal, ang "mga kapitbahay" nito sa periodic table - kobalt at nikel - ay may mga katangian ng ferromagnetic. Ang mga ferromagnetic na materyales ay nakakahanap ng malawak na praktikal na aplikasyon sa agham at teknolohiya samakatuwid, ang isang makabuluhang bilang ng mga haluang metal ay binuo na may iba't ibang mga katangian ng ferromagnetic.

Ang lahat ng mga ibinigay na halimbawa ng mga ferromagnets ay tumutukoy sa mga metal ng pangkat ng paglipat, ang shell ng elektron na naglalaman ng ilang hindi magkapares na mga electron, na humahantong sa katotohanan na ang mga atomo na ito ay may sariling malaking magnetic field. Sa mala-kristal na estado, dahil sa pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga atomo sa mga kristal, ang mga lugar ng kusang magnetization - mga domain - bumangon. Ang mga sukat ng mga domain na ito ay ikasampu at daan-daang millimeter (10 -4 − 10 -5 m), na makabuluhang lumampas sa laki ng isang indibidwal na atom (10 -9 m). Sa loob ng isang domain, ang mga magnetic field ng mga atom ay mahigpit na naka-orient sa parallel ang oryentasyon ng mga magnetic field ng iba pang mga domain sa kawalan ng isang panlabas na magnetic field na nagbabago nang arbitraryo (Larawan 5).

Kaya, kahit na sa isang hindi-magnetized na estado, ang malakas na magnetic field ay umiiral sa loob ng isang ferromagnet, ang oryentasyon kung saan nagbabago sa isang random, magulong paraan sa panahon ng paglipat mula sa isang domain patungo sa isa pa. Kung ang mga sukat ng isang katawan ay makabuluhang lumampas sa mga sukat ng mga indibidwal na domain, kung gayon ang average na magnetic field na nilikha ng mga domain ng katawan na ito ay halos wala.

Kung maglalagay ka ng ferromagnet sa isang panlabas na magnetic field SA 0, pagkatapos ay magsisimulang muling ayusin ang mga magnetic moment ng mga domain. Gayunpaman, ang mekanikal na spatial na pag-ikot ng mga seksyon ng sangkap ay hindi nangyayari. Ang proseso ng pagbabalik ng magnetization ay nauugnay sa isang pagbabago sa paggalaw ng mga electron, ngunit hindi sa isang pagbabago sa posisyon ng mga atomo sa mga node ng kristal na sala-sala. Ang mga domain na may pinakakanais-nais na oryentasyon na may kaugnayan sa direksyon ng field ay nagpapataas ng laki ng mga ito sa kapinsalaan ng mga kalapit na "wrongly oriented" na mga domain, na sumisipsip sa kanila. Sa kasong ito, ang patlang sa sangkap ay tumataas nang malaki.

Mga katangian ng ferromagnets

1) ang mga ferromagnetic na katangian ng isang sangkap ay lilitaw lamang kapag ang kaukulang sangkap ay matatagpuan nasa mala-kristal na estado;

2) ang mga magnetic na katangian ng ferromagnets ay malakas na nakasalalay sa temperatura, dahil ang oryentasyon ng mga magnetic field ng mga domain ay pinipigilan ng thermal motion. Para sa bawat ferromagnet mayroong isang tiyak na temperatura kung saan ang istraktura ng domain ay ganap na nawasak at ang ferromagnet ay nagiging isang paramagnet. Ang halaga ng temperatura na ito ay tinatawag Curie point. Kaya para sa purong bakal ang temperatura ng Curie ay humigit-kumulang 900°C;

3) ferromagnets ay magnetized hanggang sa saturation sa mahinang magnetic field. Ipinapakita ng Figure 6 kung paano nagbabago ang magnetic field induction modulus B sa bakal na may pagbabago sa panlabas na larangan B 0 ;

4) ang magnetic permeability ng isang ferromagnet ay nakasalalay sa panlabas na magnetic field (Larawan 7).

Ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na sa simula, na may isang pagtaas B 0 magnetic induction B lumalaki nang mas malakas, at, samakatuwid, tataas ang μ. Pagkatapos, sa halaga ng magnetic induction B Nagaganap ang ´ 0 saturation (μ sa sandaling ito ay maximum) at may karagdagang pagtaas B 0 magnetic induction B Ang 1 sa sangkap ay huminto sa pagbabago, at ang magnetic permeability ay bumababa (may posibilidad na 1):

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

5) ang mga ferromagnets ay nagpapakita ng natitirang magnetization. Kung, halimbawa, ang isang ferromagnetic rod ay inilagay sa isang solenoid kung saan ang kasalukuyang pumasa at nag-magnetize hanggang sa saturation (point A) (Larawan 8), at pagkatapos ay bawasan ang kasalukuyang sa solenoid, at kasama nito B 0, pagkatapos ay mapapansin na ang field induction sa baras sa panahon ng demagnetization nito ay palaging nananatiling mas malaki kaysa sa panahon ng proseso ng magnetization. Kailan B 0 = 0 (ang kasalukuyang sa solenoid ay naka-off), ang induction ay magiging katumbas ng B r(tirang induction). Maaaring alisin ang baras mula sa solenoid at gamitin bilang isang permanenteng magnet. Upang sa wakas ay ma-demagnetize ang baras, kailangan mong ipasa ang isang kasalukuyang sa kabaligtaran ng direksyon sa pamamagitan ng solenoid, i.e. maglapat ng panlabas na magnetic field na may kabaligtaran na direksyon ng induction vector. Ngayon ang pagtaas ng modulus ng induction ng field na ito sa B oc, i-demagnetize ang baras ( B = 0).).

Kaya, kapag magnetizing at demagnetizing isang ferromagnet, ang induction B nahuhuli B 0 . Ang lag na ito ay tinatawag hysteresis phenomenon. Ang curve na ipinapakita sa Figure 8 ay tinatawag hysteresis loop.

Ang hugis ng magnetization curve (hysteresis loop) ay makabuluhang nag-iiba para sa iba't ibang ferromagnetic na materyales, na natagpuang napakalawak na gamit sa mga pang-agham at teknikal na aplikasyon. Ang ilang mga magnetic na materyales ay may malawak na loop na may mataas na halaga ng remanence at coercivity, ang mga ito ay tinatawag magnetically hard at ginagamit upang gumawa ng mga permanenteng magnet. Ang iba pang mga ferromagnetic na haluang metal ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga mababang halaga ng puwersa na pumipilit ang mga naturang materyales ay madaling na-magnetize at muling na-magnetize kahit sa mahinang mga field. Ang mga naturang materyales ay tinatawag magnetically malambot at ginagamit sa iba't ibang mga de-koryenteng aparato - mga relay, mga transformer, magnetic circuit, atbp.

Panitikan

1. Aksenovich L. A. Physics sa sekondaryang paaralan: Teorya. Mga gawain. Mga Pagsusulit: Teksbuk. allowance para sa mga institusyong nagbibigay ng pangkalahatang edukasyon. kapaligiran, edukasyon / 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. Physics: aklat-aralin. allowance para sa ika-11 baitang. Pangkalahatang edukasyon paaralan mula sa Russian wika pagsasanay / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L. G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2002. - pp. 291-297.