Berapa momen magnet dari magnet permanen. Momen magnet loop. Definisi. Rumus. Sebuah pengalaman. Perhitungan gerakan momen magnet dalam medan yang tidak homogen
Substansi apapun. Sumber pembentukan magnet, menurut teori elektromagnetik klasik, adalah arus mikro yang timbul dari gerakan elektron dalam orbitnya. Momen magnetik adalah properti yang sangat diperlukan dari semua inti, kulit elektron atom dan molekul tanpa kecuali.
Magnetisme, yang melekat pada semua partikel elementer, sesuai dengan keberadaan momen mekanisnya, disebut spin (impuls mekanis sendiri yang bersifat kuantum). Sifat magnetik inti atom terdiri dari momen spin dari bagian penyusun inti - proton dan neutron. Kulit elektronik (orbit intra-atomik) juga memiliki momen magnetik, yang merupakan jumlah momen magnetik elektron di atasnya.
Dengan kata lain, momen magnetik partikel elementer disebabkan oleh efek mekanika kuantum intra-atomik yang dikenal sebagai momentum spin. Efek ini mirip dengan momentum sudut rotasi di sekitar sumbu pusatnya sendiri. Momentum putaran diukur dalam konstanta Planck, konstanta dasar teori kuantum.
Semua neutron, elektron, dan proton, yang menurut Planck, terdiri dari atom, memiliki putaran yang sama dengan . Dalam struktur atom, elektron yang berputar mengelilingi inti, selain memiliki momentum spin, juga memiliki momentum sudut orbital. Nukleus, meskipun menempati posisi statis, juga memiliki momentum sudut, yang diciptakan oleh efek putaran nuklir.
Medan magnet yang menghasilkan momen magnet atom ditentukan oleh berbagai bentuk momentum sudut ini. Ini adalah efek putaran yang memberikan kontribusi paling nyata pada penciptaan. Menurut prinsip Pauli, yang menyatakan bahwa dua elektron identik tidak dapat secara bersamaan berada dalam keadaan kuantum yang sama, elektron terikat bergabung, sementara momen spin mereka memperoleh proyeksi yang berlawanan secara diametris. Dalam hal ini, momen magnetik elektron berkurang, yang mengurangi sifat magnetik seluruh struktur. Pada beberapa elemen yang memiliki jumlah elektron genap, momen ini berkurang menjadi nol, dan zat tersebut tidak lagi memiliki sifat magnetik. Dengan demikian, momen magnetik partikel elementer individu memiliki dampak langsung pada sifat magnetik seluruh sistem nuklir-atom.
Unsur feromagnetik dengan jumlah elektron ganjil akan selalu memiliki sifat kemagnetan bukan nol karena elektron tidak berpasangan. Dalam unsur-unsur seperti itu, orbital tetangga tumpang tindih, dan semua momen spin elektron yang tidak berpasangan mengasumsikan orientasi yang sama dalam ruang, yang mengarah pada pencapaian keadaan energi terendah. Proses ini disebut interaksi pertukaran.
Dengan penyelarasan momen magnetik atom feromagnetik seperti itu, medan magnet muncul. Dan elemen paramagnetik, yang terdiri dari atom-atom dengan momen magnet yang disorientasi, tidak memiliki medan magnetnya sendiri. Tetapi jika Anda bertindak pada mereka dengan sumber magnet eksternal, maka momen magnetik atom akan sejajar, dan elemen-elemen ini juga akan memperoleh sifat magnetik.
Pengalaman menunjukkan bahwa semua zat bersifat magnetis, mis. mampu, di bawah pengaruh medan magnet eksternal, untuk menciptakan medan magnet internal mereka sendiri (memperoleh momen magnet mereka sendiri, memagnetisasi).
Untuk menjelaskan magnetisasi benda, Ampere menyarankan agar arus molekul melingkar bersirkulasi dalam molekul zat. Setiap arus mikro I i memiliki momen magnetnya sendiri dan menciptakan medan magnet di ruang sekitarnya (Gbr. 1). Dengan tidak adanya medan eksternal, arus molekul dan arus terkait berorientasi secara acak, oleh karena itu medan yang dihasilkan di dalam zat dan momen total seluruh zat sama dengan nol. Ketika suatu zat ditempatkan dalam medan magnet eksternal, momen magnetik molekul memperoleh orientasi dominan dalam satu arah, momen magnetik total menjadi nol, dan magnet termagnetisasi. Medan magnet arus molekul individu tidak lagi saling mengimbangi, dan medan internalnya sendiri muncul di dalam magnet.
Mari kita pertimbangkan alasan fenomena ini dari sudut pandang struktur atom berdasarkan model planet atom. Menurut Rutherford, inti bermuatan positif terletak di pusat atom, di mana elektron bermuatan negatif berputar di orbit stasioner. Sebuah elektron yang bergerak dalam orbit melingkar di sekitar inti dapat dianggap sebagai arus melingkar (arus mikro). Karena arah pergerakan muatan positif secara konvensional diambil sebagai arah arus, dan muatan elektron negatif, arah arus mikro berlawanan dengan arah pergerakan elektron (Gbr. 2).
Besarnya arus mikro I e dapat ditentukan sebagai berikut. Jika selama waktu t elektron membuat N revolusi di sekitar nukleus, maka melalui area yang terletak di mana saja di jalur elektron, sebuah muatan ditransfer - muatan elektron).
Menurut definisi kekuatan arus,
di mana adalah frekuensi rotasi elektron.
Jika arus I mengalir dalam loop tertutup, maka loop tersebut memiliki momen magnet, modulusnya adalah
di mana S- daerah yang dibatasi oleh kontur.
Untuk arus mikro, area ini adalah area orbit S = p r 2
(r adalah jari-jari orbit), dan momen magnetnya adalah
di mana w = 2pn adalah frekuensi siklik, adalah kecepatan linier elektron.
Momen tersebut disebabkan oleh gerak elektron pada orbitnya, oleh karena itu disebut momen magnetik orbital elektron.
Momen magnetik p m, yang dimiliki elektron karena gerakannya dalam orbit, disebut momen magnetik orbital elektron.
Arah vektor membentuk sistem tangan kanan dengan arah arus mikro.
Seperti setiap titik material yang bergerak dalam lingkaran, elektron memiliki momentum sudut:
Momen momentum L, yang dimiliki elektron karena gerakannya dalam orbit, disebut momen mekanik orbital. Ini membentuk sistem tangan kanan dengan arah gerak elektron. Seperti dapat dilihat dari Gambar. 2, arah vektor dan berlawanan.
Ternyata, selain momen orbital (yaitu, karena gerakan di orbit), elektron memiliki momen mekanis dan magnetiknya sendiri.
Awalnya, mereka mencoba menjelaskan keberadaannya dengan menganggap elektron sebagai bola yang berputar di sekitar porosnya sendiri, sehingga momen mekanis elektron itu sendiri disebut spin (dari bahasa Inggris spin - untuk memutar). Belakangan diketahui bahwa gagasan ini mengarah pada sejumlah kontradiksi dan hipotesis tentang elektron yang "berputar" ditinggalkan.
Sekarang telah ditetapkan bahwa spin elektron dan momen magnetik intrinsik (spin) terkait adalah properti integral dari elektron, seperti muatan dan massanya.
Momen magnetik elektron dalam atom adalah jumlah momen orbital dan spin:
Momen magnetik atom terdiri dari momen magnetik elektron penyusunnya (momen magnetik inti diabaikan karena kecilnya):
Magnetisasi zat.
Atom dalam medan magnet. Dia- dan efek paramagnetik.
Mari kita pertimbangkan mekanisme aksi medan magnet eksternal pada elektron yang bergerak dalam atom, mis. pada arus mikro.
Seperti yang Anda ketahui, ketika rangkaian dengan arus ditempatkan dalam medan magnet dengan induksi, torsi gaya muncul
di bawah pengaruh kontur yang diorientasikan sedemikian rupa sehingga bidang kontur tegak lurus, dan momen magnet sepanjang arah vektor (Gbr. 3).
Arus mikro elektronik berperilaku serupa. Namun, orientasi arus mikro orbital dalam medan magnet tidak persis sama dengan loop arus. Faktanya adalah bahwa elektron yang bergerak di sekitar nukleus dan memiliki momentum sudut mirip dengan puncak, oleh karena itu, ia memiliki semua fitur perilaku giroskop di bawah pengaruh gaya eksternal, khususnya, efek giroskopik. Oleh karena itu, ketika sebuah atom ditempatkan dalam medan magnet, torsi mulai bekerja pada arus mikro orbital yang cenderung membentuk momen magnetik orbital elektron sepanjang arah medan, sebuah presesi vektor muncul di sekitar arah medan magnet. vektor (karena efek giroskopik). Frekuensi presesi ini
ditelepon Larmorova frekuensi dan sama untuk semua elektron atom.
Jadi, ketika zat apa pun ditempatkan dalam medan magnet, setiap elektron atom, karena presesi orbitnya di sekitar arah medan eksternal, menghasilkan medan magnet induksi tambahan yang diarahkan ke luar dan melemahkannya. Karena momen magnet induksi dari semua elektron diarahkan dengan cara yang sama (berlawanan dengan vektor), momen induksi total atom juga diarahkan melawan medan eksternal.
Fenomena kemunculan medan magnet induksi dalam magnet (disebabkan oleh presesi orbit elektron dalam medan magnet luar), yang diarahkan berlawanan dengan medan luar dan melemahkannya, disebut efek diamagnetik. Diamagnetisme melekat pada semua zat alam.
Efek diamagnetik menyebabkan melemahnya medan magnet luar dalam magnet.
Namun, efek lain, yang disebut paramagnetik, juga mungkin terjadi. Dengan tidak adanya medan magnet, momen magnetik atom karena gerakan termal diorientasikan secara acak dan momen magnetik yang dihasilkan dari zat adalah nol (Gbr. 4, a).
Ketika zat semacam itu dimasukkan ke dalam medan magnet yang seragam dengan induksi, medan tersebut cenderung membentuk momen magnetik atom di sepanjang, oleh karena itu, vektor momen magnetik atom (molekul) mendahului arah vektor. Gerakan termal dan tumbukan timbal balik atom menyebabkan peluruhan bertahap dari presesi dan penurunan sudut antara arah vektor momen magnetik dan vektor. Aksi gabungan medan magnet dan gerakan termal mengarah ke orientasi dominan momen magnetik atom di sepanjang medan
(Gbr. 4, b), semakin banyak, semakin sedikit, semakin tinggi suhunya. Akibatnya, momen magnet total dari semua atom zat akan menjadi nol, zat tersebut akan termagnetisasi, dan medan magnet internalnya sendiri muncul di dalamnya, diarahkan bersama dengan medan eksternal dan memperkuatnya.
Fenomena kemunculan medan magnet intrinsik dalam magnet, yang disebabkan oleh orientasi momen magnetik atom di sepanjang arah medan eksternal dan memperkuatnya, disebut efek paramagnetik.
Efek paramagnetik menyebabkan peningkatan medan magnet eksternal dalam magnet.
Ketika zat apa pun ditempatkan dalam medan magnet eksternal, itu menjadi magnet, mis. memperoleh momen magnet karena efek dia- atau paramagnetik, dalam zat itu sendiri ada medan magnet internalnya sendiri (bidang arus mikro) dengan induksi.
Untuk deskripsi kuantitatif magnetisasi suatu zat, konsep magnetisasi diperkenalkan.
Magnetisasi magnet adalah besaran fisika vektor yang sama dengan momen magnet total dari satu unit volume magnet:
Dalam SI, magnetisasi diukur dalam A / m.
Magnetisasi tergantung pada sifat magnetik zat, besarnya medan eksternal dan suhu. Jelas bahwa magnetisasi magnet dikaitkan dengan induksi.
Pengalaman menunjukkan bahwa untuk sebagian besar zat dan tidak dalam medan yang sangat kuat, magnetisasi berbanding lurus dengan kekuatan medan luar, yang menyebabkan magnetisasi:
di mana c adalah suseptibilitas magnetik zat, kuantitas tak berdimensi.
Semakin besar nilai c, semakin termagnetisasi zat tersebut pada medan luar tertentu.
Dapat dibuktikan bahwa
Medan magnet dalam materi adalah jumlah vektor dari dua medan: medan magnet eksternal dan medan magnet internal, atau intrinsik, yang diciptakan oleh arus mikro. Vektor induksi magnet medan magnet dalam zat mencirikan medan magnet yang dihasilkan dan sama dengan jumlah geometris induksi magnetik medan magnet eksternal dan internal:
Permeabilitas magnet relatif suatu zat menunjukkan berapa kali induksi medan magnet berubah dalam zat tertentu.
Apa yang sebenarnya terjadi pada medan magnet dalam suatu zat - apakah itu diperkuat atau dilemahkan - tergantung pada besarnya momen magnet atom (atau molekul) zat yang diberikan.
Dia- dan paramagnet. Ferromagnet.
magnet disebut zat yang mampu memperoleh sifat magnetik dalam medan magnet eksternal - termagnetisasi, mis. menciptakan medan magnet internal Anda sendiri.
Seperti yang telah disebutkan, semua zat bersifat magnetis, karena medan magnet internalnya sendiri ditentukan oleh penjumlahan vektor dari medan mikro yang dihasilkan oleh setiap elektron dari setiap atom:
Sifat magnetik suatu zat ditentukan oleh sifat magnetik elektron dan atom dari zat yang diberikan. Berdasarkan sifat kemagnetannya, magnet dibagi menjadi diamagnet, paramagnet, feromagnet, antiferromagnet, dan ferit. Mari kita pertimbangkan secara berurutan kelas-kelas zat ini.
Kami menemukan bahwa ketika suatu zat ditempatkan dalam medan magnet, dua efek dapat terjadi:
1. Paramagnetik, menyebabkan peningkatan medan magnet dalam magnet karena orientasi momen magnetik atom di sepanjang arah medan luar.
2. Diamagnetik, menyebabkan melemahnya medan karena presesi orbit elektron dalam medan eksternal.
Bagaimana menentukan mana dari efek ini yang akan muncul (atau keduanya pada saat yang sama), mana di antara mereka yang ternyata lebih kuat, apa yang akhirnya terjadi pada medan magnet dalam suatu zat - apakah itu diperkuat atau melemah?
Seperti yang telah kita ketahui, sifat magnetik suatu zat ditentukan oleh momen magnetik atomnya, dan momen magnetik atom terdiri dari momen magnetik orbital dan spin intrinsik elektron yang termasuk dalam komposisinya:
Untuk atom dari beberapa zat, jumlah vektor momen magnetik orbital dan spin elektron sama dengan nol, mis. momen magnetik seluruh atom adalah nol. Ketika zat tersebut ditempatkan dalam medan magnet, efek paramagnetik, secara alami, tidak dapat muncul, karena hanya muncul karena orientasi momen magnetik atom dalam medan magnet, tetapi di sini mereka tidak.
Tetapi presesi orbit elektron dalam medan luar, yang menyebabkan efek diamagnetik, selalu terjadi, oleh karena itu efek diamagnetik terjadi pada semua zat ketika ditempatkan dalam medan magnet.
Jadi, jika momen magnetik atom (molekul) suatu zat adalah nol (karena kompensasi timbal balik dari momen magnetik elektron), maka ketika zat tersebut ditempatkan dalam medan magnet, hanya efek diamagnetik yang akan muncul di dia. Dalam hal ini, medan magnet intrinsik magnet diarahkan berlawanan dengan medan eksternal dan melemahkannya. Zat seperti itu disebut diamagnet.
Diamagnet adalah zat di mana, tanpa adanya medan magnet eksternal, momen magnetik atom sama dengan nol.
Diamagnet dalam medan magnet luar termagnetisasi melawan arah medan luar dan melemahkannya, oleh karena itu
B = B 0 - B , m< 1.
Pelemahan medan dalam diamagnet sangat kecil. Misalnya, untuk salah satu diamagnet paling kuat, bismut, m »0,99998.
Diamagnet adalah banyak logam (perak, emas, tembaga), sebagian besar senyawa organik, resin, karbon, dll.
Jika, tanpa adanya medan magnet luar, momen magnetik atom-atom suatu zat tidak nol, maka ketika zat tersebut ditempatkan dalam medan magnet, efek diamagnetik dan paramagnetik akan muncul di dalamnya, tetapi efek diamagnetiknya adalah selalu jauh lebih lemah daripada efek paramagnetik dan praktis tidak terlihat dengan latar belakangnya. Medan magnet intrinsik magnet akan disejajarkan dengan medan luar dan memperkuatnya. Zat seperti itu disebut paramagnet. Paramagnet adalah zat di mana, tanpa adanya medan magnet eksternal, momen magnetik atom tidak nol.
Paramagnet dalam medan magnet luar dimagnetisasi ke arah medan luar dan memperkuatnya. Untuk mereka
B = B 0 + B , m> 1.
Permeabilitas magnetik untuk sebagian besar paramagnet sedikit lebih besar dari satu.
Paramagnet termasuk unsur tanah jarang, platinum, aluminium, dll.
Jika efek diamagnetik, B = B 0 -B , m< 1.
Jika dia- dan efek paramagnetik, B = B 0 + B , m> 1.
Ferromagnet.
Semua dia- dan paramagnet adalah zat yang termagnetisasi sangat lemah, permeabilitas magnetiknya mendekati satu dan tidak bergantung pada kekuatan medan magnet H. Selain dia- dan paramagnet, ada zat yang dapat termagnetisasi kuat. Mereka disebut feromagnet.
Ferromagnet atau bahan feromagnetik mendapatkan namanya dari nama Latin untuk perwakilan utama zat ini - besi (ferrum). Ferromagnet, selain besi, termasuk kobalt, nikel, gadolinium, banyak paduan dan senyawa kimia. Ferromagnet adalah zat yang dapat dimagnetisasi dengan sangat kuat, di mana medan magnet internal (intrinsik) bisa ratusan dan ribuan kali lebih tinggi daripada medan magnet luar yang menyebabkannya.
Sifat-sifat feromagnet
1. Kemampuan untuk menjadi sangat magnetis.
Nilai permeabilitas magnet relatif m pada beberapa feromagnet mencapai 10 6.
2. saturasi magnetik.
dalam gambar. Gambar 5 menunjukkan ketergantungan eksperimental magnetisasi pada kekuatan medan magnet luar. Seperti terlihat pada gambar, dari nilai H tertentu, nilai numerik magnetisasi feromagnet praktis tetap konstan dan sama dengan J sat. Fenomena ini ditemukan oleh ilmuwan Rusia A.G. Stoletov dan disebut saturasi magnetik.
3. Ketergantungan nonlinier B (H) dan m (H).
Dengan peningkatan intensitas, induksi pertama-tama meningkat, tetapi ketika magnet termagnetisasi, pertumbuhannya melambat, dan di medan yang kuat ia tumbuh dengan peningkatan menurut hukum linier (Gbr. 6).
Karena ketergantungan nonlinier B (H),
itu. permeabilitas magnetik m secara kompleks tergantung pada kekuatan medan magnet (Gbr. 7). Awalnya, dengan meningkatnya kekuatan medan, m meningkat dari nilai awal ke nilai maksimum tertentu, dan kemudian menurun dan secara asimtotik cenderung menyatu.
4. histeresis magnetik.
Ciri khas lain dari feromagnet adalah
kemampuan untuk mempertahankan magnetisasi setelah menghilangkan medan magnetisasi. Ketika kekuatan medan magnet luar berubah dari nol menuju nilai positif, induksi meningkat (Gbr. 8, bagian
Ketika menurun ke nol, induksi magnetik tertunda dalam penurunan dan pada nilai yang sama dengan nol, ternyata sama (induksi sisa), mis. ketika medan eksternal dihilangkan, feromagnet tetap termagnetisasi dan merupakan magnet permanen. Untuk demagnetisasi sampel yang lengkap, perlu menerapkan medan magnet ke arah yang berlawanan -. Besarnya kuat medan magnet yang harus diberikan pada feromagnet untuk demagnetisasi sempurna disebut kekuatan paksaan.
Fenomena kelambatan perubahan induksi magnet pada feromagnet dari perubahan kekuatan medan magnet luar yang berubah-ubah besar dan arahnya disebut histeresis magnetik.
Dalam hal ini, ketergantungan pada akan digambarkan oleh kurva berbentuk loop yang disebut loop histeresis, ditunjukkan pada Gambar. 8.
Tergantung pada bentuk loop histeresis, perbedaan dibuat antara feromagnet magnetik keras dan magnet lunak. Zat dengan magnetisasi remanen tinggi dan gaya koersif tinggi disebut feromagnet keras, mis. dengan lingkaran histeresis yang lebar. Mereka digunakan untuk pembuatan magnet permanen (karbon, tungsten, krom, aluminium-nikel dan baja lainnya).
Ferromagnet lunak adalah zat dengan gaya koersif rendah, yang sangat mudah dimagnetisasi ulang, dengan loop histeresis yang sempit. (Untuk mendapatkan sifat-sifat ini, yang disebut besi transformator dibuat secara khusus, paduan besi dengan campuran kecil silikon). Bidang aplikasinya adalah pembuatan inti transformator; ini termasuk besi lunak, paduan besi-nikel (permalloy, supermalla).
5. Adanya suhu Curie (titik).
Titik Curie adalah karakteristik suhu feromagnet tertentu di mana sifat feromagnetik benar-benar hilang.
Ketika sampel dipanaskan di atas titik Curie, feromagnet berubah menjadi paramagnet biasa. Ketika didinginkan di bawah titik Curie, ia memulihkan sifat feromagnetiknya. Suhu ini berbeda untuk zat yang berbeda (untuk Fe - 770 0 C, untuk Ni - 260 0 C).
6. Magnetostriksi- fenomena deformasi feromagnet selama magnetisasi. Besarnya dan tanda magnetostriksi tergantung pada intensitas medan magnet dan sifat feromagnet. Fenomena ini banyak digunakan untuk perangkat pemancar ultrasound yang kuat yang digunakan dalam sonar, komunikasi bawah air, navigasi, dll.
Dalam feromagnet, fenomena sebaliknya juga diamati - perubahan magnetisasi pada deformasi. Paduan dengan magnetostriction yang signifikan digunakan dalam instrumen untuk mengukur tekanan dan deformasi.
Sifat feromagnetisme
Sebuah teori deskriptif feromagnetisme diusulkan oleh fisikawan Prancis P. Weiss pada tahun 1907, dan teori kuantitatif yang konsisten berdasarkan mekanika kuantum dikembangkan oleh fisikawan Soviet J. Frenkel dan fisikawan Jerman W. Heisenberg (1928).
Menurut konsep modern, sifat magnetik feromagnet ditentukan oleh momen magnetik spin (putaran) elektron; feromagnet hanya dapat berupa zat kristal, atom-atomnya memiliki kulit elektron internal yang belum selesai dengan putaran yang tidak terkompensasi. Dalam hal ini, gaya muncul yang memaksa momen magnetik spin elektron untuk mengorientasikan diri sejajar satu sama lain. Gaya-gaya ini disebut gaya interaksi pertukaran, mereka bersifat kuantum dan disebabkan oleh sifat gelombang elektron.
Di bawah aksi gaya-gaya ini tanpa adanya medan eksternal, feromagnet pecah menjadi sejumlah besar wilayah mikroskopis - domain, yang dimensinya berada di urutan 10 -2 - 10 -4 cm. Di dalam setiap domain, spin elektron berorientasi sejajar satu sama lain, sehingga seluruh domain termagnetisasi hingga jenuh, tetapi arah magnetisasi pada masing-masing domain berbeda, sehingga momen magnetik total (total) seluruh feromagnet adalah nol . Seperti yang Anda ketahui, sistem apa pun cenderung berada dalam keadaan di mana energinya minimal. Pembagian feromagnet menjadi domain terjadi karena energi feromagnet berkurang selama pembentukan struktur domain. Titik Curie ternyata menjadi suhu di mana penghancuran domain terjadi, dan feromagnet kehilangan sifat feromagnetiknya.
Keberadaan struktur domain feromagnet telah dibuktikan secara eksperimental. Sebuah metode eksperimen langsung untuk mengamati mereka adalah metode angka bubuk. Jika suspensi berair dari bubuk feromagnetik halus (misalnya, magnet) diterapkan pada permukaan feromagnet yang dipoles secara menyeluruh, maka partikel-partikel mengendap terutama di tempat-tempat medan magnet yang tidak homogen, mis. pada batas antar domain. Oleh karena itu, bubuk yang menetap menguraikan batas-batas domain, dan gambar serupa dapat difoto di bawah mikroskop.
| |
| |
|
- magnetisasi seluruh magnet dalam keadaan jenuh
|
Karena, seperti diketahui, setiap sistem cenderung ke energi minimum, proses perpindahan batas domain muncul, di mana volume domain dengan energi yang lebih rendah meningkat, dan menurun dengan energi yang lebih tinggi (Gbr. 9b). Dalam kasus medan yang sangat lemah, perpindahan batas ini dapat dibalik dan persis mengikuti perubahan medan (jika medan dimatikan, magnetisasi akan kembali menjadi nol). Proses ini sesuai dengan bagian kurva B (H) (Gbr. 10). Dengan peningkatan di lapangan, perpindahan batas domain menjadi ireversibel.
Dengan nilai medan magnet yang cukup, domain yang tidak menguntungkan secara energetik menghilang (Gbr. 9, c, bagian Gbr. 7). Jika medan bertambah lebih besar, momen magnetik domain diputar di atas medan, sehingga seluruh sampel berubah menjadi satu domain besar (Gbr. 9d, bagian Gbr. 10).
Banyak sifat feromagnet yang menarik dan berharga memungkinkan mereka untuk digunakan secara luas di berbagai bidang sains dan teknologi: untuk pembuatan inti transformator dan pemancar ultrasound elektro-mekanis, sebagai magnet permanen, dll. Bahan feromagnetik digunakan dalam urusan militer: di berbagai perangkat listrik dan radio; sebagai sumber ultrasound - dalam sonar, navigasi, komunikasi bawah air; sebagai magnet permanen - untuk pembuatan tambang magnetik dan untuk pengintaian magnetometrik. Pengintaian magnetometri memungkinkan pendeteksian dan identifikasi objek yang mengandung bahan feromagnetik; digunakan dalam sistem memerangi kapal selam dan ranjau laut.
Diketahui bahwa medan magnet memiliki efek orientasi pada bingkai dengan arus, dan bingkai berputar di sekitar porosnya. Ini terjadi karena dalam medan magnet momen gaya bekerja pada bingkai, sama dengan:
Di sini B adalah vektor induksi medan magnet, adalah arus dalam bingkai, S adalah luasnya dan a adalah sudut antara garis gaya dan tegak lurus terhadap bidang bingkai. Ungkapan ini termasuk produk yang disebut momen dipol magnetik atau hanya momen magnetik bingkai.Ternyata besarnya momen magnet sepenuhnya mencirikan interaksi bingkai dengan medan magnet. Dua bingkai, salah satunya memiliki arus besar dan area kecil, dan yang lainnya memiliki area besar dan arus kecil, akan berperilaku dalam medan magnet dengan cara yang sama jika momen magnetiknya sama. Jika bingkai kecil, maka interaksinya dengan medan magnet tidak tergantung pada bentuknya.
Lebih mudah untuk mempertimbangkan momen magnetik sebagai vektor, yang terletak pada garis tegak lurus terhadap bidang bingkai. Arah vektor (naik atau turun di sepanjang garis ini) ditentukan oleh "aturan gimbal": gimbal harus diposisikan tegak lurus terhadap bidang bingkai dan diputar ke arah arus bingkai - arah gerakan gimbal akan menunjukkan arah vektor momen magnet.
Dengan demikian, momen magnet adalah vektor yang tegak lurus terhadap bidang bingkai.
Sekarang mari kita visualisasikan perilaku bingkai dalam medan magnet. Dia akan cenderung berbalik seperti ini. sehingga momen magnetnya diarahkan sepanjang vektor induksi medan magnet B. Bingkai kecil dengan arus dapat digunakan sebagai "alat pengukur" sederhana untuk menentukan vektor induksi medan magnet.
Momen magnetik adalah konsep penting dalam fisika. Atom terdiri dari inti yang mengelilingi elektron. Setiap elektron yang bergerak di sekitar nukleus sebagai partikel bermuatan menciptakan arus, membentuk semacam kerangka mikroskopis dengan arus. Mari kita hitung momen magnetik satu elektron yang bergerak dalam orbit melingkar dengan jari-jari r.
Arus listrik, yaitu, jumlah muatan yang dibawa oleh elektron dalam orbitnya dalam 1 s, sama dengan muatan elektron e, dikalikan dengan jumlah putaran yang dibuatnya:
Akibatnya, besarnya momen magnetik elektron sama dengan:
Hal ini dapat dinyatakan melalui besarnya momentum sudut elektron. Maka besarnya momen magnetik elektron yang terkait dengan gerakannya di orbit, atau, seperti yang mereka katakan, besarnya momen magnetik orbital, sama dengan:
Atom adalah objek yang tidak dapat dijelaskan menggunakan fisika klasik: untuk objek kecil seperti itu, berlaku hukum yang sama sekali berbeda - hukum mekanika kuantum. Namun demikian, hasil yang diperoleh untuk momen magnetik orbital elektron ternyata sama seperti dalam mekanika kuantum.
Situasinya berbeda dengan momen magnetik intrinsik elektron - putaran, yang terkait dengan rotasinya di sekitar porosnya. Untuk putaran elektron, mekanika kuantum memberikan nilai momen magnetik, 2 kali lebih besar daripada fisika klasik:
dan perbedaan antara momen magnetik orbital dan spin ini tidak dapat dijelaskan dari sudut pandang klasik. Momen magnetik total suatu atom adalah jumlah momen magnetik orbital dan spin semua elektron, dan karena mereka berbeda dengan faktor 2, sebuah faktor muncul dalam ekspresi momen magnetik atom yang mencirikan keadaan atom. atom:
Jadi, sebuah atom, seperti kerangka biasa dengan arus, memiliki momen magnetik, dan dalam banyak hal perilakunya serupa. Secara khusus, seperti dalam kasus kerangka klasik, perilaku atom dalam medan magnet sepenuhnya ditentukan oleh besarnya momen magnetnya. Berkaitan dengan hal tersebut, konsep momen magnet sangat penting dalam menjelaskan berbagai fenomena fisis yang terjadi dengan materi dalam medan magnet.
Dapat dibuktikan bahwa torsi M yang bekerja pada rangkaian dengan arus I dalam medan seragam berbanding lurus dengan luas arus streamline, kuat arus dan induksi medan magnet B. Selain itu, torsi M tergantung pada posisi sirkuit relatif terhadap medan. Torsi maksimum Miax diperoleh ketika bidang rangkaian sejajar dengan garis induksi magnetik (Gbr.22.17), dan dinyatakan dengan rumus
(Buktikan ini menggunakan rumus (22.6a) dan Gambar 22.17.) Jika kita menyatakan maka kita mendapatkan
Nilai yang mencirikan sifat magnetik dari rangkaian pembawa arus, yang menentukan perilakunya dalam medan magnet eksternal, disebut momen magnetik dari rangkaian ini. Momen magnetik rangkaian diukur dengan produk arus di dalamnya dengan area yang dialiri arus:
Momen magnet adalah vektor, yang arahnya ditentukan oleh aturan sekrup kanan: jika sekrup diputar ke arah arus dalam rangkaian, maka gerakan translasi sekrup akan menunjukkan arah vektor. (Gbr. 22.18, a). Ketergantungan torsi M pada orientasi kontur dinyatakan dengan rumus
di mana a adalah sudut antara vektor dan B. Dari gambar. 22.18, b dapat dilihat bahwa keseimbangan kontur dalam medan magnet dimungkinkan jika vektor B dan Pmag diarahkan sepanjang satu garis lurus. (Pertimbangkan dalam hal ini keseimbangan ini akan stabil.)
Momen magnetik kuantitas utama yang mencirikan sifat magnetik suatu zat. Sumber magnetisme, menurut teori klasik fenomena elektromagnetik, adalah arus listrik makro dan mikro. Sumber magnetisme dasar dianggap sebagai arus tertutup. Dari pengalaman dan teori klasik medan elektromagnetik, dapat disimpulkan bahwa aksi magnetik dari arus tertutup (rangkaian dengan arus) ditentukan jika produk diketahui ( M) saat ini Saya pada daerah kontur ( M = Sayaσ / C dalam sistem satuan CGS (Lihat sistem satuan CGS), dengan -
kecepatan cahaya). Vektor M dan ada, menurut definisi, M. m. Dapat ditulis dalam bentuk lain: M = m l, di mana M - muatan magnet ekivalen dari rangkaian, dan aku- jarak antara "muatan" dari tanda yang berlawanan (+ dan -
). Partikel dasar, inti atom, dan kulit elektron atom dan molekul memiliki bahan magnetik. Besarnya partikel elementer (elektron, proton, neutron, dan lain-lain), seperti yang ditunjukkan oleh mekanika kuantum, disebabkan oleh keberadaan momen mekanisnya sendiri - Spin a. M. m. Nukleus terdiri dari (spin) mereka sendiri M. m. Membentuk inti proton dan neutron ini, serta M. m. Terkait dengan gerakan orbital mereka di dalam nukleus. Resonansi magnetik kulit elektron atom dan molekul terdiri dari spin dan elektron resonansi magnetik orbital. Momen magnet spin elektron m cn dapat memiliki dua proyeksi yang sama dan berlawanan arah ke arah medan magnet luar. N. Besaran proyeksi absolut dimana in = (9,274096 ± 0,000065) 10 -21 erg / gs - Bora magneton, h -
Bilahnya konstan , e dan M e - muatan dan massa elektron, dengan- kecepatan cahaya; NS - proyeksi momen mekanik putaran pada arah medan H... Nilai mutlak spin M. m. di mana S= 1/2 - memutar bilangan kuantum (Lihat bilangan kuantum). Rasio magnetisme spin terhadap momen mekanis (spin) sejak berputar Studi spektrum atom telah menunjukkan bahwa m H cn sebenarnya tidak sama dengan m in, tetapi m in (1 + 0,0116). Ini disebabkan oleh aksi pada elektron dari apa yang disebut osilasi titik nol dari medan elektromagnetik (lihat Elektrodinamika kuantum, Koreksi radiasi).
Momen magnetik orbital dari elektron m orb berhubungan dengan momen orbital mekanik dari orb dengan hubungan G opb = | m bola | / | bola | = | e|/2M e C, yaitu, rasio Magnetomechanical G opb dua kali lebih kecil dari G cp. Mekanika kuantum hanya memungkinkan serangkaian proyeksi diskrit yang mungkin dari m bola ke arah medan eksternal (yang disebut kuantisasi spasial): m H orb = m l m in ,
dimana m l -
bilangan kuantum magnetik dengan asumsi 2 aku+ 1 nilai (0, ± 1, ± 2, ..., ± aku, di mana aku-
bilangan kuantum orbital). Dalam atom berelektron banyak, orbital dan spin M.m ditentukan oleh bilangan kuantum L dan S total momen orbital dan spin. Penambahan momen-momen ini dilakukan sesuai dengan aturan kuantisasi spasial. Karena ketidaksetaraan hubungan magnetomekanik untuk spin elektron dan gerakan orbitalnya ( G c G opb) M.m. kulit atom yang dihasilkan tidak akan sejajar atau antiparalel dengan momen mekanis yang dihasilkan J.
Oleh karena itu, komponen dari M.m lengkap sering dianggap sebagai arah vektor J sama dengan di mana G J adalah rasio magnetomekanis kulit elektron, J adalah bilangan kuantum sudut total. M. m Dari sebuah proton yang spinnya di mana M p- massa proton, yaitu 1836,5 kali lebih besar M e, racun m adalah magneton nuklir sama dengan 1 / 1836,5m c. Neutron, di sisi lain, seharusnya tidak memiliki bahan magnetik, karena tidak bermuatan. Namun, pengalaman menunjukkan bahwa berat molekul proton adalah m p = 2,7927m racun, dan neutron m n = -1,91315m adalah racun. Hal ini disebabkan adanya medan meson di sekitar nukleon, yang menentukan interaksi nuklir spesifiknya (lihat Gaya nuklir, Meson) dan mempengaruhi sifat elektromagnetiknya. Total M.m. inti atom kompleks bukanlah kelipatan dari m racun atau m p dan m n. Jadi, inti M. m. Kalium Untuk mengkarakterisasi keadaan magnetik benda makroskopik, nilai rata-rata medan magnet yang dihasilkan dari semua partikel mikro yang membentuk benda dihitung. Magnetisasi per satuan volume benda disebut magnetisasi. Untuk benda-benda makro, terutama dalam kasus benda dengan susunan magnetik atom (ferro, feri-, dan antiferromagnet), konsep massa molekul atom rata-rata diperkenalkan sebagai nilai rata-rata massa molekul per atom (ion), pembawa massa molekul dalam tubuh. Dalam zat dengan urutan magnetik, bahan magnetik atom rata-rata ini diperoleh sebagai hasil bagi dari pembagian magnetisasi spontan benda feromagnetik atau sublattic magnetik dalam feri- dan antiferromagnet (pada suhu nol mutlak) dengan jumlah atom - pembawa bahan magnetik per satuan volume. Biasanya rata-rata M. dari m atom ini Berbeda dari M. dari M. atom yang terisolasi; nilainya dalam magneton Bohr m ternyata menjadi pecahan (misalnya, dalam transisi d-logam Fe, Co dan Ni, masing-masing, 2,218 m in, 1,715 m in dan 0,604 m in) Perbedaan ini disebabkan oleh perubahan dalam gerakan elektron d (pembawa M. m.) dalam kristal dibandingkan dengan gerakan dalam atom yang terisolasi. Dalam kasus logam tanah jarang (lantanida), serta senyawa ferro atau ferrimagnetik nonlogam (misalnya, ferit), lapisan d atau f yang belum selesai dari kulit elektron (atom utama Tidak ada lapisan (seperti pada d-logam), dan massa molekul benda tersebut sedikit berubah dibandingkan dengan atom yang terisolasi. Penentuan eksperimental langsung resonansi magnetik pada atom dalam kristal telah menjadi mungkin sebagai hasil dari penerapan metode difraksi neutron magnetik, spektroskopi radio (NMR, EPR, FMR, dll.), dan efek Mössbauer. Untuk paramagnet, juga dimungkinkan untuk memperkenalkan konsep bahan magnetik atom rata-rata, yang ditentukan melalui konstanta Curie yang ditemukan secara eksperimental, yang termasuk dalam ekspresi hukum Curie a atau hukum Curie-Weiss a (lihat Paramagnetisme). menyala.: Tamm I.E., Fundamentals of the theory of electrical, 8th ed., M., 1966; Landau L. D. dan Lifshits E. M., Elektrodinamika media kontinu, M., 1959; Dorfman Ya. G., Sifat magnetik dan struktur materi, M., 1955; Vonsovsky S.V., Magnetisme mikropartikel, M., 1973. S.V. Vonsovsky. Ensiklopedia Besar Soviet. - M.: ensiklopedia Soviet.
1969-1978
.
Lihat apa itu "Momen magnetik" di kamus lain:
Dimensi L2I Satuan pengukuran SI A⋅m2 ... Wikipedia
Nilai utama yang menjadi ciri magn. properti di wa. Sumber magnet (M. m.), Menurut klasik. teori elektronik besar fenomena, yavl. listrik makro dan mikro (atom) arus. elemen. sumber magnet dianggap sebagai arus tertutup. Dari pengalaman dan klasik. ... ... Ensiklopedia fisik
Kamus Ensiklopedis Besar
MOMEN MAGNETIK, mengukur kekuatan magnet permanen atau kumparan pembawa arus. Ini adalah gaya rotasi maksimum (momen belok) yang diterapkan pada magnet, kumparan atau muatan listrik dalam BIDANG MAGNET dibagi dengan kekuatan medan. Dibebankan ... ... Kamus ensiklopedis ilmiah dan teknis
MOMEN MAGNETIK- fisik kuantitas yang mencirikan sifat magnetik benda dan partikel materi (elektron, nukleon, atom, dll.); semakin besar momen magnet, semakin kuat (lihat) tubuh; momen magnet ditentukan oleh magnet (lihat). Karena setiap listrik ... ... Ensiklopedia Politeknik Besar
- (Momen magnetik) hasil kali massa magnet dari magnet tertentu dengan jarak antar kutubnya. Kamus Samoilov K.I. Kelautan. M. L .: Rumah Penerbitan Angkatan Laut Negara NKVMF Uni Soviet, 1941 ... Kamus kelautan
momen magnet- Har ka magn. sv menjadi badan, konv. cepat. melecut. besarnya muatan di setiap kutub pada jarak antar kutub. Topik metalurgi secara umum EN momen magnetik ... Panduan penerjemah teknis
Besaran vektor yang mencirikan materi sebagai sumber medan magnet. Momen magnetik makroskopik diciptakan oleh arus listrik tertutup dan momen magnetik berorientasi teratur dari partikel atom. Mikropartikel membedakan antara orbital ... kamus ensiklopedis
MOMEN MAGNETIK- adalah kuantitas utama yang mencirikan sifat magnetik suatu zat. Arus listrik dianggap sebagai sumber dasar magnet. Vektor yang ditentukan oleh produk dari kekuatan arus dan luas loop arus tertutup adalah momen magnetik. Oleh… … Paleomagnetologi, Petromagnetologi dan Geologi. Kamus referensi.
momen magnet- elektromagnetinis momentas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis vektorinis dydis, kurio vektorinė sandauga su vienalyčio magnetinio srauto tankiu yra lygi sukimo momentui: m B = T; ia m - magnetinio momento vektorius, B ... ... Penkiakalbis aiškinamesis metrologijos terminų odynas