Doimiy magnitning magnit momenti nimaga teng. Loopning magnit momenti. Ta'rif. Formula. Tajriba. Bir jinsli bo'lmagan maydonda magnit momentning harakatini hisoblash
Har qanday modda. Klassik elektromagnit nazariyaga ko'ra, magnitlanishning paydo bo'lishining manbai elektronning o'z orbitasidagi harakatidan kelib chiqadigan mikro oqimlardir. Magnit moment barcha yadrolar, atom elektron qobiqlari va molekulalarning istisnosiz ajralmas xususiyatidir.
Barcha elementar zarrachalarga xos bo'lgan magnitlanish, ularning mexanik momenti mavjudligiga ko'ra, spin (kvant tabiatining o'ziga xos mexanik impulsi) deb ataladi. Atom yadrosining magnit xossalari yadroning tarkibiy qismlari - proton va neytronlarning aylanish momentidan iborat. Elektron qobiqlar (atom ichidagi orbitalar) ham magnit momentga ega, bu undagi elektronlarning magnit momentlari yig'indisidir.
Boshqacha qilib aytganda, elementar zarrachalarning magnit momentlari spin momenti deb ataladigan atom ichidagi kvant mexanik ta'siridan kelib chiqadi. Bu ta'sir o'zining markaziy o'qi atrofida aylanishning burchak momentiga o'xshaydi. Spin momenti kvant nazariyasining asosiy konstantasi bo'lgan Plank konstantasida o'lchanadi.
Plankning fikriga ko'ra, aslida atomdan iborat bo'lgan barcha neytronlar, elektronlar va protonlar ½ ga teng spinga ega. Atom tuzilishida yadro atrofida aylanadigan elektronlar spin impulsidan tashqari orbital burchak impulsiga ham ega. Yadro, garchi u statik pozitsiyani egallasa ham, yadro spin effekti natijasida hosil bo'ladigan burchak impulsiga ham ega.
Atom magnit momentini hosil qiluvchi magnit maydon bu burchak momentumining turli shakllari bilan belgilanadi. Bu yaratilishga eng sezilarli hissa qo'shadigan aylanish effekti. Pauli printsipiga ko'ra, ikkita bir xil elektron bir vaqtning o'zida bir kvant holatida bo'lolmaydi, bog'langan elektronlar birlashadi, ularning spin momentlari esa diametral qarama-qarshi proyeksiyalarga ega bo'ladi. Bunday holda, elektronning magnit momenti kamayadi, bu butun strukturaning magnit xususiyatlarini pasaytiradi. Elektronlarning juft soniga ega bo'lgan ba'zi elementlarda bu moment nolga tushadi va moddalar magnit xususiyatga ega bo'lishni to'xtatadi. Shunday qilib, alohida elementar zarralarning magnit momenti butun yadro-atom tizimining magnit xususiyatlariga bevosita ta'sir qiladi.
Toq elektronli ferromagnit elementlar juftlashtirilmagan elektron tufayli har doim nolga teng bo'lmagan magnitlanishga ega bo'ladi. Bunday elementlarda qo'shni orbitallar bir-biriga yopishadi va juftlashtirilmagan elektronlarning barcha spin momentlari kosmosda bir xil yo'nalishni oladi, bu esa eng past energiya holatiga erishishga olib keladi. Bu jarayon almashinuv o'zaro ta'siri deb ataladi.
Ferromagnit atomlarning magnit momentlarining bunday moslashuvi bilan magnit maydon paydo bo'ladi. Disorientatsiyalangan magnit momentlari bo'lgan atomlardan tashkil topgan paramagnit elementlar esa o'zlarining magnit maydoniga ega emas. Ammo agar siz ularga tashqi magnitlanish manbai bilan harakat qilsangiz, atomlarning magnit momentlari mos keladi va bu elementlar ham magnit xususiyatga ega bo'ladi.
Tajriba shuni ko'rsatadiki, barcha moddalar magnitdir, ya'ni. tashqi magnit maydon ta'sirida o'zlarining ichki magnit maydonini yaratishga qodir (o'z magnit momentini oladi, magnitlanadi).
Jismlarning magnitlanishini tushuntirish uchun Amper moddalar molekulalarida doiraviy molekulyar oqimlar aylanishini taklif qildi. Har bir bunday mikrotok I i o'z magnit momentiga ega va uni o'rab turgan fazoda magnit maydon hosil qiladi (1-rasm). Tashqi maydon bo'lmasa, molekulyar oqimlar va ular bilan bog'liq oqimlar tasodifiy yo'naltirilgan, shuning uchun moddaning ichidagi hosil bo'lgan maydon va butun moddaning umumiy momenti nolga teng. Moddani tashqi magnit maydonga qo'yganda, molekulalarning magnit momentlari asosan bir yo'nalishda yo'naltiriladi, umumiy magnit moment nolga teng bo'ladi va magnit magnitlanadi. Alohida molekulyar oqimlarning magnit maydonlari endi bir-birini kompensatsiya qilmaydi va magnit ichida o'zining ichki maydoni paydo bo'ladi.
Keling, ushbu hodisaning sababini atomning sayyoraviy modeliga asoslangan atomlarning tuzilishi nuqtai nazaridan ko'rib chiqaylik. Rezerford fikricha, atomning markazida musbat zaryadlangan yadro joylashgan bo‘lib, uning atrofida manfiy zaryadlangan elektronlar harakatsiz orbitalarda aylanadi. Yadro atrofida aylana orbita bo'ylab harakatlanuvchi elektronni aylana tok (mikrotok) deb hisoblash mumkin. Musbat zaryadlarning harakat yo'nalishi shartli ravishda oqim yo'nalishi sifatida qabul qilingan va elektronning zaryadi manfiy bo'lganligi sababli, mikrotokning yo'nalishi elektronning harakat yo'nalishiga qarama-qarshidir (2-rasm).
I e mikrotokning kattaligini quyidagicha aniqlash mumkin. Agar t vaqt ichida elektron yadro atrofida N inqilob qilgan bo'lsa, u holda elektron yo'lining istalgan joyida joylashgan maydon orqali zaryad o'tkazildi - elektronning zaryadi).
Hozirgi kuchning ta'rifiga ko'ra,
elektronning aylanish chastotasi qayerda.
Agar oqim I yopiq konturda oqsa, unda bunday halqa magnit momentga ega bo'lib, uning moduli
qayerda S- kontur bilan chegaralangan maydon.
Mikrotok uchun bu maydon orbital maydoni S = p r 2
(r - orbitaning radiusi), magnit momenti esa
bu yerda w = 2pn - siklik chastota, elektronning chiziqli tezligi.
Moment elektronning o'z orbitasidagi harakati bilan bog'liq, shuning uchun u elektronning orbital magnit momenti deb ataladi.
Elektronning orbitadagi harakati tufayli ega bo'lgan magnit momenti p m elektronning orbital magnit momenti deyiladi.
Vektorning yo'nalishi mikrotokning yo'nalishi bilan o'ng qo'lli tizimni hosil qiladi.
Doira bo'ylab harakatlanadigan har qanday moddiy nuqta singari, elektron ham burchak momentiga ega:
Elektronning orbitadagi harakati tufayli ega bo'lgan impuls momenti L momenti orbital mexanik moment deyiladi. U elektronning harakat yo'nalishi bilan o'ng qo'l sistemasini hosil qiladi. 2-rasmdan ko'rinib turibdiki, vektorlarning yo'nalishlari va qarama-qarshidir.
Ma'lum bo'lishicha, elektronning orbital momentlaridan tashqari (ya'ni, orbitadagi harakat tufayli) o'ziga xos mexanik va magnit momentlari mavjud.
Dastlab ular elektronni o'z o'qi atrofida aylanadigan shar sifatida ko'rib, mavjudlikni tushuntirishga harakat qildilar, shuning uchun elektronning o'z mexanik momentum momenti spin (inglizcha spindan - aylanish) deb ataldi. Keyinchalik bu fikr bir qator qarama-qarshiliklarga olib kelishi aniqlandi va "aylanuvchi" elektron haqidagi gipotezadan voz kechildi.
Elektronning spini va unga bog'liq bo'lgan ichki (spin) magnit momenti elektronning zaryadi va massasi kabi ajralmas xususiyati ekanligi aniqlandi.
Atomdagi elektronning magnit momenti orbital va spin momentlarining yig'indisiga teng:
Atomning magnit momenti uni tashkil etuvchi elektronlarning magnit momentlaridan iborat (yadroning magnit momenti kichikligi sababli e'tiborga olinmaydi):
Moddaning magnitlanishi.
Magnit maydondagi atom. Dia- va paramagnit effektlar.
Keling, tashqi magnit maydonning atomda harakatlanuvchi elektronlarga ta'sir qilish mexanizmini ko'rib chiqaylik, ya'ni. mikro oqimlarda.
Ma'lumki, oqim bo'lgan kontaktlarning zanglashiga olib, induksiyali magnit maydonga qo'yilganda, kuchlar momenti paydo bo'ladi.
ta'sirida kontur shunday yo'naltirilganki, kontur tekisligi perpendikulyar, magnit moment esa vektor yo'nalishi bo'ylab joylashgan (3-rasm).
Elektron mikrotok ham xuddi shunday harakat qiladi. Biroq, magnit maydondagi orbital mikrotokning yo'nalishi joriy halqa bilan mutlaqo bir xil emas. Gap shundaki, yadro atrofida harakatlanadigan va burchak momentiga ega bo'lgan elektron tepaga o'xshaydi, shuning uchun u tashqi kuchlar ta'sirida giroskoplarning xatti-harakatlarining barcha xususiyatlariga, xususan, giroskopik effektga ega. Shuning uchun, agar atom magnit maydonga joylashtirilganda, elektronning orbital magnit momentini maydon yo'nalishi bo'ylab o'rnatishga intiladigan orbital mikrotokga moment ta'sir qila boshlaganda, vektorlarning presessiyasi paydo bo'ladi. vektor (giroskopik effekt tufayli). Ushbu presessiyaning chastotasi
chaqirdi Larmorova chastota va atomning barcha elektronlari uchun bir xil.
Shunday qilib, har qanday modda magnit maydonga joylashtirilganda, atomning har bir elektroni o'z orbitasining tashqi maydon yo'nalishi bo'ylab tormozlanishi tufayli tashqi maydonga qarshi qaratilgan qo'shimcha induktsiyalangan magnit maydon hosil qiladi va uni zaiflashtiradi. Barcha elektronlarning induktsiyalangan magnit momentlari bir xil (vektorga qarama-qarshi) yo'naltirilganligi sababli, atomning umumiy induktsiya momenti ham tashqi maydonga qarshi qaratilgan.
Tashqi maydonga qarama-qarshi yo'naltirilgan va uni zaiflashtiradigan induksiyalangan magnit maydonning (tashqi magnit maydonda elektron orbitalarining presessiyasi natijasida yuzaga kelgan) magnitlarda paydo bo'lish hodisasi diamagnit effekt deb ataladi. Diamagnetizm tabiatning barcha moddalariga xosdir.
Diamagnetik ta'sir magnitlardagi tashqi magnit maydonning zaiflashishiga olib keladi.
Biroq, paramagnit deb ataladigan boshqa ta'sir ham mumkin. Magnit maydon bo'lmaganda, issiqlik harakati tufayli atomlarning magnit momentlari tasodifiy yo'naltiriladi va moddaning hosil bo'lgan magnit momenti nolga teng (4-rasm, a).
Bunday modda induksiya bilan bir xil magnit maydoniga kiritilganda, maydon atomlarning magnit momentlarini bo'ylab o'rnatishga intiladi, shuning uchun atomlarning (molekulalarning) magnit momentlarining vektorlari vektor yo'nalishi bo'ylab o'tadi. Issiqlik harakati va atomlarning o'zaro to'qnashuvi presessiyaning bosqichma-bosqich yemirilishiga va magnit momentlar vektorlari yo'nalishlari va vektor orasidagi burchaklarning pasayishiga olib keladi.Magnit maydon va issiqlik harakatining birgalikdagi ta'siri ustun yo'nalishga olib keladi. maydon bo'ylab atomlarning magnit momentlari
(4-rasm, b), qancha ko'p, qancha ko'p va kamroq bo'lsa, harorat shunchalik yuqori bo'ladi. Natijada, moddaning barcha atomlarining umumiy magnit momenti nolga teng bo'ladi, modda magnitlanadi va unda tashqi maydon bilan birgalikda yo'naltirilgan va uni kuchaytiradigan o'zining ichki magnit maydoni paydo bo'ladi.
Atomlarning magnit momentlarining tashqi maydon yoʻnalishi boʻyicha yoʻnalishi va uni kuchaytirishi natijasida yuzaga keladigan ichki magnit maydon magnitlarida paydo boʻlish hodisasi paramagnit effekt deb ataladi.
Paramagnit ta'sir magnitlardagi tashqi magnit maydonning oshishiga olib keladi.
Har qanday modda tashqi magnit maydonga qo'yilsa, u magnitlanadi, ya'ni. dia- yoki paramagnit ta'sir tufayli magnit momentga ega bo'ladi, moddaning o'zida induksiya bilan o'zining ichki magnit maydoni (mikro oqimlar maydoni) mavjud.
Moddaning magnitlanishining miqdoriy tavsifi uchun magnitlanish tushunchasi kiritilgan.
Magnitning magnitlanishi magnitning birlik hajmining umumiy magnit momentiga teng vektor fizik miqdordir:
SIda magnitlanish A / m da o'lchanadi.
Magnitlanish moddaning magnit xususiyatlariga, tashqi maydonning kattaligiga va haroratga bog'liq. Ko'rinib turibdiki, magnitning magnitlanishi induksiya bilan bog'liq.
Tajriba shuni ko'rsatadiki, juda kuchli maydonlarda bo'lmagan ko'pchilik moddalar uchun magnitlanish magnitlanishni keltirib chiqaradigan tashqi maydon kuchiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:
Bu erda c - moddaning magnit sezgirligi, o'lchovsiz miqdor.
c qiymati qanchalik katta bo'lsa, ma'lum bir tashqi maydonda modda shunchalik magnitlangan bo'ladi.
Buni isbotlash mumkin
Materiyadagi magnit maydon ikkita maydonning vektor yig'indisidir: tashqi magnit maydon va mikro oqimlar tomonidan yaratilgan ichki yoki ichki magnit maydon. Moddadagi magnit maydonning magnit induktsiya vektori hosil bo'lgan magnit maydonni tavsiflaydi va tashqi va ichki magnit maydonlarining magnit induksiyalarining geometrik yig'indisiga teng:
Moddaning nisbiy magnit o'tkazuvchanligi ma'lum bir moddada magnit maydon induksiyasi necha marta o'zgarishini ko'rsatadi.
Ma'lum bir moddadagi magnit maydon bilan aniq nima sodir bo'lishi - u kuchayganmi yoki zaiflashganmi - ushbu moddaning atomi (yoki molekulasi) magnit momentining kattaligiga bog'liq.
Dia- va paramagnetlar. Ferromagnitlar.
Magnitlar tashqi magnit maydonda magnit xususiyatlarini olishga qodir bo'lgan moddalar deb ataladi - magnitlangan, ya'ni. o'zingizning ichki magnit maydoningizni yarating.
Yuqorida aytib o'tilganidek, barcha moddalar magnitdir, chunki ularning ichki magnit maydoni har bir atomning har bir elektroni tomonidan yaratilgan mikrodalalarning vektor yig'indisi bilan belgilanadi:
Moddaning magnit xossalari berilgan moddaning elektronlari va atomlarining magnit xossalari bilan belgilanadi. Magnit xususiyatlariga ko'ra magnitlar diamagnit, paramagnit, ferromagnit, antiferromagnit va ferritlarga bo'linadi. Keling, ushbu moddalar sinflarini ketma-ket ko'rib chiqaylik.
Biz moddani magnit maydonga qo'yganda ikkita ta'sir sodir bo'lishi mumkinligini aniqladik:
1. Paramagnit, atomlarning magnit momentlarining tashqi maydon yo'nalishi bo'ylab yo'nalishi tufayli magnitdagi magnit maydonning oshishiga olib keladi.
2. Diamagnit, tashqi maydonda elektron orbitalarining presessiyasi tufayli maydonning zaiflashishiga olib keladi.
Ushbu ta'sirlardan qaysi biri (yoki ikkalasi bir vaqtning o'zida) paydo bo'lishini qanday aniqlash mumkin, ularning qaysi biri kuchliroq bo'ladi, natijada ma'lum bir moddadagi magnit maydon bilan nima sodir bo'ladi - u kuchayadimi yoki zaiflashganmi?
Bizga ma'lumki, moddaning magnit xossalari uning atomlarining magnit momentlari bilan belgilanadi va atomning magnit momenti uning tarkibiga kiradigan elektronlarning orbital va ichki spin magnit momentlaridan iborat:
Ayrim moddalarning atomlari uchun elektronlarning orbital va spin magnit momentlarining vektor yig'indisi nolga teng, ya'ni. butun atomning magnit momenti nolga teng.Bunday moddalar magnit maydonga joylashtirilganda, paramagnit effekt tabiiy ravishda paydo bo'lishi mumkin emas, chunki u faqat magnit maydondagi atomlarning magnit momentlarining yo'nalishi tufayli yuzaga keladi, lekin bu erda ular emas.
Ammo diamagnit effektni keltirib chiqaradigan tashqi maydonda elektron orbitalarining presessiyasi har doim sodir bo'ladi, shuning uchun diamagnit ta'sir magnit maydonga joylashtirilgan barcha moddalarda sodir bo'ladi.
Shunday qilib, agar moddaning atomining (molekulasining) magnit momenti nolga teng bo'lsa (elektronlarning magnit momentlarining o'zaro kompensatsiyasi tufayli), unda bunday modda magnit maydonga joylashtirilganda faqat diamagnit effekt paydo bo'ladi. bu. Bunday holda, magnitning ichki magnit maydoni tashqi maydonga qarama-qarshi yo'naltiriladi va uni zaiflashtiradi. Bunday moddalar diamagnetlar deb ataladi.
Diamagnetlar tashqi magnit maydon bo'lmaganda atomlarning magnit momentlari nolga teng bo'lgan moddalardir.
Tashqi magnit maydondagi diamagnetlar tashqi maydon yo'nalishiga qarshi magnitlanadi va shuning uchun uni zaiflashtiradi
B = B 0 - B ¢, m< 1.
Diamagnetda maydonning zaiflashishi juda ahamiyatsiz. Masalan, eng kuchli diamagnitlardan biri vismut uchun m »0,99998.
Diamagnetlar ko'p metallar (kumush, oltin, mis), ko'pchilik organik birikmalar, qatronlar, uglerod va boshqalar.
Agar tashqi magnit maydon bo'lmasa, moddaning atomlarining magnit momenti nolga teng bo'lsa, unda bunday modda magnit maydonga joylashtirilganda, unda diamagnit va paramagnit effektlar paydo bo'ladi, ammo diamagnit effekt har doim paramagnit ta'sirdan ancha zaif va uning fonida amalda ko'rinmaydi. Magnitning ichki magnit maydoni tashqi maydon bilan mos keladi va uni kuchaytiradi. Bunday moddalar paramagnetlar deb ataladi. Paramagnetlar tashqi magnit maydon bo'lmaganda atomlarning magnit momentlari nolga teng bo'lmagan moddalardir.
Tashqi magnit maydondagi paramagnetlar tashqi maydon yo'nalishi bo'yicha magnitlanadi va uni kuchaytiradi. Ular uchun
B = B 0 + B ¢, m> 1.
Ko'pgina paramagnetlar uchun magnit o'tkazuvchanlik birlikdan biroz kattaroqdir.
Paramagnetlarga noyob tuproq elementlari, platina, alyuminiy va boshqalar kiradi.
Agar diamagnetik ta'sir, B = B 0 -B ¢, m< 1.
Dia- va paramagnit effektlar bo'lsa, B = B 0 + B ¢, m> 1.
Ferromagnitlar.
Barcha dia- va paramagnitlar juda kuchsiz magnitlangan moddalar boʻlib, ularning magnit oʻtkazuvchanligi birlikka yaqin va magnit maydon kuchiga bogʻliq emas H. Dia- va paramagnitlar bilan bir qatorda kuchli magnitlangan moddalar ham mavjud. Ular ferromagnitlar deb ataladi.
Ferromagnitlar yoki ferromagnit materiallar o'z nomini ushbu moddalarning asosiy vakili - temir (ferrum) uchun lotin nomidan oladi. Ferromagnitlar, temirdan tashqari, kobalt, nikel, gadoliniy, ko'plab qotishmalar va kimyoviy birikmalarni o'z ichiga oladi. Ferromagnitlar juda kuchli magnitlanishi mumkin bo'lgan moddalar bo'lib, ularda ichki (ichki) magnit maydoni uni keltirib chiqargan tashqi magnit maydondan yuzlab va minglab marta yuqori bo'lishi mumkin.
Ferromagnitlarning xossalari
1. Yuqori magnitlangan bo'lish qobiliyati.
Ayrim ferromagnitlarda m nisbiy magnit o'tkazuvchanligining qiymati 10 6 ga etadi.
2. Magnit to'yinganlik.
Shaklda. 5 magnitlanishning tashqi magnit maydon kuchiga eksperimental bog'liqligini ko'rsatadi. Rasmdan ko'rinib turibdiki, H ning ma'lum bir qiymatidan ferromagnitlarning magnitlanishining raqamli qiymati amalda doimiy bo'lib qoladi va J satga teng. Bu hodisani rus olimi A.G. Stoletov va magnit to'yinganlik deb ataladi.
3. Nochiziqli bog'liqliklar B (H) va m (H).
Intensivlikning oshishi bilan induksiya birinchi navbatda kuchayadi, lekin magnit magnitlanganda uning o'sishi sekinlashadi va kuchli maydonlarda chiziqli qonunga muvofiq o'sish bilan o'sadi (6-rasm).
Nochiziqli bog'liqlik tufayli B (H),
bular. magnit o'tkazuvchanligi m murakkab tarzda magnit maydonning kuchiga bog'liq (7-rasm). Dastlab, maydon kuchi ortishi bilan m boshlang'ich qiymatdan ma'lum bir maksimal qiymatgacha ortadi, keyin esa kamayadi va asimptotik tarzda birlikka intiladi.
4. Magnit histerezis.
Ferromagnitlarning yana bir o'ziga xos xususiyati ularning
magnitlanish maydonini olib tashlaganidan keyin magnitlanishni saqlab qolish qobiliyati. Tashqi magnit maydonning kuchi noldan musbat qiymatlarga o'zgarganda induksiya kuchayadi (8-rasm, bo'lim).
Nolga tushganda, magnit induksiya kamayishi bilan kechiktiriladi va nolga teng qiymatda u teng bo'lib chiqadi (qoldiq induksiya), ya'ni. tashqi maydon olib tashlanganda, ferromagnit magnitlangan bo'lib qoladi va doimiy magnitdir. Namunani to'liq demagnetizatsiya qilish uchun magnit maydonni teskari yo'nalishda qo'llash kerak -. Ferromagnitni to'liq demagnetizatsiya qilish uchun unga qo'llanilishi kerak bo'lgan magnit maydon kuchining kattaligi deyiladi. majburlash kuchi.
Ferromagnitdagi magnit induksiyaning kattaligi va yoʻnalishi oʻzgaruvchan boʻlgan tashqi magnitlanish maydoni kuchining oʻzgarishidan kechikish hodisasi magnit histerezis deb ataladi.
Bunday holda, bog'liqlik deb ataladigan pastadir shaklidagi egri chiziq bilan tasvirlanadi histerezis halqalari, 8-rasmda ko'rsatilgan.
Gisterezis halqasining shakliga qarab, qattiq magnit va yumshoq magnit ferromagnitlar farqlanadi. Yuqori qoldiq magnitlanish va yuqori majburlash kuchiga ega bo'lgan moddalar qattiq ferromagnitlar deb ataladi, ya'ni. keng histerezis halqasi bilan. Ular doimiy magnitlar (uglerod, volfram, xrom, alyuminiy-nikel va boshqa po'latlar) ishlab chiqarish uchun ishlatiladi.
Yumshoq ferromagnitlar - bu past koersiv kuchga ega bo'lgan moddalar, ular juda oson qayta magnitlangan, tor histerezis halqali. (Ushbu xususiyatlarni olish uchun transformator temir deb ataladigan maxsus kremniy aralashmasi bo'lgan temir qotishmasi yaratilgan). Ularni qo'llash sohasi transformator yadrolarini ishlab chiqarishdir; bularga yumshoq temir, temir-nikel qotishmalari (permalloy, supermalla) kiradi.
5. Kyuri haroratining mavjudligi (nuqta).
Kyuri nuqtasi- berilgan ferromagnitning harorat xarakteristikasi bo'lib, unda ferromagnit xususiyatlar butunlay yo'qoladi.
Namuna Kyuri nuqtasidan yuqori qizdirilganda, ferromagnit oddiy paramagnitga aylanadi. Kyuri nuqtasi ostida sovutilganda, u ferromagnit xususiyatlarini tiklaydi. Bu harorat turli moddalar uchun har xil (Fe uchun - 770 0 S, Ni uchun - 260 0 S).
6. Magnetostriktsiya- magnitlanish jarayonida ferromagnitlarning deformatsiyalanish hodisasi. Magnitostriktsiyaning kattaligi va belgisi magnitlanish maydonining intensivligiga va ferromagnitning tabiatiga bog'liq. Ushbu hodisa sonar, suv osti aloqasi, navigatsiya va boshqalarda ishlatiladigan kuchli ultratovush emitentlari uchun keng qo'llaniladi.
Ferromagnitlarda teskari hodisa ham kuzatiladi - deformatsiyada magnitlanishning o'zgarishi. Muhim magnitostriktsiyaga ega qotishmalar bosim va deformatsiyani o'lchash uchun asboblarda qo'llaniladi.
Ferromagnetizmning tabiati
Ferromagnitizmning tavsifiy nazariyasi 1907-yilda fransuz fizigi P.Vays tomonidan, kvant mexanikasiga asoslangan izchil miqdoriy nazariya sovet fizigi J.Frenkel va nemis fizigi V.Geyzenberg (1928) tomonidan ishlab chiqilgan.
Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, ferromagnitlarning magnit xossalari elektronlarning spin magnit momentlari (spinlari) bilan aniqlanadi; ferromagnitlar faqat kristalli moddalar bo'lishi mumkin, ularning atomlari kompensatsiyalanmagan spinli tugallanmagan ichki elektron qobiqlarga ega. Bunday holda, elektronlarning spin magnit momentlarini bir-biriga parallel ravishda yo'naltirishga majbur qiladigan kuchlar paydo bo'ladi. Bu kuchlar almashinish o'zaro ta'sir kuchlari deb ataladi, ular kvant xarakterga ega va elektronlarning to'lqin xossalari bilan bog'liq.
Ushbu kuchlar ta'sirida tashqi maydon bo'lmaganda, ferromagnit o'lchamlari 10 -2 - 10 -4 sm bo'lgan ko'p sonli mikroskopik mintaqalarga - domenlarga bo'linadi. Har bir domenning ichida elektron spinlari bir-biriga parallel ravishda yo'naltiriladi, shuning uchun butun domen to'yinganlikka magnitlangan, lekin alohida domenlarda magnitlanish yo'nalishlari har xil, shuning uchun butun ferromagnitning umumiy (umumiy) magnit momenti nolga teng. . Ma'lumki, har qanday tizim energiya minimal bo'lgan holatda bo'ladi. Ferromagnitning domenlarga bo'linishi, domen strukturasini shakllantirish jarayonida ferromagnit energiyasining kamayishi sababli sodir bo'ladi. Kyuri nuqtasi domenlarning buzilishi sodir bo'ladigan harorat bo'lib chiqadi va ferromagnit o'zining ferromagnit xususiyatlarini yo'qotadi.
Ferromagnitlarning domen strukturasi mavjudligi eksperimental tarzda isbotlangan. Ularni kuzatishning bevosita eksperimental usuli chang figuralar usuli hisoblanadi. Agar mayda ferromagnit kukunning suvli suspenziyasi (masalan, magnit) ferromagnitning yaxshilab sayqallangan yuzasiga qo'llanilsa, u holda zarralar asosan magnit maydonning maksimal bir xil bo'lmagan joylarida joylashadi, ya'ni. domenlar orasidagi chegaralarda. Shuning uchun, o'rnatilgan kukun domenlarning chegaralarini belgilaydi va shunga o'xshash rasmni mikroskop ostida suratga olish mumkin.
| |
| |
|
- to'yinganlik holatida butun magnitning magnitlanishi
|
Ma'lumki, har qanday tizim minimal energiyaga moyil bo'lganligi sababli, domen chegaralarining siljishi jarayoni yuzaga keladi, bunda energiya kamroq bo'lgan domenlar hajmi ortadi va yuqori energiya bilan kamayadi (9b-rasm). Juda zaif maydonlar bo'lsa, chegaralarning bu siljishlari teskari bo'lib, maydondagi o'zgarishlarga aniq amal qiladi (agar maydon o'chirilgan bo'lsa, magnitlanish yana nolga teng bo'ladi). Bu jarayon B (H) egri chizig'ining kesimiga to'g'ri keladi (10-rasm). Maydonning ortishi bilan domen chegaralarining siljishi qaytarilmas holga keladi.
Magnitlanish maydonining etarli qiymati bilan energetik jihatdan noqulay domenlar yo'qoladi (9-rasm, c, 7-rasmning bo'limi). Agar maydon yanada oshsa, domenlarning magnit momentlari maydon ustida aylantiriladi, shunda butun namuna bitta katta domenga aylanadi (9d-rasm, 10-rasmning bo'limi).
Ferromagnitlarning ko'plab qiziqarli va qimmatli xususiyatlari ularni fan va texnikaning turli sohalarida keng qo'llash imkonini beradi: transformator yadrolari va elektromexanik ultratovush emitentlarini ishlab chiqarish uchun, doimiy magnit sifatida va hokazo. Ferromagnit materiallar harbiy ishlarda qo'llaniladi: turli elektr va radio qurilmalarda; ultratovush manbalari sifatida - sonar, navigatsiya, suv osti aloqalarida; doimiy magnitlar sifatida - magnit minalarni yaratish va magnitometrik razvedka uchun. Magnetometrik razvedka ferromagnit materiallarni o'z ichiga olgan ob'ektlarni aniqlash va aniqlash imkonini beradi; suv osti kemalari va dengiz minalariga qarshi kurash tizimida qo'llaniladi.
Ma'lumki, magnit maydon oqimga ega bo'lgan ramkaga yo'naltiruvchi ta'sir ko'rsatadi va ramka o'z o'qi atrofida aylanadi. Buning sababi shundaki, magnit maydonda freymga teng kuchlar momenti ta'sir qiladi:
Bu erda B - magnit maydon induksiyasi vektori, ramkadagi oqim, S - uning maydoni va a - kuch chiziqlari va ramka tekisligiga perpendikulyar orasidagi burchak. Bu ifoda magnit dipol momenti yoki oddiygina ramkaning magnit momenti deb ataladigan hosilani o'z ichiga oladi.Ma'lum bo'lishicha, magnit momentning kattaligi ramkaning magnit maydon bilan o'zaro ta'sirini to'liq tavsiflaydi. Ikki freym, ulardan biri katta va kichik maydonga ega, ikkinchisi katta maydon va kichik oqimga ega, agar ularning magnit momentlari teng bo'lsa, magnit maydonda xuddi shunday harakat qiladi. Agar ramka kichik bo'lsa, unda magnit maydon bilan o'zaro ta'siri uning shakliga bog'liq emas.
Magnit momentni vektor sifatida ko'rib chiqish qulay, u ramka tekisligiga perpendikulyar chiziqda joylashgan. Vektorning yo'nalishi (ushbu chiziq bo'ylab yuqoriga yoki pastga) "gimbal qoidasi" bilan belgilanadi: gimbal ramka tekisligiga perpendikulyar joylashtirilishi va ramka oqimi yo'nalishi bo'yicha aylanishi kerak - gimbal irodasining harakat yo'nalishi. magnit moment vektorining yo'nalishini ko'rsating.
Shunday qilib, magnit moment ramka tekisligiga perpendikulyar vektordir.
Keling, magnit maydondagi ramkaning harakatini tasavvur qilaylik. U shunday burilishga moyil bo'ladi. shunday qilib, uning magnit momenti magnit maydon B induksiya vektori bo'ylab yo'naltiriladi. Magnit maydon induktsiya vektorini aniqlash uchun oddiy "o'lchash moslamasi" sifatida oqimga ega kichik ramkadan foydalanish mumkin.
Magnit moment fizikada muhim tushunchadir. Atomlar yadrolardan iborat bo'lib, ular atrofida elektronlar aylanadi. Zaryadlangan zarracha sifatida yadro atrofida harakatlanadigan har bir elektron oqim hosil qilib, oqim bilan bir xil mikroskopik ramka hosil qiladi. Radiusi r bo'lgan aylana orbita bo'ylab harakatlanayotgan bitta elektronning magnit momentini hisoblaylik.
Elektr toki, ya'ni 1 soniyada orbita bo'ylab elektron olib yuradigan zaryad miqdori elektronning e zaryadiga teng bo'lib, uning aylanishlar soniga ko'paytiriladi:
Demak, elektronning magnit momentining kattaligi quyidagilarga teng:
Buni elektronning burchak momentumining kattaligi orqali ifodalash mumkin. U holda elektronning orbitadagi harakati bilan bog'liq magnit momentining kattaligi yoki ular aytganidek, orbital magnit momentning kattaligi quyidagilarga teng bo'ladi:
Atom - klassik fizika yordamida tasvirlab bo'lmaydigan ob'ekt: bunday kichik ob'ektlar uchun mutlaqo boshqa qonunlar - kvant mexanikasi qonunlari qo'llaniladi. Shunga qaramay, elektronning orbital magnit momenti uchun olingan natija kvant mexanikasidagi kabi bo'lib chiqadi.
Elektronning o'z o'qi atrofida aylanishi bilan bog'liq bo'lgan spinning ichki magnit momenti bilan vaziyat boshqacha. Elektronning spini uchun kvant mexanikasi magnit momentining qiymatini klassik fizikaga qaraganda 2 baravar kattaroq beradi:
orbital va spin magnit momentlari o'rtasidagi bu farqni klassik nuqtai nazardan tushuntirib bo'lmaydi. Atomning umumiy magnit momenti barcha elektronlarning orbital va spin magnit momentlarining yig'indisidir va ular 2 marta farq qilganligi sababli, atomning magnit momentini ifodalashda atomning holatini tavsiflovchi omil paydo bo'ladi. atom:
Shunday qilib, atom, xuddi oqimga ega bo'lgan oddiy ramka kabi, magnit momentga ega va ko'p jihatdan ularning xatti-harakatlari o'xshashdir. Xususan, klassik ramkada bo'lgani kabi, magnit maydondagi atomning harakati uning magnit momentining kattaligi bilan to'liq aniqlanadi. Shu munosabat bilan magnit maydondagi materiya bilan sodir bo'ladigan turli fizik hodisalarni tushuntirishda magnit moment tushunchasi juda muhimdir.
Yagona maydonda tok I bo'lgan kontaktlarning zanglashiga olib ta'sir etuvchi momenti M oqimning oqim maydoniga, oqim kuchiga va B magnit maydonining induksiyasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsional ekanligini isbotlash mumkin. Bundan tashqari, moment M sxemaning maydonga nisbatan joylashishiga bog'liq. Maksimal moment Miax kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tekisligi magnit induksiya chiziqlariga parallel bo'lganda olinadi (22.17-rasm), va formula bilan ifodalanadi.
(Buni (22.6a) formula va 22.17-rasm yordamida isbotlang.) Belgilasak, hosil bo‘ladi.
Tashqi magnit maydondagi xatti-harakatlarini aniqlaydigan oqim o'tkazuvchi kontaktlarning zanglashiga olib keladigan magnit xususiyatlarini tavsiflovchi qiymat ushbu zanjirning magnit momenti deb ataladi. O'chirishning magnit momenti undagi oqimning ko'paytmasi bilan o'lchanadi:
Magnit moment vektor bo'lib, uning yo'nalishi o'ng vint qoidasi bilan belgilanadi: agar vint zanjirdagi oqim yo'nalishi bo'yicha burilsa, vintning tarjima harakati vektor yo'nalishini ko'rsatadi. (22.18-rasm, a). M momentning konturning yo'nalishiga bog'liqligi formula bilan ifodalanadi
bu erda a - vektorlar va B orasidagi burchak. Shakldan. 22.18, b magnit maydondagi konturning muvozanati B va Pmag vektorlari bitta to'g'ri chiziq bo'ylab yo'naltirilganda mumkin bo'lishini ko'rish mumkin. (Qaysi holatda bu muvozanat barqaror bo'lishini ko'rib chiqing.)
Magnit moment moddaning magnit xususiyatlarini tavsiflovchi asosiy miqdor. Elektromagnit hodisalarning klassik nazariyasiga ko'ra, magnitlanish manbai elektr makro va mikro oqimlardir. Magnitlanishning elementar manbai yopiq oqim hisoblanadi. Tajribadan va elektromagnit maydonning klassik nazariyasidan kelib chiqadiki, agar mahsulot ma'lum bo'lsa, yopiq oqimning (oqim bilan zanjir) magnit harakatlari aniqlanadi ( M) joriy i kontur maydonida s ( M = iσ / c CGS birliklar tizimida (Qarang: CGS birliklar tizimi), bilan -
yorug'lik tezligi). Vektor M va ta'rifiga ko'ra, M. m. Buni boshqa shaklda yozish mumkin: M = m l, qayerda m - sxemaning ekvivalent magnit zaryadi va l- qarama-qarshi belgilarning "zaryadlari" orasidagi masofa (+ va -
). Elementar zarralar, atom yadrolari va atom va molekulalarning elektron qobiqlari magnit materiallarga ega. Elementar zarrachalarning (elektronlar, protonlar, neytronlar va boshqalar) kattaligi kvant mexanikasi tomonidan ko'rsatilgandek, o'zlarining mexanik momentlari - Spin a mavjudligi bilan bog'liq. M. m. Yadrolar oʻzlarining (spin) M. m.dan tashkil topgan bu proton va neytron yadrolarini hosil qiluvchi, shuningdek M. m. Ularning yadro ichidagi orbital harakati bilan bogʻliq. Atomlar va molekulalarning elektron qobiqlarining magnit rezonansi spin va orbital magnit-rezonans elektronlaridan iborat. Elektronning spin magnit momenti m cn tashqi magnit maydon yo'nalishi bo'yicha ikkita teng va qarama-qarshi yo'naltirilgan proyeksiyaga ega bo'lishi mumkin. N. Mutlaq proyeksiya kattaligi bu erda m in = (9,274096 ± 0,000065) 10 -21 erg / gs - Bora magnetoni, h -
Bar doimiy , e va m e - elektronning zaryadi va massasi, bilan- yorug'lik tezligi; S H - aylanish mexanik momentining maydon yo'nalishi bo'yicha proyeksiyasi H... Spinning mutlaq qiymati M. m. qayerda s= 1/2 - spin kvant soni (Qarang: Kvant raqamlari). Spin magnitlanishining mexanik momentga nisbati (spin) spindan beri Atom spektrlarini o'rganish shuni ko'rsatdiki, m H cn aslida m in ga emas, balki m in ga teng (1 + 0,0116). Bu elektromagnit maydonning nol nuqtali tebranishlarining elektronga ta'siri bilan bog'liq (qarang: Kvant elektrodinamika, Radiatsiyaviy tuzatishlar).
Elektron m orbning orbital magnit momenti orbianing mexanik orbital momenti bilan bog'liqdir. g opb = | m orb | / | orb | = | e|/2m e c, ya'ni Magnetomexanik nisbat g opb dan ikki baravar kam g cp. Kvant mexanikasi faqat m orbning tashqi maydon yo'nalishi bo'yicha mumkin bo'lgan proyeksiyalarining diskret qatoriga imkon beradi (fazoviy kvantlash deb ataladi): m H orb = m l m in ,
qayerda m l -
magnit kvant soni 2 ga teng l+ 1 qiymatlar (0, ± 1, ± 2, ..., ± l, qayerda l-
orbital kvant soni). Koʻp elektronli atomlarda orbital va spin M. m. kvant sonlari bilan aniqlanadi. L va S umumiy orbital va aylanish momentlari. Bu momentlarni qo'shish fazoviy kvantlash qoidalariga muvofiq amalga oshiriladi. Elektronning spini va uning orbital harakati uchun magnitomexanik munosabatlarning tengsizligi tufayli ( g cp ¹ g opb) atom qobigʻining hosil boʻlgan M.si uning hosil boʻlgan mexanik momentiga parallel yoki antiparallel boʻlmaydi. J.
Shuning uchun ko'pincha to'liq M. m ning komponenti ko'rib chiqiladi.Vektor yo'nalishiga J ga teng qayerda g J - elektron qobiqning magnitomekanik nisbati, J umumiy burchak kvant soni. M. m. Spin boʻlgan protonning qayerda M p- protonning massasi, bu 1836,5 marta katta m e, m zahar - 1 / 1836,5 m c ga teng yadro magnitoni. Neytronda esa magnit material bo'lmasligi kerak, chunki u zaryadsizdir. Biroq, tajriba shuni ko'rsatdiki, protonning molekulyar og'irligi m p = 2,7927m zahar, neytron m n = -1,91315m zahardir. Bu nuklonlar atrofida ularning oʻziga xos yadroviy oʻzaro taʼsirini aniqlaydigan mezon maydonlarining mavjudligi bilan bogʻliq (qarang Yadro kuchlari , Mezonlar) va ularning elektromagnit xossalariga taʼsir qiladi. Murakkab atom yadrolarining umumiy M.m.lari m zaharga yoki m p va m n ga karrali emas. Shunday qilib, M. m. Kaliy yadrosi Makroskopik jismlarning magnit holatini tavsiflash uchun tanani tashkil etuvchi barcha mikrozarralarning hosil bo'lgan magnit maydonining o'rtacha qiymati hisoblanadi. Jismning birlik hajmidagi magnitlanish magnitlanish deyiladi. Makro jismlar uchun, ayniqsa, atom magnit tartibli jismlar (ferro-, ferri- va antiferromagnitlar) uchun o'rtacha atom molekulyar massasi tushunchasi bir atomga (ion) molekulyar massaning o'rtacha qiymati, tashuvchisi sifatida kiritilgan. tanadagi molekulyar massa. Magnit tartibli moddalarda bu o'rtacha atom magnit materiallari ferromagnit jismlarning yoki magnit pastki panjaralarning o'z-o'zidan magnitlanishining ferromagnit va antiferromagnitlarda (mutlaq nol haroratda) atomlar - tashuvchilar soniga bo'linishidan olinadi. hajm birligi uchun magnit material. Odatda bu oʻrtacha atom M.lari m.izolyatsiyalangan atomlarning M.laridan farq qiladi; ularning Bor magnetonlarida m qiymatlari kasrli bo'lib chiqadi (masalan, o'tish davrida d-metallar Fe, Co va Ni mos ravishda 2,218 m, 1,715 m va 0,604 m) Bu farq o'zgarish bilan bog'liq. d-elektronlarning harakatida (M. m. tashuvchilari) kristalldagi izolyatsiyalangan atomlardagi harakatga nisbatan. Noyob tuproq metallari (lantanidlar), shuningdek metall bo'lmagan ferro- yoki ferrimagnit birikmalar (masalan, ferritlar) bo'lsa, elektron qobig'ining tugallanmagan d- yoki f-qatlamlari (asosiy atomik qatlamlar mavjud emas) d-metallar) va bunday jismlarning molekulyar massasi ajratilgan atomlarga nisbatan kam o'zgaradi. Kristaldagi atomlardagi magnit rezonansni bevosita eksperimental aniqlash magnit neytronlar diffraktsiyasi, radiospektroskopiya (NMR, EPR, FMR va boshqalar) va Myossbauer effekti usullarini qo'llash natijasida mumkin bo'ldi. Paramagnetlar uchun Kyuri qonuni a yoki Kyuri-Veys qonuni a ifodasiga kiritilgan eksperimental topilgan Kyuri doimiysi orqali aniqlanadigan o'rtacha atom magnit materiali tushunchasini ham kiritish mumkin (qarang Paramagnetizm). Yoqitilgan: Tamm I.E., Elektr nazariyasi asoslari, 8-nashr, M., 1966; Landau L. D. va Lifshits E. M., Uzluksiz muhitning elektrodinamiği, M., 1959; Dorfman Ya.G., Materiyaning magnit xossalari va tuzilishi, M., 1955; Vonsovskiy S.V., Mikrozarrachalarning magnitlanishi, M., 1973 y. S. V. Vonsovskiy. Buyuk Sovet Entsiklopediyasi. - M .: Sovet ensiklopediyasi.
1969-1978
.
Boshqa lug'atlarda "Magnit moment" nima ekanligini ko'ring:
Hajmi L2I O'lchov birliklari SI A⋅m2 ... Vikipediya
Magnitni tavsiflovchi asosiy qiymat. wadagi xususiyatlar. Magnitlanish manbai (M. m.), Klassikga ko'ra. elektron nazariya magn. hodisalar, yavl. makro va mikro (atom) elektr oqimlari. Element. magnitlanish manbai yopiq oqim deb hisoblanadi. Tajriba va klassikadan ...... Jismoniy ensiklopediya
Katta ensiklopedik lug'at
MAGNETIC MOMENT, doimiy magnit yoki oqim o'tkazuvchi bobinning kuchini o'lchash. Bu magnit, lasan yoki elektr zaryadiga magnetik maydonda qo'llaniladigan maksimal aylanish kuchi (burilish momenti) maydon kuchiga bo'linadi. Zaryadlangan ...... Ilmiy-texnik entsiklopedik lug'at
MAGNITI MOMENT- jismoniy jismlar va moddalar zarralarining (elektronlar, nuklonlar, atomlar va boshqalar) magnit xususiyatlarini tavsiflovchi miqdor; magnit moment qanchalik katta bo'lsa, tana kuchliroq (qarang); magnit moment magnit bilan aniqlanadi (qarang). Chunki har bir elektr ...... Katta politexnika entsiklopediyasi
- (Magnit moment) berilgan magnitning magnit massasining qutblari orasidagi masofaga ko'paytmasi. Samoilov K.I. Dengiz lug'ati. M. L .: SSSR NKVMF Davlat dengiz nashriyoti, 1941 yil ... Dengiz lug'ati
magnit moment- Har ka magn. sv jismlarga, konv. ifodalash. ishlab chiqarish. kattalik qutblar orasidagi masofada har bir qutbda zaryad. Mavzular metallurgiya umumiy EN magnit moment ... Texnik tarjimon uchun qo'llanma
Magnit maydon manbai sifatida materiyani tavsiflovchi vektor miqdori. Makroskopik magnit moment yopiq elektr toklari va atom zarralarining tartibli yo'naltirilgan magnit momentlari orqali hosil bo'ladi. Mikrozarrachalar orbital... ensiklopedik lug'at
MAGNITI MOMENT- moddaning magnit xususiyatlarini tavsiflovchi asosiy miqdor. Elektr toki magnitlanishning elementar manbai hisoblanadi. Oqim kuchi va yopiq oqim halqasining maydoni mahsuloti bilan aniqlangan vektor magnit moment hisoblanadi. tomonidan…… Paleomagnitologiya, petromagnetologiya va geologiya. Malumot lug'ati.
magnit moment- 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; čia m - magnetinio momento vektorius, B ... ... Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas