Заттардағы магнит өрісі

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Заттардағы магнит өрісі

Эксперементтік зерттеулер барлық заттардың магниттік қасиеті болатынын көрсетті. Егер тогы бар екі орамды қандай да бір ортаға орналастырса, онда токтардың арасында өзара магниттік әрекет күші өзгереді. Тәжірибе көрсеткендей, заттарда электр тогы туғызатын магнит өрісінің индукциясы осы токтардың вакуумда туғызатын магнит өрісінің индукциясынан өзгеше болады.

Біртекті ортада В магнит өрісінің индукция модулі жағынан вакуумдағы В 0 магнит өрісінің индукциясынан неше есе өзгеше екенінін көрсететін физикалық шама магниттік өтімділік деп

аталады:

µ= В В0

Магнит - өтімділігі µ≠1 болатын заттар магнетиктер деп аталады.

Магнетиктер сыртқы магнит өрісінде магниттеледі. Заттардың магниттік қасиеттері атомдар мен олардың құрамына кіретін элементар бөлшектердің (электрондар, протондар, нейтрондар) магниттік қасиеттерімен анықталады. Протондар мен нейтрондардың магниттік қасиеттері электрондардың магниттік қасиеттерінен 1000 есе әлсіз екені тағайындалған. Сондықтан заттардың магниттік қасиеттерін атом құрамына кіретін электрондар анықтайды.

Электрондарда электр өрісі ғана емес, сонымен қатар өздік магнит өрісінің болуы оның басты қасиеттерінің бірі. Электрондардың өздік магнит өрісі спиндік (spin - айналу) деп аталады. Электрон ядроны айнала өзінің орбитальді қозғалысы нәтижесінде дөңгелек микро-токтарға ұқсас магнит өрісін туғызады. Электрондардың спиндік және магниттік өрістері олардың орбита бойымен қозғалысынан туады да заттың магниттік қасиетінің кең спектрін анықтайды.

Заттар бір-бірінен магниттік қасиеттерімен ерекшеленеді. Көптеген заттарда бұл қасиеттер әлсіз. Әлсіз - магниттік заттар парамагнетиктер (мысалы, алюминий, платина, азот, оттек, вольфрам) және диамагнетиктер (мысалы, мыс, мырыш, висмут, шыны, инертті газдар, сутек, органикалық қосылыстар) деп аталатын екі үлкен топқа бөлінеді. Сыртқы магнит өрісіне кіргізгенде парамагнетиктер олардың өздік магнит өрісі сыртқы өріспен бағыттас болатындай магниттелсе, диамагнетик заттар сыртқы өріске қарсы бағытталады.

Парамагнетиктерде µ>1, ал диамагнетиктерде µ<1, себебі

(парамагнетиктер үшін),

(диамагнетиктер үшін),

мұндағы В0 - вакуумдегі сыртқы магнит өрісінің магнит индукциясы, В - заттағы сыртқы магнит өрісінің индукциясы, ΔВ - магниттелген дененің магнит индукциясы.

Пара және диамагнетиктер өтімділігінің бір санынан өзгешілігі өте аз. Мысалы, алюминийде µ = 1, 23, оттегінде µ = 1, 2, вольфрамда µ = 1, 000176, мыста µ = 0, 0, суда µ = 0, 1, висмутта µ = 0, 999824. Парамагниттік заттарды электромагнит полюстерінің арасындағы біртекті магнит өрісіне орналастырса, олар күшті өріске қарай тартылады (10. 49-сурет), ал диамагнетиктен жасалған заттар өрістен тебіледі (10. 50-сурет) .

Пара және диамагнетизм сыртқы магнит өрісіндегі электрондық орбиталардың қасиеттерімен түсіндіріледі. Диамагнетик заттардың атомдарындағы электрондардың өздік магнит өрісі сыртқы магнит өрісі жоқ кезде электрондардың орбита бойымен қозғалысы салдарынан туатын магнит өрісін теңгереді. Диамагнетизмнің пайда болуы электрондық орбитаға әреккет ететін Лоренц күшімен байланысты. Осы күштің әрекетінен электрондардың орбита бойымен қозғалысының сипаты өзгереді және магнит өрістерінің теңдігі бұзылады. Осы кезде пайда болған атомның өздік магнит өрісі сыртқы өрістің индукциясына қарсы бағытталады.

Парамагнетик заттардың атомдарындағы электрондардың магнит өрісі толығымен теңгерілмеген және атом өздік магнит өрісі бар кішкентай дөңгелек токтарға ұқсас болады. Сыртқы өріс жоқ кезде осы дөңгелек микротоктар еркін (әр түрлі бағытта) орналасқан, сондықтан магнит индукцияларының қосындысы нөлге тең. Сыртқы магнит өрісінде микротоктар сыртқы магнит өрісінің бағытымен бағыттас орналасады. Бірақ атомдардың жылулық қозғалысының салдарынан микротоктар ешқашан толық бағдарланбайды, яғни барлық микротоктардың бағыты сыртқы магнит өрісімен бағыттас бола бермейді. Сыртқы магнит өрісінің артуымен микротоктардың бағдарлану эффектісі өседі, сондықтан парамагнетиктердің өздік магнит өрісінің индукциясына тура пропорционалдық қатынаста артады. Парамагнетиктердегі толық магнит өрісінің индукциясы сыртқы магнит өрісінің индукциясы мен магниттелу процесінде пайда болған өздік магнит өрісінің индукциясының қосындысынан тұрады. Парамагнетиктердің магниттелу миханизмі полюстік диэлектриктердің поляризациялану (үйектелу) механизміне өте ұқсас. Заттардың электрлік қасиеттерінің ішінде диамагнетизмнің аналогі жоқ.

Кез келген заттаың атомдары диамагниттік қасиетке ие. Дегенмен көп жағдайларда атомдардың диамагнетизмі өте күшті парамагниттік эффектісінен байқалмай қалады. Диамагнетизм эффектісін 1845 жылы М. Фарадей ашты.

Магнит өрісінде күшті магниттелетін заттар ферромагнетиктер деп аталады. Олардың магнит өтімділігі

10² - 10 аралығында жатады. Мысалы, болатта µ = 8000, темір мен никель қоспасында µ = 25.

Ферромагнетиктер тобына төрт химиялық элемент жатады: темір, никель, кобальт, гадолиний. Олардың ішінде темірдің магнит өтімділігі жоғары. Сондықтан осы топ ферромагнетик деген атауға ие болған.

Ферромагниттік қасиеттер құрамында ферромагниттік элементер бар әр түрлі қоспаларда да бар. Керамикалық ферромагниттік материал ферриттер техникада кең қолданылады. Ферриттер ток өткізбейтін қасиетімен ферромагнетиктерден ерекшеленеді.

Әрбір ферромагнетиктің Кюри температурасы (нүктесі) деп аталатын белгілі бір температурасы болады. Осы температурадан жоғары температурада ферромагниттік қасиеттер жойылып, зат парамагнетикке айналады. Темірдің Кюри температурасы 770ºС, кобальт үшін ол 1130º-қа тең, никельде 360ºС.

Ферромагниттік материалдар жұмсақмагнитті және қатаңмагнитті материал деп аталатын екі үлкен топқа бөлінеді. Сыртқы магнит өрісі жоғалған кезде жұмсақмагнитті ферромагниттік материалдар магниттік қасиетінен толығымен айырылады. Оларға таза темір, электротехникалық болат және кейбір қорытпалар жатады. Бұл материалдар үздіксіз қайта магниттелу болатын, яғни магнит өрісі өз бағытын үнемі өзгертіп отыратын айнымалы ток приборларында (трансформаторлар, электроқозғалтқыштар, т. б. ) қолданылады.

Қатаңмагниттік материалдар магниттік қасиетін сыртқы магнит өрісі жоқ кезде де сақтайды. Қатаңмагниттік материалдарға көміртекті болат және арнайы қоспалардың қатары жатады. Қатаңмагниттік материалдар негізінен тұрақты магниттер жасау үшін қолданылады.

Ферромагнетиктердің магниттік өтімділігі тұрақты шама болып табылмайды. Ол сыртқы өрістің В0 индукциясына тәуелді. µ ( В0) тәуелділігі 10. 51-суретте көрсетілген. Кестелерде, әдетте, магниттік өтімділіктің ең үлкен мәні беріледі.

Магниттік өтімділіктің тұрақсыздығы ферромагнетиктердегі В магнит өрісі индукциясының В0 сыртқы магнит өрісінің индукциясына күрделі, сызықты емес тәуелділігіне әкеледі. Магниттік гистерезис (гистерезис «кешігу» деген мағына береді) ферромагнетиктердің магниттелу процесінің ерекше сипаты болып табылады, яғни магниттелудің материалдық магниттелу алдындағы қасиетіне тәуелділігі. Ферромагниттік заттардың В ( В0) магниттелу қисығы гистерезис тұзағы деп аталатын күрделі пішінді тұзақ тәріздес қисық береді (10. 52-сурет) .

10. 52-суреттен В0 > Вos кезінде заттың магнит қасиетінің ең үлкен мәніне жетуі, яғни магниттік қанығудың басталатынын көреміз. Оны қайтадан нөлдік мәнге жеткізсек, онда ферромагнетик қалдық магниттелуді сақтайды, заттың ішіндегі өрістің индукциясы Вr -ге тең болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.