Ферромагнетиктердің қасиеттері

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

РЕФЕРАТ

Тақырыбы: «Ферромагнетиктер»

Топ: ХТ 23 4к2

Орындаған: Жаңабай Шұға

Тексерген: Бәкіржанқызы Ә.

Мазмұны:

Кіріспе

Ферромагнетиктердің қасиеттері
Ферромагнитті қайта магниттеу процесі
Элементар магниттер гипотезасы
Ферромагнетиктер мен диа және парамагнетиктер арасындағы айырмашылық
Ферромагнетизмнің спиндік табиғаты
Ферромагнетиктерді қолдану

Қорытынды

Әдебиеттер тізімі

Кіріспе

Ферромагнетиктер - тым жоғары емес температурада өздігінен (өздігінен) магниттелетін қатты заттар, олар сыртқы әсерлердің әсерінен-магнит өрісінің, деформацияның, температураның өзгеруінің әсерінен айтарлықтай өзгереді. Оларға мыналар жатады: болат, темір, никель, кобальт, олардың қорытпалары және т. б. олар вакуумның өткізгіштігінен бірнеше мың есе асатын магниттік өткізгіштікке ие. Сондықтан энергияны түрлендіру үшін магнит өрістерін қолданатын барлық электротехникалық құрылғыларда ферромагниттік материалдан жасалған және магнит ағынын жүргізуге арналған құрылымдық элементтер болуы керек. Мұндай элементтер деп аталады магниттік өткізгіштер.

Ферромагнетиктердің қасиеттері

Заттардың магниттік қасиеттері магнетизмнің элементар тасымалдаушыларының магниттік қасиеттеріне-ішінде қозғалатын электрондар атомдарына, сондай-ақ олардың топтарының бірлескен әрекетіне байланысты. Атомдардағы электрондар атом ядросының айналасындағы орбиталар бойымен қозғала отырып, магниттік моментпен сипатталатын элементар токтар немесе магниттік дипольдер түзеді М. оның шамасы элементар токтың I көбейтіндісіне және M = is элементар тізбегімен шектелген s элементар алаңына тең. M векторы гимлет ережесі бойынша s алаңына перпендикуляр бағытталған. Дененің магниттік моменті-барлық дипольдердің магниттік моменттерінің геометриялық қосындысы. Орбиталық моменттерден басқа, электрондар өз осьтерінің айналасында айнала отырып, ферромагнетиктерді магниттеуде маңызды рөл атқаратын спиндік моменттерді де жасайды.

Ферромагниттік - магниттік моменттердің реті.

Ферромагнетиктерде спиндік моменттері параллель бағытталған жеке өздігінен магниттелген аймақтар (10-2-ден 10-6 см3-ге дейін) түзіледі. Егер ферромагнетик сыртқы өрісте болмаса, онда жеке аймақтардың магниттік моменттері көп бағытты және дененің жалпы магниттік моменті нөлге тең - ферромагнетик магниттелмейді. Сыртқы магнит өрісіне ферромагнетикті енгізу кейбір аймақтардың магниттік моменттерінің сыртқы өріс бағытында айналуын және магниттік момент бағыттары сыртқы өріс бағытына жақын аймақтардың өлшемдерінің ұлғаюын тудырады. Нәтижесінде ферромагнетик магниттеледі. Магниттік индукцияның магнит өрісінің кернеулігіне тәуелділігі B = f(H) сызықты емес және бастапқы магниттелу қисығымен бейнеленген. Бұл тәуелділікті алғаш рет орыс ғалымы А. Г. Столетов ашты. Ол ұсынған тәжірибелік әдіс баллистикалық гальванометрдің көмегімен ферромагниттік сақиналардағы Фm магнит ағынын өлшеу болды.

Бастапқы орамасы N1 бұрылыстардан тұратын тороидтың зерттелетін материалдан жасалған өзегі болды (мысалы, күйдірілген темір) . N2 бұрылыстардың қайталама орамасы G баллистикалық гальванометрге қосылды (А-сурет) . N1 орамасы В батареясының тізбегіне қосылды. Бұл орамға қолданылатын кернеу, демек, ондағы ток күші I1 R1 потенциометрінің көмегімен өзгертуге болады. Ағымдағы бағыт

K қосқышы арқылы өзгертілді.

N1 орамдағы ток бағыты керісінше өзгерген кезде N2 орам тізбегінде қысқа мерзімді индукциялық ток пайда болды және баллистикалық гальванометр арқылы q электр заряды өтті, бұл ағынның байланысының өзгеруінің қатынасына тең. гальванометр тізбегіндегі R электр кедергісіне қарама-қарсы таңбамен алынған қайталама орамның:

Егер өзегі жіңішке болса, ал көлденең қимасының ауданы S болса, онда

ядродағы магнит өрісінің индукциясы V = Фm/S=qR/(2N2S) тең

Ядродағы магнит өрісінің күші келесі формуламен есептеледі:

мұндағы Lср - өзек орта сызығының ұзындығы. B және H біле отырып, сіз магниттелуді таба аласыз.

Ферромагнетиктер күшті магнит өрісі аймағына қатты тартылады. Ферромагнетиктердің магниттік сезімталдығы оң және бірліктен айтарлықтай үлкен. Тым жоғары емес температурада ферромагнетиктердің өздігінен магниттелуі болады, ол сыртқы әсерлердің әсерінен қатты өзгереді.

Жоғары магниттік өткізгіштіктен басқа, ферромагнетиктерде В индукциясының магнит өрісінің H күшіне қатты айқын сызықты емес тәуелділігі бар, ал магниттелу кері өзгерген кезде В және Н арасындағы байланыс екі жақты болады.

B(H) функциялары ерекше маңызға ие, өйткені Тек олардың көмегімен ферромагниттік ортада магнит ағыны өтетін элементтері бар тізбектердегі электромагниттік процестерді зерттеуге болады. Бұл функциялар екі түрлі болады: магниттелу қисықтары және гистерезис циклдері.

Ферромагнетиктің магниттелуінің кері айналу процесі

Ферромагнетик бастапқыда толығымен магнитсіздендірілсін. Бастапқыда магниттік дипольдер өріс сызықтары бойымен бағдарланғандықтан, сыртқы магнит ағынына меншікті магнит ағынын қосатындықтан, индукция тез артады. Содан кейін оның өсуі бағдарланбаған дипольдердің саны азайған сайын баяулайды және ақырында олардың барлығы дерлік сыртқы өріс бойымен бағдарланғанда индукцияның өсуі тоқтап, қанығу режимі пайда болады.

Егер магниттеу процесінде өрістің кернеулігін белгілі бір мәнге жеткізіп, содан кейін азайтуды бастасаңыз, онда индукцияның төмендеуі магниттелгенге қарағанда баяу жүреді және жаңа қисық бастапқы қисықтан өзгеше болады. Алдын ала толық магниттелген зат үшін өріс кернеулігі жоғарылаған кезде индукцияның өзгеру қисығы бастапқы магниттеу қисығы деп аталады. Суретте. 4 ол қалыңдатылған сызықпен көрсетілген.

Оңнан теріс максималды мәндерге дейінгі кернеудің бірнеше (шамамен 10) өзгеру циклдарынан кейін B=f(H) тәуелділігі қайталана бастайды және гистерезис циклі деп аталатын симметриялы тұйық қисыққа тән көрініске ие болады. Гистерезис индукцияның магнит өрісінің қарқындылығынан артта қалуы деп аталады. Гистерезис құбылысы кез-келген шаманың қазіргі күйінде ғана емес, алдыңғы күйінде де басқа мәнге тәуелділігі бар барлық процестерге тән, яғни. B2=f (H2, H1) - мұндағы H2 және H1 сәйкесінше ағымдағы және алдыңғы кернеу мәндері болып табылады.

Гистерезис ілмектерін HM сыртқы өрісінің максималды кернеуінің әртүрлі мәндерінде алуға болады (сурет. 5) . Симметриялы гистерезис циклдарының шыңдарының нүктелерінің геометриялық орны негізгі магниттеу қисығы деп аталады. Негізгі магниттеу қисығы іс жүзінде бастапқы қисыққа сәйкес келеді.

Гистерезистің симметриялы циклі HM өрісінің максималды кернеуінен алынған ферромагнетиктің қанығуына сәйкес келетін шекті цикл деп аталады.

Шекті цикл үшін қалдық индукция деп аталатын H = 0-де BR индукция мәндері және коэрциативті күш деп аталатын B = 0-де Hc мәні орнатылады. Коэрциативті (ұстау) күш қалдық индукцияны нөлге дейін азайту үшін затқа қандай сыртқы өріс кернеулігін қолдану керектігін көрсетеді.

Шекті циклдің пішіні мен тән нүктелері ферромагнетиктің қасиеттерін анықтайды. Үлкен қалдық индукциясы, коэрцитивті күші және гистерезис циклінің ауданы бар заттар (қисық 1 сурет. 6) магнитті қатты деп аталады. Олар тұрақты магниттер жасау үшін қолданылады. Аз қалдық индукциясы бар және гистерезис циклінің ауданы бар заттар (қисық 2 сурет. 6) магниттік жұмсақ деп аталады және электр құрылғыларының магниттік өткізгіштерін жасау үшін қолданылады, әсіресе магнит ағыны мезгіл-мезгіл өзгеріп отырады.

Элементар магниттер гипотезасы

Қалыпты температурада ферромагниттік зат белгілі бір бағытта өздігінен магниттелген аймақтардан (домендерден) тұрады, онда элементар магниттер бір-біріне параллель орналасқан және магниттік күштер мен электрлік өзара әрекеттесу күштерімен осы күйде ұсталады.

Жеке аймақтардың магнит өрістері сыртқы кеңістікте табылмайды, өйткені олардың барлығы әртүрлі бағытта магниттелген. J домендерінің өздігінен магниттелу қарқындылығы температураға байланысты және абсолютті нөлде толық қанығу қарқындылығына тең. Жылу қозғалысы реттелген құрылымды бұзады және белгілі бір затқа тән q температурасында реттелген орналасу толығымен бұзылады. Бұл температура Кюри нүктесі деп аталады. Кюри нүктесінен жоғары зат парамагнетикалық қасиеттерге ие.

Никель үшін Кюри температурасы 360 °C. Егер сіз никель үлгісін оттықтың жалынына жақын жерде іліп қойсаңыз, ол күшті тұрақты магнит өрісінде болса, онда қыздырылмаған үлгіні магнитке қатты тартып, көлденең орналастыруға болады (8-сурет) . Үлгі қызып, температураға жеткенде никельдегі ферромагниттік қасиеттер жоғалады және никель үлгісі төмендейді. Кюри нүктесінен төмен температураға дейін салқындаған кезде үлгі қайтадан магнитке тартылады. Қызып, қайтадан құлайды және т. б., шам жанып тұрған кезде тербелістер үнемі жалғасады.

Ферромагнетиктер мен диа және парамагнетиктер арасындағы айырмашылық

Заттың жеке атомдарының немесе молекулаларының қасиеттері болып табылатын диамагнетизм мен парамагнетизмнен айырмашылығы, заттың ферромагниттік қасиеттері оның кристалдық құрылымының ерекшеліктерімен түсіндіріледі. Темір атомдары, мысалы, бу күйінде қабылданса, өздігінен диамагнитті немесе әлсіз парамагнитті болады. Ферромагнетизм-қатты күйдегі Темірдің қасиеті, яғни темір кристалдарының қасиеті.

Бұл бізді бірқатар фактілерге сендіреді. Ең алдымен, темірдің және басқа ферромагниттік материалдардың магниттік қасиеттерінің олардың кристалдық құрылымын өзгертетін өңдеуге тәуелділігі (қатаю, күйдіру) осыны көрсетеді. Әрі қарай, парамагниттік және диамагниттік металдардан жоғары ферромагниттік қасиеттері бар қорытпалар жасауға болады. Бұл, мысалы, магниттік қасиеттері бойынша темірден кем түспейтін Гойслер қорытпасы, бірақ ол мыс (60%), марганец (25%) және алюминий (15%) сияқты әлсіз магнитті металдардан тұрады. Екінші жағынан, ферромагниттік материалдардан жасалған кейбір қорытпалар, мысалы, 75% темір және 25% никель қорытпасы магнитті емес. Ақырында, ең күшті растау-белгілі бір температураға жеткенде (Кюри нүктесі) барлық ферромагниттік заттар ферромагниттік қасиеттерін жоғалтады.

Ферромагниттік заттар парамагниттік заттардан магниттік өткізгіштіктің өте үлкен мәнімен және оның өріс кернеулігіне тәуелділігімен ғана емес, сонымен қатар магниттелу мен магниттелу өрісінің кернеулігі арасындағы өте ерекше байланыспен ерекшеленеді. Бұл ерекшелік гистерезис құбылысында өзінің барлық салдарымен көрінеді: қалдық магниттелудің және коэрцитивті күштің болуы.

Темір мен басқа ферромагниттік заттардың магниттелуі мен магниттелу процестерін егжей - тегжейлі зерттеу заттың ферромагниттік қасиеттері жеке атомдардың немесе өздері парамагниттік молекулалардың магниттік қасиеттерімен емес, домендер деп аталатын бүкіл аймақтарды-өте көп атомдары бар заттың шағын аймақтарын магниттеу арқылы анықталатынын көрсетті.

Жеке ферромагниттік атомдардың магниттік моменттерінің өзара әрекеттесуі әрбір осындай аймақта әрекет ететін және осы аймақта бір-біріне параллель барлық атомдық магниттерді құрайтын өте күшті ішкі магнит өрістерінің пайда болуына әкеледі. Осылайша, сыртқы өріс болмаса да, ферромагниттік зат бірқатар жеке аймақтардан тұрады, олардың әрқайсысы өздігінен қаныққанға дейін магниттеледі. Бірақ әр түрлі аймақтар үшін магниттеу бағыты әр түрлі, сондықтан осы аймақтардың таралуының ретсіздігіне байланысты дене тұтастай алғанда сыртқы өрістің болмауында магниттелмейді.

Сыртқы өрістің әсерінен мұндай "өздігінен магниттелетін аймақтар" қайта құрылады және қайта құрылады, нәтижесінде магниттелуі сыртқы өріске параллель болатын аймақтар пайда болады және зат тұтастай магниттеледі.

Өріс қабаттасқан кезде Н магниттеу өріске перпендикуляр болатын в аймағының атомдарының бөлігі, оның өріске параллель магниттелуі А аймағының шекарасында айналады, осылайша олардың магниттік моментінің бағыты өріске параллель болады. Нәтижесінде сыртқы өріске параллель магниттелген а аймағы магниттеу бағыты өріс бағытымен үлкен бұрыштар түзетін аймақтар арқылы кеңейеді және дененің сыртқы өріс бағытында басым магниттелуі пайда болады. Өте күшті сыртқы өрістерде бүкіл аймақтағы барлық атомдардың бағытын бұру мүмкін.

Сыртқы өрісті алып тастау (азайту) кезінде бұл аймақтардың кері ыдырау және дезориентация процесі жүреді, яғни. дененің магниттелуі. Өлшем атомдарымен салыстырғанда үлкен "өздігінен магниттелетін аймақтарды" ескере отырып, оларды бағдарлау процесі де, кері бағдарлау процесі де парамагниттік және диамагниттік денелерде орын алатын жеке молекулалардың немесе атомдардың бағдарлануын немесе бағдарлануын белгілеуге қарағанда әлдеқайда үлкен қиындықтармен жүреді. Бұл магниттелу мен магниттелудің сыртқы өрістің өзгеруінен артта қалуын, яғни ферромагниттік денелердің гистерезисін түсіндіреді.

Ферромагнетизмнің спиндік табиғаты

Эйнштейн - де-Гааз және Барнетт әсерлеріне негізделген ферромагнетиктер үшін гиромагниттік қатынасты өлшеу ферромагнетизмнің спиндік сипатқа ие екенін көрсетті, яғни ферромагнетик атомдарының электрондарының спиндік магниттік моменттеріне байланысты. Атомда электрондар қабаттарға бөлінеді, олардың әрқайсысында Паулиге тыйым салудың кванттық принципіне сәйкес электрондардың белгілі бір санынан аспауы мүмкін. Біріншісінен басқа атомның барлық қабаттары (ядроға жақын Атом) қабықшаларға бөлінеді, олардың саны неғұрлым көп болса, Қабат саны соғұрлым көп болады. Электрондар атомның энергиясы ең аз болатындай етіп қабаттар мен қабықшалар бойынша бөлінеді. Алынған спиндік және орбиталық магниттік моменттер, олар толығымен толтырылған қабықта немесе атом қабатында орналасқан барлық электрондар нөлге тең. Ферромагниттік қасиеттері бар элементтердің атомдары (Fe, Co, Ni) д. и. Менделеевтің периодтық жүйесінің өтпелі атомдарының қатарына жатады. Бұл атомдарда қабаттар мен қабықтардағы орындарды электрондармен толтыру реттілігі бұзылады. Төменгі қабат толығымен "салынбай" тұрып, жоғарыдағы қабатты толтыру басталады. Сондықтан өтпелі атомда электрондармен толық қамтылмаған ішкі қабаттар мен қабықшалар бар. Мысалы, темір атомында оның электрондарының 26-сы төрт қабатқа бөлінеді. Бірінші және екінші қабаттар толығымен толтырылған және сәйкесінше 2 және 8 электрондардан тұрады. Үшінші және төртінші қабаттар аяқталмаған: үшінші қабатта 14 электрон бар (18 орнына), ал төртінші қабатта 2 (32 орнына) . Үшінші қабаттың 14 электроны қабықшаларға келесідей бөлінеді: бірінші қабатта - 2, ал екінші және үшінші қабатта - 6 Электрон. Әр қабыққа жататын электрондардың спиндері екі қарама-қарсы бағытта бағытталуы мүмкін. Темір атомының алғашқы екі қабатында электрондардың магниттік спиндік моменттері бір-бірін өзара өтейді. Үшінші қабатта алғашқы екі қабық сонымен қатар осы қабықтардағы электрондардың спиндік магниттік моменттері бір-бірін өтейтіндігімен сипатталады. Үшінші қабыққа келетін болсақ, ондағы Алты электронның бесеуінің спиндері бір бағытқа бағытталған, ал тек бір электронның спині қарама-қарсы бағытта болады. Сонымен, темір атомында үшінші қабаттағы төрт электронның арқалары өтелмеген күйінде қалады. Темір атомының сыртқы валенттік электрондарына келетін болсақ, спиндік нх, жалпы айтқанда, өтелмеуі мүмкін. Алайда, тәжірибе көрсеткендей, атоммен әлсіз байланысқан валенттік электрондар темір атомының магниттік қасиеттеріне айтарлықтай әсер етпейді.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.