Металдардың және жартылай өткізгіштердің кинетикалық қасиеттері. Диамагнетизм және парамагнетизм. Магнетизм

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және Ғылым министірлігі

Семей қаласындағы Шәкәрім атындағы Мемлекеттік университеті

СӨЖ

Пән: Конденсацияланған күй физикасы

Тақырыбы: Металдардың және жартылай өткізгіштердің кинетикалық қасиеттері. Диамагнетизм және парамагнетизм. Магнетизм

Орындаған : Айтқалиев Ж. Қ.

Топ: ТФ-319

Тексерген: Сейсенбаева М. Қ.

Семей 2015

Мазмұны:

1 Диамагнетизм және парамагнетизм3

1. 1 Диамагнетизм3

1. 1. 1 Лармор прецессиясы3

1. 2 Парамагнетизм4

2 Магнетизм5

3 Жартылай өткізгіштердің металдардан және диэлектриктерден айырмашылығы7

Пайдаланылған әдебиеттер9

1 Диамагнетизм және парамагнетизм 1. 1 Диамагнетизм

Орбита бойымен қозғалған электрон зырылдауыкка ұқсас. Сондықтан, оған сыртқы күштің әсеріне ұшыраған гироскоптың өзгеріс-сипатының ерекшеліктері тән болуға тиісті, атап айтқанда, белгілі бір жағдайда электрон орбитасының прецессиясы пайда болуы тиіс. Егер атом сыртқы В магнит өрісінде тұрса, прецессия үшін қажетті шарты іске асады. Бұл жағдайда орбитаға айналдырушы момент М=[р _m В] әсер етеді, ол электронды орбитальды магнит моментін өріс бағытымен орналастыруға тырысады (бұл жағдайда механикалық момент L өріске қарсы орналасады) . М моментінің әсерінен L және р _m векторлары, В магнит индукциясының векторының бағытын айнала прецессия туғызады, оның жылдамдығын оңай табуға болады. L векторы dt уақыт ішінде dL өсімше алады, яғни dL=Mdt. dL векторы да, М векторы сияқты, В мен L арқылы жүргізілген жазықтыққа перпендикуляр әрі модулы бойынша мынаған тең: dL=p _m Bsinadt, мұндағы а - р _m мен В арасындағы бұрыш.

1. 1. 1 Лармор прецессиясы

Жиілікті лармор прецессиясының жиілігі немесе жайларморлы жиілік деп атайды. Ол - магнит өрісінің бағытына қатысты орбитаның еңкею бұрышына, орбитаның радиусына немесе электронның жылдамдығына байланысты. Демек, ол атомның құрамына енетін барлық электрондар үшін бірдей болады. Орбита прецессиясы лектронный өріс бағытын айналғандағы қосымша қозғалысына жағдай жасайды. Егер орбитаның центрі арқылы өтетін параллель В осінен алынған электронның R қашықтығы өзгермесе, электронныц қосымша қозғалысы радиусы R шеңбердің бойымен өтер еді. Оған дөңгелек ток сәйкес келер еді. Шынында, электрондардын орбита бойымен қозғалысынан қашықтық әр уақытта өзгеріп отырады. Сондықтан формуласындағы R ² -ның орнына уақыт бойынша R ² орташа мәнін алу керек. Бұл орташа мән В өрісіне қатысты орбита жазықтығының бағдарлауымен сипатталатын а бұрышыныц мәніне байланысты. Атап айтқанда, В векторына перпендикуляр орбита үшін тұрақты және ол орбитаның R радиусына тең. Жазықтығы В бағыты бойынша өтетін орбита үшін R радиусы R = rsinu заңы бойынша өзгереді. Мұндағы электронның орбита бойынша айналғандағы бұрыштық жылдамдығы. Демек, R ² =R ² sin ² соs және синус квадратының орташа мәні -4~ болғандықтан, R ² =-ur ² . Егер а-ның мүмкін болатын барлық мәндері арқылы, оларды тең ықтималды деп санап, орташа мәніне келтірсек, онда R ² =а ² . Бірнеше электронды атомдарда орбита мүмкін боларлық әдістермен бағдарланған, сондықтан әрбір электрон үшін жеке 1 орташа мән жазуға болады. Aтомның симметриялы сфералық электрондық қабыршаға дұрыс. («-» танбасы p _'m және В векторларының қарама-қарсы жаққа бағытталғанын көрсетеді) . Біз орбитаны дөңгелек деп ұйғардық. Басқаша жағдайда (мысалы эллипстік орбита үшін) R ² -ның орнына 2*R-ні алу, яғни электронның ядродан орташа квадрат қашықтығын алу керек. Өрнекті барлық электрондар үшін қосып, атомның индукцияланған магнит моментін тұтас табамыз. z (атомдағы электрондар саны N атом нөміріне тең болатыны белгілі) . Сонымен, сыртқы магнит өрісінің әсерінен, барлық электрондар үшін бұрыштық жылдамдықтары бірдей, электрон орбитасының прецессиясы пайда болады. Прецессияға себепші болатын электрондардын қосымша қозғалысы, өріске қарсы бағытталған, атомның индукцияланған магнит моментіне әкеліп соғады. Лармор прецессиясы барлық заттарда болады. Алайда атомдар өзінен-өзі магнит моменттеріне ие болған жағдайда магнит өрісі моментті индукциялан қана қоймай, атомның магнит моментін өріс бағытымен орналастыра отырып оған бағдарлаушы әсер етеді. Бұл кезде пайда болған оң (яғни өріс бойымен бағытталған) магнит моменті индукцияланған теріс моменттен едәуір көп болады. Сондықтан қорытқы момент оң болады да зат өзін парамагнетик сияқты көрсетеді.

1. 2 Парамагнетизм

Парамагнетизм - егер сыртқы магнит өрісі болмағанда, сыртқы магнит өрісінде орналасқан зат реттелген магниттік түзеліске ие болмаса, заттың осы өрістің бағытымен сәйкес бағытта магниттелу касиеті.

Парамагнетик - парамагнетизм байқалатын зат. Атомдардың р т магнит моменті нольден өзгеше болған жағдайда зат парамагниттік болады екен. Сыртқы магнит өрісі атомдарды В бойымен орналастыруға, ал жылулық қозғалыс оларды барлық бағытта бірдей шашыратып тастауға тырысады. Нәтижесінде өріс бойындағы моменттердіц неғұрлым В көп болса, соғұрлым көп болатын, ал температура артқан сайын мәні азаятын қандай да бір тепе-тендік бағдары орнығады. Кюридің эксперимент жүзінде дәлелдеген заңы бойынша, заттың килограмм-атом парамагниттік қабылдағыштығы мынаған тең: Х _кат =у, мұндагы С - Кюри тұрақтысы, ол заттың тегіне байланысты, Т - абсолют температура. Парамагнетизмнің классикалық теориясын . 1905 жылы Ланжевен дамытқан. Біз осы теорияның өрістің аса күшті емес, температураның аса төмен емес жағдайымен шектеле тұралық. Формула бойынша, магнит өрісінде атом р _т мен В векторларының арасындағы бұрышқа тәуелді болатын W=p _m BcosФ потенциял энергияға ие болады. Сондықтан моменттердің белгілі бағыт бойымен тепе-тең бөлінуі Больцман заңына бағынуға тиісті. Бұл заң бойынша атомныңмагнит моменті В векторының бағытымен ұрын жасайды, ол бұрыш мен d=fd/ft шегінде болады және шамасына пропорционал болады. белгілеуін енгізе отырып ыктималдықты анықтайтын өрнекті түрінде жазуға болады. Бірлік радиусты сфераның нүктелері арқылы атом магнит моменттерінің бағытын кескіндейік. Егер магнит моментіне өріс бағдарлы әсер етпесе, онда олар хаосты бағытпен орналасқан болар еді. Бұл жағдайда сферадағы нүктелердің тығыздығы тұрақты әрі шамасына тең болады. Мұнда n қарастырылып отырған атомдар саны, оны біз бірлік көлемдегі атом санына тең деп аламыз. Сондықтан моменті В бағытымен Ф-ден ft-fdrO-re дейінгі аралықта бұрыш жасайтын атомдардыц саны мынаған тең болар еді. Шынында, магнит өрісі моменттерге бағдарлаушы әсерін тигізеді, нәтижесінде V шамасы аз бағыттар көбірек кездсседі. Әр түрлі бағдардың ықтималдылығы (біз білетіндей t>acosft-re пропорционал. Демек, магнит өрісі бар кезде моменттерді бағыт бойымен бөлу үшін өрнегін Ae ^acos 1/2 көбейткішіне көбейту керек: drib =Ае ^асоs 1/2sinv(А - әзірге белгісіз пропорционалдық коэффициент) . Атомның магнит моменті шамамен Бордың бір магнетонына сәйкес, яғни -10~23 дж/тл. Кәдімгі өріске жеткен кезде магнит индукциясы шамамен 1 тл (104 гс) болады. Формулаларды салыстырудан Өріс өте күшті, температура төмен болғанда парамагнетикдің магниттелуі мен H өріс кернеулігінің арасындағы пропорционалдықтан шегіну байқалады. Атап айтқанда, магниттік қанығу күйі басталуы мүмкін, бұл жағдайда рот өріс бойымен орналасады, H-ты әрі қарай арттырудан J шамасы өспейді. формуласы бойынша есептелген X ^кат бірқатар жағдайларда тәжірибе жүзінде алынған мәнімен өте сәйкес келеді. Парамагнетизмнің квант теориясы, өріске қатысты атомның магнит моментінде тек дискретті бағдарлау ғана мүмкін болатын жағдайын ескертеді. Ол өрнектегі сияқты Х _кат -ка арналған өрнекке келтіреді [1] .

2 Магнетизм

Магнетизм - 1) электр токтарының, токтар мен магниттік моменті бар денелердің (магниттердің) және магниттердің араларындағы өзара әсерлесудің ерекше түрі; 2) физиканың осы өзара әсерлесуді және осындай қасиеттер білінетін заттарды (магнетиктерді) зерттейтін бөлімі. Жалпы түрде магнетизмді қозғалыстағы электрлік зарядталған бөлшектердің арасындағы материалдық өзара әсерлесудің ерекше формасы түрінде анықтауға болады. Кеңістікпен бөлінген денелердің арасында магниттік өзара әсерлесуді қамтамасыз ететін, оны бір денеден екіншісіне жеткізетін - магнит өрісі. Ол электр өрісімен қатар, материя қозғалысының электрмагниттік формасы білінуінің бірі болып табылады. Электр өрісінің көздері электр зарядтары болып табылса, ал магнит өрісі үшін ондай көздер табиғатта әзірше анықталмаған. Магнит өрісінің көзі - қозғалыстағы электрлік заряд, яғни электр тогы. Сыртқы магнит өрісінің заттарға тигізетін негізгі екі түрлі эффектісі (әсері) белгілі: 1) индукция заңы бойынша, сыртқы магнит өрісі затта әрқашанда индукциялық ток тудырады және бұл токтың магнит өрісінің бағыты бастапқы магнит өрісіне қарсы бағытталады (Ленц ережесі) . Сондықтан, заттың сыртқы өріс тудырған магниттік моменті сыртқы өріске қарама-қарсы бағытталады; 2) егер атомның магниттік моменті 0-ден өзгеше болса (спиндік, орбиталдық немесе спин-орбиталдық), онда сыртқы өріс оны өз бағыты бойынша бағдарлауға ұмтылады. Нәтижесінде, магнит өрісіне параллель магниттік момент пайда болады, ол парамагниттік деп аталады. Атомдық магниттік моменттері бір-біріне параллель бағдарланған заттар ферромагнетиктер (ферромагниттер), ал осыған сәйкес іргелес атомдық моменттері антипараллель орналасқан заттар - антиферромагнетиктер (антиферромагниттер) деп аталады. Заттардың магниттік қасиеттерін қарастырғанда “магнетик” деп аталатын жалпылама термин пайдаланылады. Заттардың магниттік қасиеттері оларды құрайтын бөлшектердің магнетизмімен анықталады. Магнит өрісі - қозғалыстағы электр зарядтары мен магниттік моменті бар денелерге (олардың қозғалыстағы күйіне тәуелсіз) әсер ететін күштік өріс. Магнит өрісі магниттік индукция векторымен (В) сипатталады. В-ның мәні магниттік моменті бар қозғалыстағы электр зарядына және денелерге өрістің берілген нүктесінде әсер етуші күшті анықтайды. “Магнит өрісі” терминін 1845 ж. ағылшын физигі Майкл Фарадей енгізген. Макроскопиялық магнит өрісінің көздері - магниттелген денелер, тогы бар өткізгіштер және қозғалыстағы зарядталған денелер. Айнымалы магнит өрісі - электр өрісінің, ал электр өрісі магнит өрісінің уақыт бойынша өзгерісі нәтижесінде пайда болады. Электр және магнит өрістері, олардың бір-бірімен өзара әсерлері Максвелл теңдеуімен толық сипатталады. Магнит өрісінің кернеулігі (Н) мен магнит индукциясы (В) - өрістің күштік сипаттамасы. Кернеулік векторы өріс пайда болған орта қасиетіне тәуелсіз шама болса, индукция векторы қарастырылатын денедегі қорытқы өрісті сипаттайды. Сондай-ақ, индукция векторы магнит өрісінде қозғалған зарядқа әсер ететін күшті, магниттік моменті бар денеге магнит өрісінің тигізетін әсерін, өріс тарапынан байқалатын басқа да әсерлерді анықтайды. Табиғатта магнит өрісінің сан алуан түрі кездеседі. Техникада магниттік дефектоскопия мен бақылаудың магниттік әдістері кең қолданылыс тапты. Магниттік материалдар генератор, трансформатор, реле, сондай-ақ магниттік күшейткіштердің, магниттік жады (есте сақтау) элементтерінің магниттік сымдарын (өткізгіштерін), компас тілдерін, т. б. магниттік жазу таспаларын жасауда қолданылады.

Магнит (грекше magnetіs, Magnetіs lіthos - Магнесия тасы; Магнесия - Кіші Азиядағы көне қала) - магнит өрісін туғызатын дене. Магнит өрісіне ендірілгеннен дененің магниттік қасиетке ие болатын кесегі жасанды магнит деп аталады. Ал алдын-ала магниттелген ферромагнитті не ферримагнитті материалдан жасалған белгілі бір пішіні (таға тәрізді, ұзынша жолақ түрінде, т. б. ) бар магнит тұрақты магнит деп аталады. Ол электроникада, радиотехникада және автоматикада тұрақты магнит өрісінің автономды көзі ретінде кеңінен қолданылады. Магнит - Fe, Co, Nі, Аl, гексогональді ферриттер, т. б. негіздегі қорытпалардан жасалады. Асқын өткізгіш материалдан жасалған орамасы бар соленоидты немесе электрмагнитті асқын өткізгішті магнит деп атайды. Оны заттардың магниттік-электрлік және оптикалық қасиеттерін, плазманы, атомдық ядроларды және элементар бөлшектерді зерттеуге арналған тәжірибелерде қолданады.

Магниттік аномалия - Жер бетіндегі магнит өрісі мәндерінің өзінің қалыпты шамасынан ауытқуы. Картада магниттік аномалия Жер магнетизмінің кейбір элементтерінің мәндері бірдей нүктелерін қосатын сызықтар арқылы кескінделеді. Аумақты қамту шамасына қарай магниттік аномалия континенталдық, регионалдық және локальдық болып бөлінеді. Континенталдық магниттік аномалия 10 - 100 мың км²-ге таралады. Ең ірі континенталдық магниттік аномалия Шығыс Сібір мен Зонд аралында орналасқан. Регионалдық магниттік аномалия 1 - 10 мың км² ауданды қамтиды. Ол жер қыртысы құрылысының ерекшеліктеріне байланысты туады. Шығыс Сібірде, Шығыс Еуропада, т. б. аудандарда регионалдық магниттік аномалиялар бар. Локалдық магниттік аномалия ауданы бірнеше м2-ден км²-ге дейінгі аумақты қамтиды.

Магниттік дауыл - Жердің магнит өрісінің күшті ұйтқуы салдарынан болатын өте қарқынды ауа ағыны (дауыл) . Дауыл бірнеше сағаттан бірнеше тәулікке дейін созылады, әрі жер бетінің барлық нүктесінде бір мезгілде өтеді; өте үлкен қарқындылығы (∼5. 10-2 Э-ке дейін) жоғары ендіктерде байқалады. Магниттік дауыл Күннің активті аймағынан бөлінген плазма ағыны (Күн желі) салдарынан пайда болады. Энергиясы орасан зор бөлшектердің Жер атмосферасының жоғары қабатына енуі және олардың жер магнитсферасымен әсерлесуі нәтижесінде ондағы электрлік токтардың күшеюіне және өндірілуіне (генерациялануына) әкеледі. Магниттік дауыл кезінде одан гөрі күрделірек геофизикалық процесс - магнитсфералық дауыл байқалады. Магниттік дауыл салдарынан радиотолқындарды шағылыстыратын және жұтатын ионосфера қабатының параметрлері айтарлықтай өзгереді. Оның барысында қысқа толқынды радиобайланыс едәуір қиындайды. Магниттік ұйытқу кезінде Жер атмосферасының жоғарғы қабаты қызады да, жылу төменгі - тропосфера қабатына беріледі. Нәтижесінде, тропосферада әр түрлі циркуляциялық қозғалыстар мен циклондар пайда болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.