Заттың магниттік қасиеттері

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

Қазақстан Республикасының Ғылым және Білім минитрлігі

Еуразия Академиясы

«Есептеу техникасы және бағдарламалық

қамтамасыз ету» мамандығы

«Физика1» пәнінен

РЕФЕРАТ

Тақырыбы:

«Заттың магниттік қасиеттері»

Орындаған: Сүндетбаев А. Ж.

Тексерген: Абдрахманова Д. Ж.

Орал 2012ж.

Жоспар

1. Атомдар мен электрондардың магниттік моменттері

2. Заттардың магниттік қасиеттері

3. Максвелл теориясының негіздері

4. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

1. Атомдар мен электрондардың магниттік моменттері

Кез келген заттың азды-көпті магниттік қасиеттері бар. Заттың магниттік қасиеттері электрондар мен атомдардың магниттік қасиеттерімен негізделеді.

Ампер гипотезасы бойынша, затта атомдар мен молекулалардағы электрондардың қозғалысымен шартталған дөңгелек микроскопиялық токтар, сәйкесінше әр токтың магниттік моменті болады. сыртқы магнит өрісі жоқ кезде молекулалық токтар ретсіз бағдарда болады, осының салдарынан олардың қорытқы магнит өрісі нольге тең.

Электронның орбиталық магниттік моменті. классикалық физика қағидалары бойынша атомдағы электрондар дөңгелек орбита бойында қозғалады (1-сурет) . тұйық ортада айналып жүрген электрон.

1-сурет

күші I=ev болатын дөңгелек ток тудырады.

Атомның магниттік моменті құрамындағы электрондардың магниттік моменттері мен ядроның магниттік моментінен (ядро құрамындағы протондар мен нейтрондардың магниттік моменттері) құралады. ядроның магниттік моменті электрондардың моменттерінен көп есе кем болғандықтан, көп жағдайда ескерілмейді.

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.

2. Заттардың магниттік қасиеттері

Магнит өрісінің көзі - қозғалыстағы электрлік заряд, яғни электр тогы. Сыртқы магнит өрісінің заттарға тигізетін негізгі екі түрлі эффектісі (әсері) белгілі:

1) Фарадейдің электрмагниттік 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.

3. Максвелл теориясының негіздері

Магнит өрісне зат орналастырсақ, заттың әрбір dV көлемі dpm магниттік моментіне ие болады. Осы магниттік моменттердің қарастырылатын көлемге қатынасы заттың магниттелуі деп аталады:

Тәжірибе J магниттелудің макротоктар туғызатын өріс кернеулгіне пропорционал болатынын көрсетті:

мұнда χ - магниттік қабілеттілік(бейімділік), заттың магниттелу қасиетін сипаттайды. Заттың толық индукциясы мынадай болады

B=B ₀ (1+χ) =μB0

Заттар магнителу қасиеттері бойынша үшке бөлінеді:

1) диамагнетиктер үшін χ = -(10 ^-7 -10 ^-4 ) ;

2) парамагнетиктер үшін χ = 10 ^-6 -10 ^-3 ;

3) ферромагнетиктер үшін χ - жүз мыңға дейін жетеді.

Орбиталық магниттік моменттеріне байланысты болады. Сыртқы өріс жоқ кезде оның атомдарының моменттері (электрондардың реттсіз орналасуынан) нолге тең болады. Сыртқы өріс әсерінен электрондардың орбиталық моменттері сыртқы өріске қарсы орналасады, яғни өрісті кемітеді.

Парамагнетик молекулаларының нолден өзгеше магниттк моменттері болады.

Сыртқы өріс бұл молекулаларды өріс бойымен бағыттайды, яғни парамагнетик сыртқы өрісті күшейтеді. Ланжевен парамагниттердің магниттелуі үшін

өрнегін алды.

Ферромагнетиктік қасиет электрондардың спиндік магниттік моменттерімен анықталады. Спин таза кванттық шама, ол кванттық физика пәнінде толығырақ қарастырылады. Егер зат электрондарының барлық спиндері өріс бойымен бағытталса магниттелу мынағантең болады:

Яғни, темір үшін χ=3·104 болар еді. Ферромагнетиктердің магниттелуінің мынадай ерекшеліктері болады:

1) сыртқы өріске тәуелді;

2) заттың бұрынғы тарихына өте күрделі тәуелді болады;

3) сыртқы өріс нолге тең болғанда зат ішінде қалдық индукция қалады.

Ферромагнетикті қыздрғанда оның магниттелу қасиетін жоғалтатын температура болады. Ол Кюри температурасы деп аталады. Ферромагнетизм жеке атом емес, атомдар тобының қасиеті. Ферромагнетизм сапалық жағынан былай түсіндіріледі. Кюри температурасынан төмен температурада поликристалдың микроскопиялық бөліктері (өлшемдері 10-6-10-8 см3 болатын және ≈1015 ионнан тұратын бөліктер), кванттық әсерлесудің нәтижесінде спиндері параллель орналасып, қанығу дәрежесіне дейін жетеді. Бұл бөліктер домендер деп аталады. Домендер өрісін жылулық қоғалыс бұза алмайды, себебі олардың өрісі өте үлкен 100Тл шамасында. Затты сыртқы өріске орналастырсақ домендер өріс бойымен орналаса бастайды. Бұл құбылыс микроскопиялы және секірмелі түрде жүреді. Өріс өте үлкен болса барлық домендер өріс бойымен бағытталады. Өрісті азайтқанда магнитсіздену сыртқы өрістен қалып қояды.

Магнит өрісін электромагниттер көмегімен жасайды. Электромагнит көбіне ферромагниттен жасалган магнит өткізгіштен және ток жүретін орамнан тұрады, магнит өткізгіш якорьмен тұйықталады. Электромагниттің көтеру күші мына теңдеумен анықталады:

Электромагниттің орамдарын қиып өтетін магнит ағынын табу үшін төмендегі теңдеуді қолданады:

Фарадей кезкелген тұйықталған контурді қиып өтетін магнит ағынын өзгерткенде, осы контурде электр тогы пайда болатынын ашты. Бұл құбылысты электромагнитік индукция құбылысы деп атайды. Индукциняың электр қозғаушы күші контурды қиып өтетін магнитағынының өзгеріс жылдамдығына пропорционал болады. Индукцияланған ток Ф-магнит ағынын өзгерту тәсіліне емес, оның өзгеріс жылдамдығына ғана тәуелді болады екен. Индукцияланған токтың бағытын табу ережесін Ленц тағайындады. Ленц ережесі бойынша индукциялық ток әрқашан да өзін тудыратын себептерге қарама-қарсы әсер ететіндей болып бағытталады.

Электромагниттік индукция заңы мынадай түрде жазылады: