خواص مغناطیسی ماده نفوذپذیری مغناطیسی آهنرباها و خواص مغناطیسی ماده مطالعه خواص مغناطیسی ماده

وزارت آموزش و پرورش و علوم جمهوری قزاقستان

دانشگاه ایالتی کوستانای به نام. آخمتا بایتورسینوف

چکیده با موضوع:

"خواص مغناطیسی ماده"

تکمیل شده توسط: دانش آموز گروه 08-101-31

تخصص 050718

لیتویننکو R.V.

بررسی شده توسط: Sapa V.Yu.

کوستانای 2009-2010.

طرح.

1) طبقه بندی مواد بر اساس خواص مغناطیسی.

2) طبقه بندی مواد مغناطیسی.

3) الزامات اساسی برای مواد.

4) فرومغناطیس.

5) دیامغناطیس و پارامغناطیس در میدان مغناطیسی.

6) ادبیات.

طبقه بندی مواد بر اساس خواص مغناطیسی

با توجه به واکنش به میدان مغناطیسی خارجی و ماهیت نظم مغناطیسی داخلی، همه مواد موجود در طبیعت را می توان به پنج گروه تقسیم کرد: دیامغناطیسی، پارامغناطیس، فرومغناطیسی، ضد فرومغناطیسی و فرومغناطیسی. انواع آهنرباهای ذکر شده با پنج نوع مختلف حالت مغناطیسی ماده مطابقت دارند: دیامغناطیس، پارامغناطیس، فرومغناطیس، ضد فرومغناطیس و فری مغناطیس.

دیامغناطیس شامل موادی است که حساسیت مغناطیسی آنها منفی است و به شدت میدان مغناطیسی خارجی بستگی ندارد. دیامغناطیس ها شامل گازهای بی اثر، هیدروژن، نیتروژن، بسیاری از مایعات (آب، نفت و مشتقات آن)، تعدادی از فلزات (مس، نقره، طلا، روی، جیوه، گالیم و غیره)، اکثر نیمه هادی ها (سیلیکون، ژرمانیوم، ترکیبات A3) هستند. B 5, A 2 B 6) و ترکیبات آلی، کریستال های هالید قلیایی، شیشه های معدنی و غیره دیامغناطیس ها همه موادی هستند با پیوند شیمیایی کووالانسی و موادی در حالت ابررسانا.

مواد پارامغناطیس شامل موادی با حساسیت مغناطیسی مثبت، مستقل از قدرت میدان مغناطیسی خارجی است. مواد پارامغناطیس شامل اکسیژن، اکسید نیتروژن، فلزات قلیایی و قلیایی خاکی، برخی از فلزات واسطه، نمک های آهن، کبالت، نیکل و عناصر خاکی کمیاب است.

فرومغناطیس ها شامل موادی با حساسیت مغناطیسی مثبت بالا (تا 10 6) هستند که به شدت به شدت میدان مغناطیسی و دما بستگی دارد.

ضد فرومغناطیس ها موادی هستند که در آنها، در زیر یک دمای معین، جهت گیری ضد موازی گشتاورهای مغناطیسی اولیه اتم ها یا یون های شبکه بلوری به طور خود به خود ایجاد می شود. هنگامی که یک ضد فرومغناطیس گرم می شود، یک انتقال فاز به حالت پارامغناطیس انجام می شود. آنتی فرومغناطیس در کروم، منگنز و تعدادی از عناصر خاکی کمیاب (Ce، Nd، Sm، Tm و غیره) یافت شده است. آنتی فرومغناطیس های معمولی ساده ترین ترکیبات شیمیایی بر پایه فلزات گروه انتقالی مانند اکسیدها، هالیدها، سولفیدها، کربنات ها و غیره هستند.

فریمغناطیس ها شامل موادی هستند که خاصیت مغناطیسی آنها به دلیل ضد فرومغناطیس جبران نشده است. آنها مانند فرومغناطیس ها دارای حساسیت مغناطیسی بالایی هستند که به میزان قابل توجهی به شدت میدان مغناطیسی و دما بستگی دارد. همراه با این، آهنرباها با تعدادی تفاوت قابل توجه با مواد فرومغناطیسی مشخص می شوند.

برخی از آلیاژهای فلزی سفارشی دارای خواص فری مغناطیسی هستند، اما عمدتاً ترکیبات اکسیدی مختلفی دارند که در میان آنها فریت ها بیشترین علاقه عملی را دارند.

طبقه بندی مواد مغناطیسی

مواد مغناطیسی مورد استفاده در فناوری الکترونیک به دو گروه اصلی تقسیم می شوند: مغناطیسی سختو مغناطیسی نرم. مواد در یک گروه جداگانه گنجانده شده است هدف خاص .

به مغناطیسی سختشامل موادی با نیروی اجباری بالا N s. آنها فقط در میدان های مغناطیسی بسیار قوی مغناطیسی می شوند و برای ساخت آهنرباهای دائمی استفاده می شوند.

به مغناطیسی نرمشامل موادی با نیروی اجباری کم و نفوذپذیری مغناطیسی بالا است. آنها توانایی مغناطیسی شدن تا اشباع در میدان های مغناطیسی ضعیف را دارند و با یک حلقه پسماند باریک و تلفات معکوس مغناطیسی کم مشخص می شوند. مواد مغناطیسی نرم عمدتاً به عنوان هسته های مغناطیسی مختلف استفاده می شوند: هسته های سلف، ترانسفورماتورها، آهنرباهای الکتریکی، سیستم های مغناطیسی ابزارهای اندازه گیری الکتریکی و غیره.

مواد مغناطیسی مشروط نرم دارای H با در نظر گرفته می شوند< 800 А/м, а магнитотвердыми - с Н с >4 کیلو آمپر بر متر البته باید توجه داشت که در بهترین مواد مغناطیسی نرم نیروی اجباری می تواند کمتر از 1 A/m باشد و در بهترین مواد مغناطیسی سخت مقدار آن از 500 کیلو آمپر بر متر بیشتر است. از نظر مقیاس کاربرد در فناوری الکترونیک، مواد با کاربرد ویژه شامل مواد با حلقه پسماند مستطیلی (RHL)، فریت‌ها برای دستگاه‌های مایکروویو و مواد مغناطیسی است.

در هر گروه، تقسیم مواد مغناطیسی به جنس ها و انواع، تفاوت در ساختار و ترکیب شیمیایی آنها را منعکس می کند، ویژگی های تکنولوژیکی و برخی خواص خاص را در نظر می گیرد.

خواص مواد مغناطیسی با شکل منحنی مغناطیسی و حلقه پسماند تعیین می شود. از مواد مغناطیسی نرم برای به دست آوردن مقادیر بالای شار مغناطیسی استفاده می شود. بزرگی شار مغناطیسی توسط اشباع مغناطیسی مواد محدود می شود و بنابراین نیاز اصلی برای مواد مغناطیسی در مهندسی برق و الکترونیک با جریان بالا، القای اشباع بالا است. خواص مواد مغناطیسی به ترکیب شیمیایی آنها، خلوص مواد خام مورد استفاده و فناوری تولید بستگی دارد. مواد مغناطیسی نرم بسته به مواد اولیه و تکنولوژی تولید به سه گروه تقسیم می شوند: مواد فلزی یکپارچه، مواد فلزی پودری (مغناطیسی دی الکتریک) و مواد مغناطیسی اکسیدی که به اختصار فریت نامیده می شوند.

الزامات اساسی برای مواد

علاوه بر نفوذپذیری مغناطیسی بالا و نیروی اجباری کم، مواد مغناطیسی نرم باید القای اشباع بالایی داشته باشند، به عنوان مثال. حداکثر شار مغناطیسی را از طریق سطح مقطع معینی از مدار مغناطیسی عبور دهید. برآورده کردن این نیاز امکان کاهش ابعاد و وزن کلی سیستم مغناطیسی را فراهم می کند.

مواد مغناطیسی مورد استفاده در میدان های متناوب باید احتمالاً تلفات برگشت مغناطیسی کمتری داشته باشند که عمدتاً از تلفات ناشی از پسماند و جریان های گردابی تشکیل شده است.

برای کاهش تلفات جریان گردابی در ترانسفورماتورها، مواد مغناطیسی نرم با مقاومت افزایش یافته انتخاب می شوند. به طور معمول، هسته های مغناطیسی از صفحات نازک جداگانه جدا شده از یکدیگر مونتاژ می شوند. هسته های نواری زخم شده از نوار نازک با عایق متقابل ساخته شده از لاک دی الکتریک به طور گسترده استفاده می شود. مواد ورق و نوار باید دارای پلاستیسیته بالایی باشند که فرآیند تولید محصولات از آنها را تسهیل می کند.

یک نیاز مهم برای مواد مغناطیسی نرم، اطمینان از پایداری خواص آنها، هم در طول زمان و هم در رابطه با تأثیرات خارجی، مانند دما و تنش مکانیکی است. از بین تمام ویژگی های مغناطیسی، نفوذپذیری مغناطیسی (به ویژه در میدان های ضعیف) و نیروی اجباری در حین کار یک ماده بیشترین تغییرات را دارند.

فرومغناطیس ها

تقسیم مواد به دیا، پارا و فرومغناطیس تا حد زیادی مشروط است، زیرا دو نوع اول از مواد از نظر خواص مغناطیسی با خلاء کمتر از 0.05٪ متفاوت هستند. در عمل، همه مواد معمولاً به دو دسته فرومغناطیسی (فرومغناطیسی) و غیر فرومغناطیسی تقسیم می شوند که می توان نفوذپذیری مغناطیسی نسبی m را برابر با 1.0 در نظر گرفت.

مواد فرومغناطیسی عبارتند از آهن، کبالت، نیکل و آلیاژهای مبتنی بر آنها. آنها دارای نفوذپذیری مغناطیسی هستند که چندین هزار برابر بیشتر از نفوذپذیری خلاء است. بنابراین، تمام وسایل الکتریکی که از میدان های مغناطیسی برای تبدیل انرژی استفاده می کنند باید داشته باشند عناصر ساختاری ساخته شده از مواد فرومغناطیسی و طراحی شده برای هدایت شار مغناطیسی . چنین عناصری نامیده می شوند هسته های مغناطیسی .

علاوه بر نفوذپذیری مغناطیسی بالا، فرومغناطیس ها وابستگی غیرخطی القایی قوی دارند. ببر شدت میدان مغناطیسی اچ، و در طول مغناطش معکوس اتصال بین بو اچمبهم می شود. کارکرد ب (اچ) از اهمیت خاصی برخوردار هستند زیرا فقط با کمک آنها می توان فرآیندهای الکترومغناطیسی را در مدارهای حاوی عناصری که در آن شار مغناطیسی در یک محیط فرومغناطیسی عبور می کند، مطالعه کرد. این توابع در دو نوع هستند: منحنی های مغناطیسی و حلقه های پسماند .

اجازه دهید روند برگشت مغناطیسی یک فرومغناطیس را در نظر بگیریم. اجازه دهید در ابتدا کاملاً مغناطیسی زدایی شود. در ابتدا، به دلیل این که دوقطبی های مغناطیسی در امتداد خطوط میدان قرار دارند، القاء به سرعت افزایش می یابد و شار مغناطیسی خود را به شار خارجی اضافه می کند. سپس با کاهش تعداد دوقطبی های غیر جهت دار، رشد آن کند می شود و در نهایت، وقتی تقریباً همه آنها در امتداد میدان خارجی جهت گیری می کنند، رشد القاء متوقف می شود و رژیم شروع می شود. اشباع (عکس. 1).

اگر در طی فرآیند مغناطیسی، قدرت میدان به مقدار معینی برسد و سپس شروع به کاهش کند، کاهش القاء کندتر از زمان مغناطش رخ می دهد و منحنی جدید با منحنی اصلی متفاوت است. منحنی تغییرات القایی با افزایش قدرت میدان برای ماده ای که قبلاً کاملاً مغناطیسی شده نامیده می شود منحنی مغناطیسی اولیه . در شکل 1 با یک خط ضخیم نشان داده شده است.

پس از چندین (حدود 10) چرخه تغییر کشش از مقادیر حداکثر مثبت به منفی، وابستگی ب =f (اچ) شروع به تکرار می کند و ظاهر مشخصه یک منحنی بسته متقارن را به خود می گیرد که نامیده می شود حلقه پسماند . هیسترزیس تاخیر بین تغییر القاء و قدرت میدان مغناطیسی است . پدیده هیسترزیس به طور کلی برای همه فرآیندهایی که در آنها وابستگی هر کمیت به مقدار دیگری وجود دارد، نه تنها در حال، بلکه در حالت قبلی، یعنی. ب 2 =f (اچ 2 ,اچ 1) - کجا اچ 2 و اچ 1 - مقادیر کشش فعلی و قبلی به ترتیب.

حلقه های هیسترزیس را می توان در مقادیر مختلف حداکثر قدرت میدان خارجی به دست آورد اچ متر(شکل 2). مکان هندسی نقاط رأس چرخه های پسماند متقارن نامیده می شود. منحنی مغناطیسی اصلی . منحنی مغناطیسی اصلی عملاً با منحنی اولیه منطبق است.

حلقه پسماند متقارن به دست آمده در حداکثر قدرت میدان اچ متر(شکل 2)، مربوط به اشباع فرومغناطیس، نامیده می شود چرخه محدود .

برای چرخه حد، مقادیر القایی نیز تنظیم شده است ب rدر اچ= 0 که نامیده می شود القایی باقیمانده ، و ارزش اچ جدر ب= 0، فراخوانی شد نیروی اجباری . نیروی اجباری (حاوی) نشان می دهد که چه مقدار قدرت میدان خارجی باید به یک ماده اعمال شود تا القای باقیمانده به صفر برسد.

شکل و نقاط مشخصه چرخه حدی خواص فرومغناطیس را تعیین می کند. موادی با القای باقیمانده بزرگ، نیروی اجباری و ناحیه حلقه پسماند (منحنی 1، شکل 3) نامیده می شوند. مغناطیسی سخت . از آنها برای ساخت آهنرباهای دائمی استفاده می شود. موادی با القای باقیمانده کم و سطح حلقه پسماند (منحنی 2 شکل 3) نامیده می شوند. از نظر مغناطیسی نرم و برای ساخت هسته های مغناطیسی وسایل الکتریکی، به ویژه آنهایی که با شار مغناطیسی در حال تغییر دوره ای کار می کنند، استفاده می شود.

هنگامی که یک فرومغناطیس دوباره مغناطیس می شود، تبدیل انرژی برگشت ناپذیر به گرما در آن اتفاق می افتد.

بگذارید میدان مغناطیسی توسط سیم پیچی ایجاد شود که جریان از آن عبور می کند من. سپس کار منبع انرژی سیم پیچ صرف شده برای تغییر اولیه در شار مغناطیسی برابر است با

از نظر گرافیکی، این کار مساحت نوار ابتدایی حلقه پسماند را نشان می دهد (شکل 4 الف)).

کل کار معکوس مغناطیسی در واحد حجم یک ماده به عنوان یک انتگرال در امتداد کانتور حلقه پسماند تعیین می شود.

کانتور ادغام را می توان به دو بخش تقسیم کرد که مربوط به تغییر القاء از - است. ب مترقبل از ب مترو تغییر از ب مترقبل از - ب متر. انتگرال ها در این نواحی با مناطق سایه دار در شکل 1 مطابقت دارند. 4 الف و ب). در هر بخش، قسمتی از مساحت مربوط به کار منفی است و پس از کم کردن آن از قسمت مثبت، در هر دو بخش، مساحت محدود شده توسط منحنی حلقه پسماند را به دست می آوریم (شکل 4 ج)).

نشان دادن انرژی در واحد حجم یک ماده صرف شده برای معکوس شدن مغناطش در یک چرخه متقارن کامل، از طریق W" ساعت =آ"ما گرفتیم

یک رابطه تجربی برای محاسبه تلفات انرژی ویژه ناشی از برگشت مغناطیسی وجود دارد

که در آن h یک ضریب بسته به ماده است. ب متر- حداکثر مقدار القاء؛ n- توان بسته به ب مترو معمولا پذیرفته می شود

n= 1.6 در 0.1T< ب متر < 1,0 Тл и n= 2 در 0<ب متر < 0,1 Тл или 1,0 Тл <ب متر < 1,6 Тл.

پدیده هیسترزیس و تلفات انرژی مرتبط با آن را می توان با فرضیه آهنرباهای ابتدایی توضیح داد. آهنرباهای اولیه در ماده ذراتی هستند که دارای گشتاور مغناطیسی هستند. اینها می توانند میدان های مغناطیسی الکترون های در حال چرخش در مدارها و همچنین گشتاورهای مغناطیسی اسپین آنها باشند. علاوه بر این، دومی مهمترین نقش را در پدیده های مغناطیسی ایفا می کند.

در دمای معمولی، ماده فرومغناطیسی شامل نواحی (حوزه‌هایی) است که به طور خود به خود در جهت خاصی مغناطیسی شده‌اند، که در آن آهن‌رباهای بنیادی تقریباً به موازات یکدیگر قرار دارند و توسط نیروهای مغناطیسی و نیروهای برهمکنش الکتریکی در این موقعیت نگه داشته می‌شوند.

میدان های مغناطیسی مناطق منفرد در فضای خارجی شناسایی نمی شوند، زیرا همه آنها در جهات مختلف مغناطیسی می شوند. شدت مغناطش خود به خودی دامنه ها جیبستگی به دما دارد و در صفر مطلق برابر با شدت اشباع کامل است. حرکت حرارتی ساختار مرتب شده را از بین می برد و در دمای معین q مشخصه یک ماده معین، آرایش منظم به طور کامل از بین می رود. این دما نامیده می شود نقطه کوری . بالاتر از نقطه کوری، این ماده دارای خواص پارامغناطیس است.

تحت تأثیر یک میدان خارجی، حالت یک ماده می تواند به دو صورت تغییر کند. مغناطش می تواند به دلیل جهت گیری مجدد دامنه ها یا به دلیل جابجایی مرزهای آنها به سمت ناحیه ای با مولفه مغناطیسی کوچکتر، همزمان در جهت با میدان خارجی تغییر کند. جابجایی مرز دامنه فقط تا حد معینی برگشت پذیر است و پس از آن قسمت یا تمام منطقه به طور غیرقابل برگشت تغییر جهت می دهد. با تغییر جهت ناگهانی سریع دامنه، جریان‌های گردابی ایجاد می‌شوند که باعث تلفات انرژی در حین برگشت مغناطیسی می‌شوند.

تحقیقات نشان می دهد که روش دوم تغییر جهت مشخصه یک مقطع شیب دار از منحنی مغناطیسی است و روش اول مشخصه بخشی از ناحیه اشباع است.

پس از کاهش قدرت میدان مغناطیسی خارجی به صفر، برخی از حوزه‌ها جهت جدید مغناطیس‌سازی ترجیحی را حفظ می‌کنند که خود را به عنوان مغناطش باقی‌مانده نشان می‌دهد.

دیامغناطیس و پارامغناطیس در میدان مغناطیسی

چگالی جریان میکروسکوپی در ماده مغناطیسی بسیار پیچیده است و حتی در یک اتم نیز بسیار متفاوت است. اما در بسیاری از مسائل عملی، چنین توصیف دقیقی ضروری نیست، و ما به میدان های مغناطیسی متوسط ​​ایجاد شده توسط تعداد زیادی اتم علاقه مند هستیم.

همانطور که قبلاً گفتیم آهنرباها را می توان به سه گروه اصلی تقسیم کرد: دیامغناطیس، پارامغناطیس و فرومغناطیسی.

دیامغناطیس (از یونانی دیا –واگرایی و مغناطیس) - خاصیت مغناطیسی شدن مواد به سمت میدان مغناطیسی اعمال شده.

دیامغناطیس ها به موادی گفته می شود که گشتاورهای مغناطیسی اتم ها در غیاب میدان خارجی برابر با صفر است، زیرا گشتاورهای مغناطیسی همه الکترون‌های یک اتم به طور متقابل جبران می‌شوند(میدان مغناطیسی خودش که توسط یک ماده دیا مغناطیسی ایجاد می شود، زمانی که در یک میدان خارجی مغناطیسی می شود و غیره.

« فیزیک - پایه یازدهم"

میدان مغناطیسی توسط جریان های الکتریکی و آهنرباهای دائمی ایجاد می شود.
تمام موادی که در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرند، میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کنند.

مغناطیسی شدن ماده

تمام موادی که در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرند مغناطیسی می شوند، یعنی خودشان منبع میدان مغناطیسی می شوند.
در نتیجه، بردار القای مغناطیسی در حضور ماده با بردار القای مغناطیسی در خلاء متفاوت است.

فرضیه آمپر

دلیل اینکه اجسام دارای خواص مغناطیسی هستند توسط فیزیکدان فرانسوی Ampere مشخص شد: خواص مغناطیسی یک جسم را می توان با جریان های در حال گردش در داخل آن توضیح داد.

در داخل مولکول ها و اتم ها جریان های الکتریکی ابتدایی وجود دارد که در اثر حرکت الکترون ها در اتم ها ایجاد می شود.
اگر سطوحی که این جریان ها در آنها به گردش در می آیند به طور تصادفی نسبت به یکدیگر به دلیل حرکت حرارتی مولکول ها قرار گیرند، اعمال آنها متقابلاً جبران می شود و بدن هیچ خاصیت مغناطیسی از خود نشان نمی دهد.

در حالت مغناطیسی، جریان های ابتدایی در بدن به گونه ای جهت گیری می شوند که اعمال آنها با هم جمع می شود.

قوی ترین میدان های مغناطیسی توسط موادی به نام ایجاد می شود فرومغناطیس ها.
از آنها برای ساخت آهنرباهای دائمی استفاده می شود، زیرا میدان فرومغناطیسی پس از خاموش شدن میدان مغناطیسی ناپدید نمی شود.

میدان های مغناطیسی توسط فرومغناطیس ها نه تنها به دلیل چرخش الکترون ها به دور هسته ها، بلکه به دلیل چرخش خود آنها نیز ایجاد می شود. در فرومغناطیس ها مناطقی به نام وجود دارد دامنه هااندازه حدود 0.5 میکرون

اگر فرومغناطیس مغناطیسی نشده باشد، جهت گیری دامنه ها آشفته است و کل میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط حوزه ها صفر است.
هنگامی که یک میدان مغناطیسی خارجی روشن می شود، دامنه ها در امتداد خطوط القای مغناطیسی این میدان قرار می گیرند و القای میدان مغناطیسی در فرومغناطیس ها افزایش می یابد و هزاران و حتی میلیون ها برابر بیشتر از القای میدان خارجی می شود.

دمای کوری

در دماهای بالاتر از مقدار مشخص برای یک فرومغناطیس مشخص، خواص فرومغناطیسی آن از بین می رود.
این دما نامیده می شود دمای کوریبه نام دانشمند فرانسوی که این پدیده را کشف کرد.
اجسام مغناطیسی با گرم شدن، خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند.
برای مثال دمای کوری برای آهن 753 درجه سانتی گراد است.
آلیاژهای فرومغناطیسی با دمای کوری کمتر از 100 درجه سانتیگراد وجود دارد.

کاربرد فرومغناطیس

اجسام فرومغناطیسی زیادی در طبیعت وجود ندارند، اما به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند.
به عنوان مثال، یک هسته نصب شده در یک سیم پیچ، میدان مغناطیسی ایجاد شده را بدون افزایش جریان در سیم پیچ افزایش می دهد.
هسته ترانسفورماتورها، ژنراتورها، موتورهای الکتریکی و ... از فرومغناطیس ساخته شده است.

هنگامی که میدان مغناطیسی خارجی خاموش می شود، فرومغناطیس مغناطیسی باقی می ماند، یعنی یک میدان مغناطیسی در فضای اطراف ایجاد می کند.
به همین دلیل است که آهنرباهای دائمی وجود دارند.

فریت ها به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند - مواد فرومغناطیسی که جریان الکتریکی را هدایت نمی کنند اینها ترکیبات شیمیایی اکسیدهای آهن با اکسیدهای سایر مواد هستند.
یکی از مواد فرومغناطیسی شناخته شده - سنگ آهن مغناطیسی - فریت است.

فرومغناطیس برای ثبت مغناطیسی اطلاعات استفاده می شود.
نوارهای مغناطیسی و فیلم های مغناطیسی از فرومغناطیس ساخته می شوند که برای ضبط صدا در ضبط صوت و برای ضبط ویدئو در VCR استفاده می شود.

صدا با استفاده از آهنربای الکتریکی روی نوار ضبط می شود که میدان مغناطیسی آن در زمان با ارتعاشات صدا تغییر می کند.
همانطور که نوار در نزدیکی سر مغناطیسی حرکت می کند، بخش های مختلفی از فیلم مغناطیسی می شود.

مدار سر القای مغناطیسی

جایی که
1 - هسته الکترومغناطیس؛
2 - نوار مغناطیسی؛
3 - شکاف کاری;
4 سیم پیچ آهنربای الکتریکی.

توسعه فناوری ضبط مغناطیسی منجر به پیدایش میکروهدهای مغناطیسی شده است که در رایانه ها استفاده می شود و امکان ایجاد تراکم بالایی از ضبط مغناطیسی را فراهم می کند، بنابراین تا چندین ترابایت (10 12 بایت) اطلاعات بر روی یک فرومغناطیسی ذخیره می شود. هارد دیسک با قطر چند سانتی متر. خواندن و نوشتن اطلاعات روی چنین دیسکی با استفاده از میکروهد انجام می شود. دیسک با سرعت زیادی می چرخد ​​و سر در بالای آن در جریان هوا شناور می شود که از احتمال آسیب مکانیکی به دیسک جلوگیری می کند.

خواص مغناطیسی ماده

در تمام اجسامی که در میدان مغناطیسی قرار می گیرند، یک گشتاور مغناطیسی ایجاد می شود. این پدیده نامیده می شود مغناطیس شدن.

یک جسم مغناطیسی (آهن ربا) یک میدان مغناطیسی اضافی با القاء ایجاد می کند ب"، که با القاء در تعامل است ب 0 = μ a اچ، ناشی از جریان های ماکروسکوپی است. هر دو میدان میدان حاصل را با القاء می دهند ب، که در نتیجه جمع بردار به دست می آید ب' و ب 0 .

جریان های بسته در مولکول های یک ماده گردش می کنند. هر یک از این جریان دارای یک گشتاور مغناطیسی است. در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، جریان های مولکولی به طور تصادفی جهت گیری می شوند و میانگین میدان ایجاد شده توسط آنها صفر خواهد بود. تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی، گشتاورهای مغناطیسی مولکول ها عمدتاً در امتداد میدان قرار می گیرند، در نتیجه ماده مغناطیسی می شود. اندازه گیری مغناطش یک ماده (آهن ربا) بردار مغناطیسی است. مغناطش برداری منبرابر با مجموع برداری تمام گشتاورهای مغناطیسی است p mمولکول های موجود در واحد حجم یک ماده:

کمیت χ نامیده می شود قابلیت مغناطیسی- کمیت بدون بعد

	در سیستم SI:	در سیستم SGSM:
	ب′ = μ من	ب′ = 4χ من	2)
	ب = μ 0 اچ + μ من	ب = اچ+ 4χ من	3)
	μ = 1 + χ	μ = 1 + 4π χ	4)

منحنی بیانگر رابطه بین اچو بیا اچو من، تماس گرفت منحنی مغناطیسی.

موادی که χ > 0 (اما کمی) پارامغناطیس نامیده می شوند. پارامغناطیس) موادی که برای آنها χ< 0, называются диамагнитными (مواد دیامغناطیسی). موادی که χ برای آنها بسیار بیشتر از وحدت است نامیده می شوند فرومغناطیس ها.

فرومغناطیس ها در تعدادی از ویژگی ها با پارامغناطیس ها و دیامغناطیس ها متفاوت هستند.

آ)منحنی مغناطیسی فرومغناطیس ها پیچیده است (شکل 1 برای پارامغناطیس ها، یک خط مستقیم با زاویه ای مثبت را نشان می دهد).
ضریب، برای مواد دیامغناطیس - یک خط مستقیم با شیب منفی. حساسیت مغناطیسی و نفوذپذیری فرومغناطیس ها به شدت میدان بستگی دارد. مواد پارامغناطیس و دیامغناطیس این وابستگی را ندارند.

برای فرومغناطیس‌ها، نفوذپذیری مغناطیسی اولیه (μ init) معمولاً نشان داده می‌شود - مقدار محدود نفوذپذیری مغناطیسی هنگامی که قدرت میدان و القاء نزدیک به صفر است، یعنی.

منحنی μ در مقابل اچبرای فرومغناطیس ها از حداکثر عبور می کند. جداول معمولاً حداکثر مقدار (μ max) را نشان می دهند.

ب)حساسیت مغناطیسی فرومغناطیس ها با افزایش دما افزایش می یابد. در یک درجه حرارت تیفرومغناطیسی به پارامغناطیس تبدیل می شود. این دما نامیده می شود دمای کوری (نقطه کوری). در دمای بالاتر از نقطه کوری، این ماده پارامغناطیس است. نزدیک به دمای کوری، حساسیت مغناطیسی فرومغناطیس برش افزایش می یابد.

حساسیت مغناطیسی مواد دیامغناطیس و برخی مواد پارامغناطیس (مثلاً در فلزات قلیایی) به دما بستگی ندارد. حساسیت مغناطیسی مواد پارامغناطیس (به استثنای معدودی) برعکس با دمای مطلق متفاوت است.

V)یک فرومغناطیس مغناطیسی زدایی شده توسط یک میدان مغناطیسی مغناطیسی می شود. اعتیاد ب(یا من) از جانب اچدر طول مغناطش با منحنی 0-1 بیان می شود (شکل 1). این منحنی را منحنی مغناطیسی اولیه می نامند. مغناطش در میدان های ضعیف به سرعت رشد می کند، سپس رشد کند می شود و در نهایت حالت اشباع رخ می دهد که در آن مغناطش عملاً با افزایش بیشتر میدان ثابت می ماند.

حداکثر مقدار مغناطیسی نامیده می شود مغناطش اشباع (است).

هنگام کاهش اچبه صفر ب(و من) در امتداد منحنی 1-2 تغییر خواهد کرد. بین تغییر در القاء و تغییر در قدرت میدان تاخیر وجود دارد. این پدیده نامیده می شود هیسترزیس مغناطیسی.

مقدار القایی که پس از حذف میدان در فرومغناطیس باقی می ماند (زمانی که اچ= 0)، القای باقیمانده نامیده می شود ( بی آر). در شکل 1 بی آربرابر با بخش 0-2 است. برای مغناطیس زدایی یک فرومغناطیس، باید القای باقیمانده را حذف کنید. برای این کار باید یک فیلد در جهت مخالف ایجاد کنید. تغییر در القاء در لب به لب در جهت مخالف با منحنی 2-3-4 نشان داده می شود.

قدرت میدان Hc(بخش 0-3 در شکل 8)، که در آن القاء صفر است، شدت اجباری (نیروی) نامیده می شود.

اعتیاد ب(یا من) از تغییر متناوب قدرت میدان مغناطیسی از + اچقبل از - اچبا یک منحنی بسته 1-2-3-4-5-6-1 بیان می شود. این منحنی نامیده می شود حلقه پسماند.

برای یک چرخه تغییر قدرت میدان از + اچقبل از - اچانرژی متناسب با مساحت حلقه هیسترزیس مصرف می شود.

خواص فرومغناطیس ها با حضور مناطقی در آنها توضیح داده می شود که در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، به طور خود به خود به اشباع مغناطیسی می شوند. به این مناطق دامنه می گویند. اما موقعیت و مغناطش این نواحی به گونه ای است که حتی در صورت عدم وجود میدان، مغناطش کلی کل بدن صفر است.

هنگامی که یک فرومغناطیس در یک میدان مغناطیسی قرار دارد، مرزهای بین دامنه ها تغییر می کند (در میدان های ضعیف) و بردارهای مغناطیسی حوزه ها در جهت میدان مغناطیسی (در میدان های قوی تر) می چرخند و در نتیجه فرومغناطیس مغناطیسی می شود.

فرومغناطیسی که در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، ابعاد خطی خود را تغییر می دهد، یعنی تغییر شکل می دهد. این پدیده مغناطیسی انقباض نامیده می شود. ازدیاد طول نسبی به ماهیت فرومغناطیس و قدرت میدان مغناطیسی بستگی دارد.

بزرگی اثر مغناطیسی به جهت میدان بستگی ندارد. برخی از مواد کوتاه شدن (نیکل) و برخی دیگر طویل شدن (آهن در میدان های ضعیف) در امتداد صفر را تجربه می کنند. این پدیده برای تولید ارتعاشات اولتراسونیک با فرکانس تا 100 کیلوهرتز استفاده می شود.

خواص مغناطیسی و ساختار مواد

مغناطیس شیمی شاخه ای از شیمی است که به بررسی خواص مغناطیسی مواد و همچنین ارتباط آنها با ساختار مولکول ها می پردازد. تاریخ شکل گیری آن به عنوان یک علم به اوایل قرن بیستم بازمی گردد، زمانی که قوانین اساسی مغناطیس کشف شد.

خواص مغناطیسی مواد

مغناطیس خاصیت اساسی ماده است. توانایی آهنرباهای دائمی برای جذب اجسام آهنی از زمان های قدیم شناخته شده است. توسعه الکترومغناطیس امکان ایجاد آهنرباهای الکتریکی قوی تر از آهنرباهای دائمی موجود در طبیعت را فراهم کرد. به طور کلی ابزارها و وسایل مختلف مبتنی بر استفاده از پدیده های الکترومغناطیسی به قدری گسترده هستند که امروزه تصور زندگی بدون آنها غیرممکن است.

با این حال، نه تنها آهنرباهای دائمی با میدان مغناطیسی، بلکه همه مواد دیگر نیز در تعامل هستند. میدان مغناطیسی، در تعامل با ماده، مقدار خود را در مقایسه با خلاء تغییر می دهد (از این پس همه فرمول ها در سیستم SI نوشته می شوند):

که در آن µ0 ثابت مغناطیسی برابر با 4p 10-7 H/m است، µ نفوذپذیری مغناطیسی ماده، B القای مغناطیسی (در T)، H قدرت میدان مغناطیسی (بر حسب A/m) است. برای اکثر مواد m بسیار نزدیک به وحدت است، بنابراین در مغناطیسی شیمی، جایی که جسم اصلی یک مولکول است، استفاده از مقدار c راحت تر است که به آن حساسیت مغناطیسی می گویند. می توان آن را به واحد حجم، جرم یا کمیت یک ماده نسبت داد، سپس آن را حجمی (بدون بعد) می نامند. رزومه، خاص سی دی(در cm3/g) یا مولر سانتی متر(بر حسب سانتی متر بر مول) حساسیت مغناطیسی.

مواد را می توان به دو دسته تقسیم کرد: آنهایی که میدان مغناطیسی را ضعیف می کنند (ج< 0), называются диамагнетиками, те, которые усиливают (c >0) - پارامغناطیس. می توان تصور کرد که در یک میدان مغناطیسی غیریکنواخت، نیرویی بر ماده دیامغناطیسی وارد می شود که آن را از میدان خارج می کند، در حالی که نیرویی بر روی یک ماده پارامغناطیس تأثیر می گذارد، برعکس، آن را به داخل می کشد. روش های مورد بحث در زیر برای اندازه گیری خواص مغناطیسی مواد بر این اساس است. دیامغناطیس ها (و این اکثریت قریب به اتفاق ترکیبات آلی و مولکولی بالا است) و عمدتاً پارامغناطیس ها از موضوعات مورد مطالعه مغناطیس شیمی هستند.

دیامغناطیس مهم ترین خاصیت ماده است، زیرا تحت تأثیر میدان مغناطیسی، الکترون ها در لایه های الکترونی پر شده (که می توان آنها را به عنوان رسانای کوچک در نظر گرفت) شروع به پیشروی می کنند و همانطور که مشخص است، هر حرکتی یک بار الکتریکی باعث ایجاد میدان مغناطیسی می شود که طبق قانون لنز، برای کاهش ضربه از میدان خارجی، به این صورت هدایت می شود. در این حالت، تقدیم الکترونیکی را می توان به عنوان جریان های دایره ای در نظر گرفت. دیامغناطیس مشخصه همه مواد به جز هیدروژن اتمی است، زیرا همه مواد دارای الکترون های جفتی و لایه های الکترونی پر هستند.

پارامغناطیس توسط الکترون های جفت نشده ایجاد می شود که به این دلیل به این نام می گویند که گشتاور مغناطیسی خود (اسپین) به هیچ وجه متعادل نیست (بر این اساس، اسپین های الکترون های جفت شده در جهت مخالف هدایت می شوند و یکدیگر را خنثی می کنند). در یک میدان مغناطیسی، اسپین ها تمایل دارند در جهت میدان قرار بگیرند و آن را تقویت کنند، اگرچه این نظم با حرکت حرارتی آشفته مختل می شود. بنابراین، واضح است که حساسیت پارامغناطیس به دما بستگی دارد - هر چه دما کمتر باشد، مقدار حساسیت بالاتر است.

به این نوع حساسیت مغناطیسی پارامغناطیس جهت یابی نیز گفته می شود، زیرا علت آن جهت گیری گشتاورهای مغناطیسی ابتدایی در یک میدان مغناطیسی خارجی است.

خواص مغناطیسی الکترون ها در یک اتم را می توان به دو صورت توصیف کرد. در روش اول، اعتقاد بر این است که گشتاور مغناطیسی (اسپین) خود الکترون بر گشتاور مداری (به دلیل حرکت الکترون ها در اطراف هسته) تأثیر نمی گذارد یا برعکس. به طور دقیق تر، چنین تأثیر متقابلی همیشه وجود دارد (برهم کنش اسپین-مدار)، اما برای یون های سه بعدی کوچک است و خواص مغناطیسی را می توان با دقت کافی با دو عدد کوانتومی L (مدار) و S (اسپین) توصیف کرد. برای اتم های سنگین تر، چنین تقریبی غیرقابل قبول می شود و عدد کوانتومی دیگری از کل گشتاور مغناطیسی J معرفی می شود که می تواند مقادیری از | L+S | قبل از | L-S |

باید به کوچک بودن انرژی برهمکنش مغناطیسی توجه شود (برای دمای اتاق و میدان های مغناطیسی رایج در آزمایشگاه، انرژی برهمکنش های مغناطیسی سه تا چهار مرتبه قدر کمتر از انرژی حرکت حرارتی مولکول ها است).

تعداد کمی از مواد وجود دارند که وقتی دما کاهش می یابد، ابتدا مانند پارامغناطیس رفتار می کنند و سپس با رسیدن به دمای معین، خواص مغناطیسی خود را به شدت تغییر می دهند. معروف ترین مثال فرومغناطیس ها و ماده ای است که نام آنها از آن گرفته شده است، آهن، که گشتاورهای مغناطیسی اتمی آن زیر دمای کوری در یک جهت قرار می گیرند و باعث مغناطش خود به خود می شوند. با این حال، مغناطش ماکروسکوپی در غیاب میدان اتفاق نمی‌افتد، زیرا نمونه به طور خود به خود به مناطقی با اندازه حدود 1 میکرومتر تقسیم می‌شود که به آن حوزه‌ها می‌گویند، که در آن ممان‌های مغناطیسی ابتدایی به یک شکل هدایت می‌شوند، اما مغناطش‌های مختلف. دامنه ها به صورت تصادفی جهت یابی می شوند و به طور متوسط ​​یکدیگر را جبران می کنند. نیروهایی که باعث انتقال فرومغناطیسی می شوند فقط با استفاده از قوانین مکانیک کوانتومی قابل توضیح هستند.

ضد فرومغناطیس ها با این واقعیت مشخص می شوند که گشتاورهای مغناطیسی اسپین در دمای گذار ضد فرومغناطیسی (Néel temperature TN) به گونه ای مرتب می شوند که یکدیگر را خنثی می کنند.

اگر جبران گشتاورهای مغناطیسی ناقص باشد، چنین موادی آهنربای آهن نامیده می شوند، به عنوان مثال Fe2O3 و FeCr2O4. سه دسته آخر ترکیبات جامد هستند و عمدتاً توسط فیزیکدانان مورد مطالعه قرار می گیرند. در طول دهه های گذشته، فیزیکدانان و شیمیدانان مواد مغناطیسی جدیدی ایجاد کرده اند.

در یک مولکول حاوی یک الکترون جفت نشده، الکترون های باقیمانده (جفت شده) میدان مغناطیسی را ضعیف می کنند، اما سهم هر یک از آنها دو تا سه مرتبه قدر کمتر است. با این حال، اگر بخواهیم خواص مغناطیسی الکترون‌های جفت‌نشده را خیلی دقیق اندازه‌گیری کنیم، باید اصلاحات دیامغناطیسی را به‌ویژه برای مولکول‌های آلی بزرگ که می‌توانند به ده‌ها درصد برسند، معرفی کنیم. حساسیت های دیامغناطیسی اتم ها در یک مولکول بر اساس قانون افزایشی پاسکال-لانژوین به یکدیگر اضافه می شوند. برای انجام این کار، حساسیت دیامغناطیسی اتم‌های هر نوع در تعداد چنین اتم‌هایی در مولکول ضرب می‌شود و سپس اصلاحات سازنده برای ویژگی‌های ساختاری (پیوندهای دوتایی و سه‌گانه، حلقه‌های معطر و غیره) معرفی می‌شوند. بیایید به بررسی چگونگی مطالعه تجربی خواص مغناطیسی مواد بپردازیم.

اندازه گیری تجربی ظن مغناطیسی

روش های تجربی اصلی برای تعیین حساسیت مغناطیسی در قرن گذشته ایجاد شد. بر اساس روش گوی، تغییر وزن یک نمونه در میدان مغناطیسی نسبت به عدم وجود آن اندازه گیری می شود.

روش فارادی نیروی وارد بر نمونه را در میدان مغناطیسی غیر یکنواخت اندازه گیری می کند.

تفاوت اصلی بین روش گوی و روش فارادی این است که در حالت اول ناهمگنی در امتداد یک الگوی (بسط یافته) حفظ می شود و در حالت دوم - در امتداد میدان مغناطیسی.

روش Quincke فقط برای مایعات و محلول ها استفاده می شود. تغییر ارتفاع یک ستون مایع در یک مویرگ را تحت تأثیر میدان مغناطیسی اندازه گیری می کند

در این حالت، برای مایعات دیامغناطیس ارتفاع ستون کاهش می یابد، برای مایعات پارامغناطیس افزایش می یابد.

روش ویسکومتر زمان جریان مایع را از طریق یک سوراخ کوچک با میدان مغناطیسی روشن (tH) و خاموش (t0) اندازه گیری می کند. زمان جریان مایعات پارامغناطیسی در یک میدان مغناطیسی به طور قابل توجهی کوتاهتر از عدم وجود میدان است، برعکس.

حساسیت مغناطیسی را می توان با استفاده از طیف سنج NMR نیز اندازه گیری کرد. توجه: مقدار شیفت شیمیایی سیگنال NMR در حالت کلی نه تنها با ثابت غربالگری، که معیاری از چگالی الکترون روی هسته مورد مطالعه است، بلکه با حساسیت مغناطیسی نمونه نیز تعیین می‌شود.

مقدار به دست آمده از حساسیت مغناطیسی برای مواد پارامغناطیس با تعداد الکترون های جفت نشده (برای یک الکترون جفت نشده) تعیین می شود.

مطالعات مغناطیسی شیمیایی امکان ایجاد پیکربندی الکترونیکی ترکیبات فلزات واسطه را فراهم می کند که اساس شیمی ترکیبات هماهنگی (پیچیده) را تشکیل می دهند.

با اندازه گیری حساسیت مغناطیسی، می توان به راحتی در مورد درجه اکسیداسیون و هندسه اولین کره هماهنگی در مجموعه قضاوت کرد.

مشخص شده است که اکثر واکنش های شیمیایی که در عمل مهم هستند در محلول ها رخ می دهند، از جمله واکنش های تشکیل کمپلکس، بنابراین در قسمت بعدی خواص مغناطیسی محلول هایی را که در آنها ترکیبات فلزات واسطه به صورت کمپلکس تحقق می یابد، بررسی خواهیم کرد.

ظن مغناطیسی به محلول ها

هنگام انتقال از جامد به محلول، حساسیت مغناطیسی حلال و همه املاح باید در نظر گرفته شود. در این مورد، ساده‌ترین راه برای در نظر گرفتن این موضوع، جمع‌بندی مشارکت‌های همه اجزای محلول بر اساس قانون افزایشی است. اصل افزودنی یکی از اصول اساسی در پردازش داده های تجربی است. هر گونه انحراف از آن اغلب با این واقعیت مرتبط است که خود اصل افزودنی انجام می شود و اجزای محلول خواص خود را تغییر می دهند. بنابراین، فرض بر این است که حساسیت مغناطیسی محلول با در نظر گرفتن غلظت، برابر است با مجموع حساسیت مغناطیسی اجزای جداگانه.

از مطالعه خواص مغناطیسی یک ماده در حلال های مختلف، واضح است که آنها می توانند به طور قابل توجهی به ماهیت حلال بستگی داشته باشند. این را می‌توان با ورود مولکول‌های حلال به اولین کره هماهنگی و تغییر متناظر در ساختار الکترونیکی مجتمع، انرژی‌های d-orbitals (D) و دیگر خواص مجتمع حل‌شده توضیح داد. بنابراین، مغناطیس شیمی مطالعه حلالیت، یعنی برهمکنش یک املاح با یک حلال را نیز ممکن می سازد.

اگر یک میدان مغناطیسی بر خواص یک محلول تأثیر بگذارد، و حقایق تجربی متعدد (اندازه‌گیری چگالی، ویسکوزیته، هدایت الکتریکی، غلظت پروتون، حساسیت مغناطیسی) نشان می‌دهد که چنین است، پس باید تشخیص داد که انرژی برهم‌کنش‌های بین فرد اجزای محلول و مجموعه مولکول های آب بسیار زیاد است، پس با انرژی حرکت حرارتی ذرات در یک محلول قابل مقایسه یا بیشتر است، که میانگین هر اثری را بر روی محلول نشان می دهد. به یاد بیاوریم که انرژی برهمکنش مغناطیسی یک ذره (مولکول) در مقایسه با انرژی حرکت حرارتی کوچک است. اگر بپذیریم که در آب و محلول‌های آبی، به دلیل ماهیت همکاری پیوندهای هیدروژنی، مجموعه‌های ساختاری یخ‌مانند بزرگی از مولکول‌های آب به وجود می‌آیند که تحت تأثیر مواد محلول می‌توانند تقویت یا از بین بروند انرژی تشکیل چنین "مجموعه هایی" ظاهراً با انرژی حرکت حرارتی قابل مقایسه است و تحت تأثیر مغناطیسی، محلول می تواند آن را به خاطر بسپارد و خواص جدیدی به دست آورد، اما حرکت براونی یا افزایش دما این "حافظه" را طی مدتی از بین می برد.

با انتخاب دقیق غلظت مواد پارامغناطیس در یک حلال دیامغناطیسی، می توان یک مایع غیر مغناطیسی ایجاد کرد، یعنی مایعی که میانگین حساسیت مغناطیسی آن صفر است یا میدان های مغناطیسی در آن به همان روشی که در خلاء منتشر می شود، ایجاد کرد. این ویژگی جالب هنوز در فناوری کاربرد پیدا نکرده است.

آهنرباها و خواص مغناطیسی ماده
ساده‌ترین مظاهر مغناطیس مدت‌هاست که شناخته شده‌اند و برای اکثر ما آشنا هستند. با این حال، به تازگی بود که این پدیده های به ظاهر ساده بر اساس اصول بنیادی فیزیک توضیح داده شدند. دو نوع مختلف آهنربا وجود دارد. برخی از آنها به اصطلاح آهنرباهای دائمی هستند که از مواد "مغناطیسی سخت" ساخته شده اند. خواص مغناطیسی آنها به استفاده از منابع یا جریان خارجی مربوط نمی شود. نوع دیگر شامل آهنرباهای الکترومغناطیس با هسته ساخته شده از آهن "نرم مغناطیسی" است. میدان‌های مغناطیسی که آنها ایجاد می‌کنند عمدتاً به این دلیل است که یک جریان الکتریکی از سیم سیم پیچی اطراف هسته عبور می‌کند.
قطب های مغناطیسی و میدان مغناطیسی خواص مغناطیسی یک آهنربای میله ای در نزدیکی انتهای آن قابل توجه است. اگر چنین آهنربایی در قسمت میانی آویزان شود تا بتواند آزادانه در یک صفحه افقی بچرخد، آنگاه موقعیتی تقریباً مطابق با جهت شمال به جنوب خواهد گرفت. انتهای میله که به سمت شمال است را قطب شمال و به انتهای آن قطب جنوب می گویند. قطب های مخالف دو آهنربا یکدیگر را جذب می کنند و مانند قطب ها یکدیگر را دفع می کنند. اگر یک میله آهن غیر مغناطیسی به یکی از قطب های آهنربا نزدیک شود، دومی به طور موقت مغناطیسی می شود. در این حالت، قطب میله مغناطیسی که نزدیک به قطب آهنربا است، نام مخالف و قطب دور نیز همین نام را خواهد داشت. جاذبه بین قطب آهنربا و قطب مخالف القا شده توسط آن در میله، عمل آهنربا را توضیح می دهد. برخی از مواد (مانند فولاد) پس از قرار گرفتن در نزدیکی آهنربای دائمی یا الکترومغناطیس، خود به آهنربای دائمی ضعیف تبدیل می شوند. یک میله فولادی را می توان به سادگی با عبور دادن انتهای آهنربای میله ای دائمی در امتداد انتهای آن مغناطیسی کرد. بنابراین، آهنربا سایر آهنرباها و اجسام ساخته شده از مواد مغناطیسی را بدون تماس با آنها جذب می کند. این عمل در فاصله با وجود میدان مغناطیسی در فضای اطراف آهنربا توضیح داده می شود. مقداری از شدت و جهت این میدان مغناطیسی را می توان با ریختن براده های آهن بر روی یک ورقه مقوا یا شیشه ای که روی آهنربا قرار داده شده به دست آورد. خاک اره به صورت زنجیره ای در جهت مزرعه قرار می گیرد و تراکم خطوط خاک اره با شدت این میدان مطابقت دارد. (در انتهای آهنربا، جایی که شدت میدان مغناطیسی بیشتر است، ضخیم‌ترین آنهاست.) M. Faraday (1791-1867) مفهوم خطوط القایی بسته را برای آهن‌رباها معرفی کرد. خطوط القایی از آهن ربا در قطب شمال به فضای اطراف امتداد می یابد، در قطب جنوب وارد آهنربا می شود و از قطب جنوب به داخل ماده آهنربا برگشته به شمال عبور می کند و یک حلقه بسته را تشکیل می دهد. به تعداد کل خطوط القایی که از آهنربا بیرون می آیند، شار مغناطیسی می گویند. چگالی شار مغناطیسی یا القای مغناطیسی (B) برابر است با تعداد خطوط القایی که به طور معمول از یک ناحیه ابتدایی با اندازه واحد عبور می کنند. القای مغناطیسی نیرویی را تعیین می کند که میدان مغناطیسی بر روی هادی حامل جریان واقع در آن اثر می گذارد. اگر رسانایی که جریان I از آن عبور می کند عمود بر خطوط القایی باشد، طبق قانون آمپر، نیروی F وارد بر هادی هم بر میدان و هم بر هادی عمود است و با القای مغناطیسی، قدرت جریان و طول متناسب است. از هادی بنابراین، برای القای مغناطیسی B می توانیم عبارت را بنویسیم

در جایی که F نیرو بر حسب نیوتن است، I جریان بر حسب آمپر، l طول بر حسب متر است. واحد اندازه گیری القای مغناطیسی تسلا (T) است.
(همچنین به برق و مغناطیس مراجعه کنید).
گالوانومتر.گالوانومتر ابزاری حساس برای اندازه گیری جریان های ضعیف است. یک گالوانومتر از گشتاور تولید شده از برهمکنش یک آهنربای دائمی نعل اسبی با یک سیم پیچ کوچک حامل جریان (یک آهنربای الکتریکی ضعیف) که در شکاف بین قطب های آهنربا معلق است استفاده می کند. گشتاور و در نتیجه انحراف سیم پیچ، متناسب با جریان و کل القای مغناطیسی در شکاف هوا است، به طوری که مقیاس دستگاه برای انحرافات کوچک سیم پیچ تقریباً خطی است. نیروی مغناطیسی و قدرت میدان مغناطیسی. در مرحله بعد، ما باید کمیت دیگری را معرفی کنیم که اثر مغناطیسی جریان الکتریکی را مشخص می کند. فرض کنید جریان از سیم سیم پیچ بلندی عبور می کند که داخل آن ماده ای قابل مغناطیسی وجود دارد. نیروی مغناطیسی حاصل ضرب جریان الکتریکی در سیم پیچ و تعداد دورهای آن است (این نیرو با آمپر اندازه گیری می شود، زیرا تعداد چرخش ها کمیتی بدون بعد است). شدت میدان مغناطیسی H برابر با نیروی مغناطیسی در واحد طول سیم پیچ است. بنابراین، مقدار H بر حسب آمپر بر متر اندازه گیری می شود. مغناطش به دست آمده توسط مواد داخل سیم پیچ را تعیین می کند. در خلاء، القای مغناطیسی B با شدت میدان مغناطیسی H متناسب است:

جایی که m0 به اصطلاح است ثابت مغناطیسی با مقدار جهانی 4pХ10-7 H/m. در بسیاری از مواد، B تقریباً با H متناسب است. با این حال، در مواد فرومغناطیسی، رابطه بین B و H تا حدودی پیچیده‌تر است (همانطور که در زیر بحث می‌شود). در شکل 1 یک آهنربای الکتریکی ساده را نشان می دهد که برای گرفتن بارها طراحی شده است. منبع انرژی یک باتری DC است. شکل همچنین خطوط میدان آهنربای الکتریکی را نشان می دهد که با روش معمول براده های آهن قابل تشخیص است.

الکترومغناطیس های بزرگ با هسته های آهنی و تعداد بسیار زیادی پیچ های آمپر که در حالت پیوسته کار می کنند، نیروی مغناطیسی زیادی دارند. آنها یک القای مغناطیسی تا 6 تسلا در شکاف بین قطب ها ایجاد می کنند. این القاء تنها با استرس مکانیکی، گرم شدن سیم پیچ ها و اشباع مغناطیسی هسته محدود می شود. تعدادی از آهنرباهای غول پیکر با آب خنک شده (بدون هسته)، و همچنین تاسیسات برای ایجاد میدان های مغناطیسی پالسی، توسط P.L. F. Bitter (1902-1967) در موسسه فناوری ماساچوست. با چنین آهنربایی می توان به القای 50 تسلا دست یافت. یک آهن‌ربای الکتریکی نسبتاً کوچک که میدان‌هایی تا 6.2 تسلا تولید می‌کند، 15 کیلووات انرژی الکتریکی مصرف می‌کند و توسط هیدروژن مایع خنک می‌شود، در آزمایشگاه ملی لوسالاموس ساخته شد. میدان های مشابه در دماهای برودتی به دست می آیند.
نفوذپذیری مغناطیسی و نقش آن در مغناطیسنفوذپذیری مغناطیسی m مقداری است که خواص مغناطیسی یک ماده را مشخص می کند. فلزات فرومغناطیسی Fe، Ni، Co و آلیاژهای آنها حداکثر نفوذپذیری بسیار بالایی دارند - از 5000 (برای آهن) تا 800000 (برای سوپرمالوی). در چنین موادی، در شدت میدان نسبتاً پایین H، القاءهای بزرگ B ایجاد می شود، اما رابطه بین این کمیت ها، به طور کلی، به دلیل پدیده های اشباع و پسماند غیرخطی است که در زیر مورد بحث قرار می گیرد. مواد فرومغناطیسی به شدت توسط آهنربا جذب می شوند. آنها خواص مغناطیسی خود را در دماهای بالاتر از نقطه کوری از دست می دهند (770 درجه سانتیگراد برای آهن، 358 درجه سانتیگراد برای نیکل، 1120 درجه سانتیگراد برای Co) و مانند پارامغناطیس رفتار می کنند، که القاء B تا مقادیر بسیار بالا H برابر است. متناسب با آن - دقیقاً همان چیزی است که در خلاء اتفاق می افتد. بسیاری از عناصر و ترکیبات در تمام دماها پارامغناطیس هستند. مشخصه مواد پارامغناطیسی این است که در یک میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی می شوند. اگر این میدان خاموش شود، مواد پارامغناطیس به حالت غیر مغناطیسی باز می گردند. مغناطیس در فرومغناطیس ها حتی پس از خاموش شدن میدان خارجی نیز حفظ می شود. در شکل شکل 2 یک حلقه هیسترزیس معمولی را برای یک ماده فرومغناطیسی سخت (با تلفات زیاد) نشان می دهد. این وابستگی مبهم مغناطش کردن یک ماده مغناطیسی مرتب شده را به قدرت میدان مغناطیسی مشخص می کند. با افزایش قدرت میدان مغناطیسی از نقطه اولیه (صفر) (1)، مغناطش در امتداد خط چین 1-2 رخ می دهد و مقدار m به طور قابل توجهی با افزایش مغناطیسی نمونه تغییر می کند. در نقطه 2 اشباع حاصل می شود، یعنی. با افزایش بیشتر ولتاژ، مغناطش دیگر افزایش نمی یابد. اگر اکنون به تدریج مقدار H را به صفر کاهش دهیم، منحنی B(H) دیگر مسیر قبلی را دنبال نمی کند، بلکه از نقطه 3 می گذرد، و همانطور که بود، یک "حافظه" از مطالب مربوط به "تاریخ گذشته" را نشان می دهد. از این رو نام «هیسترزیس» است. بدیهی است که در این مورد مقداری مغناطش باقی مانده حفظ می شود (بخش 1-3). پس از تغییر جهت میدان مغناطیسی به جهت مخالف، منحنی B (H) از نقطه 4 عبور می کند و قطعه (1)-(4) مربوط به نیروی اجباری است که مانع از مغناطیس زدایی می شود. افزایش بیشتر در مقادیر (-H) منحنی هیسترزیس را به ربع سوم - بخش 4-5 می رساند. کاهش بعدی مقدار (-H) به صفر و سپس افزایش مقادیر مثبت H منجر به بسته شدن حلقه هیسترزیس از طریق نقاط 6، 7 و 2 می شود.

مواد مغناطیسی سخت با یک حلقه پسماند گسترده مشخص می شوند، که منطقه قابل توجهی را در نمودار پوشش می دهد و بنابراین مربوط به مقادیر زیادی مغناطیس باقیمانده (القاء مغناطیسی) و نیروی اجباری است. یک حلقه پسماند باریک (شکل 3) مشخصه مواد مغناطیسی نرم، مانند فولاد ملایم و آلیاژهای خاص با نفوذپذیری مغناطیسی بالا است. چنین آلیاژهایی با هدف کاهش تلفات انرژی ناشی از هیسترزیس ایجاد شدند. اکثر این آلیاژهای خاص مانند فریت ها دارای مقاومت الکتریکی بالایی هستند که نه تنها تلفات مغناطیسی، بلکه تلفات الکتریکی ناشی از جریان های گردابی را نیز کاهش می دهد.

مواد مغناطیسی با نفوذپذیری بالا با بازپخت تولید می شوند که با نگهداری در دمای حدود 1000 درجه سانتیگراد انجام می شود و به دنبال آن تلطیف (سرد شدن تدریجی) تا دمای اتاق انجام می شود. در این مورد، عملیات مکانیکی و حرارتی اولیه و همچنین عدم وجود ناخالصی در نمونه بسیار مهم است. برای هسته های ترانسفورماتور در آغاز قرن بیستم. فولادهای سیلیکونی ساخته شدند که ارزش آنها با افزایش محتوای سیلیکون افزایش یافت. بین سال‌های 1915 و 1920، آلیاژهای پرمالی (آلیاژهای نیکل و آهن) با یک حلقه پسماند باریک و تقریباً مستطیلی شکل ظاهر شدند. آلیاژهای hypernik (50٪ Ni، 50٪ Fe) و مو فلز (75٪ Ni، 18٪ آهن، 5٪ مس، 2٪ کروم) با مقادیر بسیار بالای نفوذپذیری مغناطیسی m در مقادیر کم متمایز می شوند. از H، در حالی که در پرمینوار (45٪ Ni، 30٪ Fe، 25٪ Co) مقدار m عملاً در محدوده وسیعی از تغییرات در قدرت میدان ثابت است. در میان مواد مغناطیسی مدرن، باید به سوپرمالوی اشاره کرد - آلیاژی با بالاترین نفوذپذیری مغناطیسی (حاوی 79٪ نیکل، 15٪ آهن و 5٪ مو).
نظریه های مغناطیسبرای اولین بار، این حدس که پدیده های مغناطیسی در نهایت به پدیده های الکتریکی تقلیل می یابند، از آمپر در سال 1825 به وجود آمد، زمانی که او ایده ریزجریان های داخلی بسته در گردش در هر اتم آهنربا را بیان کرد. با این حال، بدون هیچ گونه تایید تجربی وجود چنین جریان هایی در ماده (الکترون توسط جی. تامسون تنها در سال 1897 کشف شد، و توصیف ساختار اتم توسط رادرفورد و بور در سال 1913 ارائه شد)، این نظریه «محو شد. " در سال 1852، دبلیو وبر پیشنهاد کرد که هر اتم یک ماده مغناطیسی یک آهنربای کوچک یا دوقطبی مغناطیسی است، به طوری که مغناطیسی کامل یک ماده زمانی حاصل می شود که تمام آهنرباهای اتمی منفرد در یک ترتیب معین قرار گیرند (شکل 4، ب). . وبر معتقد بود که "اصطکاک" مولکولی یا اتمی به این آهن رباهای ابتدایی کمک می کند تا نظم خود را با وجود تأثیر مخرب ارتعاشات حرارتی حفظ کنند. نظریه او قادر به توضیح مغناطیس شدن اجسام در تماس با آهنربا و همچنین مغناطیس زدایی آنها در اثر ضربه یا حرارت بود. در نهایت، "تولید" آهنرباها هنگام برش سوزن مغناطیسی یا میله مغناطیسی به قطعات نیز توضیح داده شد. و با این حال این نظریه نه منشأ خود آهنرباهای ابتدایی و نه پدیده های اشباع و پسماند را توضیح نمی دهد. نظریه وبر در سال 1890 توسط J. Ewing بهبود یافت، او فرضیه خود را در مورد اصطکاک اتمی با ایده نیروهای محدود کننده بین اتمی جایگزین کرد که به حفظ نظم دوقطبی های ابتدایی که آهنربای دائمی را تشکیل می دهند کمک می کند.

رویکردی به این مسئله که زمانی توسط آمپر پیشنهاد شد، در سال 1905 حیات دوم یافت، زمانی که P. Langevin رفتار مواد پارامغناطیس را با نسبت دادن به هر اتم یک جریان الکترونی جبران نشده داخلی توضیح داد. به گفته لانگوین، این جریان‌ها هستند که آهن‌رباهای کوچکی را تشکیل می‌دهند که وقتی میدان خارجی وجود ندارد به‌طور تصادفی جهت‌گیری می‌کنند، اما زمانی که اعمال می‌شود، جهت گیری منظمی پیدا می‌کنند. در این مورد، رویکرد به نظم کامل با اشباع مغناطیسی مطابقت دارد. علاوه بر این، لانگوین مفهوم گشتاور مغناطیسی را معرفی کرد که برای یک آهنربای اتمی منفرد برابر با حاصلضرب "بار مغناطیسی" یک قطب و فاصله بین قطب ها است. بنابراین، مغناطیس ضعیف مواد پارامغناطیس به دلیل کل گشتاور مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان های الکترونی جبران نشده است. در سال 1907، پی ویس مفهوم "دامنه" را معرفی کرد که سهم مهمی در نظریه مدرن مغناطیس شد. ویس حوزه هایی را به شکل "مستعمرات" کوچک اتم ها تصور کرد که در آن گشتاورهای مغناطیسی همه اتم ها، به دلایلی، مجبور به حفظ جهت گیری یکسان هستند، به طوری که هر حوزه تا حد اشباع مغناطیسی می شود. یک دامنه منفرد می تواند ابعاد خطی مرتبه 0.01 میلی متر و بر این اساس حجمی از مرتبه 10-6 میلی متر مکعب داشته باشد. دامنه ها توسط دیوارهای به اصطلاح بلوخ از هم جدا می شوند که ضخامت آنها از 1000 اندازه اتمی تجاوز نمی کند. "دیوار" و دو حوزه مخالف به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است. 5. چنین دیوارهایی نشان دهنده "لایه های انتقال" هستند که در آن جهت مغناطش دامنه تغییر می کند.

در حالت کلی، سه بخش را می توان در منحنی مغناطیسی اولیه تشخیص داد (شکل 6). در قسمت اولیه، دیوار تحت تأثیر میدان خارجی در ضخامت ماده حرکت می کند تا جایی که با نقصی در شبکه کریستالی مواجه می شود که آن را متوقف می کند. با افزایش قدرت میدان، می توانید دیوار را مجبور به حرکت بیشتر، از طریق بخش میانی بین خطوط چین کنید. اگر پس از این دوباره قدرت میدان به صفر کاهش یابد، دیوارها دیگر به موقعیت اولیه خود باز نمی گردند، بنابراین نمونه تا حدی مغناطیسی باقی می ماند. این هیسترزیس آهنربا را توضیح می دهد. در بخش پایانی منحنی، فرآیند با اشباع مغناطیسی نمونه به دلیل نظم مغناطیسی در داخل آخرین حوزه های بی نظم به پایان می رسد. این فرآیند تقریباً کاملاً برگشت پذیر است. سختی مغناطیسی توسط آن دسته از مواد به نمایش گذاشته می شود که شبکه اتمی آنها دارای عیوب بسیاری است که مانع حرکت دیوارهای بین دامنه می شود. این را می توان با عملیات مکانیکی و حرارتی، به عنوان مثال با فشرده سازی و تف جوشی بعدی مواد پودری، به دست آورد. در آلیاژهای آلنیکو و آنالوگهای آنها، همین نتیجه با ذوب فلزات در یک ساختار پیچیده حاصل می شود.

علاوه بر مواد پارامغناطیس و فرومغناطیسی، موادی وجود دارند که به اصطلاح دارای خواص ضد فرومغناطیسی و فرومغناطیسی هستند. تفاوت بین این نوع مغناطیس در شکل 1 توضیح داده شده است. 7. بر اساس مفهوم حوزه ها، پارامغناطیس را می توان پدیده ای ناشی از وجود گروه های کوچک دوقطبی مغناطیسی در مواد دانست که در آن دوقطبی های منفرد بسیار ضعیف با یکدیگر برهم کنش دارند (یا اصلاً برهم کنش ندارند) و بنابراین در غیاب میدان خارجی، فقط جهت گیری های تصادفی را بگیرید (شکل 7، a). در مواد فرومغناطیسی، در هر حوزه، یک برهمکنش قوی بین دوقطبی های منفرد وجود دارد که منجر به هم ترازی موازی مرتب آنها می شود (شکل 7b). در مواد ضد فرومغناطیسی، برعکس، برهمکنش بین دوقطبی های منفرد منجر به هم ترازی منظم ضد موازی آنها می شود، به طوری که گشتاور مغناطیسی کل هر حوزه صفر است (شکل 7c). در نهایت، در مواد فرومغناطیسی (به عنوان مثال، فریت ها) هم ترتیب موازی و هم ضد موازی وجود دارد (شکل 7d)، که منجر به مغناطیس ضعیف می شود.

دو تایید تجربی قانع کننده در مورد وجود دامنه ها وجود دارد. اولی آنها به اصطلاح اثر برخاوزن است، دومی روش فیگورهای پودری است. در سال 1919، G. Barkhausen ثابت کرد که وقتی یک میدان خارجی به نمونه‌ای از مواد فرومغناطیسی اعمال می‌شود، مغناطش آن در بخش‌های گسسته کوچک تغییر می‌کند. از نقطه نظر تئوری دامنه، این چیزی نیست جز یک پیشروی ناگهانی دیوار بین دامنه‌ای که در مسیر خود با نقص‌های فردی مواجه می‌شود که آن را به تأخیر می‌اندازد. این اثر معمولاً با استفاده از سیم پیچی که در آن میله یا سیم فرومغناطیسی قرار می گیرد، تشخیص داده می شود. اگر به طور متناوب یک آهنربای قوی را به سمت نمونه ببرید و از آن دور کنید، نمونه مغناطیسی و دوباره مغناطیس می شود. تغییرات ناگهانی در مغناطیسی نمونه، شار مغناطیسی را از طریق سیم پیچ تغییر می دهد و یک جریان القایی در آن برانگیخته می شود. ولتاژ تولید شده در سیم پیچ تقویت شده و به ورودی یک جفت هدفون آکوستیک تغذیه می شود. کلیک هایی که از طریق هدفون شنیده می شود نشان دهنده تغییر ناگهانی در مغناطیسی است. برای آشکار کردن ساختار دامنه آهنربا با استفاده از روش شکل پودری، یک قطره از یک سوسپانسیون کلوئیدی پودر فرومغناطیسی (معمولا Fe3O4) روی یک سطح خوب صیقل خورده از یک ماده مغناطیسی اعمال می شود. ذرات پودر عمدتاً در مکان های حداکثر ناهمگنی میدان مغناطیسی - در مرزهای دامنه ها - می نشینند. این ساختار را می توان زیر میکروسکوپ بررسی کرد. روشی مبتنی بر عبور نور پلاریزه از یک ماده فرومغناطیسی شفاف نیز پیشنهاد شده است. نظریه اصلی مغناطیس وایس در ویژگی های اصلی خود اهمیت خود را تا به امروز حفظ کرده است، با این حال، تفسیر به روز شده ای بر اساس ایده اسپین های الکترون جبران نشده به عنوان عامل تعیین کننده مغناطیس اتمی دریافت کرده است. فرضیه وجود تکانه خود الکترون در سال 1926 توسط S. Goudsmit و J. Uhlenbeck مطرح شد و در حال حاضر این الکترون ها به عنوان حامل اسپین هستند که "آهنربای اولیه" در نظر گرفته می شوند. برای توضیح این مفهوم، (شکل 8) یک اتم آزاد آهن، یک ماده فرومغناطیسی معمولی را در نظر بگیرید. دو لایه آن (K و L)، نزدیکترین به هسته، پر از الکترون است، که اولی حاوی دو و دومی حاوی هشت الکترون است. در پوسته K اسپین یکی از الکترون ها مثبت و دیگری منفی است. در پوسته L (به طور دقیق تر، در دو لایه فرعی آن)، چهار الکترون از هشت الکترون دارای اسپین مثبت و چهار الکترون دیگر دارای اسپین منفی هستند. در هر دو مورد، اسپین های الکترون در یک پوسته کاملاً جبران می شود، به طوری که گشتاور مغناطیسی کل صفر می شود. در پوسته M، وضعیت متفاوت است، زیرا از شش الکترون واقع در لایه فرعی سوم، پنج الکترون در یک جهت و فقط الکترون ششم در سمت دیگر اسپین دارند. در نتیجه، چهار اسپین جبران نشده باقی می ماند که خواص مغناطیسی اتم آهن را تعیین می کند. (فقط دو الکترون ظرفیتی در لایه N بیرونی وجود دارد که به مغناطیس اتم آهن کمک نمی کند.) مغناطیس سایر فرومغناطیس ها مانند نیکل و کبالت نیز به روشی مشابه توضیح داده شده است. از آنجایی که اتم های همسایه در یک نمونه آهن به شدت با یکدیگر برهمکنش می کنند و الکترون های آنها تا حدی جمع آوری شده اند، این توضیح را باید فقط به عنوان یک نمودار بصری، اما بسیار ساده شده از وضعیت واقعی در نظر گرفت.

تئوری مغناطیس اتمی، بر اساس در نظر گرفتن اسپین الکترون، توسط دو آزمایش ژیرو مغناطیسی جالب پشتیبانی می شود که یکی از آنها توسط A. Einstein و W. de Haas و دیگری توسط S. Barnett انجام شده است. در اولین آزمایش، یک استوانه از مواد فرومغناطیسی معلق شد، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 9. در صورت عبور جریان از سیم سیم پیچ، سیلندر حول محور خود می چرخد. هنگامی که جهت جریان (و در نتیجه میدان مغناطیسی) تغییر می کند، در جهت مخالف می چرخد. در هر دو حالت، چرخش استوانه به دلیل ترتیب اسپین های الکترون است. برعکس، در آزمایش بارنت، یک استوانه معلق که به شدت در حالت چرخش قرار می گیرد، در غیاب میدان مغناطیسی مغناطیسی می شود. این اثر با این واقعیت توضیح داده می شود که وقتی آهنربا می چرخد، یک گشتاور ژیروسکوپی ایجاد می شود که تمایل دارد ممان های اسپین را در جهت محور چرخش خود بچرخاند.

برای توضیح کامل‌تر ماهیت و منشأ نیروهای کوتاه‌برد که به آهن‌رباهای اتمی همسایه نظم می‌دهند و با تأثیر اختلال حرکت حرارتی مقابله می‌کنند، باید به مکانیک کوانتومی روی آورد. توضیح مکانیک کوانتومی ماهیت این نیروها در سال 1928 توسط دبلیو. هایزنبرگ پیشنهاد شد که وجود برهمکنش های تبادلی بین اتم های همسایه را فرض کرد. بعدها، G. Bethe و J. Slater نشان دادند که نیروهای مبادله با کاهش فاصله بین اتم ها به طور قابل توجهی افزایش می یابد، اما با رسیدن به حداقل فاصله بین اتمی معین، آنها به صفر می رسند.
خواص مغناطیسی مواد
یکی از اولین مطالعات گسترده و سیستماتیک در مورد خواص مغناطیسی ماده توسط پی کوری انجام شد. او ثابت کرد که با توجه به خواص مغناطیسی آنها، همه مواد را می توان به سه دسته تقسیم کرد. دسته اول شامل موادی با خواص مغناطیسی برجسته، مشابه خواص آهن است. چنین موادی فرومغناطیسی نامیده می شوند. میدان مغناطیسی آنها در فواصل قابل توجه قابل توجه است (به بالا مراجعه کنید). دسته دوم شامل موادی به نام پارامغناطیس است. خواص مغناطیسی آنها به طور کلی شبیه به مواد فرومغناطیسی است، اما بسیار ضعیف تر است. به عنوان مثال، نیروی جاذبه به قطب های یک آهنربای الکتریکی قدرتمند می تواند یک چکش آهنی را از دستان شما جدا کند و برای تشخیص جاذبه یک ماده پارامغناطیس به همان آهنربا، معمولاً به ترازوی تحلیلی بسیار حساسی نیاز دارید. آخرین طبقه سوم شامل مواد به اصطلاح دیامغناطیس می شود. آنها توسط یک آهنربای الکتریکی دفع می شوند، یعنی. نیروی وارد بر مواد دیامغناطیس بر خلاف نیروی وارد بر مواد فرو و پارامغناطیس است.
اندازه گیری خواص مغناطیسیهنگام مطالعه خواص مغناطیسی، دو نوع اندازه گیری بسیار مهم است. اولین مورد اندازه گیری نیروی وارد بر نمونه نزدیک آهنربا است. به این ترتیب مغناطیس شدن نمونه تعیین می شود. دومی شامل اندازه گیری فرکانس های "رزونانس" مرتبط با مغناطیس شدن ماده است. اتم‌ها «ژیروس‌های» کوچکی هستند و در یک میدان مغناطیسی قرار دارند (مانند یک بالای منظم تحت تأثیر گشتاور ایجاد شده توسط گرانش) در فرکانس قابل اندازه‌گیری. علاوه بر این، یک نیرو بر روی ذرات باردار آزاد که در زوایای قائم با خطوط القای مغناطیسی حرکت می کنند، درست مانند جریان الکترونی در یک رسانا عمل می کند. باعث می شود ذره در مدار دایره ای حرکت کند که شعاع آن با R = mv/eB داده می شود که m جرم ذره، v سرعت آن، e بار آن و B القای مغناطیسی است. میدان فرکانس چنین حرکت دایره ای است

که در آن f بر حسب هرتز، e - بر حسب کولن، m - بر حسب کیلوگرم، B - بر حسب تسلا اندازه گیری می شود. این فرکانس حرکت ذرات باردار در یک ماده واقع در یک میدان مغناطیسی را مشخص می کند. هر دو نوع حرکت (پیشرفت و حرکت در امتداد مدارهای دایره‌ای) می‌توانند با میدان‌های متناوب با فرکانس‌های تشدید برابر با فرکانس‌های "طبیعی" مشخصه یک ماده معین تحریک شوند. در مورد اول، تشدید مغناطیسی نامیده می شود، و در دوم - سیکلوترون (به دلیل شباهت آن با حرکت چرخه ای یک ذره زیر اتمی در یک سیکلوترون). در مورد خواص مغناطیسی اتم ها، لازم است به تکانه زاویه ای آنها توجه ویژه ای شود. میدان مغناطیسی روی دوقطبی اتمی در حال چرخش عمل می کند و تمایل دارد آن را بچرخاند و موازی با میدان قرار دهد. در عوض، اتم شروع به پیشروی در اطراف جهت میدان (شکل 10) با فرکانس بسته به گشتاور دوقطبی و قدرت میدان اعمالی می کند.

تقدم اتمی مستقیماً قابل مشاهده نیست زیرا همه اتم‌ها در یک نمونه در فاز متفاوتی حرکت می‌کنند. اگر میدان متناوب کوچکی را عمود بر میدان نظم ثابت اعمال کنیم، آنگاه یک رابطه فاز مشخص بین اتم‌های پیش‌فرض برقرار می‌شود و گشتاور مغناطیسی کل آن‌ها با فرکانس برابر با فرکانس تقدم گشتاورهای مغناطیسی منفرد شروع به پیشروی می‌کند. سرعت زاویه ای تقدیم مهم است. به طور معمول، این مقدار برای مغناطش همراه با الکترون ها در مرتبه ۱۰۱۰ هرتز/T و برای مغناطش همراه با بارهای مثبت در هسته اتم ها در مرتبه ۱۰۷ هرتز بر تن است. یک نمودار شماتیک از یک تنظیم برای مشاهده رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) در شکل نشان داده شده است. 11. ماده مورد مطالعه به یک میدان ثابت یکنواخت بین قطب ها وارد می شود. اگر یک میدان فرکانس رادیویی با استفاده از یک سیم پیچ کوچک اطراف لوله آزمایش برانگیخته شود، می توان رزونانسی در فرکانس خاصی برابر با فرکانس تقدیمی تمام "ژیروس ها" هسته ای در نمونه بدست آورد. اندازه گیری ها مشابه تنظیم یک گیرنده رادیویی با فرکانس یک ایستگاه خاص است.

روش‌های تشدید مغناطیسی این امکان را فراهم می‌آورد که نه تنها خواص مغناطیسی اتم‌ها و هسته‌های خاص، بلکه ویژگی‌های محیط آن‌ها را نیز بررسی کنیم. واقعیت این است که میدان‌های مغناطیسی در جامدات و مولکول‌ها ناهمگن هستند، زیرا توسط بارهای اتمی تحریف می‌شوند و جزئیات منحنی تشدید آزمایشی توسط میدان محلی در ناحیه‌ای که هسته پیش‌فرض قرار دارد تعیین می‌شود. این امر امکان مطالعه ویژگی های ساختاری یک نمونه خاص را با استفاده از روش های رزونانس می دهد.
محاسبه خواص مغناطیسیالقای مغناطیسی میدان زمین 0.5 * 10 -4 تسلا است، در حالی که میدان بین قطب های یک آهنربای الکتریکی قوی حدود 2 تسلا یا بیشتر است. میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط هر پیکربندی جریان را می توان با استفاده از فرمول Biot-Savart-Laplace برای القای مغناطیسی میدان ایجاد شده توسط یک عنصر جریان محاسبه کرد. محاسبه میدان ایجاد شده توسط مدارهایی با اشکال مختلف و سیم پیچ های استوانه ای در بسیاری از موارد بسیار پیچیده است. در زیر فرمول هایی برای تعدادی از موارد ساده آورده شده است. القای مغناطیسی (در تسلا) میدان ایجاد شده توسط یک سیم بلند مستقیم با جریان I (آمپر)، در فاصله r (متر) از سیم است.

القاء در مرکز یک سیم پیچ دایره ای شعاع R با جریان I برابر است (در واحدهای مشابه):

یک سیم پیچ محکم بدون هسته آهنی، شیر برقی نامیده می شود. القای مغناطیسی ایجاد شده توسط یک شیر برقی بلند با تعداد دور N در نقطه ای که به اندازه کافی از انتهای آن فاصله دارد برابر است با

در اینجا مقدار NI/L تعداد آمپر (آمپر چرخش) در واحد طول شیر برقی است. در تمام موارد، میدان مغناطیسی جریان عمود بر این جریان است و نیروی وارد بر جریان در میدان مغناطیسی هم بر جریان و هم بر میدان مغناطیسی عمود است. میدان یک میله آهنی مغناطیسی شبیه میدان خارجی یک شیر برقی بلند است، با تعداد دورهای آمپر در واحد طول مربوط به جریان موجود در اتم های سطح میله مغناطیسی شده، زیرا جریان های داخل میله خنثی می شود. یکدیگر (شکل 12). با نام آمپر، چنین جریان سطحی را آمپر می نامند. شدت میدان مغناطیسی Ha ایجاد شده توسط جریان آمپر برابر با گشتاور مغناطیسی یک واحد حجم میله M است.

اگر یک میله آهنی به شیر برقی وارد شود، علاوه بر این که جریان شیر برقی میدان مغناطیسی H ایجاد می کند، ترتیب دوقطبی های اتمی در ماده مغناطیسی میله، مغناطش M را ایجاد می کند. در این حالت، شار مغناطیسی کل ایجاد می شود. با مجموع جریان های واقعی و آمپر تعیین می شود، به طوری که B = m0 (H + Ha)، یا B = m0 (H + M). نسبت M/H حساسیت مغناطیسی نامیده می شود و با حرف یونانی c نشان داده می شود. c یک کمیت بدون بعد است که توانایی یک ماده برای مغناطیسی شدن در میدان مغناطیسی را مشخص می کند.
مقدار B/H که خواص مغناطیسی را مشخص می کند
ماده نفوذپذیری مغناطیسی نامیده می شود و با ma نشان داده می شود، با ma = m0m، که در آن ma مطلق و m نفوذپذیری نسبی، m = 1 + c است. در مواد فرومغناطیسی، مقدار c می تواند مقادیر بسیار زیادی داشته باشد - تا 10 4-10 6. مقدار c برای مواد پارامغناطیس کمی بیشتر از صفر است و برای مواد دیامغناطیس کمی کمتر است. فقط در خلاء و در میدان های بسیار ضعیف کمیت های c و m ثابت و مستقل از میدان خارجی هستند. وابستگی القایی B به H معمولا غیر خطی است و نمودارهای آن به اصطلاح منحنی های مغناطیسی برای مواد مختلف و حتی در دماهای مختلف می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد (نمونه هایی از این منحنی ها در شکل 2 و 3 نشان داده شده است). خواص مغناطیسی ماده بسیار پیچیده است و درک عمیق آنها مستلزم تجزیه و تحلیل دقیق ساختار اتم ها، برهمکنش آنها در مولکول ها، برخورد آنها در گازها و تأثیر متقابل آنها در جامدات و مایعات است. خواص مغناطیسی مایعات هنوز کمتر مورد مطالعه قرار گرفته است. - زمینه هایی با قدرت H 0.5 = 1.0 ME (مرز دلخواه است). مقدار کمتر S. m.p مطابق با حداکثر است. مقدار میدان ثابت = 500 kOe، ازدحام می تواند برای وسایل مدرن قابل دسترسی باشد. تجهیزات، میدان فوقانی 1 ME، حتی برای مدت کوتاه. تاثیر بر...... دایره المعارف فیزیکی

شاخه ای از فیزیک که به مطالعه ساختار و خواص جامدات می پردازد. داده های علمی در مورد ریزساختار جامدات و خواص فیزیکی و شیمیایی اتم های تشکیل دهنده آنها برای توسعه مواد و وسایل فنی جدید ضروری است. فیزیک... ... دایره المعارف کولیر

شاخه ای از فیزیک که دانش الکتریسیته ساکن، جریان های الکتریکی و پدیده های مغناطیسی را پوشش می دهد. ELECTROSTATICS الکترواستاتیک با پدیده های مرتبط با بارهای الکتریکی در حالت سکون سروکار دارد. حضور نیروهایی که بین... ... دایره المعارف کولیر

- (از طبیعت یونان باستان physis). گذشتگان فیزیک را هر گونه مطالعه پیرامون جهان اطراف و پدیده های طبیعی می نامیدند. این درک از اصطلاح فیزیک تا پایان قرن هفدهم باقی ماند. بعداً تعدادی رشته خاص ظاهر شد: شیمی که به مطالعه خواص... ... دایره المعارف کولیر

اصطلاح گشتاور در رابطه با اتم ها و هسته های اتمی می تواند به این معنا باشد: 1) گشتاور اسپین یا اسپین، 2) گشتاور دوقطبی مغناطیسی، 3) گشتاور چهار قطبی الکتریکی، 4) گشتاورهای الکتریکی و مغناطیسی دیگر. انواع متفاوت… … دایره المعارف کولیر

آنالوگ الکتریکی فرومغناطیس. همانطور که قطبش مغناطیسی باقیمانده (ممان) در مواد فرومغناطیسی هنگامی که در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرند، در دی الکتریک های فروالکتریکی که در یک میدان الکتریکی قرار می گیرند ظاهر می شود. دایره المعارف کولیر

ما از کوکی ها برای بهترین ارائه سایت خود استفاده می کنیم. با ادامه استفاده از این سایت، شما با این موافق هستید. خوب