Maddenin manyetik özellikleri. Manyetik geçirgenlik. Mıknatıslar ve maddenin manyetik özellikleri Maddenin manyetik özelliklerinin incelenmesi

Kazakistan Cumhuriyeti Eğitim ve Bilim Bakanlığı

Kostanay Devlet Üniversitesi adını almıştır. Ahmeta Baytursınov

Konuyla ilgili özet:

"Maddenin manyetik özellikleri"

Tamamlayan: 08-101-31 grubunun öğrencisi

Uzmanlık Alanları 050718

Litvinenko R.V.

Kontrol eden: Sapa V.Yu.

Kostanay 2009-2010.

Plan.

1) Maddelerin manyetik özelliklerine göre sınıflandırılması.

2) Manyetik malzemelerin sınıflandırılması.

3) Malzemeler için temel gereksinimler.

4) Ferromıknatıslar.

5) Manyetik alandaki diamıknatıslar ve paramıknatıslar.

6) Edebiyat.

Maddelerin manyetik özelliklerine göre sınıflandırılması

Dış manyetik alana verilen tepkiye ve iç manyetik düzenin doğasına göre doğadaki tüm maddeler beş gruba ayrılabilir: diyamanyetik, paramanyetik, ferromanyetik, antiferromanyetik ve ferrimanyetik. Listelenen mıknatıs türleri, maddenin beş farklı manyetik durumuna karşılık gelir: diyamanyetizma, paramanyetizma, ferromanyetizma, antiferromanyetizma ve ferrimanyetizma.

Diamıknatıslar, manyetik duyarlılığı negatif olan ve dış manyetik alanın gücüne bağlı olmayan maddeleri içerir. Diamanyetler arasında inert gazlar, hidrojen, nitrojen, birçok sıvı (su, yağ ve türevleri), bir dizi metal (bakır, gümüş, altın, çinko, cıva, galyum vb.), çoğu yarı iletken (silikon, germanyum, A3 bileşikleri) bulunur. B 5, A 2 B 6) ve organik bileşikler, alkali halojenür kristalleri, inorganik camlar vb. Diamanyetlerin tümü kovalent kimyasal bağa sahip maddeler ve süper iletken durumdaki maddelerdir.

Paramanyetik maddeler, dış manyetik alanın gücünden bağımsız olarak pozitif manyetik duyarlılığa sahip maddeleri içerir. Paramanyetik malzemeler arasında oksijen, nitrojen oksit, alkali ve alkalin toprak metalleri, bazı geçiş metalleri, demir tuzları, kobalt, nikel ve nadir toprak elementleri bulunur.

Ferromıknatıslar, manyetik alan kuvvetine ve sıcaklığa büyük ölçüde bağlı olan, yüksek pozitif manyetik duyarlılığa (10 6'ya kadar) sahip maddeleri içerir.

Antiferromıknatıslar, belirli bir sıcaklığın altında, kristal kafesin aynı atomlarının veya iyonlarının temel manyetik momentlerinin antiparalel yöneliminin kendiliğinden ortaya çıktığı maddelerdir. Antiferromıknatıs ısıtıldığında paramanyetik duruma faz geçişine uğrar. Antiferromanyetizma krom, manganez ve bir dizi nadir toprak elementinde (Ce, Nd, Sm, Tm, vb.) bulunmuştur. Tipik antiferromıknatıslar, oksitler, halojenürler, sülfürler, karbonatlar vb. gibi geçiş grubu metallerine dayanan en basit kimyasal bileşiklerdir.

Ferrimanyetler, manyetik özellikleri telafi edilmemiş antiferromanyetizma nedeniyle olan maddeleri içerir. Ferromıknatıslar gibi, manyetik alanın gücüne ve sıcaklığına önemli ölçüde bağlı olan yüksek manyetik duyarlılığa sahiptirler. Bununla birlikte ferrimanyetikler, ferromanyetik malzemelerden bir dizi önemli farklılıkla karakterize edilir.

Bazı sıralı metal alaşımları ferrimanyetik özelliklere sahiptir, ancak esas olarak çeşitli oksit bileşikleri vardır; bunlar arasında ferritler en büyük pratik ilgi alanına sahiptir.

Manyetik malzemelerin sınıflandırılması

Elektronik teknolojisinde kullanılan manyetik malzemeler iki ana gruba ayrılır: sert manyetik Ve yumuşak manyetik. Malzemeler ayrı bir gruba dahil edilmiştir özel amaç .

İLE sert manyetik yüksek zorlayıcı kuvveti Ns olan malzemeleri içerir. Yalnızca çok güçlü manyetik alanlarda mıknatıslanırlar ve kalıcı mıknatıs yapımında kullanılırlar.

İLE yumuşak manyetik Düşük zorlayıcı kuvvete ve yüksek manyetik geçirgenliğe sahip malzemeleri içerir. Zayıf manyetik alanlarda doygunluğa kadar mıknatıslanma yeteneğine sahiptirler ve dar bir histerezis döngüsü ve düşük mıknatıslanma ters kayıpları ile karakterize edilirler. Yumuşak manyetik malzemeler esas olarak çeşitli manyetik çekirdekler olarak kullanılır: indüktör çekirdekleri, transformatörler, elektromıknatıslar, elektrikli ölçüm cihazlarının manyetik sistemleri vb.

Koşullu olarak yumuşak manyetik malzemelerin H'ye sahip olduğu kabul edilir.< 800 А/м, а магнитотвердыми - с Н с >4 kA/m. Bununla birlikte, en iyi yumuşak manyetik malzemelerde zorlayıcı kuvvetin 1 A/m'den az olabileceği ve en iyi sert manyetik malzemelerde değerinin 500 kA/m'yi aşabileceği belirtilmelidir. Elektronik teknolojisindeki uygulama ölçeği açısından özel amaçlı malzemeler arasında dikdörtgen histerezis döngüsüne (RHL) sahip malzemeler, mikrodalga cihazları için ferritler ve manyetostriktif malzemeler bulunur.

Her grup içinde, manyetik malzemelerin cinslere ve türlere bölünmesi, yapılarındaki ve kimyasal bileşimlerindeki farklılıkları yansıtır, teknolojik özellikleri ve bazı spesifik özellikleri dikkate alır.

Manyetik malzemelerin özellikleri, mıknatıslanma eğrisinin şekli ve histerezis döngüsü tarafından belirlenir. Yüksek manyetik akı değerleri elde etmek için yumuşak manyetik malzemeler kullanılır. Manyetik akının büyüklüğü, malzemenin manyetik doygunluğu ile sınırlıdır ve bu nedenle, yüksek akım elektrik mühendisliği ve elektronikteki manyetik malzemeler için temel gereksinim, yüksek doygunluk indüksiyonudur. Manyetik malzemelerin özellikleri kimyasal bileşimlerine, kullanılan hammaddelerin saflığına ve üretim teknolojisine bağlıdır. Yumuşak manyetik malzemeler, hammadde ve üretim teknolojisine bağlı olarak üç gruba ayrılır: monolitik metal malzemeler, toz metal malzemeler (manyetodielektrik) ve kısaca ferritler olarak adlandırılan oksit manyetik malzemeler.

Malzemeler için temel gereksinimler

Yüksek manyetik geçirgenliğe ve düşük zorlayıcı kuvvete ek olarak, yumuşak manyetik malzemelerin yüksek bir doygunluk indüksiyonuna sahip olması gerekir; Maksimum manyetik akıyı manyetik devrenin belirli bir kesit alanından geçirin. Bu gereksinimin karşılanması, manyetik sistemin genel boyutlarının ve ağırlığının azaltılmasını mümkün kılar.

Alternatif alanlarda kullanılan manyetik malzeme, esas olarak histerezis ve girdap akımlarından kaynaklanan kayıplardan oluşan, muhtemelen daha düşük mıknatıslanma ters kayıplarına sahip olmalıdır.

Transformatörlerde girdap akımı kayıplarını azaltmak için direnci arttırılmış yumuşak manyetik malzemeler seçilir. Tipik olarak manyetik çekirdekler, birbirinden izole edilmiş ayrı ince tabakalardan birleştirilir. Dielektrik vernikten yapılmış dönüşler arası yalıtımlı ince banttan sarılmış bant göbekleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Levha ve şerit malzemelerin yüksek plastisiteye sahip olması gerekir, bu da onlardan ürün üretme sürecini kolaylaştırır.

Yumuşak manyetik malzemeler için önemli bir gereksinim, hem zaman içinde hem de sıcaklık ve mekanik stres gibi dış etkenlere bağlı olarak özelliklerinin stabilitesini sağlamaktır. Tüm manyetik özellikler arasında, manyetik geçirgenlik (özellikle zayıf alanlarda) ve zorlayıcı kuvvet, bir malzemenin çalışması sırasında en büyük değişikliklere maruz kalır.

Ferromıknatıslar.

Maddelerin dia-, para- ve ferromıknatıslara bölünmesi büyük ölçüde koşulludur, çünkü ilk iki madde türü manyetik özellikler bakımından vakumdan %0,05'ten daha az farklılık gösterir. Uygulamada, tüm maddeler genellikle ferromanyetik (ferromanyetik) ve ferromanyetik olmayan olarak ayrılır; bunun için göreceli manyetik geçirgenlik m, 1,0'a eşit olarak alınabilir.

Ferromanyetik malzemeler arasında demir, kobalt, nikel ve bunlara dayalı alaşımlar bulunur. Vakumun geçirgenliğini birkaç bin kat aşan bir manyetik geçirgenliğe sahiptirler. Bu nedenle, enerjiyi dönüştürmek için manyetik alanları kullanan tüm elektrikli cihazların sahip olması gerekir. Ferromanyetik malzemeden yapılmış ve manyetik akıyı iletmek üzere tasarlanmış yapısal elemanlar . Bu tür elementlere denir manyetik çekirdekler .

Yüksek manyetik geçirgenliğe ek olarak, ferromıknatıslar güçlü bir şekilde belirgin doğrusal olmayan indüksiyon bağımlılığına sahiptir. B manyetik alan kuvveti hakkında H ve mıknatıslanma sırasında arasındaki bağlantının tersine çevrilmesi B Ve H belirsiz hale gelir. Fonksiyonlar B (H) özellikle önemlidir çünkü Manyetik akının ferromanyetik bir ortamda geçtiği elemanları içeren devrelerdeki elektromanyetik süreçler ancak onların yardımıyla incelenebilir. Bu işlevler iki türde gelir: mıknatıslanma eğrileri ve histerezis döngüleri .

Bir ferromıknatısın mıknatıslanmasının tersine çevrilmesi sürecini ele alalım. Başlangıçta tamamen manyetikliği giderilmiş olsun. İlk başta, manyetik dipollerin alan çizgileri boyunca yönlendirilmeleri ve kendi manyetik akılarını harici olana eklemeleri nedeniyle indüksiyon hızla artar. Daha sonra yönlendirilmemiş dipollerin sayısı azaldıkça büyümesi yavaşlar ve son olarak neredeyse tamamı dış alan boyunca yönlendirildiğinde indüksiyonun büyümesi durur ve rejim başlar. doyma (Şekil 1).

Mıknatıslanma işlemi sırasında alan kuvveti belirli bir değere getirilir ve ardından azalmaya başlarsa, indüksiyondaki azalma mıknatıslanma sırasında olduğundan daha yavaş gerçekleşecek ve yeni eğri orijinalinden farklı olacaktır. Daha önce tamamen manyetikliği giderilmiş bir madde için artan alan kuvveti ile indüksiyondaki değişimlerin eğrisine denir. ilk mıknatıslanma eğrisi . İncirde. 1 kalın çizgiyle gösterilmiştir.

Gerilimi pozitiften negatif maksimum değerlere değiştiren birkaç (yaklaşık 10) döngüden sonra bağımlılık B =F (H) kendini tekrarlamaya başlayacak ve simetrik kapalı bir eğrinin karakteristik görünümünü alacaktır. histerezis döngüsü . Histerezis, indüksiyondaki değişiklik ile manyetik alan gücü arasındaki gecikmedir . Histerezis olgusu genel olarak herhangi bir miktarın diğerinin değerine bağımlılığının olduğu tüm süreçler için karakteristiktir, sadece mevcut durumda değil, aynı zamanda önceki durumda da, yani. B 2 =F (H 2 ,H 1) - nerede H 2 ve H 1 - sırasıyla mevcut ve önceki gerilim değerleri.

Maksimum dış alan kuvvetinin farklı değerlerinde histerezis döngüleri elde edilebilir H M(İncir. 2). Simetrik histerezis çevrimlerinin tepe noktalarının geometrik odağına denir. ana mıknatıslanma eğrisi . Ana mıknatıslanma eğrisi pratik olarak başlangıç ​​​​eğrisi ile çakışmaktadır.

Maksimum alan gücünde elde edilen simetrik histerezis döngüsü H M Ferromıknatısın doygunluğuna karşılık gelen (Şekil 2), denir sınır döngüsü .

Limit döngüsü için indüksiyon değerleri de ayarlanır B R en H= 0 denir artık indüksiyon ve değer H C en B= 0 denir Zorlayıcı kuvvet . Zorlayıcı (içeren) kuvvet, artık indüksiyonu sıfıra indirmek için bir maddeye ne kadar dış alan kuvveti uygulanması gerektiğini gösterir.

Limit döngüsünün şekli ve karakteristik noktaları ferromıknatısın özelliklerini belirler. Büyük artık indüksiyona, zorlayıcı kuvvete ve histerezis döngü alanına (eğri 1, Şekil 3) sahip maddelere denir. manyetik olarak sert . Kalıcı mıknatıs yapımında kullanılırlar. Artık indüksiyonu ve histerezis döngü alanı düşük olan maddelere (eğri 2 Şekil 3) denir. manyetik olarak yumuşak ve özellikle periyodik olarak değişen manyetik akı ile çalışan elektrikli cihazların manyetik çekirdeklerinin imalatında kullanılır.

Bir ferromıknatıs yeniden mıknatıslandığında, içinde geri dönüşü olmayan enerjinin ısıya dönüşümü meydana gelir.

Manyetik alanın içinden akımın aktığı bir sargı tarafından yaratılmasına izin verin Ben. Daha sonra manyetik akıdaki temel bir değişiklik için harcanan sargı güç kaynağının çalışması şuna eşittir:

Grafiksel olarak, bu çalışma histerezis döngüsünün temel şeridinin alanını temsil eder (Şekil 4 a)).

Bir maddenin birim hacmi başına mıknatıslanmanın tersine çevrilmesinin toplam işi, histerezis döngüsünün konturu boyunca bir integral olarak belirlenir.

İntegral eğrisi, indüksiyondaki değişime karşılık gelen iki bölüme ayrılabilir - B Mönce B M ve şu tarihten itibaren değiştir: B Mönce - B M. Bu alanlardaki integraller, Şekil 2'deki taralı alanlara karşılık gelir. 4 a) ve b). Her bölümde alanın bir kısmı negatif işe karşılık gelir ve bunu pozitif kısımdan çıkardıktan sonra her iki bölümde de histerezis döngü eğrisiyle sınırlanan alanı elde ederiz (Şekil 4 c)).

Bir tam simetrik döngüde mıknatıslanmanın tersine çevrilmesi için harcanan bir maddenin birim hacmi başına enerjisini ifade eder. W" H =A" aldık

Mıknatıslanmanın tersine dönmesinden kaynaklanan spesifik enerji kayıplarını hesaplamak için ampirik bir ilişki vardır.

burada h maddeye bağlı bir katsayıdır; B M- maksimum indüksiyon değeri; N- üs bağlı olarak B M ve genellikle kabul edilir

N=1,6, 0,1T'de< B M < 1,0 Тл и N=2, 0'da<B M < 0,1 Тл или 1,0 Тл <B M < 1,6 Тл.

Histerezis olgusu ve buna bağlı enerji kayıpları, temel mıknatısların hipotezi ile açıklanabilir. Maddedeki temel mıknatıslar manyetik momente sahip parçacıklardır. Bunlar yörüngelerde dönen elektronların manyetik alanları olabileceği gibi spin manyetik momentleri de olabilir. Dahası, ikincisi manyetik olaylarda en önemli rolü oynar.

Normal sıcaklıkta, ferromanyetik madde, temel mıknatısların neredeyse birbirine paralel yerleştirildiği ve manyetik kuvvetler ve elektriksel etkileşim kuvvetleri tarafından bu konumda tutulduğu, belirli bir yönde kendiliğinden mıknatıslanan bölgelerden (alanlardan) oluşur.

Bireysel alanların manyetik alanları dış uzayda algılanmaz çünkü hepsi farklı yönlerde mıknatıslanmıştır. Alanların kendiliğinden mıknatıslanmasının yoğunluğu J sıcaklığa bağlıdır ve mutlak sıfırda tam doygunluğun yoğunluğuna eşittir. Termal hareket düzenli yapıyı bozar ve belirli bir maddenin karakteristiği olan belirli bir q sıcaklığında düzenli düzenleme tamamen bozulur. Bu sıcaklığa denir Curie noktası . Curie noktasının üzerinde madde paramanyetik özelliklere sahiptir.

Bir dış alanın etkisi altında bir maddenin durumu iki şekilde değişebilir. Mıknatıslanma, alanların yeniden yönlendirilmesi nedeniyle veya sınırlarının, dış alanla çakışan daha küçük bir mıknatıslanma bileşenine sahip bir bölgeye doğru yer değiştirmesi nedeniyle değişebilir. Alan sınırının yer değiştirmesi yalnızca belirli bir sınıra kadar geri döndürülebilir, bundan sonra bölgenin bir kısmı veya tamamı geri döndürülemez şekilde yeniden yönlendirilir. Alanın hızlı ve ani bir şekilde yeniden yönlendirilmesiyle, mıknatıslanmanın tersine çevrilmesi sırasında enerji kayıplarına neden olan girdap akımları yaratılır.

Araştırmalar, yönelimi değiştirmenin ikinci yönteminin mıknatıslanma eğrisinin dik bir bölümünün karakteristiği olduğunu ve birincisinin doyma bölgesinin bir bölümünün karakteristiği olduğunu göstermektedir.

Dış manyetik alan kuvveti sıfıra indirildikten sonra, bazı alanlar, artık mıknatıslanma olarak kendini gösteren, tercihli mıknatıslanmanın yeni yönünü korur.

Manyetik alandaki diamıknatıslar ve paramıknatıslar

Mıknatıslanmış maddedeki mikroskobik akım yoğunlukları son derece karmaşıktır ve tek bir atom içinde bile büyük ölçüde değişiklik gösterir. Ancak birçok pratik problemde bu kadar ayrıntılı bir açıklama gereksizdir ve biz çok sayıda atomun yarattığı ortalama manyetik alanlarla ilgileniyoruz.

Daha önce de söylediğimiz gibi mıknatıslar üç ana gruba ayrılabilir: diyamanyetik, paramanyetik ve ferromanyetik.

Diamanyetizma (Yunanca'dan çap – Diverjans ve manyetizma) - uygulanan bir manyetik alana doğru mıknatıslanacak maddelerin özelliği.

Diamıknatıslar harici bir alanın yokluğunda atomların manyetik momentleri sıfıra eşit olan maddelere denir, çünkü Bir atomdaki tüm elektronların manyetik momentleri karşılıklı olarak telafi edilir(diyamanyetik bir malzemenin harici bir alanda mıknatıslandığında oluşturduğu kendi manyetik alanı vb.)

« Fizik - 11. sınıf"

Manyetik alan, elektrik akımları ve kalıcı mıknatıslar tarafından oluşturulur.
Manyetik alana yerleştirilen tüm maddeler kendi manyetik alanını oluşturur.

Maddenin mıknatıslanması.

Manyetik alana yerleştirilen tüm maddeler mıknatıslanır, yani kendileri manyetik alanın kaynağı haline gelirler.
Sonuç olarak, maddenin varlığındaki manyetik indüksiyon vektörü, boşluktaki manyetik indüksiyon vektöründen farklıdır.

Ampere'nin hipotezi

Cisimlerin manyetik özelliklere sahip olmasının nedeni Fransız fizikçi Ampere tarafından ortaya atıldı: Bir cismin manyetik özellikleri, içinde dolaşan akımlarla açıklanabilir.

Moleküllerin ve atomların içinde, atomlardaki elektronların hareketi nedeniyle oluşan temel elektrik akımları vardır.
Bu akımların dolaştığı düzlemler, moleküllerin termal hareketi nedeniyle birbirine göre rastgele konumlandırılmışsa, eylemleri karşılıklı olarak telafi edilir ve vücut herhangi bir manyetik özellik sergilemez.

Mıknatıslanmış bir durumda, vücuttaki temel akımlar, eylemlerinin toplanacağı şekilde yönlendirilir.

En güçlü manyetik alanlar adı verilen maddeler tarafından yaratılır. ferromıknatıslar.
Mıknatıslama alanı kapatıldıktan sonra ferromanyetik alan kaybolmadığından kalıcı mıknatıslar yapmak için kullanılırlar.

Manyetik alanlar, ferromıknatıslar tarafından yalnızca elektronların çekirdek etrafında dönmesi nedeniyle değil, aynı zamanda kendi dönüşleri nedeniyle de yaratılır. Ferromıknatıslarda adı verilen bölgeler vardır. alanlar yaklaşık 0,5 mikron büyüklüğündedir.

Ferromıknatıs mıknatıslanmazsa, alanların yönelimi kaotik olur ve alanlar tarafından oluşturulan toplam manyetik alan sıfırdır.
Harici bir manyetik alan açıldığında, alanlar bu alanın manyetik indüksiyon çizgileri boyunca yönlendirilir ve ferromıknatıslardaki manyetik alan indüksiyonu artar, dış alanın indüksiyonundan binlerce, hatta milyonlarca kat daha büyük olur.

Curie sıcaklığı.

Belirli bir ferromıknatıs için belirli bir sıcaklığın üzerindeki sıcaklıklarda ferromanyetik özellikleri kaybolur.
Bu sıcaklığa denir Curie sıcaklığı Bu fenomeni keşfeden Fransız bilim adamının adını almıştır.
Mıknatıslanmış cisimler ısıtıldığında manyetik özelliklerini kaybederler.
Örneğin demirin Curie sıcaklığı 753°C'dir.
Curie sıcaklığı 100 °C'nin altında olan ferromanyetik alaşımlar vardır.

Ferromıknatısların uygulanması

Doğada çok fazla ferromanyetik cisim bulunmamakla birlikte yaygın olarak kullanılmaktadır.
Örneğin, bir bobine yerleştirilen bir çekirdek, bobindeki akımı arttırmadan oluşturduğu manyetik alanı arttırır.
Transformatörlerin, jeneratörlerin, elektrik motorlarının vb. çekirdekleri ferromıknatıslardan yapılmıştır.

Dış manyetik alan kapatıldığında ferromıknatıs mıknatıslanmış halde kalır, yani çevredeki alanda bir manyetik alan oluşturur.
Kalıcı mıknatısların var olmasının nedeni budur.

Ferritler yaygın olarak kullanılmaktadır - elektrik akımını iletmeyen ferromanyetik malzemeler; bunlar demir oksitlerin diğer maddelerin oksitleriyle kimyasal bileşikleridir.
Bilinen ferromanyetik malzemelerden biri - manyetik demir cevheri - ferrittir.

Ferromıknatıslar bilgilerin manyetik olarak kaydedilmesi için kullanılır.
Manyetik bantlar ve manyetik filmler, kayıt cihazlarında ses kaydı ve VCR'lerde video kaydı için kullanılan ferromıknatıslardan yapılır.

Ses, manyetik alanı ses titreşimleriyle zamanla değişen bir elektromıknatıs kullanılarak kasete kaydedilir.
Bant manyetik başlığın yakınında hareket ettikçe filmin çeşitli bölümleri mıknatıslanır.

Manyetik indüksiyon kafası devresi

Nerede
1 - elektromıknatıs çekirdeği;
2 - manyetik bant;
3 - çalışma boşluğu;
4 elektromıknatıs sargısı.

Manyetik kayıt teknolojisinin gelişimi, bilgisayarlarda kullanılan manyetik mikro kafaların ortaya çıkmasına yol açarak, yüksek yoğunlukta manyetik kayıt oluşturmayı mümkün kılar, böylece birkaç terabayta (10 12 bayt) kadar bilgi ferromanyetik üzerinde depolanır. birkaç santimetre çapında sabit disk. Böyle bir diskteki bilgilerin okunması ve yazılması bir mikro kafa kullanılarak gerçekleştirilir. Disk büyük bir hızla döner ve kafa, hava akışında onun üzerinde yüzer, bu da diskin mekanik olarak hasar görmesi olasılığını önler.

Maddenin manyetik özellikleri

Manyetik alana yerleştirilen tüm cisimlerde manyetik bir moment ortaya çıkar. Bu fenomene denir mıknatıslanma.

Mıknatıslanmış bir gövde (mıknatıs), indüksiyonla ek bir manyetik alan oluşturur B′, indüksiyonla etkileşime girer B 0 = μ bir H makroskobik akımların neden olduğu. Her iki alan da tümevarımla elde edilen alanı verir B vektör toplamanın bir sonucu olarak elde edilen B' Ve B 0 .

Bir maddenin moleküllerinde kapalı akımlar dolaşır; bu tür akımların her birinin manyetik bir momenti vardır; harici bir manyetik alanın yokluğunda moleküler akımlar rastgele yönlendirilir ve bunların yarattığı ortalama alan sıfır olur. Manyetik alanın etkisi altında, moleküllerin manyetik momentleri ağırlıklı olarak alan boyunca yönlendirilir ve bunun sonucunda madde mıknatıslanır. Bir maddenin (mıknatıs) mıknatıslanmasının ölçüsü mıknatıslanma vektörüdür. Vektör mıknatıslanması BEN tüm manyetik momentlerin vektör toplamına eşit öğleden sonra Bir maddenin birim hacminde bulunan moleküller:

χ miktarına denir manyetik alınganlık– boyutsuz miktar.

	SI sisteminde:	SGSM sisteminde:
	B′ = μ BEN	B′ = 4χ BEN	2)
	B = μ 0 H + μ BEN	B = H+ 4χ BEN	3)
	μ = 1 + χ	μ = 1 + 4π χ	4)

arasındaki ilişkiyi ifade eden eğri H Ve B veya H Ve BEN, isminde mıknatıslanma eğrisi.

χ > 0 (ancak çok az) olan maddelere paramanyetik ( paramanyetik); χ olan maddeler< 0, называются диамагнитными (diyamanyetik malzemeler). χ'si birden çok büyük olan maddelere denir. ferromıknatıslar.

Ferromıknatıslar bir dizi özellik bakımından paramıknatıslardan ve diamıknatıslardan farklılık gösterir.

A) Ferromıknatısların mıknatıslanma eğrisi karmaşıktır (Şekil 1); paramıknatıslar için pozitif açısal bir düz çizgiyi temsil eder;
diyamanyetik malzemeler için katsayı – negatif eğime sahip düz bir çizgi. Ferromıknatısların manyetik duyarlılığı ve geçirgenliği alan gücüne bağlıdır; Paramanyetik ve diyamanyetik malzemelerin bu bağımlılığı yoktur.

Ferromıknatıslar için, başlangıçtaki manyetik geçirgenlik (μ init) genellikle belirtilir - alan gücü ve indüksiyon sıfıra yakın olduğunda manyetik geçirgenliğin sınırlayıcı değeri, yani.

μ eğrisi H ferromıknatıslar için maksimumdan geçer. Tablolar genellikle maksimum değeri (μ max) gösterir.

B) Ferromıknatısların manyetik duyarlılığı artan sıcaklıkla artar. Belirli bir sıcaklıkta T bir ferromanyetik paramanyetiğe dönüşür; bu sıcaklığa denir Curie sıcaklığı (Curie noktası). Curie noktasının üzerindeki sıcaklıklarda madde paramanyetiktir. Curie sıcaklığına yakın kesim ferromıknatısının manyetik duyarlılığı artar.

Diyamanyetik malzemelerin ve bazı paramanyetik malzemelerin (örneğin alkali metallerde) manyetik duyarlılığı sıcaklığa bağlı değildir. Paramanyetik malzemelerin manyetik duyarlılığı (birkaç istisna dışında) mutlak sıcaklıkla ters orantılı olarak değişir.

V) Manyetikliği giderilmiş bir ferromıknatıs, bir manyetik alan tarafından mıknatıslanır; bağımlılık B(veya BEN) itibaren H mıknatıslanma sırasında 0-1 eğrisi ile ifade edilecektir (Şekil 1). Bu eğriye başlangıç ​​mıknatıslanma eğrisi denir. Zayıf alanlarda mıknatıslanma hızlı bir şekilde artar, ardından büyüme yavaşlar ve son olarak alanın daha da artmasıyla mıknatıslanmanın pratikte sabit kaldığı bir doygunluk durumu meydana gelir.

Maksimum mıknatıslanma değerine denir doygunluk mıknatıslanması (Dır-dir).

Azalırken H sıfıra B(Ve BEN) 1-2 eğrisi boyunca değişecektir; indüksiyondaki değişiklik ile alan gücündeki değişiklik arasında bir gecikme vardır. Bu fenomene denir manyetik histerezis.

Alan kaldırıldıktan sonra ferromıknatıs içinde kalan indüksiyon miktarı H= 0), artık indüksiyon ( Br). Şekil 1'de Br 0-2 segmentine eşittir. Bir ferromıknatısı demanyetize etmek için artık indüksiyonu kaldırmanız gerekir. Bunu yapmak için ters yönde bir alan oluşturmanız gerekir. Uçtaki indüksiyondaki ters yöndeki değişiklik 2–3–4 eğrisiyle gösterilecektir.

Alan kuvveti Hcİndüksiyonun sıfır olduğu (Şekil 8'deki bölüm 0-3), zorlayıcı yoğunluk (kuvvet) olarak adlandırılır.

Bağımlılık B(veya BEN) periyodik olarak değişen manyetik alan kuvvetinden + Hönce - H 1–2–3–4–5–6–1 kapalı bir eğri ile ifade edilir. Bu eğri denir histerezis döngüsü.

Alan gücünü + olarak değiştiren bir döngü için Hönce - H enerji histerezis döngüsünün alanıyla orantılı olarak tüketilir.

Ferromıknatısların özellikleri, içlerinde harici bir manyetik alanın yokluğunda kendiliğinden doyuma kadar mıknatıslanan bölgelerin varlığıyla açıklanır. Bu alanlara alan adı denir. Ancak bu alanların konumu ve mıknatıslanması, alanın yokluğunda bile tüm vücudun genel mıknatıslanmasının sıfır olacağı şekildedir.

Bir ferromıknatıs manyetik bir alanda olduğunda, alanlar arasındaki sınırlar kayar (zayıf alanlarda) ve alanların mıknatıslanma vektörleri, mıknatıslanma alanı yönünde (daha güçlü alanlarda) döner, bu da ferromıknatısın mıknatıslanmasına neden olur.

Manyetik alana yerleştirilen bir ferromıknatısın doğrusal boyutları değişir, yani deforme olur. Bu olaya manyetostriksiyon denir. Bağıl uzama ferromıknatısın doğasına ve manyetik alan gücüne bağlıdır.

Manyetostriksiyon etkisinin büyüklüğü alanın yönüne bağlı değildir; Bazı maddeler sıfır boyunca kısalmaya (nikel), bazıları ise uzamaya (zayıf alanlarda demir) maruz kalır. Bu fenomen, 100 kHz'e kadar frekanslara sahip ultrasonik titreşimler üretmek için kullanılır.

MANYETİK ÖZELLİKLER VE MADDELERİN YAPISI

Manyetokimya, maddelerin manyetik özelliklerini ve bunların moleküllerin yapısıyla ilişkilerini inceleyen bir kimya dalıdır. Bir bilim olarak oluşumu, manyetizmanın temel yasalarının keşfedildiği 20. yüzyılın başlarına kadar uzanabilir.

MADDELERİN MANYETİK ÖZELLİKLERİ

Manyetizma maddenin temel bir özelliğidir. Kalıcı mıknatısların demir nesneleri çekme yeteneği eski çağlardan beri bilinmektedir. Elektromanyetizmanın gelişmesi, doğada mevcut olan kalıcı elektromıknatıslardan daha güçlü elektromıknatısların yaratılmasını mümkün kılmıştır. Genel olarak, elektromanyetik olayların kullanımına dayanan çeşitli alet ve cihazlar o kadar yaygındır ki, artık onlarsız bir hayat hayal etmek imkansızdır.

Ancak manyetik alanla sadece kalıcı mıknatıslar değil, diğer tüm maddeler de etkileşime girer. Maddeyle etkileşime giren manyetik alan, vakumla karşılaştırıldığında değerini değiştirir (bundan sonra tüm formüller SI sisteminde yazılacaktır):

burada µ 0, 4p 10-7 H/m'ye eşit manyetik sabittir, µ, maddenin manyetik geçirgenliğidir, B, manyetik indüksiyondur (T cinsinden), H, manyetik alan kuvvetidir (A/m cinsinden). Çoğu madde için m birliğe çok yakındır, bu nedenle ana nesnenin bir molekül olduğu manyetokimyada manyetik duyarlılık adı verilen c değerini kullanmak daha uygundur. Bir maddenin hacim, kütle veya miktar birimine atfedilebilir, buna göre hacimsel (boyutsuz) olarak adlandırılır. Özgeçmiş, özel CD(cm3/g cinsinden) veya molar santimetre(cm3/mol cinsinden) manyetik duyarlılık.

Maddeler iki kategoriye ayrılabilir: manyetik alanı zayıflatanlar (c< 0), называются диамагнетиками, те, которые усиливают (c >0), – paramanyetik. Düzgün olmayan bir manyetik alanda, bir kuvvetin diyamanyetik bir malzemeye etki ederek onu alanın dışına ittiği, bir kuvvetin ise paramanyetik bir malzemeye etki ederek tam tersine onu içeri çektiğini hayal edebiliriz. Aşağıda maddelerin manyetik özelliklerinin ölçülmesine yönelik tartışılan yöntemler buna dayanmaktadır. Diamıknatıslar (ve bu, organik ve yüksek moleküler bileşiklerin büyük çoğunluğudur) ve esas olarak paramıknatıslar, manyetokimyanın çalışma nesneleridir.

Diyamanyetizma, maddenin en önemli özelliğidir, çünkü manyetik alanın etkisi altında, dolu elektron kabuklarındaki (küçük iletkenler olarak düşünülebilir) elektronlar ilerlemeye başlar ve bilindiği gibi maddenin herhangi bir hareketi gerçekleşir. bir elektrik yükü, Lenz kuralına göre dış alanın etkisini azaltmak için bu şekilde yönlendirilecek bir manyetik alana neden olur. Bu durumda elektronik devinim dairesel akımlar olarak düşünülebilir. Diamanyetizma atomik hidrojen dışındaki tüm maddelerin karakteristik özelliğidir, çünkü tüm maddeler eşleştirilmiş elektronlara ve dolu elektron kabuklarına sahiptir.

Paramanyetizma, kendi manyetik momentlerinin (spin) hiçbir şekilde dengelenmemesi nedeniyle bu adı alan eşleşmemiş elektronlardan kaynaklanır (buna göre eşleşmiş elektronların spinleri zıt yönlere yönlendirilir ve birbirlerini iptal eder). Bir manyetik alanda, dönüşler alan yönünde sıralanma eğilimi göstererek alanı güçlendirir, ancak bu düzen kaotik termal hareket nedeniyle bozulur. Bu nedenle paramanyetik duyarlılığın sıcaklığa bağlı olduğu açıktır; sıcaklık ne kadar düşükse duyarlılık değeri de o kadar yüksek olur.

Bu tür manyetik duyarlılığa aynı zamanda yönsel paramanyetizma da denir, çünkü bunun nedeni, temel manyetik momentlerin harici bir manyetik alanda yönlendirilmesidir.

Bir atomdaki elektronların manyetik özellikleri iki şekilde açıklanabilir. Birinci yöntemde elektronun kendi (spin) manyetik momentinin, yörünge (elektronların çekirdek etrafındaki hareketi nedeniyle) momentini veya tam tersinin etkilemediğine inanılmaktadır. Daha kesin olarak, bu tür karşılıklı etki her zaman mevcuttur (dönme-yörünge etkileşimi), ancak 3 boyutlu iyonlar için bu küçüktür ve manyetik özellikler, L (yörünge) ve S (dönme) adlı iki kuantum sayısıyla yeterli doğrulukla tanımlanabilir. Daha ağır atomlar için böyle bir yaklaşım kabul edilemez hale gelir ve toplam manyetik moment J'nin başka bir kuantum sayısı eklenir; bu sayı | L+S | önce | L-S |

Manyetik etkileşim enerjisinin küçüklüğüne dikkat edilmelidir (oda sıcaklıkları ve laboratuvarda yaygın olarak kullanılan manyetik alanlar için, manyetik etkileşimlerin enerjisi, moleküllerin termal hareket enerjisinden üç ila dört büyüklük sırası daha azdır).

Sıcaklık düştüğünde önce paramıknatıs gibi davranan ve daha sonra belirli bir sıcaklığa ulaştıktan sonra manyetik özelliklerini keskin bir şekilde değiştiren pek çok madde vardır. En ünlü örnek ferromıknatıslar ve isimlerini aldıkları madde olan demirdir; bunların Curie sıcaklığının altındaki atomik manyetik momentleri tek yönde sıralanır ve kendiliğinden mıknatıslanmaya neden olur. Bununla birlikte, makroskobik mıknatıslanma, alanın yokluğunda meydana gelmez, çünkü numune, alan adı verilen yaklaşık 1 μm boyutunda, içerisinde temel manyetik momentlerin aynı şekilde yönlendirildiği, ancak mıknatıslanmaların farklı olduğu bölgelere kendiliğinden bölünür. alanlar rastgele yönlendirilir ve ortalama olarak birbirlerini telafi ederler. Ferromanyetik geçişe neden olan kuvvetler ancak kuantum mekaniği yasaları kullanılarak açıklanabilir.

Antiferromıknatıslar, antiferromanyetik geçiş sıcaklığındaki (Néel sıcaklığı TN) spin manyetik momentlerinin birbirlerini iptal edecek şekilde sıralanmasıyla karakterize edilir.

Manyetik momentlerin telafisi eksikse bu tür maddelere ferrimıknatıslar adı verilir, örneğin Fe2O3 ve FeCr2O4. Bileşiklerin son üç sınıfı katılardır ve esas olarak fizikçiler tarafından incelenmektedir. Geçtiğimiz yıllarda fizikçiler ve kimyagerler yeni manyetik malzemeler yarattılar.

Eşlenmemiş bir elektron içeren bir molekülde, kalan (çift) elektronlar manyetik alanı zayıflatır, ancak her birinin katkısı iki ila üç büyüklük mertebesinde daha azdır. Bununla birlikte, eşleşmemiş elektronların manyetik özelliklerini çok doğru bir şekilde ölçmek istiyorsak, özellikle yüzde onlarcaya ulaşabilecekleri büyük organik moleküller için diyamanyetik düzeltmeler adı verilen düzeltmeleri uygulamalıyız. Bir moleküldeki atomların diyamanyetik duyarlılıkları Pascal-Langevin toplanabilirlik kuralına göre birbirine eklenir. Bunu yapmak için, her türdeki atomların diyamanyetik duyarlılığı, moleküldeki bu tür atomların sayısıyla çarpılır ve ardından yapısal özellikler (çift ve üçlü bağlar, aromatik halkalar vb.) için yapısal düzeltmeler uygulanır. Maddelerin manyetik özelliklerinin deneysel olarak nasıl incelendiğini ele alalım.

MANYETİK SÜSPANSİYONUN DENEYSEL ÖLÇÜMÜ

Manyetik duyarlılığı belirlemeye yönelik ana deneysel yöntemler geçen yüzyılda oluşturuldu. Gouy yöntemine göre, manyetik alan içindeki bir numunenin ağırlığının, yokluğuna göre değişimi ölçülür.

Faraday yöntemi, düzgün olmayan bir manyetik alanda bir numuneye etki eden kuvveti ölçer.

Gouy yöntemi ile Faraday yöntemi arasındaki temel fark, ilk durumda homojensizliğin (genişletilmiş) bir model boyunca ve ikincisinde manyetik alan boyunca sürdürülmesidir.

Quincke yöntemi yalnızca sıvılar ve çözeltiler için kullanılır. Manyetik alanın etkisi altında kılcal damardaki sıvı sütununun yüksekliğindeki değişimi ölçer.

Bu durumda diyamanyetik sıvılarda kolonun yüksekliği azalır, paramanyetik sıvılarda ise artar.

Viskozimetre yöntemi, manyetik alan açık (tH) ve kapalı (t0) iken küçük bir delikten sıvı akış süresini ölçer. Manyetik alanda paramanyetik sıvıların akış süresi, alanın yokluğunda olduğundan belirgin şekilde daha kısadır; diyamanyetik sıvılar için bunun tersi doğrudur.

Manyetik duyarlılık aynı zamanda bir NMR spektrometresi kullanılarak da ölçülebilir. Not: Genel durumda NMR sinyalinin kimyasal kaymasının büyüklüğü, yalnızca incelenen çekirdekteki elektron yoğunluğunun bir ölçüsü olan tarama sabiti ile değil, aynı zamanda numunenin manyetik duyarlılığı ile de belirlenir.

Paramanyetik malzemeler için elde edilen manyetik duyarlılık değeri, eşleşmemiş elektronların sayısına göre belirlenir (bir eşleşmemiş elektron için)

Manyetokimyasal çalışmalar, koordinasyon (karmaşık) bileşiklerin kimyasının temelini oluşturan geçiş metali bileşiklerinin elektronik konfigürasyonunun oluşturulmasını mümkün kılar.

Manyetik duyarlılığın ölçülmesiyle, oksidasyon derecesi ve kompleksteki ilk koordinasyon küresinin geometrisi kolayca değerlendirilebilir.

Pratikte önemli olan çoğu kimyasal reaksiyonun, karmaşık oluşum reaksiyonları da dahil olmak üzere çözeltilerde meydana geldiği bilinmektedir, bu nedenle bir sonraki bölümde, geçiş metali bileşiklerinin kompleksler şeklinde gerçekleştirildiği çözeltilerin manyetik özelliklerini ele alacağız.

ÇÖZELTİLERİN MANYETİK ŞÜPHELENMESİ

Katıdan çözeltiye geçerken çözücünün ve tüm çözünenlerin manyetik duyarlılığı dikkate alınmalıdır. Bu durumda bunu dikkate almanın en basit yolu, çözümün tüm bileşenlerinin katkılarını toplama kuralına göre toplamaktır. Toplama ilkesi deneysel verilerin işlenmesinde temel ilkelerden biridir. Bundan herhangi bir sapma, çoğunlukla toplanabilirlik ilkesinin kendisinin yerine getirilmesi ve çözümün bileşenlerinin özelliklerinin değişmesiyle ilişkilidir. Bu nedenle, çözeltinin manyetik duyarlılığının, konsantrasyon dikkate alınarak ayrı ayrı bileşenlerin manyetik duyarlılıklarının toplamına eşit olduğu varsayılır.

Aynı maddenin farklı çözücülerdeki manyetik özelliklerinin incelenmesinden, bunların çözücünün doğasına önemli ölçüde bağlı olabileceği açıktır. Bu, solvent moleküllerinin birinci koordinasyon küresine girişi ve kompleksin elektronik yapısında, d-orbitallerin enerjilerinde (D) ve solvat kompleksinin diğer özelliklerinde buna karşılık gelen bir değişiklik ile açıklanabilir. Böylece manyetokimya aynı zamanda çözünmeyi, yani bir çözünenin bir çözücüyle etkileşimini incelemeyi de mümkün kılar.

Eğer manyetik alan bir çözeltinin özelliklerini etkiliyorsa ve çok sayıda deneysel gerçek (yoğunluk, viskozite, elektriksel iletkenlik, proton konsantrasyonu, manyetik duyarlılık ölçümleri) bunun böyle olduğunu gösteriyorsa, o zaman birey arasındaki etkileşimlerin enerjisinin de bu şekilde olduğu kabul edilmelidir. Çözeltinin bileşenleri ve su molekülleri topluluğu oldukça yüksektir, bu durumda çözeltideki parçacıkların termal hareket enerjisiyle karşılaştırılabilir veya onu aşar; bu da çözelti üzerindeki herhangi bir etkinin ortalamasını alır. Bir parçacığın (molekülün) manyetik etkileşiminin enerjisinin, termal hareketin enerjisine kıyasla küçük olduğunu hatırlayalım. Böyle bir etkileşim, su ve sulu çözeltilerde, hidrojen bağlarının işbirlikçi doğası nedeniyle, çözünmüş maddelerin etkisi altında güçlendirilebilen veya yok edilebilen su moleküllerinin büyük buz benzeri yapısal topluluklarının gerçekleştiğini kabul edersek mümkündür. Bu tür "toplulukların" oluşum enerjisi, görünüşe göre termal hareketin enerjisiyle karşılaştırılabilir ve manyetik etki altında, çözüm onu ​​hatırlayabilir ve yeni özellikler kazanabilir, ancak Brown hareketi veya sıcaklıktaki bir artış bu "hafızayı" bir süre sonra ortadan kaldırır.

Bir diyamanyetik çözücü içindeki paramanyetik maddelerin konsantrasyonlarını doğru bir şekilde seçerek, manyetik olmayan, yani ortalama manyetik duyarlılığı sıfır olan veya manyetik alanların boşlukta olduğu gibi yayıldığı bir sıvı oluşturmak mümkündür. Bu ilginç özellik henüz teknolojide uygulama bulamadı.

MIKNATISLAR VE MADDENİN MANYETİK ÖZELLİKLERİ
Manyetizmanın en basit tezahürleri çok uzun zamandır bilinmektedir ve çoğumuza aşinadır. Ancak, görünüşte basit olan bu fenomenlerin fiziğin temel ilkelerine dayalı olarak açıklanması ancak nispeten yakın zamanda gerçekleşti. İki farklı mıknatıs türü vardır. Bazıları “sert manyetik” malzemelerden yapılmış kalıcı mıknatıslardır. Manyetik özellikleri harici kaynakların veya akımların kullanımıyla ilgili değildir. Başka bir tür, “yumuşak manyetik” demirden yapılmış bir çekirdeğe sahip olan elektromıknatısları içerir. Yarattıkları manyetik alanlar esas olarak çekirdeği çevreleyen sarım telinden bir elektrik akımının geçmesinden kaynaklanmaktadır.
Manyetik kutuplar ve manyetik alan. Bir çubuk mıknatısın manyetik özellikleri en çok uçlarına yakın yerlerde fark edilir. Böyle bir mıknatıs yatay düzlemde serbestçe dönebilecek şekilde orta kısımdan asılırsa, yaklaşık olarak kuzeyden güneye doğru yöne karşılık gelen bir konum alacaktır. Çubuğun kuzeyi gösteren ucuna kuzey kutbu, karşı ucuna ise güney kutbu denir. İki mıknatısın zıt kutupları birbirini çeker, aynı kutuplar ise birbirini iter. Mıknatıslanmamış bir demir çubuk mıknatısın kutuplarından birine yaklaştırılırsa kutup geçici olarak mıknatıslanır. Bu durumda mıknatıslanmış çubuğun mıknatıs direğine en yakın kutbu zıt isme sahip olacak, uzak kutbu ise aynı isme sahip olacaktır. Mıknatısın kutbu ile onun çubukta oluşturduğu karşıt kutup arasındaki çekim, mıknatısın hareketini açıklar. Bazı malzemeler (çelik gibi) kalıcı bir mıknatısın veya elektromıknatısın yakınında olduktan sonra zayıf kalıcı mıknatıslar haline gelir. Bir çelik çubuk, kalıcı bir çubuk mıknatısın ucunun ucundan geçirilmesiyle mıknatıslanabilir. Yani bir mıknatıs, diğer mıknatısları ve manyetik malzemelerden yapılmış nesneleri, onlara temas etmeden çeker. Belirli bir mesafedeki bu hareket, mıknatısın etrafındaki boşlukta bir manyetik alanın varlığıyla açıklanmaktadır. Bu manyetik alanın yoğunluğu ve yönü hakkında bir fikir, demir tozlarının bir mıknatıs üzerine yerleştirilmiş bir karton veya cam tabakasına dökülmesiyle elde edilebilir. Talaş tarla yönünde zincirler halinde sıralanacak ve talaş çizgilerinin yoğunluğu bu alanın yoğunluğuna karşılık gelecektir. (Manyetik alan yoğunluğunun en büyük olduğu mıknatısın uçlarında en kalındırlar.) M. Faraday (1791-1867) mıknatıslar için kapalı indüksiyon hatları kavramını ortaya attı. İndüksiyon hatları, kuzey kutbundaki mıknatıstan çevredeki boşluğa uzanır, güney kutbundan mıknatısa girer ve güney kutbundan tekrar kuzeye doğru mıknatıs malzemesinin içinden geçerek kapalı bir döngü oluşturur. Bir mıknatıstan çıkan indüksiyon hatlarının toplam sayısına manyetik akı denir. Manyetik akı yoğunluğu veya manyetik indüksiyon (B), birim büyüklükteki temel bir alandan normal olarak geçen indüksiyon hatlarının sayısına eşittir. Manyetik indüksiyon, bir manyetik alanın, içinde bulunan akım taşıyan bir iletkene etki ettiği kuvveti belirler. Akımın geçtiği iletken indüksiyon hatlarına dik olarak yerleştirilmişse, Ampere yasasına göre iletkene etki eden F kuvveti hem alana hem de iletkene diktir ve manyetik indüksiyon, akım gücü ve uzunluğu ile orantılıdır. iletkenin. Böylece manyetik indüksiyon B için şu ifadeyi yazabiliriz:

F Newton cinsinden kuvvet, I amper cinsinden akım, l metre cinsinden uzunluktur. Manyetik indüksiyonun ölçü birimi Tesla'dır (T)
(ayrıca bkz. ELEKTRİK VE MANYETİZMA).
Galvanometre. Galvanometre zayıf akımları ölçmek için hassas bir araçtır. Bir galvanometre, at nalı şeklindeki bir kalıcı mıknatısın, mıknatısın kutupları arasındaki boşlukta asılı duran küçük bir akım taşıyan bobin (zayıf bir elektromıknatıs) ile etkileşimi sonucu üretilen torku kullanır. Tork ve dolayısıyla bobinin sapması, akımla ve hava boşluğundaki toplam manyetik indüksiyonla orantılıdır, böylece cihazın ölçeği, bobinin küçük sapmaları için neredeyse doğrusaldır. Mıknatıslanma kuvveti ve manyetik alan kuvveti. Daha sonra, elektrik akımının manyetik etkisini karakterize eden başka bir niceliği tanıtmalıyız. Akımın, içinde mıknatıslanabilir bir malzeme bulunan uzun bir bobinin telinden geçtiğini varsayalım. Mıknatıslama kuvveti, bobindeki elektrik akımının ve dönüş sayısının çarpımıdır (dönüş sayısı boyutsuz bir miktar olduğundan bu kuvvet amper cinsinden ölçülür). Manyetik alan kuvveti H, bobinin birim uzunluğu başına mıknatıslanma kuvvetine eşittir. Böylece H'nin değeri metre başına amper cinsinden ölçülür; bobinin içindeki malzemenin kazandığı mıknatıslanmayı belirler. Bir vakumda, manyetik indüksiyon B, manyetik alan kuvveti H ile orantılıdır:

M0'ın sözde olduğu yer 4pХ10-7 H/m evrensel değere sahip manyetik sabit. Birçok malzemede B, H ile yaklaşık olarak orantılıdır. Ancak ferromanyetik malzemelerde B ve H arasındaki ilişki biraz daha karmaşıktır (aşağıda tartışıldığı gibi). İncirde. Şekil 1, yükleri kavramak için tasarlanmış basit bir elektromıknatısı göstermektedir. Enerji kaynağı bir DC pildir. Şekil aynı zamanda elektromıknatısın, demir talaşlarının olağan yöntemiyle tespit edilebilen alan çizgilerini de göstermektedir.

Sürekli modda çalışan, demir çekirdekli ve çok sayıda amper dönüşü olan büyük elektromıknatıslar, büyük bir mıknatıslama kuvvetine sahiptir. Kutuplar arasındaki boşlukta 6 Tesla'ya kadar manyetik indüksiyon oluştururlar; bu indüksiyon yalnızca mekanik stres, bobinlerin ısınması ve çekirdeğin manyetik doygunluğu ile sınırlıdır. Bir dizi dev su soğutmalı elektromıknatıs (çekirdeksiz) ve darbeli manyetik alanlar oluşturmaya yönelik kurulumlar, Cambridge'de ve SSCB Bilimler Akademisi Fiziksel Sorunlar Enstitüsü'nde P.L. Kapitsa (1894-1984) tarafından tasarlandı ve F. Bitter (1902-1967), Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde. Bu tür mıknatıslarla 50 Tesla'ya kadar indüksiyon elde etmek mümkün oldu. Losalamos Ulusal Laboratuvarı'nda 6,2 Tesla'ya kadar alan üreten, 15 kW elektrik gücü tüketen ve sıvı hidrojenle soğutulan nispeten küçük bir elektromıknatıs geliştirildi. Kriyojenik sıcaklıklarda da benzer alanlar elde edilir.
Manyetik geçirgenlik ve manyetizmadaki rolü. Manyetik geçirgenlik m, bir malzemenin manyetik özelliklerini karakterize eden bir miktardır. Ferromanyetik metaller Fe, Ni, Co ve bunların alaşımları çok yüksek maksimum geçirgenliğe sahiptir - 5000'den (Fe için) 800.000'e (süper alaşım için). Bu tür malzemelerde, nispeten düşük H alan kuvvetlerinde, büyük indüksiyonlar B ortaya çıkar, ancak genel olarak konuşursak, bu miktarlar arasındaki ilişki, aşağıda tartışılan doygunluk ve histerezis olgularından dolayı doğrusal değildir. Ferromanyetik malzemeler mıknatıslar tarafından güçlü bir şekilde çekilir. Curie noktasının üzerindeki sıcaklıklarda (Fe için 770° C, Ni için 358° C, Co için 1120° C) manyetik özelliklerini kaybederler ve çok yüksek H dayanım değerlerine kadar indüksiyon B'nin olduğu paramıknatıslar gibi davranırlar. bununla orantılı - boşlukta olanla tamamen aynı. Birçok element ve bileşik tüm sıcaklıklarda paramanyetiktir. Paramanyetik maddeler, harici bir manyetik alanda mıknatıslanmalarıyla karakterize edilir; eğer bu alan kapatılırsa, paramanyetik maddeler mıknatıslanmamış bir duruma geri döner. Ferromıknatıslardaki mıknatıslanma, dış alan kapatıldıktan sonra bile korunur. İncirde. Şekil 2, manyetik olarak sert (büyük kayıplara sahip) bir ferromanyetik malzeme için tipik bir histerezis döngüsünü göstermektedir. Manyetik olarak sıralanmış bir malzemenin mıknatıslanmasının, mıknatıslanma alanının gücüne belirsiz bağımlılığını karakterize eder. Başlangıç ​​(sıfır) noktasından (1) itibaren manyetik alan kuvvetinin artmasıyla birlikte, 1-2 nolu kesikli çizgi boyunca mıknatıslanma meydana gelir ve numunenin mıknatıslanması arttıkça m değeri önemli ölçüde değişir. 2. noktada doygunluğa ulaşılır, yani. voltajın daha da artmasıyla mıknatıslanma artık artmaz. Şimdi H'nin değerini kademeli olarak sıfıra indirirsek, o zaman B(H) eğrisi artık önceki yolu izlemez, ancak 3. noktadan geçerek, adeta "geçmiş tarih, ” dolayısıyla “histerezis” adı verildi. Bu durumda bir miktar artık mıknatıslanmanın korunduğu açıktır (bölüm 1-3). Mıknatıslanma alanının yönü ters yöne değiştirildikten sonra B(H) eğrisi 4 noktasını geçer ve (1)-(4) segmenti demanyetizasyonu önleyen zorlayıcı kuvvete karşılık gelir. (-H) değerlerinde daha fazla bir artış, histerezis eğrisini üçüncü çeyreğe - bölüm 4-5'e getirir. (-H) değerindeki müteakip sıfıra düşüş ve ardından H'nin pozitif değerlerinde bir artış, histerezis döngüsünün 6, 7 ve 2 noktalarından kapanmasına yol açacaktır.

Sert manyetik malzemeler, diyagram üzerinde önemli bir alanı kaplayan ve dolayısıyla büyük kalıcı mıknatıslanma (manyetik indüksiyon) ve zorlayıcı kuvvet değerlerine karşılık gelen geniş bir histerezis döngüsü ile karakterize edilir. Dar bir histerezis döngüsü (Şekil 3), yumuşak çelik ve yüksek manyetik geçirgenliğe sahip özel alaşımlar gibi yumuşak manyetik malzemelerin karakteristiğidir. Bu tür alaşımlar histerezisin neden olduğu enerji kayıplarını azaltmak amacıyla oluşturulmuştur. Ferritler gibi bu özel alaşımların çoğu, yalnızca manyetik kayıpları değil aynı zamanda girdap akımlarının neden olduğu elektriksel kayıpları da azaltan yüksek elektrik direncine sahiptir.

Geçirgenliği yüksek manyetik malzemeler, yaklaşık 1000°C sıcaklıkta tutularak gerçekleştirilen tavlama ve ardından oda sıcaklığına kadar temperleme (kademeli soğutma) yoluyla üretilir. Bu durumda ön mekanik ve ısıl işlemin yanı sıra numunede yabancı maddelerin bulunmaması da çok önemlidir. 20. yüzyılın başlarındaki transformatör çekirdekleri için. Silikon içeriği arttıkça değeri artan silikon çelikler geliştirildi. 1915 ile 1920 yılları arasında, karakteristik dar ve neredeyse dikdörtgen histerezis döngüsüne sahip permal alaşımlar (Ni ve Fe alaşımları) ortaya çıktı. Hypernik (%50 Ni, %50 Fe) ve mu-metal (%75 Ni, %18 Fe, %5 Cu, %2 Cr) alaşımları, düşük değerlerde özellikle yüksek manyetik geçirgenlik m değerleri ile ayırt edilir. Perminvarda (%45 Ni, %30 Fe, %25 Co) m değeri, alan gücündeki geniş bir değişiklik aralığında pratik olarak sabittir. Modern manyetik malzemeler arasında, en yüksek manyetik geçirgenliğe sahip bir alaşım olan süper alaşımdan bahsetmek gerekir (%79 Ni, %15 Fe ve %5 Mo içerir).
Manyetizma teorileri.İlk defa, manyetik olayların sonuçta elektriksel olaylara indirgendiği tahmini, 1825'te Ampere'nin bir mıknatısın her atomunda dolaşan kapalı iç mikro akımlar fikrini ifade etmesiyle ortaya çıktı. Bununla birlikte, maddede bu tür akımların varlığına dair herhangi bir deneysel onay olmadan (elektron, J. Thomson tarafından yalnızca 1897'de keşfedildi ve atomun yapısının açıklaması 1913'te Rutherford ve Bohr tarafından verildi), bu teori "soldu" .” 1852'de W. Weber, manyetik bir maddenin her atomunun küçük bir mıknatıs veya manyetik dipol olduğunu, böylece bir maddenin tam mıknatıslanmasının, tüm bireysel atomik mıknatısların belirli bir sırayla hizalanmasıyla elde edildiğini öne sürdü (Şekil 4, b). . Weber, moleküler veya atomik "sürtünmenin", bu temel mıknatısların, termal titreşimlerin rahatsız edici etkisine rağmen düzenlerini korumalarına yardımcı olduğuna inanıyordu. Teorisi, cisimlerin bir mıknatısla temas ettiğinde mıknatıslanmasını ve aynı zamanda çarpma veya ısınma durumunda manyetikliğini kaybetmesini açıklayabildi; son olarak mıknatıslanmış bir iğnenin veya manyetik çubuğun parçalara ayrılması sırasında mıknatısların "yeniden üretilmesi" de açıklandı. Ancak yine de bu teori, ne temel mıknatısların kökenini, ne de doygunluk ve histerezis olaylarını açıklıyordu. Weber'in teorisi, 1890'da atomik sürtünme hipotezini, kalıcı bir mıknatısı oluşturan temel dipollerin düzeninin korunmasına yardımcı olan atomlar arası sınırlayıcı kuvvetler fikriyle değiştiren J. Ewing tarafından geliştirildi.

Bir zamanlar Ampere tarafından önerilen soruna yaklaşım, 1905'te P. Langevin'in paramanyetik malzemelerin davranışını her atoma bir iç telafi edilmemiş elektron akımı atfederek açıklamasıyla ikinci bir hayat kazandı. Langevin'e göre, dış alan olmadığında rastgele yönlenen, ancak uygulandığında düzenli bir yön kazanan küçük mıknatıslar oluşturan bu akımlardır. Bu durumda tam düzene yaklaşım mıknatıslanmanın doygunluğuna karşılık gelir. Buna ek olarak Langevin, bireysel bir atomik mıknatıs için bir kutbun “manyetik yükünün” ve kutuplar arasındaki mesafenin çarpımına eşit olan manyetik moment kavramını ortaya attı. Dolayısıyla paramanyetik malzemelerin zayıf manyetizması, telafi edilmemiş elektron akımlarının yarattığı toplam manyetik momentten kaynaklanmaktadır. 1907'de P. Weiss, modern manyetizma teorisine önemli bir katkı haline gelen "alan" kavramını tanıttı. Weiss, içinde tüm atomların manyetik momentlerinin bazı nedenlerden dolayı aynı yönelimi korumaya zorlandığı, böylece her alanın doyuma kadar mıknatıslandığı küçük atom "kolonileri" biçiminde alanlar hayal etti. Bireysel bir alan, 0,01 mm düzeyinde doğrusal boyutlara ve buna göre 10-6 mm3 düzeyinde bir hacme sahip olabilir. Alanlar, kalınlığı 1000 atom boyutunu aşmayan Bloch duvarları ile ayrılır. "Duvar" ve iki karşıt yönelimli alan, Şekil 2'de şematik olarak gösterilmektedir. 5. Bu tür duvarlar, alan mıknatıslanmasının yönünün değiştiği "geçiş katmanlarını" temsil eder.

Genel durumda, başlangıç ​​mıknatıslanma eğrisinde üç bölüm ayırt edilebilir (Şekil 6). İlk bölümde, bir dış alanın etkisi altındaki duvar, kristal kafeste onu durduran bir kusurla karşılaşıncaya kadar maddenin kalınlığı boyunca hareket eder. Alan gücünü arttırarak, kesikli çizgilerin arasındaki orta kısımdan duvarı daha da ilerlemeye zorlayabilirsiniz. Bundan sonra alan kuvveti tekrar sıfıra indirilirse, duvarlar artık orijinal konumlarına dönmeyecek, dolayısıyla numune kısmen mıknatıslanmış kalacaktır. Bu mıknatısın histerezisini açıklar. Eğrinin son bölümünde, son düzensiz alanlar içindeki mıknatıslanmanın sırasına bağlı olarak numunenin mıknatıslanmasının doyması ile süreç sona erer. Bu süreç neredeyse tamamen tersine çevrilebilir. Manyetik sertlik, atomik kafesi alanlar arası duvarların hareketini engelleyen birçok kusur içeren malzemeler tarafından sergilenir. Bu, örneğin toz haline getirilmiş malzemenin sıkıştırılması ve ardından sinterlenmesi gibi mekanik ve termal işlemlerle elde edilebilir. Alniko alaşımlarında ve bunların analoglarında aynı sonuç, metallerin karmaşık bir yapıya kaynaştırılmasıyla elde edilir.

Paramanyetik ve ferromanyetik malzemelerin yanı sıra antiferromanyetik ve ferrimanyetik özelliklere sahip malzemeler de vardır. Bu manyetizma türleri arasındaki fark Şekil 2'de açıklanmaktadır. 7. Alan kavramına dayanarak, paramanyetizma, bireysel dipollerin birbirleriyle çok zayıf bir şekilde etkileşime girdiği (veya hiç etkileşime girmediği) küçük manyetik dipol gruplarının malzemedeki varlığından kaynaklanan bir fenomen olarak düşünülebilir ve bu nedenle , harici bir alanın yokluğunda yalnızca rastgele yönelimleri alın ( Şekil 7, a). Ferromanyetik malzemelerde, her bir alan içerisinde bireysel dipoller arasında güçlü bir etkileşim vardır ve bu da onların sıralı paralel hizalanmasına yol açar (Şekil 7b). Antiferromanyetik malzemelerde ise tam tersine, bireysel dipoller arasındaki etkileşim antiparalel sıralı hizalanmalarına yol açar, böylece her alanın toplam manyetik momenti sıfır olur (Şekil 7c). Son olarak ferrimanyetik malzemelerde (örneğin ferritler) hem paralel hem de antiparalel sıralama vardır (Şekil 7d), bu da zayıf manyetizma ile sonuçlanır.

Alan adlarının varlığına dair iki ikna edici deneysel doğrulama vardır. Bunlardan ilki Barkhausen etkisi, ikincisi ise toz figür yöntemidir. 1919'da G. Barkhausen, bir ferromanyetik malzeme örneğine harici bir alan uygulandığında mıknatıslanmasının küçük ayrı kısımlarda değiştiğini tespit etti. Alan teorisi açısından bakıldığında bu, alanlar arası duvarın ani bir ilerlemesinden başka bir şey değildir ve yolda onu geciktiren bireysel kusurlarla karşılaşır. Bu etki genellikle içine ferromanyetik bir çubuk veya telin yerleştirildiği bir bobin kullanılarak tespit edilir. Güçlü bir mıknatısı dönüşümlü olarak numuneye doğru ve numuneden uzağa getirirseniz, numune mıknatıslanacak ve yeniden mıknatıslanacaktır. Numunenin mıknatıslanmasında ani değişiklikler bobin boyunca manyetik akıyı değiştirir ve içinde bir endüksiyon akımı uyarılır. Bobinde üretilen voltaj yükseltilir ve bir çift akustik kulaklığın girişine beslenir. Kulaklıklardan duyulan tıklamalar, mıknatıslanmada ani bir değişiklik olduğunu gösterir. Toz şekli yöntemini kullanarak bir mıknatısın alan yapısını ortaya çıkarmak için, mıknatıslanmış bir malzemenin iyi cilalanmış bir yüzeyine bir damla ferromanyetik tozun (genellikle Fe3O4) kolloidal süspansiyonundan bir damla uygulanır. Toz parçacıkları esas olarak manyetik alanın maksimum homojen olmadığı yerlere - alanların sınırlarına yerleşir. Bu yapı mikroskop altında incelenebilir. Polarize ışığın şeffaf bir ferromanyetik malzemeden geçişine dayanan bir yöntem de önerilmiştir. Weiss'in orijinal manyetizma teorisi, ana özellikleriyle bugüne kadar önemini korudu, ancak atomik manyetizmayı belirleyen bir faktör olarak telafi edilmemiş elektron dönüşleri fikrine dayanan güncellenmiş bir yorum aldı. Elektronun kendi momentumunun varlığına ilişkin hipotez 1926 yılında S. Goudsmit ve J. Uhlenbeck tarafından ortaya atılmıştır ve günümüzde spin taşıyıcıları olarak elektronlar “temel mıknatıslar” olarak kabul edilmektedir. Bu kavramı açıklamak için, tipik bir ferromanyetik malzeme olan serbest demir atomunu (Şekil 8) düşünün. Çekirdeğe en yakın olan iki kabuğu (K ve L) elektronlarla doludur; birincisi iki, ikincisi sekiz elektron içerir. K kabuğunda elektronlardan birinin spini pozitif, diğerinin negatiftir. L kabuğunda (daha kesin olarak iki alt kabuğunda), sekiz elektrondan dördü pozitif spinlere, diğer dördü ise negatif spinlere sahiptir. Her iki durumda da, bir kabuk içindeki elektron dönüşleri tamamen telafi edilir, böylece toplam manyetik moment sıfır olur. M-kabuğunda durum farklıdır, çünkü üçüncü alt kabukta bulunan altı elektrondan beşi bir yönde spinlere sahiptir ve yalnızca altıncısı diğer yöndedir. Sonuç olarak, demir atomunun manyetik özelliklerini belirleyen dört telafi edilmemiş spin kalır. (Dış N kabuğunda demir atomunun manyetizmasına katkıda bulunmayan yalnızca iki değerlik elektronu vardır.) Nikel ve kobalt gibi diğer ferromıknatısların manyetizması da benzer şekilde açıklanmaktadır. Bir demir numunesindeki komşu atomlar birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşime girdiğinden ve elektronları kısmen kollektif olduğundan, bu açıklama yalnızca gerçek durumun görsel fakat çok basitleştirilmiş bir diyagramı olarak değerlendirilmelidir.

Elektron dönüşünü dikkate alan atomik manyetizma teorisi, biri A. Einstein ve W. de Haas, diğeri S. Barnett tarafından gerçekleştirilen iki ilginç jiromanyetik deneyle desteklenmektedir. Bu deneylerin ilkinde, ferromanyetik malzemeden bir silindir Şekil 2'de gösterildiği gibi askıya alındı. 9. Sargı telinden akım geçtiğinde silindir kendi ekseni etrafında döner. Akımın (ve dolayısıyla manyetik alanın) yönü değiştiğinde ters yöne döner. Her iki durumda da silindirin dönüşü elektron dönüşlerinin düzenine bağlıdır. Barnett'in deneyinde ise tam tersine, keskin bir şekilde dönme durumuna getirilen asılı bir silindir, manyetik alanın yokluğunda mıknatıslanır. Bu etki, mıknatıs döndüğünde, dönme momentlerini kendi dönme ekseni yönünde döndürme eğiliminde olan bir jiroskopik momentin yaratılmasıyla açıklanmaktadır.

Komşu atom mıknatıslarını düzenleyen ve termal hareketin düzensiz etkisini ortadan kaldıran kısa menzilli kuvvetlerin doğası ve kökenine ilişkin daha kapsamlı bir açıklama için kuantum mekaniğine başvurulmalıdır. Bu kuvvetlerin doğasına ilişkin kuantum mekaniksel bir açıklama, 1928'de komşu atomlar arasındaki değişim etkileşimlerinin varlığını öne süren W. Heisenberg tarafından önerildi. Daha sonra G. Bethe ve J. Slater, atomlar arasındaki mesafe azaldıkça değişim kuvvetlerinin önemli ölçüde arttığını, ancak belirli bir minimum atomlar arası mesafeye ulaşıldığında bunların sıfıra düştüğünü gösterdi.
MADDENİN MANYETİK ÖZELLİKLERİ
Maddenin manyetik özelliklerine ilişkin ilk kapsamlı ve sistematik çalışmalardan biri P. Curie tarafından yapılmıştır. Manyetik özelliklerine göre tüm maddelerin üç sınıfa ayrılabileceğini tespit etti. İlk kategori, demirin özelliklerine benzer şekilde belirgin manyetik özelliklere sahip maddeleri içerir. Bu tür maddelere ferromanyetik denir; manyetik alanları önemli mesafelerden farkedilebilir (yukarıya bakın). İkinci sınıf paramanyetik adı verilen maddeleri içerir; Manyetik özellikleri genellikle ferromanyetik malzemelerinkine benzer, ancak çok daha zayıftır. Örneğin, güçlü bir elektromıknatısın kutuplarına olan çekim kuvveti, bir demir çekici elinizden koparabilir ve paramanyetik bir maddenin aynı mıknatısa olan çekimini tespit etmek için genellikle çok hassas analitik dengelere ihtiyacınız vardır. Son üçüncü sınıf, diyamanyetik maddeler olarak adlandırılan maddeleri içerir. Bir elektromıknatıs tarafından itilirler, yani. diyamanyetik malzemelere etki eden kuvvet, ferro ve paramanyetik malzemelere etki eden kuvvetin tersi yöndedir.
Manyetik özelliklerin ölçümü. Manyetik özellikleri incelerken iki tür ölçüm çok önemlidir. Bunlardan ilki, bir mıknatısın yakınındaki numuneye etki eden kuvvetin ölçülmesi; Numunenin mıknatıslanması bu şekilde belirlenir. İkincisi, maddenin mıknatıslanmasıyla ilişkili “rezonans” frekanslarının ölçümlerini içerir. Atomlar minik "jirolar"dır ve ölçülebilen bir frekansta (yerçekiminin yarattığı torkun etkisi altındaki normal bir tepe gibi) bir manyetik alan presinde bulunurlar. Ayrıca, tıpkı bir iletkendeki elektron akımı gibi, manyetik indüksiyon hatlarına dik açıyla hareket eden serbest yüklü parçacıklara da bir kuvvet etki eder. Parçacığın, yarıçapı R = mv/eB ile verilen dairesel bir yörüngede hareket etmesine neden olur; burada m parçacığın kütlesi, v hızı, e yükü ve B manyetik indüksiyonudur. alan. Böyle bir dairesel hareketin frekansı

f hertz cinsinden ölçülür, e - coulomb cinsinden, m - kilogram cinsinden, B - tesla cinsinden ölçülür. Bu frekans, manyetik alanda bulunan bir maddedeki yüklü parçacıkların hareketini karakterize eder. Her iki hareket türü de (dairesel yörüngeler boyunca devinim ve hareket), belirli bir malzemenin "doğal" frekans karakteristiğine eşit rezonans frekanslarına sahip alternatif alanlar tarafından uyarılabilir. İlk durumda, rezonansa manyetik denir ve ikincisinde - siklotron (bir siklotrondaki atom altı parçacığın döngüsel hareketiyle benzerliği nedeniyle). Atomların manyetik özelliklerinden bahsederken açısal momentumlarına özellikle dikkat etmek gerekir. Manyetik alan, dönen atom dipolüne etki eder, onu döndürme ve alana paralel yerleştirme eğilimi gösterir. Bunun yerine atom, dipol momentine ve uygulanan alanın gücüne bağlı bir frekansla alanın yönü (Şekil 10) etrafında ilerlemeye başlar.

Atomik devinim doğrudan gözlemlenemez çünkü bir örnekteki tüm atomlar farklı bir fazda devinir. Sabit düzenleme alanına dik olarak yönlendirilmiş küçük bir alternatif alan uygularsak, o zaman devinim yapan atomlar arasında belirli bir faz ilişkisi kurulur ve bunların toplam manyetik momenti, bireysel manyetik momentlerin devinim frekansına eşit bir frekansla devinmeye başlar. Presesyonun açısal hızı önemlidir. Tipik olarak bu değer, elektronlarla ilişkili mıknatıslanma için 1010 Hz/T düzeyindedir ve atom çekirdeğindeki pozitif yüklerle ilişkili mıknatıslanma için 107 Hz/T düzeyindedir. Nükleer manyetik rezonansın (NMR) gözlemlenmesine yönelik bir düzeneğin şematik diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 11. Üzerinde çalışılan madde kutuplar arasındaki tekdüze sabit bir alana sokulur. Daha sonra test tüpünü çevreleyen küçük bir bobin kullanılarak bir radyofrekans alanı uyarılırsa, numunedeki tüm nükleer "jiroların" devinim frekansına eşit belirli bir frekansta bir rezonans elde edilebilir. Ölçümler, bir radyo alıcısının belirli bir istasyonun frekansına ayarlanmasına benzer.

Manyetik rezonans yöntemleri yalnızca belirli atomların ve çekirdeklerin manyetik özelliklerini değil aynı zamanda çevrelerinin özelliklerini de incelemeyi mümkün kılar. Gerçek şu ki, katılardaki ve moleküllerdeki manyetik alanlar atomik yükler tarafından bozulduğu için homojen değildir ve deneysel rezonans eğrisinin ayrıntıları, presesyon çekirdeğinin bulunduğu bölgedeki yerel alan tarafından belirlenir. Bu, belirli bir numunenin yapısal özelliklerini rezonans yöntemlerini kullanarak incelemeyi mümkün kılar.
Manyetik özelliklerin hesaplanması. Dünya alanının manyetik indüksiyonu 0,5*10-4 Tesla iken, güçlü bir elektromıknatısın kutupları arasındaki alan yaklaşık 2 Tesla veya daha fazladır. Herhangi bir akım konfigürasyonu tarafından oluşturulan manyetik alan, bir akım elemanı tarafından oluşturulan alanın manyetik indüksiyonu için Biot-Savart-Laplace formülü kullanılarak hesaplanabilir. Farklı şekillerdeki devreler ve silindirik bobinler tarafından oluşturulan alanın hesaplanması birçok durumda çok karmaşıktır. Aşağıda birkaç basit durum için formüller bulunmaktadır. I (amper) akımına sahip uzun düz bir telin, telden r (metre) uzaklıkta oluşturduğu alanın manyetik indüksiyonu (tesla cinsinden):

I akımına sahip R yarıçaplı dairesel bir bobinin merkezindeki indüksiyon eşittir (aynı birimlerde):

Demir çekirdeği olmayan, sıkı bir şekilde sarılmış tel bobinine solenoid denir. N dönüş sayısına sahip uzun bir solenoidin, uçlarından yeterince uzak bir noktada oluşturduğu manyetik indüksiyon şuna eşittir:

Burada NI/L değeri, solenoidin birim uzunluğu başına amper (amper-dönüş) sayısıdır. Her durumda akımın manyetik alanı bu akıma dik olarak yönlendirilir ve manyetik alanda akıma etki eden kuvvet hem akıma hem de manyetik alana diktir. Mıknatıslanmış bir demir çubuğun alanı, uzun bir solenoidin dış alanına benzer; birim uzunluk başına amper-dönüş sayısı, çubuğun içindeki akımlar iptal edildiğinden, mıknatıslanmış çubuğun yüzeyindeki atomlardaki akıma karşılık gelir. (Şekil 12). Amper ismiyle böyle bir yüzey akımına Amper adı verilmektedir. Amper akımının yarattığı manyetik alan kuvveti Ha, M çubuğunun birim hacminin manyetik momentine eşittir.

Solenoide bir demir çubuk sokulursa, solenoid akımının bir manyetik alan H oluşturmasına ek olarak, çubuğun mıknatıslanmış malzemesindeki atomik dipollerin düzeni mıknatıslanma M'yi yaratır. Bu durumda, toplam manyetik akı gerçek ve Amper akımların toplamı ile belirlenir, böylece B = m0(H + Ha) veya B = m0(H + M). M/H oranına manyetik duyarlılık denir ve Yunanca c harfiyle gösterilir; c, bir malzemenin manyetik alanda mıknatıslanma yeteneğini karakterize eden boyutsuz bir miktardır.
Manyetik özellikleri karakterize eden B/H değeri
malzemeye manyetik geçirgenlik denir ve ma ile gösterilir, ma = m0m, burada ma mutlaktır ve m bağıl geçirgenliktir, m = 1 + c. Ferromanyetik maddelerde c'nin değeri çok büyük değerlere sahip olabilir - 10 4-10 6'ya kadar. Paramanyetik malzemeler için c'nin değeri sıfırdan biraz daha büyüktür ve diyamanyetik malzemeler için biraz daha azdır. Yalnızca boşlukta ve çok zayıf alanlarda c ve m miktarları sabittir ve dış alandan bağımsızdır. B indüksiyonunun H'ye bağımlılığı genellikle doğrusal değildir ve grafikleri farklı malzemeler için ve hatta farklı sıcaklıklarda mıknatıslanma eğrileri önemli ölçüde farklılık gösterebilir (bu tür eğrilerin örnekleri Şekil 2 ve 3'te gösterilmektedir). Maddenin manyetik özellikleri çok karmaşıktır ve bunların derinlemesine anlaşılması, atomların yapısının, moleküller içindeki etkileşimlerinin, gazlardaki çarpışmalarının ve katı ve sıvılardaki karşılıklı etkilerinin dikkatli bir analizini gerektirir; Sıvıların manyetik özellikleri hala en az araştırılan konudur. - H? 0,5 ​​= 1,0 ME gücüne sahip alanlar (sınır isteğe bağlıdır). S.m.p.'nin düşük değeri maks. sabit alanın değeri = 500 kOe, sürüye modern yollarla erişilebilir. ekipman, üst alan 1 ME, kısa bir süre için bile olsa. üzerindeki etkisi... ... Fiziksel ansiklopedi

Katıların yapısını ve özelliklerini inceleyen fizik dalıdır. Katıların mikro yapısı ve bunları oluşturan atomların fiziksel ve kimyasal özelliklerine ilişkin bilimsel veriler, yeni malzeme ve teknik cihazların geliştirilmesi için gereklidir. Fizik... ... Collier Ansiklopedisi

Statik elektrik, elektrik akımları ve manyetik olaylar hakkındaki bilgileri kapsayan bir fizik dalı. ELEKTROSTATİK Elektrostatik, hareketsiz durumdaki elektrik yükleriyle ilgili olgularla ilgilenir. Arasında etki eden kuvvetlerin varlığı... ... Collier Ansiklopedisi

- (eski Yunan fizik doğasından). Eskiler fiziğe çevredeki dünya ve doğal olaylarla ilgili herhangi bir çalışma adını verdiler. Fizik kavramına ilişkin bu anlayış 17. yüzyılın sonlarına kadar devam etti. Daha sonra bir dizi özel disiplin ortaya çıktı: özellikleri inceleyen kimya... ... Collier Ansiklopedisi

Atomlar ve atom çekirdeği ile ilgili olarak moment terimi şu anlama gelebilir: 1) dönme momenti veya dönme, 2) manyetik dipol moment, 3) elektrik dört kutuplu moment, 4) diğer elektrik ve manyetik momentler. Farklı şekiller… … Collier Ansiklopedisi

Ferromanyetizmanın elektriksel analogu. Tıpkı manyetik alana yerleştirilen ferromanyetik maddelerde, elektrik alanına yerleştirilen ferroelektrik dielektriklerde artık manyetik polarizasyonun (moment) ortaya çıkması gibi... ... Collier Ansiklopedisi

Sitemizin en iyi sunumu için çerezleri kullanıyoruz. Bu siteyi kullanmaya devam ederek bunu kabul etmiş olursunuz. TAMAM