ü Studiul proprietăților magnetice ale materialelor și studiul experimental al ferromagnets.
Magnetizarea substanțelor. vector magnetizare.
Toate substanțele atunci când sunt plasate într-un câmp magnetic într-un fel sau altul sunt magnetizate, adică a crea propriul lor câmp magnetic. Materialele care pot fi magnetizate, numit magneți. Magnetizarea în materialul datorită existenței curenților moleculare închise. Dacă materialul magnetic este magnetizat, aceasta înseamnă că curenții moleculare în ea sunt orientate în așa fel încât să existe un moment magnetic nenul. ___ moment magnetic per unitate de volum a unei substanțe este numită vectorul magnetizare. Vectorul magnetizare asociat cu raportul intensității câmpului magnetic ___. unde - susceptibilitatea magnetică a substanței. În practică, folosesc adesea alte caracteristici ale substanței, magnetic permeabilitate m, care este asociat cu relația m = +1.
Clarificarea naturii curenților moleculare. Toate substanțele constau din atomi și molecule. Atom este un nucleu încărcat pozitiv și electronii sunt în mișcare continuă. Pentru a explica numărul de proprietăți magnetice, cu o bună aproximație, se poate presupune că electronii se deplasează în jurul nucleului în anumite orbite circulare. Prin urmare, mișcarea fiecărui electron poate fi considerată ca o mișcare ordonată a purtătorilor de sarcină, adică ca un curent electric închis (curent molecular). Intensitatea I actuală, în acest caz, va fi egal. în cazul în care DQ - taxa transferate prin secțiunea transversală a timpului dt, e - sarcina unui electron; J - frecvența tratamentului acestuia.
Efectul magnetic al curentului circular este determinată de momentul său magnetic. unde S - zona de contur; - versorul normal la conturul asociat cu direcția actuală a regulii șurubului dreapta (Figura 1). Direcția curentului este opusă direcției de mișcare a electronului. Momentul magnetic. datorită mișcării electronului pe orbita sa. numit moment magnetic orbital. unitatea sa este. unde S - zona orbitei; r - raza.
Deoarece electronul are o anumită masă m, ca urmare a rotației în orbita va poseda un moment unghiular. care se numește momentul cinetic orbital al electronului. amploarea acesteia (modulul) este determinată de relația. Aici - viteza liniară a electronilor în orbita; w - viteza sa unghiulară. Vectorul direcție asociată cu regula șurubului direcția de rotație a electronilor dreptaci, adică, vectori, și sunt reciproc opuse (Figura 1).
relație G moment magnetic orbital la momentul său mecanic orbitală se numește un raport giromagnetic. Calculul arată că g = e / 2m. Semnul minus indică vectorii direcție opusă.
momentul magnetic orbital al atomului (molecula) este suma vectorială a momentelor magnetice ale electronilor în intrarea orbital compoziția sa. substanțe diferite acel moment poate fi zero sau să fie diferit de zero. Momentul cinetic orbital al atomului (molecula) este egală cu suma vectorială a momentelor mecanice orbitale electroni constituente:
Atom într-un câmp magnetic.
Evident, precesia conduce la o rotație de electroni suplimentar în jurul direcția câmpului magnetic extern, adică, la un DI curent indus suplimentar (2), direcția care este determinată de regula lui Lenz. (Curent indus este întotdeauna direcționată astfel încât să se prevină datorită chemării sale). În special, în cazul prezentat în Fig.2, în scopul de a preveni apariția unui câmp magnetic exterior, direcția de rotație a capătului vectorului (și, prin urmare, mișcarea suplimentară de electroni) ar trebui să fie opus mișcarea principală a electronului. Cu momentul actual suplimentar indus magnetic asociat D. a cărui direcție este opusă. Larmor precesie, din cauza naturii sale inductivă este văzut în fiecare materie.
Astfel, includerea câmpului magnetic duce la precesia orbitelor de electroni, dar nu și la reorientarea lor.
Există mai multe mecanisme de magnetizare a materiei. Una dintre ele este universal și apare sub forma de diamagnetism. Diamagnetismul numitul fenomen de apariție a materialului magnetic în vectorul magnetizare a cărui direcție este opusă direcției câmpului magnetizare extern. În forma sa pură, acest fenomen se observă în substanțele, totalul momentelor magnetice ale atomilor (molecule) sunt zero. Astfel de substanțe sunt numite diamagnetice. Când plasați un material diamagnetic într-un câmp magnetic extern apare Larmor precesie și apare un moment de zero indus # 8710; . îndreptate opus câmpului, pentru a crea.
mișcare termică încearcă să „arunce“ momentele magnetice, dar pentru a schimba direcția câmpului magnetic exterior, și, astfel, # 8710; . nu se poate. În consecință, magnetizarea diamagnetic nu depinde de temperatură. Susceptibilitatea magnetică a materialelor diamagnetice este scăzută și negativ.
Prin paramagnet substanțele în total momentul magnetic de atomi (molecule) care este diferit de zero. În absența unui câmp magnetic extern, momentele magnetice ale atomilor sunt aranjate aleatoriu. Includerea unui câmp magnetic conduce, în acest caz, pe orbita precesie. Mai mult, intrinsece momentele magnetice ale atomilor (molecule) începe pentru a naviga într-un câmp magnetic extern. Acest fenomen prevalează asupra diamagnetism. Coliziunile cu moleculele din jur, ca rezultat al mișcării termice, în acest caz, împiedică alinierea ideală. Ca rezultat, un anumit echilibru se stabilește orientarea momentelor magnetice cu o direcție predominant de-a lungul câmpului magnetic exterior.
Susceptibilitatea magnetică a materialelor paramagnetice este mic și pozitiv. Pe măsură ce temperatura crește, cum ar fi de așteptat, scade.
Pentru materialele feromagnetice cuprind substanțe cristaline capabile să păstreze magnetizarea în absența unui câmp magnetic exterior. Permeabilitatea magnetică relativă a materialelor feromagnetice este de multe sute de mii de unități.
Studiul experimental al proprietăților feromagneți a fost început în secolul al XIX-lea A.G.Stoletovym. Studiile au arătat că dependența magnetizării feromagnet ___ intensitatea H a câmpului magnetic extern are forma prezentată în figura 3. Atunci când o intensitate de magnetizare atinge un maxim și, ulterior, nu sa schimbat. Acest fenomen a fost numit Stoletov saturație magnetică.
Inducția magnetică în material este egală cu suma vectorială a câmpului de inducție externe și interne, adică . Deoarece, așa cum se arată prin calcule. în care - constanta magnetic, aceasta implică faptul că forma dependența B H în feromagnetic trebuie să fie diferită de curba __ = f (H). Dupa atingerea saturației magnetice trebuie observat inducerea creșterii în continuare, datorită creșterii H intensitatea câmpului magnetic exterior, ceea ce confirmă experimentul (Fig.4).
Inducția magnetică în materialul poate fi exprimat în continuare prin relația. Din cauza dependenței B H în neliniare feromagnetic, atunci permeabilitatea relativă depinde de N (Fig.5.). Valoarea inițială este determinată de panta tangentei la curba B = f (H) la H = 0 (Fig.4.). Valoarea maximă a permeabilității magnetice conferă tangenta unghiului (Fig.4.). Odată cu creșterea în continuare a tensiunii scade și la ridicat N tinde spre unitate. Într-adevăr, în domenii puternic al doilea termen în expresia poate fi neglijată. Atunci vom obține. deoarece o reducere a. rezultă că tinde spre una (Figura 5).
O trăsătură distinctivă este histerezisul feromagnetic. Curba din figura 6 este rezultatul inducției cercetării B din materiale feromagnetice în mărimi variabile și direcția unui câmp magnetic exterior. O astfel de cercetare este la modă să dețină, dacă ai pus un feromagnet în curentul bobinei. Să presupunem că inițial miezul nu este magnetizat, atunci dependența B H cu creșterea 01A curba H se va reflecta. Să punctul A corespunde tensiunii. la care se atinge saturația magnetică. Dacă vom începe acum pentru a reduce intensitatea câmpului extern, apoi, așa cum se arată prin experiment, inducție va varia în curba AB0. situată puțin mai mare, adică, inducție așa cum este târziu în raport cu intensitatea câmpului H. La un moment în care tensiunea ar fi egală cu zero, inducția ia B0 de valoare. care se numește inducție reziduală. Feromagnet în această stare este un magnet permanent. Pentru ao demagnetiza, se va schimba direcția de curent în bobina, și, prin urmare, intensitatea și direcția câmpului magnetic exterior. Tensiuni NC. în care feromagnet complet demagnetizat se numește forță coercitivă. Odată cu creșterea în continuare a stării de saturație intensității câmpului se realizează din nou în acest domeniu (punctul C). Reducerea intensității câmpului electromagnetic și apoi schimba direcția, puteți merge înapoi la punctul A. Curba de mai sus se numește bucla maximă de histerezis. Dacă nu se atinge saturația valoarea maximă N, o curbă numită ciclu privat (de exemplu, 1-2-3-4-1 curba, Figura 6). Există un număr infinit de cicluri parțiale.
Ferromagnets, a cărui grăsime coercitivă este mare, și anume, buclă largă, apel rigid. Pentru demagnetizarea de feromagnet-căpușe au nevoie de un câmp puternic. Prin urmare, acestea sunt realizate din magneți permanenți. Feromagnetic cu o buclă îngustă, adică coercitivitate scăzută, numit moale. Acestea sunt utilizate în cazul în care este necesar pentru a impl-stvlyat inversare frecvente, de exemplu, în transformatoare. Având în vedere ambiguu în funcție de H (Figura 6) din conceptul, permeabilitate magnetică relativă este aplicabilă numai curba de bază B a H (rio.4 și porțiunea O1A din figura 6).