Magnetit și proprietățile sale.
În centrul studiului "electrice" trucuri "albine" este o albină. În același articol, va fi luată în considerare o întrebare care este indirect legată de "vinovat". Cu toate acestea, o înțelegere profundă a proprietăților magnetitului este necesară pentru că face parte din structura internă a unei insecte cunoscute.
Magnetismul puternic al magnetitului a fost de mare interes din antichitate. Fenomenul atragerii fierului prin magnetit a fost cunoscut chinezilor din secolul al VI-lea i.Hr. Un pointer magnetic la sud (strămoșul busolei) a fost un instrument bine-cunoscut în China din secolele 1 - 3 d.Hr. O multitudine de dovezi privind proprietățile mineralelor magnetite au fost păstrate în surse antice grecești și romane. De-a lungul secolelor Evului Mediu, magnetitul a fost folosit pentru trucuri magice și vrăjitorie (tratament cu magnet). Astăzi, proprietățile magnetice ale magnetitului sunt folosite în multe domenii ale activității umane. Este necesar să se ia în considerare aceste proprietăți și apicultorii.
Cum descoperă știința modernă magnetitul și explică proprietățile sale magnetice?
Magnetitul sau minereul de fier magnetic mineral este un oxid feros de Fe3O4. fiind una dintre componentele minereului de fier. Conform compoziției chimice, magnetitul constă în aproximativ 31% FeO și 69% Fe2O3. Nu este un feromagnet, așa cum sa crezut anterior. Magnetitul se referă la antiferromagneți necompensați, în caz contrar, la ferimagneți. Are proprietățile unuia și celuilalt.
Cel mai obișnuit magnet
Magnetite aparține familiei de ferite (spinel). Cubic rețeaua cristalină a unui spinel format oxigen anioni O 2 -, care sunt conectate la Fe3 + cationi și Fe2 +. Astfel, cationii de fier pot fi înconjurate de patru anioni O 2 - (tetraedru) și șase anioni O2 - (octaedru). În consecință, magnetitul are o structură cristalină a spinelului invers. (Fe3 +) [Fe2 + Fe3 +] 04. În prima parte a structurii - (Fe3 +) sunt doar cationi cu o valență de 3, iar a doua parte - se obține [Fe2 + Fe3 +] cationii de două ori și ambele au o valență 2+ și 3+.
Conform ipotezei lui Ampere, în orice corp există curenți microscopici cauzați de mișcarea electronilor în atomi și molecule. Plecând de la teoria magnetismului, sursele sale sunt electronii și proprietățile lor. Electronul, având masa și sarcina, are propriul moment de impuls - spin și, în consecință, un moment magnetic de mișcare (ms). Unitatea de măsură a momentelor magnetice ale atomilor și cationilor este considerată a fi valoarea electronului ms sau magnetonului Bohr (mV). Ms din cationul Fe3 + (3d5) este egal cu 5mB. și cationul Fe2 + (3d6) -4mB (prin numărul de electroni necompensați în coaja de electroni 3d). Ordonarea momentelor de rotație a Ms de cationi de fier se produce sub influența interacțiunii de schimb între electronii coajelor 3d ale cationilor vecini. Rolul principal în această interacțiune este jucat de direcțiile de spin ale electronilor S.
Există trei tipuri principale de ordonare magnetică (nu cred diamagnetice și paramagnetice): feromagnetice, antiferomagnetice și ferimagnetice. Ca rezultat al ordonarea momentelor de spin Ms cationilor de fier din substanța are loc spontan, adică, în absența unui câmp H magnetic extern, magnetizarea este sau ss (moment magnetic net pe unitatea de volum sau de masă a magnetului (Is = Ms în 1 cm3 sau ss = Ms 1 g) ). Diferența dintre antiferomagnetica și ferimagnetice de ferromagnets este că interacțiunea de schimb, care a fost discutată, are ca rezultat o schimbare periodică în direcția momentelor de spin Ms cationilor în cristal pe partea opusă.
Când se ia în considerare această ordonare, este necesar să se ia în considerare prezența mai multor sublaturi. Într-o sublatice direcție de magnetizare spontană a spinului în aceeași direcție, în cealaltă direcție va fi rotiri opuse, în al treilea - din nou în sens invers. Numărul mare de cationi magnetita magnetice este în parte [Fe2 + Fe3 +], o porțiune minimă (Fe3 +). Dacă magnetizarea rezultantă a materialelor feromagnetice este valoarea finală (ca și momentele magnetice au valori diferite), atunci antiferomagnet este zero (deoarece numărul de cationi magnetice în diferite sublattices). În magnetit, magnetizarea rezultantă (ferimagnetică) este nonzero. Concentrația electronilor în magnetit este destul de mare. Electronii de salt apar în rețeaua octaedrică între perechi de cationi Fe3 + și Fe2 +. Există un proces continuu între ele. Un electron hopping 3d electron cationului Fe2 + și separat de acesta din urmă se mută la cationul Fe3 +, îl convertește în Fe2 +, iar electronul paraseste cationului Fe2 + și se deplasează în direcția opusă, etc. Electronii de alunecare sunt baza în formarea proprietăților magnetice ale magnetitului. Atunci când diferența de potențial electric este aplicată pe proba de magnetită, electronii de alunecare se mișcă prin eșantion, creând proprietăți semiconductoare.
"Bine facut" tot. care ignoră patru paragrafe plictisitoare, pe scurt, se ocupă cu o substanță cristalină de magnetit cu o structură sub forma a două sau mai multe sublaturi. Proprietățile sale magnetice sunt determinate de electronii care alcătuiesc atomii. Electronii creează un câmp magnetic datorită mișcării orbitale din jurul nucleului și a propriei sale rotații (câmpul de spin). Printre ele, în sublaturile cristaline, se găsesc 3d-electroni în picioare. Câmpurile de spin ale electronilor de salt, ținând cont de caracteristicile structurii cristaline, determină conductivitatea electrică a magnetitului și participă la formarea proprietăților sale magnetice. Momentele magnetice ale electronilor sunt într-o stare de comandă magnetică spontană, în care momentul magnetic rezultat este diferit de zero.
Având în vedere cele de mai sus, vom face câteva explicații cu privire la magnetit.
Deci, magnetitul - are o magnetizare spontană, care se poate schimba foarte mult sub influența influențelor externe - câmp magnetic, deformare, temperatură.
În plus, o condiție importantă în luarea în considerare a proprietăților magnetice ale magnetitului este dimensiunea și forma acestuia. Reprezentarea domeniilor este fundamentală în înțelegerea magnetismului. Domeniile magnetice sunt numite particule de material magnetic. în care magnetizarea este omogenă și direcționată la fel peste tot. Aceasta se referă la dimensiunea particulelor de magnetit care variază de la sute de angstromuri la sute de microni. Magnetitul poate fi (în ordine crescătoare) într-o stare superparamagnetică. un singur domeniu. pseudo-domenii și state cu mai multe domenii. O particulă cu un singur domeniu este întotdeauna magnetizată la un maxim de saturație și are doi poli. Polii contribuie, de asemenea, la energia particulei. In magnetizarea particulelor multi-domeniu în fiecare domeniu este îndreptat în direcții diferite, pentru a compensa dezechilibrul în domenii adiacente determină rotația continuă a magnetizării pereților între domeniile (cu perete unghiuri de 90 ° sau 180 °). Ca rezultat, energia polilor scade, dar este compensată de energia zidurilor de domeniu. Rezultatul este aspectul unei configurații de echilibru a domeniilor. În mod ideal, acest lucru nu se întâmplă și particula multidomena este, de obicei, într-o stare metastabilă. Mai multe particule cu un singur domeniu se pot comporta ca multidomeni. Un pseudodomain este o stare de tranziție de la un domeniu la mai multe domenii. Proprietăți psevdodomennyh particule similare cu cele din un singur domeniu în detrimentul coercivity superior și magnetizarea mai stabilă a acestuia din urmă. Trecerea de la o stare la alta nu se intampla dramatic, ci treptat. Superparamagnetizmpredpolagaet dimensiune foarte mică a particulelor (de la mici urmărește stat singur domeniu) în care energia fluctuațiilor termice este suficientă pentru inversarea magnetizării spontane. Interacțiunea particulelor superparamagnetice se poate comporta ca particule cu un singur domeniu. Caracteristicile pentru toate stările de magnetit au fost studiate în intervalul 10-20 μm. (Dimensiuni magnetit biogen este substanțial mai mică, astfel încât starea domeniului de magnetit în albine au fost determinate prin calcule teoretice și rezultatele experimentale parte).
Spre deosebire de magnetit feromagnetic are o rezistivitate ridicată, mai mică valoarea de inducție de saturație, o inducție dependență de temperatură mai complicată. Feromagnetismul în metale se formează între atomii contiguați. Magnetitul Cationii magnetic sunt departe unul de altul ca anioni de oxigen separate care nu au un moment magnetic și interacțiunea schimbul direct între cationi INDICA-se dovedește foarte slabă sau inexistentă (schimbul indirect).
Datorită rezistivității electrice ridicate, magnetitul are pierderi reduse din cauza curenților turbionari. Inducerea saturației este de aproximativ 20-25% din inducerea saturației fierului. Când părăsiți câmpul magnetic extern, dacă tensiunea este redusă gradual, chiar și la tensiunea zero. Magnetizarea va rămâne magnetit rămâne magnetizată. și anume creează un câmp magnetic în spațiul din jur. Pentru a demagneza complet feromagnetul, este necesară aplicarea tensiunii semnului opus. Aproape toate caracteristicile magnetice introduse pentru feromagneți sunt aplicabile magnetitului.
Dacă magnetitul este încălzit la o anumită temperatură și apoi răcit într-un câmp magnetic constant, atunci apare o termomagnetizare. Magnetizarea spontană în magnetit presupune cea mai mare valoare posibilă, cu condiția ca energia mișcării termice să fie zero (T = 0 ° C). Sensibilitatea magnetică scade cu o creștere semnificativă a temperaturii. Distrugerea comenzii ferimagnetice a magnetitului are loc la o temperatură Curie de TC = 574-585 ° C.