- Kaip magnetinė reakcija atsiranda medžiagų viduje?
- Magnetiniai domenai
- Magnetinė histerezė
- Magnetiškai kietos ir minkštos medžiagos: pritaikymai
- Nuorodos
Ferromagnetyzm yra nuosavybė, kuri suteikia kai kurių medžiagų intensyvų ir nuolatinį magnetinį atsakymą. Gamtoje yra penki elementai, turintys šią savybę: geležis, kobaltas, nikelis, gadolinis ir disprosiumas, pastarieji retieji žemiai.
Esant išoriniam magnetiniam laukui, tokiam, kokį sukuria natūralus magnetas arba elektromagnetas, medžiaga reaguoja būdingu būdu pagal savo vidinę konfigūraciją. Dydis, kuris apibūdina šią reakciją, yra magnetinis pralaidumas.
Magnetai, formuojantys tiltą. Šaltinis: „Pixabay“
Magnetinis pralaidumas - tai be matmens dydis, gaunamas iš medžiagos viduje sukuriamo magnetinio lauko ir išorinio magnetinio lauko intensyvumo koeficiento.
Kai šis atsakymas yra daug didesnis nei 1, medžiaga klasifikuojama kaip feromagnetinė. Kita vertus, jei pralaidumas nėra daug didesnis nei 1, laikoma, kad magnetinis atsakas yra silpnesnis, tai yra paramagnetinės medžiagos.
Geležies magnetinis pralaidumas yra 10 4 . Tai reiškia, kad geležies viduje esantis laukas yra apie 10 000 kartų didesnis nei išorėje. Tai leidžia suprasti, koks galingas šio mineralo magnetinis atsakas.
Kaip magnetinė reakcija atsiranda medžiagų viduje?
Magnetizmas yra žinomas kaip poveikis, susijęs su elektros krūvių judėjimu. Būtent tai ir sudaro elektros srovė. Iš kur atsiranda strypo magneto, ant kurio buvo užklijuotas užrašas ant šaldytuvo, magnetinės savybės?
Magneto, taip pat bet kurios kitos medžiagos, viduje yra protonai ir elektronai, kurie turi savo judesį ir įvairiais būdais sukuria elektros sroves.
Labai supaprastintas modelis daro prielaidą, kad aplink branduolį, sudarytą iš protonų ir neutronų, aplink apskritimo orbitą esantis elektronas sudaro mažą srovės kilpą. Kiekviena kilpa yra susieta su vektoriaus dydžiu, vadinamu „orbitiniu magnetiniu momentu“, kurio intensyvumą nurodo srovės ir kilpos nustatyto ploto sandauga: Bohro magnetonas.
Žinoma, šioje mažoje kilpoje srovė priklauso nuo elektrono krūvio. Kadangi visų medžiagų viduje yra elektronų, visos jos iš esmės turi galimybę išreikšti magnetines savybes. Tačiau ne visi jie tai daro.
Taip yra todėl, kad jo magnetiniai momentai nėra išlyginti, o yra atsitiktinai išdėstyti viduje taip, kad jo makroskopiniai magnetiniai efektai išnyktų.
Istorija tuo nesibaigia. Elektrono judėjimo aplink branduolį magnetinio momento sandauga nėra vienintelis galimas magnetizmo šaltinis šioje skalėje.
Elektronas turi tam tikrą sukimosi judesį aplink savo ašį. Tai yra efektas, kuris virsta vidiniu kampiniu impulsu. Ši savybė vadinama elektronų sukiniu .
Natūralu, kad jis taip pat turi susijusį magnetinį momentą ir yra daug stipresnis nei orbitos momentas. Tiesą sakant, didžiausias atomo grynojo magnetinio momento įnašas yra sukiniu, tačiau abu atomo magnetiniai momentai: vertimo ir vidinio kampinio impulso momentas - sukuria bendrą atomo magnetinį momentą.
Šie magnetiniai momentai yra tie, kurie linkę išlyginti esant išoriniam magnetiniam laukui. Jie taip pat tai daro su laukais, kuriuos medžiagoje sukuria kaimyniniai momentai.
Dabar elektronai paprastai poromis susideda iš atomų su daugybe elektronų. Tarp elektronų, turinčių priešingą sukimąsi, susidaro poros, todėl nugaros magnetinis momentas atsistato.
Vienintelis būdas, kuriuo nugara prisideda prie bendro magnetinio momento, yra tas, jei vienas iš jų nėra suporuotas, ty atomas turi nelyginį skaičių elektronų.
O kaip magnetinis protonų momentas branduolyje? Na, jie taip pat turi sukimosi momentą, tačiau nelaikoma, kad jis reikšmingai prisideda prie atomo magnetizmo. Taip yra todėl, kad sukimosi momentas yra atvirkščiai priklausomas nuo masės, o protono masė yra daug didesnė nei elektrono.
Magnetiniai domenai
Geležies, kobalto ir nikelio elementų, turinčių didelę magnetinę reakciją, triada, elektronų sukuriamas grynasis sukimosi momentas nėra lygus nuliui.Šiuose metaluose 3d orbitalės elektronai, atokiausi, yra kurie prisideda prie grynojo magnetinio momento. Štai kodėl tokios medžiagos laikomos feromagnetinėmis.
Tačiau šio individualaus kiekvieno atomo magnetinio momento nepakanka feromagnetinių medžiagų elgsenai paaiškinti.
Stipriai magnetinių medžiagų viduje yra regionai, vadinami magnetiniais domenais , kurių ilgis gali svyruoti nuo 10–4 iki 10 –1 cm ir kuriuose yra milijardai atomų. Šiuose regionuose kaimyninių atomų grynieji sukimosi momentai yra glaudžiai susieti.
Kai medžiaga, turinti magnetinius domenus, artinasi prie magneto, domenai sulygiuoja vienas su kitu, sustiprindami magnetinį efektą.
Taip yra todėl, kad domenai, kaip ir juostiniai magnetai, turi magnetinius polius, vienodai pažymėtus šiaurę ir pietus, tokius, kad tarsi stulpai atstumia, o priešingybės traukia.
Kai domenai sutampa su išoriniu lauku, medžiaga skleidžia trūkinėjančius garsus, kuriuos galima išgirsti tinkamai juos sustiprinant.
Šis poveikis gali būti pastebimas, kai magnetas pritraukia minkštus geležinius nagus, o šie savo ruožtu elgiasi kaip magnetai, pritraukiantys kitus nagus.
Magnetiniai domenai nėra statinės ribos, nustatytos medžiagoje. Jos dydį galima pakeisti aušinant ar kaitinant medžiagą, taip pat veikiant išorinius magnetinius laukus.
Tačiau domeno augimas nėra neribotas. Tuo metu, kai jų nebeįmanoma sulyginti, sakoma, kad pasiektas medžiagos įsotinimo taškas. Šis poveikis atsispindi žemiau pateiktose histerezės kreivėse.
Medžiaga įkaista dėl to, kad netenkama magnetinių momentų suderinimo. Temperatūra, kurioje visiškai prarandama įmagnetinimas, skiriasi priklausomai nuo medžiagos rūšies, nes strypo magnetas paprastai prarandamas esant maždaug 770ºC.
Pašalinus magnetą, nagų įmagnetinimas prarandamas dėl visą laiką vykstančio šiluminio sujaudinimo. Tačiau yra ir kitų junginių, turinčių nuolatinį įmagnetinimą, nes jie turi savaime suderintus domenus.
Magnetinius domenus galima pastebėti, kai labai gerai pjaustomas ir nušlifuotas negludintos feromagnetinės medžiagos, tokios kaip minkšta geležis, plotas. Tai padarius, jis apibarstomas miltelių arba plonos geležies drožlėmis.
Po mikroskopu pastebėta, kad drožlės yra suskirstytos į mineralus formuojančias sritis labai tiksliai apibrėžta orientacija, laikantis medžiagos magnetinių sričių.
Skirtingų magnetinių medžiagų elgesys skiriasi dėl to, kaip domenai elgiasi jose.
Magnetinė histerezė
Magnetinė histerezė yra savybė, kurią turi tik didelės magnetinio pralaidumo medžiagos. Jo nėra paramagnetinėse ar diamagnetinėse medžiagose.
Tai parodo išorinio magnetinio lauko, kuris žymimas H, poveikį feromagnetinio metalo magnetinei indukcijai B įmagnetinimo ir demagnetizavimo ciklo metu. Parodytas grafikas vadinamas histerezės kreive.
Feromagnetinės histerezės ciklas
Iš pradžių taške O nėra jokio taikomo lauko H ar magnetinio atsako B , tačiau didėjant H intensyvumui indukcija B palaipsniui didėja, kol A taške pasiekiama soties amplitudė B s , kurios tikimasi.
Dabar H intensyvumas palaipsniui mažėja, kol tampa 0, o pasieksime tašką C, tačiau medžiagos magnetinis atsakas neišnyksta, išlaikant nuolatinį įmagnetinimą, nurodytą reikšme B r . Tai reiškia, kad procesas nėra grįžtamas.
Iš ten intensyvumo H didėja, o su poliškumo atstatomas (neigiamas ženklas), taip, kad remanent įmagnetinimo yra atšauktas D. taško reikiamą vertę H yra pažymėta kaip H C ir yra vadinamas prievartos lauką .
H dydis didėja, kol vėl pasiekia soties vertę E ir iš karto H intensyvumas mažėja, kol pasiekia 0, tačiau išlieka nuolatinis įmagnetinimas, kurio poliškumas priešingas anksčiau aprašytam, taške F.
Dabar H poliškumas vėl keičiamas , o jo dydis didinamas, kol atšaukiama medžiagos magnetinė reakcija taške G. Po kelio GA vėl gaunamas jo prisotinimas. Bet įdomu tai, kad jūs nepatekote į pradinį kelią, kurį nurodo raudonos rodyklės.
Magnetiškai kietos ir minkštos medžiagos: pritaikymai
Minkštą geležį lengviau magnetizuoti nei plieną, o prispaudus medžiagą, dar labiau palengvėja sričių sulyginimas.
Kai medžiagą lengva magnetizuoti ir demagnetizuoti, ji sako, kad ji yra magnetiškai minkšta , ir, žinoma, jei atsitinka priešingai, tai yra magnetiškai kieta medžiaga . Pastarajame magnetiniai domenai yra maži, tuo tarpu ankstesniuose jie yra dideli, todėl juos galima pamatyti per mikroskopą, kaip aprašyta aukščiau.
Histerezės kreivės uždengtas plotas yra energijos, reikalingos medžiagai magnetizuoti - demagnetizuoti, matas. Paveiksle pavaizduotos dvi skirtingų medžiagų histerezės kreivės. Kairėje esanti dalis yra magnetiškai minkšta, o dešinėje - kieta.
Minkšta feromagnetinė medžiaga turi mažą prievartos lauką H c ir aukštą, siaurą histerezės kreivę. Tinkama medžiaga turi būti dedama į elektros transformatoriaus šerdį. Jų pavyzdžiai yra minkšta geležis ir silicio-geležies ir geležies-nikelio lydiniai, naudingi ryšių įrangai.
Kita vertus, magnetiškai kietoms medžiagoms sunku atsistatyti įmagnetinus, kaip tai daroma su alniko lydiniais (aliuminio-nikelio-kobalto) ir retųjų žemių lydiniais, su kuriais gaminami nuolatiniai magnetai.
Nuorodos
- Eisberg, R. 1978. Kvantinė fizika. Limusa. 557–577.
- Jaunas, Hugh. 2016. Searso-Zemanskio universiteto fizika su šiuolaikine fizika. 14-asis Ed Pearsonas. 943.
- Zapata, F. (2003). Mineralogijų, susijusių su „Guafita 8x“ naftos šuliniu, priklausančiu „Guafita“ laukui (Apure valstijoje), tyrimas naudojant Mossbauerio magnetinio jautrumo ir spektroskopijos matavimus. Diplominis darbas. Centrinis Venesuelos universitetas.