- Kā magnētiskā reakcija rodas vielu iekšienē?
- Magnētiskie domēni
- Magnētiskā histerēze
- Magnētiski cietie un mīkstie materiāli: pielietojums
- Atsauces
Ferromagnetism ir īpašums, kas dod dažām vielām intensīvu un pastāvīgu magnētisko atbildi. Dabā ir pieci elementi ar šo īpašību: dzelzs, kobalts, niķelis, gadolīnijs un disprosijs, pēdējie retzemju slāņi.
Ārēja magnētiskā lauka, piemēram, dabiskā magnēta vai elektromagnēta, klātbūtnē viela reaģē raksturīgā veidā atbilstoši iekšējai konfigurācijai. Lielums, kas kvantitatīvi nosaka šo reakciju, ir magnētiskā caurlaidība.
Magnēti, kas veido tiltu. Avots: Pixabay
Magnētiskā caurlaidība ir lielums bez izmēra, ko piešķir koeficients starp materiāla iekšpusē radītā magnētiskā lauka intensitāti un ārēji izmantotā magnētiskā lauka intensitāti.
Ja šī atbilde ir daudz lielāka par 1, materiālu klasificē kā feromagnētisku. No otras puses, ja caurlaidība nav daudz lielāka par 1, magnētiskā reakcija tiek uzskatīta par vājāku, tie ir paramagnētiski materiāli.
Dzelzs magnētiskā caurlaidība ir aptuveni 10 4 . Tas nozīmē, ka lauks dzelzs iekšpusē ir apmēram 10 000 reizes lielāks nekā lauks, kas tiek uzklāts uz ārpusi. Kas dod priekšstatu par šī minerāla magnētisko reakciju.
Kā magnētiskā reakcija rodas vielu iekšienē?
Ir zināms, ka magnētisms ir efekts, kas saistīts ar elektrisko lādiņu kustību. Tieši no tā sastāv elektriskā strāva. Kur tad rodas tā stieņa magnēta magnētiskās īpašības, ar kuru pie ledusskapja ir iestiprināta piezīme?
Magnēta, kā arī jebkura cita viela satur protonus un elektronus, kuriem ir sava kustība un kas dažādos veidos rada elektriskās strāvas.
Ļoti vienkāršots modelis paredz, ka elektrons ir apļveida orbītā ap kodolu, ko veido protoni un neitroni, tādējādi veidojot niecīgu strāvas cilpu. Katra cilpa ir saistīta ar vektora lielumu, ko sauc par "orbitālo magnētisko momentu", kura intensitāti nosaka strāvas un cilpas noteiktā apgabala reizinājums: Bora magnetons.
Protams, šajā mazajā cilpā strāva ir atkarīga no elektronu lādiņa. Tā kā visu vielu iekšpusē ir elektroni, principā visām ir iespēja izteikt magnētiskās īpašības. Tomēr ne visi no viņiem to dara.
Tas notiek tāpēc, ka tā magnētiskie momenti nav izlīdzināti, bet gan nejauši izvietoti iekšpusē tā, lai makroskopiskie magnētiskie efekti izzustu.
Stāsts ar to nebeidzas. Elektronu kustības ap kodolu magnētiskā momenta produkts nav vienīgais iespējamais magnētisma avots šajā mērogā.
Elektronam ir sava veida rotācijas kustība ap savu asi. Tas ir efekts, kas pārvēršas par raksturīgu leņķisku impulsu. Šo īpašību sauc par elektronu griešanos .
Dabiski, ka tam ir arī saistīts magnētiskais moments, un tas ir daudz spēcīgāks par orbītas momentu. Faktiski vislielākais atoma neto magnētiskā momenta ieguldījums ir caur vērpšanu, tomēr abi magnētiskie momenti: translācijas plus iekšējā leņķiskā impulsa impulss veido kopējo atoma magnētisko momentu.
Šie magnētiskie momenti ir tie, kuriem ir tendence izlīdzināties ārēja magnētiskā lauka klātbūtnē. Un viņi to dara arī ar laukiem, ko materiālā rada kaimiņu momenti.
Tagad elektroni parasti sapārosies atomos ar daudziem elektroniem. Starp elektroniem ar pretēju griešanos veidojas pāri, kā rezultātā griešanās magnētiskais moments tiek atcelts.
Vienīgais veids, kā griešanās veicina kopējo magnētisko momentu, ir tad, ja viens no tiem nav savienots pārī, tas ir, atomam ir nepāra skaits elektronu.
Kā ir ar protonu magnētisko momentu kodolā? Viņiem ir arī griešanās moments, taču netiek uzskatīts, ka tie ievērojami veicina atoma magnētismu. Tas notiek tāpēc, ka griešanās moments ir apgriezti atkarīgs no masas, un protona masa ir daudz lielāka nekā elektronam.
Magnētiskie domēni
Dzelzs, kobalta un niķeļa elementu triādē ar lielu magnētisko reakciju elektronu radītais tīrais griešanās moments nav nulle.Šajos metālos 3d orbitālē esošie elektroni, kas ir visattālākie, ir kas veicina tīkla magnētisko momentu. Tāpēc šādus materiālus uzskata par feromagnētiskiem.
Tomēr ar šo katra atoma individuālo magnētisko momentu nepietiek, lai izskaidrotu feromagnētisko materiālu izturēšanos.
Spēcīgi magnētisko materiālu iekšpusē ir reģioni, kurus sauc par magnētiskajiem domēniem un kuru pagarinājums var mainīties no 10 līdz 4 līdz 10 -1 cm un kuri satur miljardiem atomu. Šajos reģionos kaimiņu atomu neto griešanās momenti ir cieši saistīti.
Kad materiāls ar magnētiskiem domēniem tuvojas magnētam, domēni izlīdzinās viens ar otru, pastiprinot magnētisko efektu.
Tas ir tāpēc, ka domēniem, piemēram, stieņu magnētiem, ir magnētiski stabi, vienādi apzīmēti ar ziemeļiem un dienvidiem, tādi kā stabi atgrūž un pretējie stabi pievelk.
Tā kā domēni sakrīt ar ārējo lauku, materiāls izstaro plaisājošas skaņas, kuras var dzirdēt ar atbilstošu pastiprinājumu.
Šo efektu var redzēt, kad magnēts pievelk mīkstos dzelzs nagus, un tie savukārt uzvedas kā magnēti, kas piesaista citus nagus.
Magnētiskie domēni nav statiskas robežas, kas noteiktas materiālā. Tās lielumu var mainīt, atdzesējot vai sildot materiālu, kā arī pakļaujot to ārēju magnētisko lauku iedarbībai.
Tomēr domēna izaugsme nav neierobežota. Tajā brīdī, kad tos vairs nav iespējams izlīdzināt, tiek teikts, ka ir sasniegts materiāla piesātinājuma punkts. Šis efekts ir atspoguļots zemāk esošajās histerēzes līknēs.
Materiāla karsēšana rada magnētisko momentu izlīdzināšanas zaudējumu. Temperatūra, kurā pilnīgi zaudē magnetizāciju, atšķiras atkarībā no materiāla veida, stieņa magnētam tā parasti tiek zaudēta aptuveni 770 ° C temperatūrā.
Kad magnēts ir noņemts, naglu magnetizācija tiek zaudēta visu laiku notiekošās termiskās uzbudināšanas dēļ. Bet ir arī citi savienojumi, kuriem ir pastāvīga magnetizācija, jo tiem ir spontāni izlīdzināti domēni.
Magnētiskos domēnus var novērot, ja ļoti labi griezts un pulēts ir nemagnetēta feromagnētiskā materiāla, piemēram, mīksta dzelzs, līdzens laukums. Kad tas ir izdarīts, to pārkaisa ar pulvera vai smalka dzelzs pildījumiem.
Mikroskopā tiek novērots, ka skaidas tiek grupētas uz minerālu veidošanās reģioniem ar ļoti precīzi noteiktu orientāciju, ievērojot materiāla magnētiskos domēnus.
Atšķirība dažādu magnētisko materiālu uzvedībā ir saistīta ar domēnu izturēšanos tajos.
Magnētiskā histerēze
Magnētiskā histerēze ir raksturīga īpašība, kurai piemīt tikai materiāli ar augstu magnētisko caurlaidību. Tas neatrodas paramagnētiskos vai diamagnētiskos materiālos.
Tas apzīmē pielietotā ārējā magnētiskā lauka, ko apzīmē ar H, ietekmi uz feromagnētiskā metāla magnētisko indukciju B magnetizācijas un demagnetizācijas cikla laikā. Parādīto grafiku sauc par histerēzes līkni.
Feromagnētiskās histerēzes cikls
Sākumā punktā O nav lauka H vai magnētiskās atbildes B , bet, palielinoties H intensitātei , indukcija B pakāpeniski palielinās, līdz A piesātinājuma lielumam B s , kas ir sagaidāms.
Tagad H intensitāte tiek pakāpeniski samazināta, līdz tā kļūst par 0, līdz ar to mēs sasniedzam punktu C, tomēr materiāla magnētiskā reakcija nepazūd, saglabājot pastāvīgu magnetizāciju , ko norāda vērtība B r . Tas nozīmē, ka process nav atgriezenisks.
Turpmāk H intensitāte palielinās, bet, mainoties polaritātei (negatīva zīme), tā, ka pastāvīgā magnetizācija tiek atcelta punktā D. Nepieciešamā H vērtība tiek apzīmēta ar H c un tiek saukta par piespiedu lauku .
H lielums palielinās, līdz tas atkal sasniedz piesātinājuma vērtību pie E, un tūlīt H intensitāte samazinās, līdz tā sasniedz 0, bet paliek pastāvīga magnetizācija ar polaritāti, kas ir pretēja iepriekš aprakstītajai, punktā F.
Tagad H polaritāte atkal tiek mainīta , un tā lielums tiek palielināts, līdz tiek atcelta materiāla magnētiskā reakcija punktā G. Pēc ceļa GA tā piesātinājums tiek iegūts no jauna. Bet interesanti ir tas, ka jūs tur neesi nokļuvis pa sākotnējo ceļu, ko norāda sarkanās bultiņas.
Magnētiski cietie un mīkstie materiāli: pielietojums
Mīksto dzelzi ir vieglāk magnetizēt nekā tēraudu, un materiāla piesitšana vēl vairāk atvieglo domēnu izlīdzināšanu.
Kad materiālu ir viegli magnetizēt un demagnetizēt, tas tiek uzskatīts par magnētiski mīkstu , un, protams, ja notiek pretējais, tas ir magnētiski ciets materiāls . Pēdējā magnētiskie domēni ir mazi, savukārt pirmajos tie ir lieli, tāpēc tos var redzēt caur mikroskopu, kā aprakstīts iepriekš.
Histerēzes līknes ieskautais laukums ir enerģijas mērījums, kas nepieciešams materiāla magnetizēšanai - demagnetēšanai. Attēlā parādītas divas histerēzes līknes diviem dažādiem materiāliem. Kreisajā pusē ir magnētiski mīksts, bet labajā pusē - ciets.
Mīkstam feromagnētiskam materiālam ir mazs piespiešanas lauks H c un augsta, šaura histerēzes līkne. Tas ir piemērots materiāls, kas jāievieto elektriskā transformatora kodolā. To piemēri ir mīkstais dzelzs un silīcija-dzelzs un dzelzs-niķeļa sakausējumi, kas ir noderīgi sakaru iekārtām.
No otras puses, magnētiski cietos materiālus ir grūti denagnetizēt, tiklīdz tie ir magnetizēti, kā tas notiek alniko sakausējumos (alumīnija-niķeļa-kobalta) un retzemju sakausējumos, ar kuriem tiek izgatavoti pastāvīgie magnēti.
Atsauces
- Eisbergs, R. 1978. Kvantu fizika. Limusa. 557 -577.
- Jauns, Hjū. 2016. Sears-Zemansky's University fizika ar moderno fiziku. 14. ed. Pīrsons. 943.
- Zapata, F. (2003). Mineraloģiju izpēte, kas saistīta ar Guafita 8x eļļas urbumu, kas pieder pie Guafita lauka (Apure štats), izmantojot Mossbauer magnētiskās jutības un spektroskopijas mērījumus. Diplomdarbs. Venecuēlas Centrālā universitāte.