Magnetyzacja orbitalna i spinowa moment magnetyczny, przykłady

namagnesowanie Jest to ilość wektora, która opisuje stan magnetyczny materiału i jest zdefiniowana jako ilość dipolowych momentów magnetycznych na jednostkę. Materiał magnetyczny można rozważyć -na przykład nikiel lub na przykład, gdyby był on ustanowiony przez wiele małych magnesów zwanych dipolami.

Zwykle te dipole, które z kolei mają północne i południowe bieguny magnetyczne, są rozmieszczone z pewnym stopniem zaburzeń w objętości materiału. Zaburzenie jest niższe w materiałach o silnych właściwościach magnetycznych, takich jak żelazo i większe u innych z mniej oczywistym magnetyzmem.

Rysunek 1. Dipole magnetyczne są losowo ułożone w materiale. Źródło: f. Zapata.

Jednak podczas umieszczania materiału na środku zewnętrznego pola magnetycznego, takiego jak ten, który występuje wewnątrz elektromagnesu, dipole są zorientowane zgodnie z polem, a materiał jest w stanie zachowywać się jak magnes (ryc. 2).

Rysunek 2. Umieszczając na przykład materiał jak kawałek żelaza, wewnątrz elektromagnesu, przez który przepuszczam prąd, pole magnetyczne tego wyrównuje dipole w materiale. Źródło: f. Zapata.

Być M Wektor magnetyzacji, który jest zdefiniowany jako:

Gdzie M_Siema To z kolei inny wektor, zwany Dipolarna moment magnetyczny. Pochodzenie tego wektora znajduje się w atomie i będzie jasne w poniższej sekcji.

Teraz intensywność magnetyzacji w materiale, w wyniku zanurzenia w polu zewnętrznym H, Dlatego jest proporcjonalny:

M ∝ H

Stała proporcjonalności zależy od materiału, nazywa się podatnością magnetyczną i oznacza jako χ:

M =χ. H

Jednostki M W systemie międzynarodowym są one amper/miernik, a także te H, Dlatego χ jest bezwymiarowy.

[TOC]

Moment magnetyczny orbitalny i spinowy

Magnetyzm wynika z poruszających się obciążeń elektrycznych, dlatego w celu ustalenia magnetyzmu atomu, musimy wziąć pod uwagę ruchy naładowanych cząstek, które to tworzą.

Może ci służyć: pojemność cieplna Rysunek 3. Ruch elektronów wokół jądra przyczynia się do magnetyzmu z orbitalnym momentem magnetycznym. Źródło: f. Zapata.

Począwszy od elektronu, który jest rozważany przez kradzież jądra atomowego, jest jak niewielka spirala (obwód zamknięty lub pętla prądu zamknięta). Ten ruch przyczynia się do magnetyzmu atomu dzięki wektorowi momentu magnetycznego orbitalnego M, którego wielkość jest:

M = i.DO

Gdzie Siema Jest to intensywność prądu i DO Jest to obszar zablokowany przez pętlę. Dlatego jednostki M W systemie międzynarodowym (SI) są wzmacniacz x metr kwadratowy.

Wektor M Jest prostopadle do płaszczyzny spazowej, jak pokazano na rycinie 3 i jest kierowany, jak wskazuje zasada prawego kciuka.

Kciuk jest zorientowany w kierunku prądu, a pozostałe cztery palce są zwinięte wokół pętli, wskazując. Ten mały obwód jest równoważny magnesowi prętowej, jak wskazano na rycinie 3.

Magnetyczny moment Spin

Oprócz orbitalnego momentu magnetycznego elektron zachowuje. Nie zdarza się to dokładnie w ten sposób, ale wynikowy efekt jest taki sam, więc jest to kolejny wkład, który należy wziąć pod uwagę za moment magnetyczny netto atomu.

W rzeczywistości moment magnetyczny Espína jest bardziej intensywny niż moment orbity i jest głównym odpowiedzialnym za magnetyzm netto substancji.

Rysunek 4. Moment magnetyczny Espína jest tym, który najwięcej przyczynia się do magnetyzacji netto materiału. Źródło: f. Zapata.

Momenty Espína są wyrównane w obecności zewnętrznego pola magnetycznego i tworzą efekt wodospadu, wyrównując sukcesywnie z sąsiednimi chwilami.

Nie wszystkie materiały wykazują właściwości magnetyczne. Wynikają one z faktu, że przeciwne elektrony spinowe tworzą pary i anulują ich odpowiednie momenty magnetyczne Espín.

Może ci służyć: współczesna fizyka: dziedzina nauki, gałęzie i zastosowania

Tylko jeśli ktoś zostanie zniknięty, wkład w całkowity moment magnetyczny. Dlatego tylko atomy z nieparzystą liczbą elektronów mają możliwość bycia magnetycznym.

Protony w jądrze atomowym wnoszą również niewielki wkład w całkowity moment magnetyczny atomu, ponieważ mają one również spin, a zatem powiązany moment magnetyczny.

Ale zależy to odwrotnie od ciasta, a proton jest znacznie większy niż elektron.

Przykłady

Wewnątrz cewki, przez którą przechodzi prąd elektryczny, tworzone jest jednolite pole magnetyczne.

I jak opisano na ryc. 2, podczas umieszczania tam materiału, momenty magnetyczne są wyrównane z polem cewki. Efektem netto jest wytworzenie bardziej intensywnego pola magnetycznego.

Transformatory, urządzenia, które zwiększają lub zmniejszają napięcia alternatywne, są dobrymi przykładami. Składają się z dwóch cewek, szkoły podstawowej i średniej, przytłoczonych słodkim żelaznym rdzeniem.

Rysunek 5. W rdzeniu transformatora występuje magnetyzacja netto. Źródło: Wikimedia Commons.

Cewka pierwotna jest wytwarzany przez zmieniający prąd, który naprzemiennie modyfikuje linie pola magnetycznego w jądrze, co z kolei indukuje prąd w cewce wtórnej.

Częstotliwość oscylacji jest taka sama, ale wielkość jest inna. W ten sposób można uzyskać główne lub niewielkie napięcia.

Zamiast kręcić cewki do solidnego żelaznego rdzenia, jest to preferowane.

Przyczyną jest obecność prądów Foucaulta w jądrze, które mają efekt bardzo podgrzewania, ale prądy indukowane w arkuszach są niższe, a zatem ogrzewanie urządzenia jest zminimalizowane.

Ładowarki bezprzewodowe

Telefon komórkowy lub elektryczna szczoteczka do zębów może być naładowana przez indukcję magnetyczną, znaną jako obciążenie bezprzewodowe lub obciążenie indukcyjne.

Działa w następujący sposób: istnieje stacja bazowa lub towarowa, która ma główny elektromagnes lub cewkę, która sprawia, że ​​zmieniająca się obecna przepustka. W uchwycie szczotki umieszczono kolejną cewkę (wtórną).

Może ci służyć: jaki jest proces izotermiczny? (Przykłady, ćwiczenia)

Prąd w cewce pierwotnej z kolei indukuje prąd w cewce mango, gdy pędzel jest umieszczony w stacji obciążenia, i zajmuje się ładowaniem akumulatora, który jest również znaleziony w uchwycie.

Wielkość prądu indukowanego wzrasta, gdy rdzeń materiału ferromagnetycznego jest umieszczany w głównej cewce, którą może być żelazo.

Aby cewka pierwotna wykryła bliskość cewki wtórnej, system emituje sygnał przerywany. Po otrzymaniu odpowiedzi opisany jest opisany mechanizm, a prąd zaczyna być indukowany bez potrzeby kabli.

Ferrofluid

Kolejnym interesującym zastosowaniem właściwości magnetycznych materii są ferrofluid. Składają się one z drobnych cząstek magnetycznych związku ferrytu, zawieszonego w ciekłym pożywce, która może być organiczna lub nawet woda.

Cząstki są pokryte substancją, która zapobiega ich aglomeracji, a zatem pozostają rozłożone w cieczy.

Chodzi o to, że zdolność do przepływu z płynu jest połączona z magnetyzmem cząstek ferrytu, które nie są silnie magnetyczne, ale nabywa magnetyzację w obecności pola zewnętrznego, jak opisano wcześniej.

Nabyta magnetyzacja znika, gdy tylko pole zewnętrzne zostanie usunięte.

Ferrofluidy zostały pierwotnie opracowane przez NASA w celu zmobilizowania paliwa wewnątrz statku bez grawitacji, co daje impuls za pomocą pola magnetycznego.

Obecnie ferrofluidy mają wiele zastosowań, niektóre wciąż w fazie eksperymentalnej, na przykład:

- Zmniejsz tarcie w głośnikach i słuchawkach (unikaj pogłosu).

- Pozwól na oddzielenie materiałów o różnej gęstości.

- Działaj jak znaczki na osie dysków twardych i odpychają brud.

- Jako leczenie raka (w fazie eksperymentalnej). Ferrofluid jest wstrzykiwany do komórek rakowych i stosuje się pole magnetyczne, które wytwarza małe prądy elektryczne. Ciepło generowane przez te ataki złośliwe komórki i niszczy je.

Bibliografia

1. Brazylijski Journal of Physics. Ferrofluids: Właściwości i zastosowania. Odzyskane z: sbfisica.org.Br
2. Figueroa, zm. (2005). Seria: Fizyka nauk i inżynierii. Tom 6. Elektromagnetyzm. Pod redakcją Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, zm.  2006. Fizyka: zasady z aplikacjami. 6th.Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, L. 2007. Fizyka: spojrzenie na świat. 6. skrócone wydanie. Cengage Learning. 233.
5. Shipman, J. 2009. Wprowadzenie do nauk fizycznych. Cengage Learning. 206-208.