Właściwości magnetyczne materiałów

Pliki żelaza reagują na pole magnetyczne magnesu i przyjmują wzór ich linii

Jakie są właściwości magnetyczne materiałów?

Właściwości magnetyczne Materiałów są objawy, które wykazują one przed obecnością zewnętrznych pól magnetycznych, a także do faktu, że istnieją pierwiastki i związki, które spontanicznie wytwarzają te pola.

Przykładami materiałów o znaczących właściwościach magnetycznych są żelazo, kobalt i nikiel, oprócz niektórych tlenków żelaza, takich jak magnetyt i maghemic, tlenki chromu, tlenki niklu i stopy, takie jak alniczne (aluminium, nikiel i kobalt).

Jego magnetyzm przejawia się przez przyciąganie wywierane przez pręty wykonane z tych materiałów na zgłoszenia żelaza, metalowe klipsy, monety i inne małe metalowe obiekty.

Jeśli żelazne pliki są umieszczone na arkuszu papieru i przekazują magnes barowy poniżej, obserwuje się, że pliki są zorganizowane w wzorze zakrzywionych i zamkniętych linii, które pozostawiają jeden koniec paska, a kończą się w drugim.

Jest to wzór pola magnetycznego, które produkuje magnes i jest tworzony dzięki odpowiedzi na zgłoszenia. Po usunięciu magnesu pliki można łatwo zdezorganizować.

Pochodzenie magnetyzmu w polu jest ruch elektronów wewnątrz atomu. Elektrony mają ruch napędzany przez przyciąganie elektrostatyczne wywierane przez rdzeń, a także mają spin, całkowicie kwantową jakość, analogiczną do elektronu obracania się wokół własnej osi.

W rezultacie elektron zachowuje się jak niewielka prądowa spira, która wytwarza własne pole magnetyczne.

Reakcja magnetyczna

Wszystkie substancje niewyraźnie reagują na zewnętrzne pole magnetyczne. Jest tak, ponieważ w każdym atomie ruch orbity elektronów tworzy wektor zwany Moment magnetyczny orbitalny, A spin tworzy Magnetyczny moment Spin.

Między nimi generują moment magnetyczny elektronu, a to z kolei przyczynia się do netto momentu magnetycznego atomu.

Może ci służyć: średnie przyspieszenie: jak jest obliczane i rozwiązane

Nawiasem mówiąc, protony, które lubią elektrony, są cząstki obciążone w ruch. Można więc uznać, że atomowy moment magnetyczny zależy prawie całkowicie od jego elektronów.

W większości materiałów momenty magnetyczne są losowo rozmieszczone, co powoduje netto atomowy moment magnetyczny 0. Ale w materiałach, które są zdolne do produkcji własnego pola magnetycznego, momenty są znacznie bardziej zorganizowane, nie anulują się i generują nie -voidowy moment magnetyczny.

Załóżmy teraz, że materiał jest umieszczony w obecności zewnętrznego pola magnetycznego, które może wyrównać nieuporządkowane momenty magnetyczne w materiale i stworzyć inny moment magnetyczny od 0. Spowodowałoby to magnetyczną odpowiedź danej substancji.

Istnieją trzy rodzaje odpowiedzi:

• Diamagnetyzm
• Paramagnetyzm
• Ferromagnetyzm

Podatność magnetyczna

Aby scharakteryzować każdą z tych odpowiedzi, istnieje ilość fizyczna bez wymiarów zwanych podatność magnetyczna. Jego wartość informuje o stopniu magnetyzacji, który substancja może pokazać w obecności zewnętrznego pola magnetycznego.

Tak M Jest to wektor magnetyzacji utworzony przez wektor netto moment magnetyczny na jednostkę objętości w materiale, H Zewnętrzne pole magnetyczne i χ wrażliwość magnetyczna musi, dla wielu substancji:

M = χ ∙H

To znaczy magnetyzacja utworzona w materiale jest wprost proporcjonalna do zastosowanego pola zewnętrznego.

Główne właściwości magnetyczne materiałów

1. Diamagnetyzm

Wszystkie materiały bez wyjątku, obecna reakcja diamagnetyczna, która zawsze jest odpychająca na zewnętrzne pole magnetyczne. Jeśli jest to jedyny efekt, jaki pole zewnętrzne ma na materiał, jest to uważane za diamagnetyczne.

Może ci służyć: nanometr: równoważniki, zastosowania i przykłady, ćwiczenia

Odpychanie pochodzi z prawa Faraday-Lenza, ponieważ pole zewnętrzne wywołuje prąd w materiale, który zawsze sprzeciwia się przyczynie.

Materiały o najbardziej zaakcentowanej reakcji diamagnetycznej to bizmut i antymon. Diamagnetyzm można również zaobserwować w przypadku drewna, wody, soli, w metalach takich jak złoto, srebro i miedź oraz w niektórych gazach, takich jak hel.

Magnetyczna podatność tych materiałów jest zawsze ujemna, na przykład, Bismuth wynosi -16.6 (bez jednostek, ponieważ brakuje wymiarów).

2. Paramagnetyzm

Istnieją atomy z netto magnetycznym o niewielkiej wielkości. Kiedy są narażone na zewnętrzne pole magnetyczne, ćwiczy moment obrotowy, który ma tendencję do wyrównania poszczególnych momentów magnetycznych z tym polem.

Odpowiedź materiału na pole to przyciąganie, generując wektor magnesowania M sieć w środku. Dlatego podatność magnetyczna materiału paramagnetycznego jest zawsze pozytywna.

Podczas podgrzewania materiału wyrównanie magnetyzacji uzyskanego z polem zewnętrznym jest przeciwdziałane przez agitacja termiczna, która ma tendencję do niszczenia.

Eksperymentalnie wiadomo, że podatność magnetyczna χ materiałów paramagnetycznych zależy od temperatury t jako:

Gdzie C jest stałą danego paramagnetycznego materiału. To równanie reprezentuje Prawo curie.

Przykładami materiałów paramagnetycznych są: uran, platyna, glin, sód, siarczan miedzi i ziem rzadkich.

3. Ferromagnetyzm

W materiałach ferromagnetycznych, takich jak żelazo, nikiel, kobalt i stopy, momenty magnetyczne każdego atomu mają tendencję do wyrównania się znacznie, tworząc mikro regiony zwane Domeny magnetyczne.

Domeny są losowo zorientowane, gdy materiał nie jest magnetyzowany, taki jak żelazny paznokcie, dzięki czemu energia potencjalna w materiale minimalna.

Może ci służyć: pozorna gęstość: rozstrzygnięte formuły, jednostki i ćwiczenia

Ale przy stosowaniu zewnętrznego pola magnetycznego granice domen są modyfikowane, zyskując rozmiar tych, które udaje się wyrównać z polem zewnętrznym. Jeśli jest to wystarczająco intensywne, wszystkie domeny nabywają ten sam kierunek, a materiał jest w nim magnetyzowany.

Żelazne obiekty, nikiel lub kobalt, o wysokiej podatności magnetycznej, mogą uzyskać intensywną magnetyzację, gdy podlega wpływowi silnego pola zewnętrznego i zachować je głównie po tłumieniu pola. W ten sposób możesz wyprodukować stałe magnesy.

Podobnie jak w przypadku materiałów paramagnetycznych, ferromagnetyzm zmniejsza się wraz z temperaturą, znikając w krytycznej temperaturze zwanej Temperatura curie.

Innym sposobem osłabienia magnetyzacji jest upuszczenie magnesu lub uderzenie go, ponieważ uderzenia zwykle cofają domeny magnetyczne.

Ferrimagnetyzm

W materiałach ferrimagnetycznych istnieje również porządek w poszczególnych momentach magnetycznych każdego atomu. Wszystkie są wyrównane w tym samym kierunku, ale na przemian znaczenie, co oznacza, że ​​niektóre można anulować, ale nie wszystkie, więc wynik jest magnetyzacja netto w materiale.

Przykładem materiału ferrimagnetycznego jest maghemita, tlenek żelaza, który w określonych warunkach powstaje z magnetytu i wykazuje silny magnetyzm.

4. Antyferromagnetyzm

Innym sposobem, w jaki zamawiane są momenty magnetyczne, jest antyrównoległość, to znaczy naprzemiennie ich zmysły, jak w tlenku manganu, więc nie reagują w ten sam sposób na zewnętrzne pola, że ​​materiały ferromagnetyczne.

Interesujące tematy

Właściwości optyczne materiałów