Kokia yra ampero hipotezės esmė? Ampero hipotezė

Norėdami paaiškinti kūnų įmagnetinimą, Ampere'as pasiūlė, kad medžiagos molekulėse cirkuliuotų žiedinės srovės (molekulinės srovės). Kiekviena tokia srovė turi magnetinį momentą ir sukuria magnetinį lauką supančioje erdvėje. Nesant išorinis laukas molekulinės srovės yra orientuotos atsitiktinai, dėl to jų sukeltas laukas lygus nuliui. Dėl chaotiškos atskirų molekulių magnetinių momentų orientacijos, suminė magnetinis momentas kūnai taip pat lygus nuliui. Lauko įtakoje molekulių magnetiniai momentai įgauna vyraujančią orientaciją viena kryptimi, ko pasekoje magnetas įmagnetinamas – jo bendras magnetinis momentas tampa nuliniu. Atskirų molekulinių srovių magnetiniai laukai šiuo atveju nebekompensuoja vienas kito ir atsiranda laukas B

Magnetizmo tyrimo pradžioje paaiškinti savybes nuolatiniai magnetai Ampere'as tuo metu iškėlė drąsią hipotezę apie vadinamųjų „molekulinių srovių“ egzistavimą, kurių visuma paaiškina. magnetines savybes medžiagų. Šiuo metu Ampero hipotezė atrodo beveik akivaizdi, fiziniai mechanizmai, atsakingi už medžiagų magnetines savybes, buvo ištirti daug giliau, nei buvo įmanoma Ampero laikais;

Ampero hipotezė. Amperas(1775-1836) iškėlė hipotezę apie kiekvienos materijos molekulės viduje cirkuliuojančių elektros srovių egzistavimą. 1897 metais Hipotezę patvirtino anglų mokslininkas Tomsonas, o 1910 m. Sroves išmatavo amerikiečių mokslininkas Millikanas. Išvada: elektronų judėjimas yra apskrito srovė, bet aplink laidininką, tekančią elektros srovę, yra magnetinis laukas.

Magnetinis laukas- Tai ypatinga rūšis reikalas, specifinė savybė kuris yra veiksmas judant elektros krūvis, laidininkai su srove, kūnai su magnetiniu momentu, kurių jėga priklauso nuo krūvio greičio vektoriaus, srovės krypties laidininke ir kūno magnetinio momento krypties.

Magnetizmo istorija siekia senovės laikus, iki senovės civilizacijos Mažoji Azija. Tai buvo Mažosios Azijos teritorijoje, Magnezijoje Rokas, kurių pavyzdžiai traukė vienas kitą. Remiantis vietovės pavadinimu, tokie pavyzdžiai buvo pradėti vadinti „magnetais“. Bet koks strypo ar pasagos formos magnetas turi du galus, vadinamus poliais; Būtent šioje vietoje jo magnetinės savybės yra ryškiausios. Jei pakabinsite magnetą ant stygos, vienas polius visada bus nukreiptas į šiaurę. Kompasas yra pagrįstas šiuo principu. Į šiaurę nukreiptas laisvai kabančio magneto polius vadinamas Šiaurės ašigalis magnetas (N). Priešingas polius vadinamas Pietų ašigalis(S).

Magnetiniai poliai sąveikauja tarpusavyje: kaip poliai atstumia, o skirtingai nei poliai traukia. Panašiai kaip elektrinio lauko, supančio elektros krūvį, samprata, įvedama magnetinio lauko aplink magnetą sąvoka.

1820 metais Oerstedas (1777-1851) atrado, kad magnetinė adata, esanti šalia elektros laidininkas, nukrypsta srovei tekant laidininku, t.y., aplink srovę nešantį laidininką sukuriamas magnetinis laukas. Jei imsime rėmą su srove, tai išorinis magnetinis laukas sąveikauja su rėmo magnetiniu lauku ir turi jam orientacinį poveikį, t. y. yra rėmo padėtis, kurioje išorinis magnetinis laukas maksimaliai sukasi jį. , ir yra padėtis, kai sukimo momento jėga lygi nuliui.

Šaltinis srovė (teoriškai elektros grandinės) - elementas, dviejų gnybtų tinklas, kurio srovė nepriklauso nuo įtampos jo gnybtuose (poliuose). Taip pat vartojami terminai srovės generatorius ir idealas. šaltinis srovė

Magnetinė indukcija.

Jei dalelės krūvis yra q, jos greitis yra v, o indukcija magnetinis laukas tam tikrame erdvės taške lygi B, tada jėga lygi:

Taigi B yra vektorius, kurio dydis ir kryptis yra tokie, kad Lorenco jėga, veikianti judantį krūvį iš magnetinio lauko, yra lygi:

Čia alfa yra kampas tarp greičio vektoriaus ir magnetinės indukcijos vektoriaus. Lorenco jėgos vektorius F yra statmenas greičio vektoriui ir magnetinės indukcijos vektoriui. Jo kryptis teigiamai įkrautos dalelės judėjimo vienodame magnetiniame lauke atveju nustatoma pagal kairiosios rankos taisyklę:

"Jei kairiarankis išdėstyti taip, kad magnetinės indukcijos vektorius patektų į delną, o keturi ištiesti pirštai būtų nukreipti teigiamai įkrautos dalelės judėjimo kryptimi, tada sulenkti 90 laipsnių nykštys parodys Lorenco jėgos kryptį“.

Kadangi srovė laidininke yra įkrautų dalelių judėjimas, magnetinė indukcija taip pat gali būti apibrėžta kaip maksimalaus mechaninio momento, veikiančio nuo vienodo magnetinio lauko ant rėmo su srove, santykis su srovės rėmelyje ir ploto sandauga. iš rėmo:

Magnetinė indukcija yra pagrindinė magnetinio lauko savybė, kaip ir elektrinio lauko stiprumas. SI sistemoje magnetinė indukcija matuojama teslomis (T), in GHS sistema- Gause (Gs). 1 Tesla = 10 000 Gausų. 1 T yra tokio vienodo magnetinio lauko indukcija, kurioje didžiausias 1 Nm mechaninis sukimo momentas veikia 1 m2 ploto rėmą, per kurį teka 1 A srovė.

Beje, Žemės magnetinio lauko indukcija 50° platumoje yra vidutiniškai 0,00005 Tesla, o ties pusiauju – 0,000031 Tesla. Magnetinės indukcijos vektorius visada nukreiptas tangentiškai į magnetinio lauko liniją.

Grandinę, esančią tolygiame magnetiniame lauke, prasiskverbia magnetinis srautas Ф, magnetinės indukcijos vektoriaus srautas. Magnetinio srauto Ф dydis priklauso nuo magnetinės indukcijos vektoriaus krypties grandinės atžvilgiu, nuo jo dydžio ir nuo grandinės ploto, kurį prasiskverbia magnetinės indukcijos linijos. Jei vektorius B yra statmenas kontūro plotui, tai magnetinis srautas F prasiskverbimas į kontūrą bus maksimalus.

Magnetinės jėgos.

Veikiantis magnetinis laukas vadinamas jėga Jėga, veikianti srovės laidininką, laidininko ilgį, magnetinio vektoriaus magnetinę kryptį lemia kairiųjų judančių krūvių taisyklė plačiai ciklotrono greitintuve. gerai žinoma, kad magnetiniai nuolatiniai magnetai. Pastovios medžiagos, bet visos medžiagos sukuria magnetinį lauką. Pagal mikroskopines sroves, Faradėjaus dėsnis, pagrindinis emf dėsnis. indukcija laidininke kerta magnetinę jėgą Jei uždaras laidininkas keičia magnetinį laidininką magnetiniame lauke, sukuriančiame kitame laidininko gale, skirtumas atsiranda tik tada, kai laidininkas pašalinamas iš magnetinio elektromagnetinio laidininko, kai įtampa, kurią sukelia emf lauko kampas juda daugiau Santykinis atsiranda dėl lauko judėjimo arba abu juda stačiu kampu mažesniu nei 90 laipsnių, laidininkas juda lygiagrečiai, tuo labiau indukuota jėga tam tikra jėga veikia laidininką su srovės Ampere jėga.

FA = I B ∆l sin α.

ant laidininko, kuriuo teka srovė, yra tiesiogiai proporcinga laidininkui, magnetinei indukcijai ir kampo tarp magnetinės indukcijos vektoriaus krypties sinusui. Ampero jėgos kryptis į kairės rankos taisyklę. Be to, magnetinis laukas veikia dalelę, esančią magnetiniame lauke, vadinamą Lorenco jėga. Lorenco jėgą galima nustatyti pagal formulę:

FL = qυ Bsin α.

Lorenco jėga judančią dalelę veikia iš magnetinės pusės, kuri yra statmena ir neatlieka jokio darbo. Magnetinis veiksmas plačiai naudojamas moderni technologija, pavyzdžiui, akceleratorius elementariosios dalelės. magnetinis laukas sukuriamas ne tik elektriniai magnetai. Nuolatiniai magnetai gali būti pagaminti iš medžiagų, esančių magnetiniame lauke, kurias įmagnetina laukas. Pagal Ampero hipotezę, šiuos laukus sukuria atomų ir molekulių viduje cirkuliuojančios srovės, suformuluotas pagrindinis elektromagnetizmo dėsnis, nes laidininkas yra tiesiogiai proporcingas greičiui, kuriuo magnetinės jėgos linijos, t.y. kitimo greitis magnetinis laidininkas juda magnetiniame lauke arba yra magnetiniame lauke, tada a elektrosŠiame lauke elektronai juda į vieną laidininko galą, nes trūksta elektronų. Dėl to atsiranda potencialų skirtumas. Šis potencialų skirtumas perkelia laidininką magnetinio lauko atžvilgiu, laisvųjų elektronų grįžta Elektromagnetinė indukcija vyksta dviem laidininkais juda magnetinio lauko atžvilgiu, kai magnetinis laukas juda laidininke atsirandančios įtampos atžvilgiu, vadinamas indukcine įtampa, arba emf induced emf. nustatomas pagal magnetinio lauko, kuriuo laidininkas juda, dydį, palyginti su kampu, kuriuo jis yra lauko atžvilgiu, ir laidininko ilgį. Kuo stipresnis magnetinis laukas, tuo didesnė emf vertė. indukcija.

Kuo greičiau jis juda lauko atžvilgiu, tuo daugiau Santykinis judėjimas laidininkas ir magnetinis laidininko judėjimas (bet ne išilgai paties kito. Didžiausia įtampa indukuojama stačiu kampu elektros laidai Indukuojama magnetiniais laipsniais mažesnė įtampa. Jei lygiagreti jėgos linijoms, emf. Indukcinė įtampa nebeatsiranda.

Magnetinės medžiagų savybės.

Kiekviena medžiaga yra magnetinė, t.y. geba įgyti magnetinį momentą (įmagnetinti) veikiant magnetiniam laukui. Pagal šio momento dydį ir kryptį, taip pat priežastis, sukėlusias jį, visos medžiagos skirstomos į grupes. Pagrindiniai yra dia- ir paramagnetai.

Diamagnetinės molekulės neturi savo magnetinio momento. Juose jis atsiranda tik veikiant išoriniam magnetiniam laukui ir yra nukreiptas prieš jį. Taigi susidarantis magnetinis laukas diamagnetinėje medžiagoje yra mažesnis už išorinį lauką, nors ir labai nedideliu kiekiu. Tai lemia tai, kad kai diamagnetinė medžiaga dedama į nevienodą magnetinį lauką, ji linkusi pereiti į sritį, kurioje magnetinio lauko įtampa yra mažesnė.

Paramagnetinės medžiagos molekulės (arba atomai) turi savo magnetinius momentus, kurie, veikiami išorinių laukų, yra orientuoti išilgai lauko ir taip sukuria lauką, viršijantį išorinį. Paramagnetinės medžiagos įtraukiamos į magnetinį lauką. Pavyzdžiui, skystas deguonis yra paramagnetinis ir jį traukia magnetas.

Yra nemažai medžiagų, kuriose kvantiniai efektai tarpatominė sąveika lemia specifinių magnetinių savybių atsiradimą.

Dauguma įdomi nuosavybė- feromagnetizmas. Jis būdingas kietose medžiagose esančių medžiagų grupei kristalinė būsena(feromagnetai), kuriems būdinga lygiagreti magnetizmo atominių nešėjų magnetinių momentų orientacija.

Lygiagreti magnetinių momentų orientacija egzistuoja gana didelėse medžiagos srityse – domenuose. Atskirų domenų suminiai magnetiniai momentai yra labai didelis kiekis, tačiau pačios sritys paprastai yra atsitiktinai orientuotos materijoje. Kai veikia magnetinis laukas, atsiranda domenų orientacija, dėl kurios atsiranda bendras magnetinis momentas visame feromagneto tūryje ir dėl to jo įmagnetinimas.

Natūralu, kad feromagnetai, kaip ir paramagnetai, juda į tą lauko tašką, kurio intensyvumas yra didžiausias (jie įtraukiami į magnetinį lauką). Dėl didelis dydis magnetinis pralaidumas, juos veikianti jėga yra daug didesnė.

Feromagnetų Curie temperatūros diapazonas yra labai platus: radoliniui Kiuri temperatūra yra 20 0 C, gryna geležis- 1043 K. Beveik visada galima pasirinkti medžiagą su norima Curie temperatūra.

Kai temperatūra mažėja, visi paramagnetai, išskyrus tuos, kuriuose paramagnetizmas atsiranda dėl laidumo elektronų, pereina į feromagnetinę arba antiferomagnetinę būseną.

Antiferomagnetams taip pat yra temperatūra, kuriai esant antiparalelinė sukimosi orientacija išnyksta. Ši temperatūra vadinama antiferomagnetiniu Curie tašku arba Néelio tašku.

Kai kurie feromagnetai (erbinas, diobrozinas, manganas ir vario lydiniai) turi dvi tokias temperatūras (viršutinį ir apatinį Neelio tašką), o antiferomagnetinės savybės pastebimos tik esant vidutinei temperatūrai. Virš viršutinio taško medžiaga elgiasi kaip paramagnetas, o esant žemesnei nei žemesnio Neelio taško temperatūrai, ji tampa feromagnetine.

Ferimagnetizmas- (arba nekompensuotas antiferomagnetizmas) kietos būsenos medžiagų (feromagnetų) magnetinių savybių rinkinys, atsirandantis dėl elektronų ir elektronų mainų sąveikos kūno viduje, linkęs sukurti antilygiagrečią gretimų atominių magnetinių momentų orientaciją. Skirtingai nuo antiferomagnetų, gretimi priešingos krypties magnetiniai momentai dėl tam tikrų priežasčių visiškai nekompensuoja vienas kito. Ferimagneto elgesys išoriniame lauke daugeliu atžvilgių yra panašus į feromagnetą, tačiau savybių priklausomybė nuo temperatūros turi skirtingą formą: kartais yra viso magnetinio momento kompensavimo taškas esant žemesnei nei Neelio taško temperatūrai. Autorius elektrines savybes feromagnetai – dielektrikai arba puslaidininkiai.

Superparamagnetizmas- beveik paramagnetinis sistemų, kurias sudaro ypač mažų feromagnetinių arba ferimagnetinių dalelių rinkinys, elgesys. Šių medžiagų dalelės, kurių dydžiai yra neabejotinai maži, virsta vieno domeno būsena su vienoda spontaniška įmagnetinimu visame dalelės tūryje. Tokių medžiagų derinys išorinio magnetinio lauko ir temperatūros įtakos atžvilgiu elgiasi kaip paramagnetinės dujos (vario ir kobalto lydiniai, smulkūs nikelio milteliai ir kt.).

Superparamagnetizmas naudojamas smulkiosios struktūros tyrimuose, neardomojo magnetinės fazės dydžių, formų, kiekio ir sudėties nustatymo metoduose ir kt.

Pjezomagnetai- medžiagos, kuriose, veikiant elastingiems įtempiams, atsiranda savaiminis magnetinis efektas, proporcingas pirmajai įtempių dydžio laipsniai. Šis efektas yra labai mažas ir jį lengviausia aptikti naudojant antiferomagnetus.

Magnetoelektra- medžiagos, kuriose, patekus į elektrinį lauką, atsiranda magnetinis momentas, proporcingas lauko reikšmei.

21) Harmoniniai virpesiai. Sąlygos, charakteristikos, lygtis, grafikai.

Harmoninės vibracijos- svyravimai, kurių metu fizikinis (ar bet kuris kitas) dydis kinta laikui bėgant pagal sinusoidinį arba kosinusinį dėsnį. Harmoninių virpesių kinematinė lygtis turi formą

čia x yra svyravimo taško poslinkis (nukrypimas) nuo pusiausvyros padėties momentu t; A yra virpesių amplitudė, tai yra dydis, kuris lemia maksimalus nuokrypis svyruojantis taškas iš pusiausvyros padėties; ω – ciklinis dažnis, reikšmė, nurodanti pilnų svyravimų, įvykusių per 2π sekundes, skaičių; - visa svyravimų fazė, - pradinė fazė dvejonės.

Apibendrintas harmoninis svyravimas diferencine forma:

Panagrinėkime izoliuotą atomą, kuris nėra veikiamas išorinio magnetinio lauko. Pagal idėjas klasikinė fizika, elektronai atomuose juda tam tikromis uždaromis orbitomis. Šis kiekvieno elektrono judėjimas prilygsta uždarai srovės kilpai. Todėl bet kurį atomą ar molekulę savo magnetinių savybių požiūriu galima laikyti tam tikra elektroninių mikrosrovių visuma. Tai yra Ampero hipotezė apie magnetizmo prigimtį.

Elektros srovės magnetinis momentas p m, kurį sukelia elektrono judėjimas orbitoje, vadinamas orbitiniu elektrono magnetiniu momentu. Paprastumo dėlei tarkime, kad elektronas atome juda greičiu v apskritimo spindulio orbitoje r(ryžiai.).

Pagal srovės magnetinio momento apibrėžimą elektrono orbitinis magnetinis momentas skaitine prasme yra lygus

kur S yra elektronų orbitos plotas. Vektorius p m nukreiptas ta pačia kryptimi kaip ir magnetinis laukas apskritimo srovės centre.

Savybės, kurias medžiagos turi magnetiniame lauke, vadinamos magnetinėmis, o pačios medžiagos magnetai. Medžiagų magnetines savybes lemia magnetinių momentų buvimas jų atomuose. Daugeliui elementų, nesant išorinio magnetinio lauko, į atomus patenkančių elektronų magnetiniai momentai yra lygūs nuliui, nes jie turi skirtingas kryptis ir visiškai kompensuoja vienas kitą. Išorinio magnetinio lauko panaudojimas veda prie magnetinių atomų momentų perorientavimo ir nulinio magnetinio momento atsiradimo. Šiuo atveju nulinis bendras magnetinis momentas keičia magnetinį lauką.

Tiriant magnetinį lauką medžiagoje (magnete), išskiriamos dvi srovių rūšys – makrosrovės ir mikrosrovės. Pagal makrosrovių suprasti elektros laidumo sroves, taip pat konvekcines sroves, susijusias su įkrautų makroskopinių kūnų judėjimu. Mikrosroves arba molekulinės srovės – tai srovės, kurias sukelia elektronų judėjimas atomuose, joniuose ir molekulėse.

Medžiagoje papildomas mikrosrovių magnetinis laukas (atitinkamai vadinamas vidiniu) yra uždėtas ant makrosrovių magnetinio lauko (jis dažnai vadinamas išoriniu). Magnetinės indukcijos vektorius B apibūdina susidarantį medžiagos magnetinį lauką, t.y. jis lygus geometrinė suma magnetinė indukcija išoriniai (Во) ir vidiniai (В int) laukai:

Tie. vektorius B turi priklausyti nuo magnetinių savybių. Magnetinis mikrosrovių laukas atsiranda dėl magneto įmagnetinimo, kai jis patenka į išorinį magnetinį lauką. Todėl pagrindinis magnetinio lauko šaltinis materijoje yra makrosrovės.

Kadangi vakuume lauką sukuria tik makrosrovės, o materijoje - makro ir mikrosrovės, tai laukui materijoje viso galiojančio įstatymo atrodo kaip

(13.1.1)

kur aš makro ir aš mikro - algebrinės sumos atitinkamai makro ir mikro srovės, padengtos uždara grandine L, t. y. susidarančios makro ir mikro srovės per paviršių, kurį sudaro grandinė L.

Dydis H, priklausantis nuo terpės magnetinių savybių, vadinamas magnetinio lauko stiprumas.

Magnetinio lauko stiprumo matavimo vienetas yra A/m. Jeigu įmagnetinimo vektorių kryptys ir magnetinio lauko stiprumas sutampa, tai medžiagos vadinamos izotropiniais magnetais. Jei įmagnetinimo vektoriaus kryptis priklauso nuo lauko krypties kristalografinių ašių atžvilgiu, tai medžiagos yra anizotropiniai magnetai. Grafiškai magnetinio lauko stiprumas pavaizduotas naudojant linijas, kurių liestinė kiekviename taške sutampa su stiprumo kryptimi tame taške. Šių linijų tankis yra proporcingas įtempimo vektoriaus dydžiui. Skirtingai nuo magnetinės indukcijos vektoriaus, H vektoriaus linijos prasideda ir baigiasi dviejų skirtingų magnetinių savybių turinčių medžiagų sąsajoje.

Diamagnetai yra medžiagos, kurių atomų ar molekulių magnetiniai momentai lygūs nuliui, kai nėra išorinio magnetinio lauko, t.y. diamagnetinių medžiagų atomuose ar molekulėse visų elektronų orbitinių magnetinių momentų vektorinė suma lygi nuliui. Diamagnetai yra inertinės dujos, dauguma organiniai junginiai, daug metalų (bismutas, cinkas, auksas, varis, sidabras, gyvsidabris ir kt.), dervos, vanduo, stiklas, marmuras.

Įvedant diamagnetinę medžiagą į magnetinį lauką, kiekviename jos atome indukuojamas magnetinis momentas ΔР m, nukreiptas priešais magnetinio lauko indukcijos vektoriui B.

Norėdami apibūdinti medžiagos įmagnetinimą, pristatome fizinis kiekis, vadinamas įmagnetinimo intensyvumu.

Įmagnetinimo vektorius arba įmagnetinimo intensyvumas J yra mažo medžiagos tūrio ΔV magnetinio momento ir šio tūrio santykis

kur P mi yra magnetinis momentas i molekulė, n - iš visoΔV tūrio molekulės. Tūris ΔV turi būti toks mažas, kad jo ribose magnetinį lauką būtų galima laikyti vienodu. IN Tarptautinė sistema vienetų (SI), įmagnetinimo vektorius matuojamas amperais vienam metrui (A/m).

Jei tam tikras kūnas įvedamas į vienodą H 0 stiprio magnetinį lauką terpėje, kurios pralaidumas μ 1, tada magnetinio lauko stipris šio kūno H viduje bus lygus išorinio (pradinio) lauko H 0 stiprių sumai. ir laukas H m, kurį sukuria kūno molekulinės srovės:

Н= Н 0 + Н m,

kur vadinamas N m išmagnetinimo laukas. Šis laukas priklauso nuo nagrinėjamo kūno taško koordinačių, jo formos ir orientacijos išorinio lauko atžvilgiu.

Magnetinė indukcija B magnete nustatoma pagal sukurto lauko sumą išorinių šaltinių, ir paties magneto magnetinių momentų laukai:

Iš kur atsiranda magnetinio lauko stiprumas?

Magnetinis pralaidumas priešingai nei dielektrinė konstanta gali būti didesnis arba mažesnis už vieną. Diamagnetinėms medžiagoms μ<1, а у парамагнетиков μ>1.

Jei atomo (ar molekulės) visų elektronų orbitinių magnetinių momentų vektorinė suma nėra lygi nuliui, tai visas atomas turi tam tikrą magnetinį momentą Р m. Tokie atomai (molekulės) vadinami paramagnetiniais, o iš jų susidedančios medžiagos – paramagnetinis. Paramagnetinės medžiagos yra deguonis, azoto oksidas, aliuminis, platina ir kitos medžiagos.

Paramagnetuose įmagnetinimo vektorius nukreiptas palei taikomą lauką. Šiuo atveju atomų ir molekulių magnetiniai momentai skiriasi nuo nulio, bet yra nukreipti atsitiktinai. Kai veikia išorinis magnetinis laukas, jų kryptys perskirstomos. Pasirodo, vyrauja magnetinių momentų, artėjančių prie magnetinio lauko, skaičius. Tai veda prie nulinio įmagnetinimo, nukreipto palei lauko indukcijos vektorių, atsiradimą.

Skirtingai nuo diamagnetinių medžiagų, paramagnetinės medžiagos turi magnetinį jautrumą, kuris labai priklauso nuo temperatūros.

Daugelio paramagnetinių medžiagų magnetinio jautrumo pokytis atsižvelgiant į temperatūrą atitinka Curie nustatytą dėsnį:

kur T - termodinaminė temperatūra, C yra Curie konstanta, priklausomai nuo medžiagos tipo.

Klasikinė teorija paramagnetizmą sukūrė P. Langevinas 1905. Jis manė statistinė problema apie molekulinių srovių (ir atitinkamų magnetinių momentų P m) elgesį vienodame magnetiniame lauke. Orientuojantis magnetinio lauko poveikis atomui priklauso nuo atomo magnetinio momento ir lauko magnetinės indukcijos B.

Per pastaruosius 50 metų visos mokslo šakos sparčiai žengė į priekį. Tačiau perskaičius daugybę žurnalų apie magnetizmo ir gravitacijos prigimtį, galima daryti išvadą, kad žmogui kyla dar daugiau klausimų nei anksčiau.

Magnetizmo ir gravitacijos prigimtis

Visiems akivaizdu ir aišku, kad išmesti daiktai greitai krenta ant žemės. Kas juos traukia? Galime drąsiai manyti, kad juos traukia kažkokios nežinomos jėgos. Tos pačios jėgos vadinamos natūralia gravitacija. Vėliau kiekvienas besidomintis susiduria su daugybe ginčų, spėlionių, prielaidų ir klausimų. Kokia yra magnetizmo prigimtis? Kokie jie yra dėl kokios įtakos jie susidaro? Kokia jų esmė ir dažnis? Kaip jie veikia aplinką o kiekvienam žmogui atskirai? Kaip šį reiškinį racionaliai panaudoti civilizacijos labui?

Magnetizmo samprata

Devynioliktojo amžiaus pradžioje fizikas Oersted Hans Christian atrado elektros srovės magnetinį lauką. Tai leido daryti prielaidą, kad magnetizmo prigimtis yra glaudžiai susijusi su elektros srove, kuri susidaro kiekvieno esamo atomo viduje. Kyla klausimas: kokie reiškiniai gali paaiškinti antžeminio magnetizmo prigimtį?

Šiandien nustatyta, kad magnetiniai laukai įmagnetintuose objektuose atsiranda iš didesniu mastu elektronai, kurie nuolat sukasi aplink savo ašį ir aplink esamo atomo branduolį.

Jau seniai nustatyta, kad chaotiškas elektronų judėjimas yra tikra elektros srovė, o jos praėjimas provokuoja magnetinio lauko susidarymą. Apibendrinant šią dalį, galime drąsiai teigti, kad elektronai dėl chaotiško judėjimo atomuose sukuria vidines atomines sroves, kurios savo ruožtu prisideda prie magnetinio lauko susidarymo.

Bet kokia yra to, kad skirtingose ​​medžiagose magnetinis laukas turi reikšmingų savo vertės skirtumų, taip pat skirtingo stiprumoįmagnetinimas? Taip yra dėl to, kad nepriklausomų elektronų judėjimo ašys ir orbitos atomuose gali būti įvairiose padėtyse viena kitos atžvilgiu. Tai lemia tai, kad judančių elektronų sukuriami magnetiniai laukai yra tinkamose padėtyse.

Taigi reikia pažymėti, kad aplinka, kurioje sukuriamas magnetinis laukas, turi tiesioginį poveikį jam, padidindama arba susilpnindama patį lauką.

Laukas, kurio susilpnina susidarantį lauką, vadinamas diamagnetiniu, o medžiagos, kurios labai silpnai sustiprina magnetinį lauką, vadinamos paramagnetinėmis.

Magnetinės medžiagų savybės

Reikia pažymėti, kad magnetizmo prigimtį sukuria ne tik elektros srovė, bet ir nuolatiniai magnetai.

Nuolatiniai magnetai gali būti pagaminti iš mažas kiekis medžiagų Žemėje. Tačiau verta paminėti, kad visi objektai, kurie bus magnetinio lauko spinduliu, bus įmagnetinti ir taps betarpiškais. indukcijos vektorius.

Ampero hipotezė apie magnetizmo prigimtį

Priežasties ir pasekmės ryšį, dėl kurio buvo nustatytas ryšys tarp kūnų turimų magnetinių savybių, atrado puikus prancūzų mokslininkas Andre-Marie Ampère. Bet kokia yra Ampere'o hipotezė apie magnetizmo prigimtį?

Istorija prasidėjo dėl stipraus įspūdžio, ką pamatė mokslininkas. Jis buvo Ørstedo Lmyerio tyrimo liudininkas, kuris drąsiai teigė, kad Žemės magnetizmo priežastis yra nuolat viduje sklindančios srovės. gaublys. Pagrindinis ir reikšmingiausias indėlis buvo įneštas: magnetinės savybės kūnus būtų galima paaiškinti nuolatine srovių cirkuliacija juose. Po to, kai Ampere padarė tokią išvadą: bet kurio iš jų magnetinės savybės esamų įstaigų lemia uždara jų viduje tekančių elektros srovių grandinė. Fiziko pareiškimas buvo drąsus ir drąsus poelgis, nes jis išbraukė visus ankstesnius atradimus, paaiškindamas kūnų magnetines savybes.

Elektronų ir elektros srovės judėjimas

Ampero hipotezė teigia, kad kiekviename atome ir molekulėje yra elementarus ir cirkuliuojantis elektros srovės krūvis. Verta paminėti, kad šiandien jau žinome, kad tos pačios srovės susidaro dėl chaotiško ir nuolatinio elektronų judėjimo atomuose. Jei nurodytos plokštumos yra atsitiktinai viena kitos atžvilgiu dėl molekulių šiluminio judėjimo, tai jų procesai yra tarpusavyje kompensuojami ir neturi visiškai jokių magnetinių savybių. O įmagnetintame objekte paprasčiausios srovės yra skirtos užtikrinti, kad jų veiksmai būtų koordinuoti.

Ampero hipotezė gali paaiškinti, kodėl magnetinės adatos o rėmeliai su elektros srove magnetiniame lauke elgiasi identiškai vienas su kitu. Savo ruožtu rodyklė turėtų būti laikoma mažų grandinių su srove, kurios nukreiptos identiškai, kompleksu.

Speciali grupė, kurioje magnetinis laukas yra žymiai sustiprintas, vadinama feromagnetine. Šios medžiagos yra geležis, nikelis, kobaltas ir gadolinis (ir jų lydiniai).

Bet kaip paaiškinti nuolatinių magnetų magnetizmo prigimtį? Magnetinius laukus feromagnetai formuoja ne tik dėl elektronų judėjimo, bet ir dėl jų pačių chaotiško judėjimo.

Impulsas (vidinis sukimo momentas) įgijo pavadinimą – sukinys. Elektronai visą savo egzistavimo laiką sukasi aplink savo ašį ir, turėdami krūvį, generuoja magnetinį lauką kartu su lauku, susidariusiu dėl jų orbitinio judėjimo aplink branduolius.

Marie Curie temperatūra

Temperatūra, virš kurios feromagnetinė medžiaga praranda įmagnetinimą, gavo specifinį pavadinimą - Curie temperatūrą. Juk šį atradimą padarė prancūzų mokslininkas tokiu vardu. Jis padarė išvadą: jei įmagnetintą objektą gerokai pašildysite, jis praras gebėjimą pritraukti daiktus iš geležies.

Feromagnetai ir jų naudojimas

Nepaisant to, kad feromagnetinių kūnų pasaulyje nėra daug, jų magnetinės savybės yra labai praktinis naudojimas ir prasmė. Ritės šerdis, pagaminta iš geležies arba plieno, padaugina magnetinį lauką, neviršydama srovės suvartojimo ritėje. Šis reiškinys žymiai padeda taupyti energiją. Šerdys yra pagamintos tik iš feromagnetinių medžiagų, ir nesvarbu, kokiam tikslui ši dalis bus naudojama.

Magnetinis informacijos įrašymo būdas

Feromagnetinės medžiagos naudojamos aukščiausios klasės magnetinėms juostoms ir miniatiūrinėms magnetinėms plėvelėms gaminti. Magnetinės juostos plačiai naudojamos garso ir vaizdo įrašymo srityse.

Magnetinė juosta yra plastikinis pagrindas, sudarytas iš polivinilchlorido ar kitų komponentų. Ant jo užtepamas magnetinio lako sluoksnis, susidedantis iš daugybės labai mažų adatos formos geležies ar kitų feromagnetinių dalelių.

Garso įrašymas atliekamas į juostą, kurios laukas gali keistis dėl garso vibracijų. Dėl juostos judėjimo šalia magnetinės galvutės kiekviena plėvelės dalis yra įmagnetinama.

Gravitacijos prigimtis ir jos sampratos

Visų pirma verta pažymėti, kad gravitacija ir jos jėgos yra dėsnyje universalioji gravitacija, kuriame teigiama, kad: du materialūs taškai traukia vienas kitą jėga, tiesiogiai proporcinga jų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui.

Šiuolaikinis mokslas sąvokas pradėjo vertinti kiek kitaip gravitacinė jėga ir paaiškina tai kaip veiksmą gravitacinis laukas Pati Žemė, kurios kilmė, deja, mokslininkams, dar nenustatyta.

Apibendrinant visa tai, kas išdėstyta pirmiau, norėčiau pastebėti, kad viskas mūsų pasaulyje yra glaudžiai tarpusavyje susiję ir nėra didelio skirtumo tarp gravitacijos ir magnetizmo. Galų gale, gravitacija turi tą patį magnetizmą, tik ne dideliu mastu. Žemėje negalite atskirti objekto nuo gamtos – sutrinka magnetizmas ir gravitacija, o tai ateityje gali gerokai apsunkinti civilizacijos gyvenimą. Turėtų gauti naudos mokslo atradimai puikūs mokslininkai ir siekia naujų laimėjimų, tačiau visi duomenys turi būti naudojami racionaliai, nedarant žalos gamtai ir žmonijai.

Bet kuri pasaulio medžiaga turi tam tikrų magnetinių savybių. Jie matuojami magnetiniu pralaidumu. Šiame straipsnyje apžvelgsime medžiagos magnetines savybes.

Ampero hipotezė

Magnetinis pralaidumas parodo, kiek kartų magnetinio lauko indukcija tam tikroje aplinkoje yra mažesnė arba didesnė už magnetinio lauko indukciją vakuume.

Medžiaga, kuri sukuria savo magnetinį lauką, vadinama įmagnetinta. Įmagnetinimas įvyksta, kai medžiaga patenka į išorinį magnetinį lauką.

Prancūzų mokslininkas Ampere'as nustatė priežastį, kurios pasekmė yra kūnų turėjimas magnetinių savybių. Ampero hipotezė teigia, kad medžiagos viduje yra mikroskopinės elektros srovės (elektronas turi savo magnetinį momentą, kuris kvantinė gamta, orbitos judėjimas elektronai atomuose). Būtent jie lemia medžiagos magnetines savybes. Jei srovės turi netvarkingą kryptį, tada jų generuojami magnetiniai laukai vienas kitą panaikina. Kūnas neįmagnetintas. Išorinis magnetinis laukas reguliuoja šias sroves. Dėl to medžiaga sukuria savo magnetinį lauką. Tai yra medžiagos įmagnetinimas.

Būtent dėl ​​medžiagų reakcijos į išorinį magnetinį lauką ir jų išdėstymo vidinė struktūra, nustatyti medžiagos magnetines savybes. Pagal šiuos parametrus jie skirstomi į šias grupes:

• Paramagnetai
• Diamagnetai
• Feromagnetai
• Antiferromagnetai

Diamagnetai ir paramagnetai

• Medžiagos, turinčios neigiamą magnetinį jautrumą, nepriklausomą nuo magnetinio lauko stiprumo, vadinamos diamagnetinėmis medžiagomis. Išsiaiškinkime, kokios medžiagos magnetinės savybės vadinamos neigiamu magnetiniu jautrumu. Tai yra tada, kai magnetas atnešamas į kūną ir jis yra atstumiamas, o ne traukiamas. Diamagnetai yra, pavyzdžiui, inertinės dujos, vandenilis, fosforas, cinkas, auksas, azotas, silicis, bismutas, varis ir sidabras. Tai yra, tai medžiagos, kurios yra superlaidžios būsenos arba turi kovalentinius ryšius.
• Paramagnetinės medžiagos. Šių medžiagų magnetinis jautrumas taip pat nepriklauso nuo lauko stiprumo. Nors ji yra teigiama. Tai yra, kai paramagnetinis artėja prie konstantos veikiantis magnetas, atsiranda patraukli jėga. Tai aliuminis, platina, deguonis, manganas, geležis.

Feromagnetai

Medžiagos, turinčios didelį teigiamą magnetinį jautrumą, vadinamos feromagnetais. Šių medžiagų, skirtingai nuo diamagnetinių ir paramagnetinių medžiagų, magnetinis jautrumas labai priklauso nuo temperatūros ir magnetinio lauko stiprumo. Tai apima nikelio ir kobalto kristalus.

Antiferomagnetai ir ferimagnetai

• Medžiagos, kurios kaitinamos įkaista fazių perėjimasšios medžiagos, lydimos paramagnetinių savybių atsiradimo, vadinamos antiferomagnetais. Jei temperatūra tampa žemesnė už tam tikrą, šios medžiagos savybės nebus stebimos. Šių medžiagų pavyzdžiai būtų manganas ir chromas.
• Ferrimagnetams būdingas nekompensuotas antiferomagnetizmas. Jų magnetinis jautrumas taip pat priklauso nuo temperatūros ir magnetinio lauko stiprumo. Tačiau jie vis dar turi skirtumų. Šios medžiagos apima įvairius oksidus.

Visi aukščiau išvardyti magnetai gali būti suskirstyti į 2 kategorijas:

• Kietos magnetinės medžiagos. Tai medžiagos iš Aukšta vertė prievartos jėga. Norint juos iš naujo įmagnetinti, būtina sukurti galingą magnetinį lauką. Šios medžiagos naudojamos nuolatiniams magnetams gaminti.
• Minkštos magnetinės medžiagos, priešingai, turi mažą priverstinę jėgą. Silpnuose magnetiniuose laukuose jie gali patekti į sodrumą. Jie turi mažus nuostolius dėl įmagnetinimo apsisukimo. Dėl šios priežasties šios medžiagos naudojamos elektrinių mašinų, kurios veikia, šerdims gaminti kintamoji srovė. Tai, pavyzdžiui, srovės ir įtampos transformatorius, generatorius arba asinchroninis variklis.

Išnagrinėjome visas pagrindines medžiagos magnetines savybes ir išsiaiškinome, kokių tipų magnetai egzistuoja.