Ampere, cisimlerin mıknatıslanmasını açıklamak için maddenin moleküllerinde dairesel akımların (moleküler akımlar) dolaştığını öne sürdü. Bu tür akımların her birinin manyetik bir momenti vardır ve çevredeki alanda bir manyetik alan yaratır. yokluğunda dış alan moleküler akımlar rastgele yönlendirilir, bunun sonucunda bunların neden olduğu alan sıfıra eşittir. Bireysel moleküllerin manyetik momentlerinin kaotik yönelimi nedeniyle toplam manyetik moment bedenler de sıfıra eşit. Bir alanın etkisi altında, moleküllerin manyetik momentleri, mıknatısın mıknatıslanmasının bir sonucu olarak tek yönde baskın bir yönelim kazanır - toplam manyetik momenti sıfırdan farklı hale gelir. Bu durumda bireysel moleküler akımların manyetik alanları artık birbirini dengelemez ve B alanı ortaya çıkar.
Manyetizma çalışmalarının başlangıcında özelliklerini açıklamak kalıcı mıknatıslar Ampere o dönemde "moleküler akımlar" olarak adlandırılanların varlığı hakkında cesur bir hipotez ortaya atmıştı. manyetik özellikler maddeler. Şu anda Ampere'nin hipotezi neredeyse açık görünüyor; maddelerin manyetik özelliklerinden sorumlu olan fiziksel mekanizmalar, Ampere'nin zamanında mümkün olandan çok daha derinlemesine incelenmiştir.
Ampere'nin hipotezi. Amper(1775-1836) maddenin her molekülünün içinde dolaşan elektrik akımlarının varlığına dair bir hipotez ortaya attı. 1897'de Hipotez İngiliz bilim adamı Thomson tarafından ve 1910'da doğrulandı. Akımlar Amerikalı bilim adamı Millikan tarafından ölçüldü. Sonuç: Elektronların hareketi dairesel akım ancak elektrik akımı taşıyan bir iletkenin etrafında manyetik bir alan vardır.
Manyetik alan- Bu özel tür konu, belirli özellik hareket halindeki eylem hangisidir elektrik yükü, akımlı iletkenler, manyetik momentli cisimler, yük hız vektörüne bağlı bir kuvvet, iletkendeki akımın yönü ve cismin manyetik momentinin yönü.
Manyetizmanın tarihi çok eskilere dayanmaktadır. eski uygarlıklar Küçük Asya. Magnesia'da Küçük Asya topraklarında buldular kaynakörnekleri birbirini çekiyordu. Bölgenin adına göre bu tür örneklere “mıknatıs” adı verilmeye başlandı. Herhangi bir çubuk veya at nalı şeklindeki mıknatısın kutup adı verilen iki ucu vardır; Manyetik özelliklerinin en belirgin olduğu yer burasıdır. Bir ipe mıknatıs asarsanız kutuplardan biri daima kuzeyi gösterir. Pusula bu prensibe dayanmaktadır. Serbestçe asılı duran bir mıknatısın kuzeye bakan kutbuna ne ad verilir? kuzey kutbu mıknatıs (N). Karşı kutba denir güney kutbu(S).
Manyetik kutuplar birbirleriyle etkileşime girerler: benzer kutuplar birbirini iter ve farklı kutuplar çeker. Bir elektrik yükünü çevreleyen elektrik alanı kavramına benzer şekilde, bir mıknatısın etrafındaki manyetik alan kavramı da tanıtılmıştır.
1820 yılında Oersted (1777-1851) manyetik iğnenin yan tarafta bulunduğunu keşfetti. elektrik iletkeni, iletken içinden akım geçtiğinde sapar, yani akım taşıyan iletkenin etrafında bir manyetik alan oluşturulur. Akımlı bir çerçeve alırsak, dış manyetik alan çerçevenin manyetik alanıyla etkileşime girer ve üzerinde yönlendirici bir etkiye sahiptir, yani. çerçevenin, dış manyetik alanın üzerinde maksimum dönme etkisine sahip olduğu bir konumu vardır. ve tork kuvvetinin sıfır olduğu bir konum vardır.
Kaynak akım (teoride elektrik devreleri) - akımın terminallerindeki (kutuplardaki) gerilime bağlı olmadığı iki terminalli bir ağ elemanı. Akım üreteci ve ideal terimleri de kullanılır. kaynak akım
Manyetik indüksiyon.
Bir parçacığın yükü q ise hızı v'dir ve indüksiyon manyetik alan uzayda belirli bir noktada B'ye eşitse, o zaman kuvvet şuna eşit olur:
Dolayısıyla B, büyüklüğü ve yönü manyetik alandan gelen hareketli bir yüke etki eden Lorentz kuvvetinin şuna eşit olduğu bir vektördür:
Burada alfa, hız vektörü ile manyetik indüksiyon vektörü arasındaki açıdır. Lorentz kuvvet vektörü F, hız vektörüne ve manyetik indüksiyon vektörüne diktir. Pozitif yüklü bir parçacığın düzgün bir manyetik alanda hareketi durumunda yönü sol el kuralıyla belirlenir:
"Eğer sol el Manyetik indüksiyon vektörü avuç içine girecek ve uzatılmış dört parmak pozitif yüklü parçacığın hareket yönüne yönlendirilecek ve ardından 90 derece bükülecek şekilde konumlandırılmıştır. baş parmak Lorentz kuvvetinin yönünü gösterecek."
Bir iletkendeki akım yüklü parçacıkların hareketi olduğundan, manyetik indüksiyon aynı zamanda bir çerçeve üzerindeki düzgün bir manyetik alandan akımla etki eden maksimum mekanik momentin çerçevedeki akımın ve alanın çarpımına oranı olarak da tanımlanabilir. çerçevenin:
Manyetik indüksiyon, elektrik alanının kuvveti gibi, manyetik alanın temel bir özelliğidir. SI sisteminde manyetik indüksiyon Tesla (T) cinsinden ölçülür. GHS sistemi- Gauss (Gs) cinsinden. 1 Tesla = 10.000 Gauss. 1 T, içinden 1 A akımın aktığı, 1 m2 alana sahip bir çerçeveye maksimum 1 Nm mekanik torkun etki ettiği böylesine düzgün bir manyetik alanın indüksiyonudur.
Bu arada, Dünya'nın manyetik alanının 50° enleminde indüksiyonu ortalama 0,00005 Tesla ve ekvatorda - 0,000031 Tesla'dır. Manyetik indüksiyon vektörü her zaman manyetik alan çizgisine teğet olarak yönlendirilir.
Düzgün bir manyetik alana yerleştirilen bir devre, manyetik indüksiyon vektörünün akısı olan bir manyetik akı Ф tarafından delinir. Manyetik akının (Ф) büyüklüğü, manyetik indüksiyon vektörünün devreye göre yönüne, büyüklüğüne ve manyetik indüksiyon hatlarının nüfuz ettiği devre alanına bağlıdır. B vektörü kontur alanına dik ise, o zaman manyetik akı Kontura giren F maksimum olacaktır.
Manyetik kuvvetler.
Etki eden manyetik alana kuvvet denir. Akım iletkenine etki eden kuvvet, iletkenin uzunluğu, manyetik vektörün manyetik yönü, temel siklotron-hızlandırıcıda yaygın olarak hareket eden yüklerin kuralı ile belirlenir. Manyetik kalıcı mıknatısların iyi bilinmektedir. Sabit maddeler ancak tüm maddeler bir manyetik alan yaratır. Mikroskobik akımlara göre emk'nin temel yasası olan Faraday Yasası. bir iletkendeki indüksiyon manyetik kuvveti geçerse, kapalı bir iletken, manyetik alanda değişen bir manyetik iletken, iletkenin diğer ucunda bir fark yaratırsa, yalnızca iletken iletken manyetik Elektromanyetik iletkenden çıkarıldığında, emk'si tarafından indüklenen voltaj olduğunda meydana gelir. alan açısı daha fazla hareket eder Göreceli olarak alanın hareketinden dolayı ortaya çıkar veya her ikisi de 90 dereceden daha az dik açılarla hareket eder, iletken paralel hareket eder, indüklenen kuvvet akımla iletkene belirli bir kuvvetle etki eder Amper güç.
FA = I B ∆l sin α.
Akımın geçtiği iletken üzerinde iletken, manyetik indüksiyon ve manyetik indüksiyon vektörünün yönü arasındaki açının sinüsü ile doğru orantılıdır. Ampere kuvvetinin sol el kuralına yönü. Ayrıca manyetik alan, Lorentz kuvveti adı verilen manyetik alan içerisinde yer alan bir parçacığa da etki eder. Lorentz kuvveti aşağıdaki formülle belirlenebilir:
FL = qυ Bsin α.
Lorentz kuvveti, manyetik taraftan dik olan ve herhangi bir iş yapmayan hareketli bir parçacığa etki eder. Manyetik etki yaygın olarak kullanılmaktadır. modern teknolojiörneğin bir hızlandırıcı temel parçacıklar. manyetik alan sadece yaratılmaz elektrik mıknatıslar. Kalıcı mıknatıslar, manyetik alana yerleştirilen ve alan tarafından mıknatıslanan maddelerden yapılabilir. Ampere'nin hipotezine göre, bu alanlar atomların ve moleküllerin içinde dolaşan akımlar tarafından üretilir; elektromanyetizmanın temel yasası, bir iletkenin manyetik kuvvet çizgilerinin hızıyla doğru orantılı olması şeklinde formüle edilir; değişim oranı manyetik iletken Bir manyetik alanda hareket ediyorsa veya bir manyetik alandaysa, o zaman elektrik akımı Bu alanda elektron kıtlığı olduğu için elektronlar iletkenin bir ucuna doğru hareket eder. Sonuç olarak potansiyel bir fark ortaya çıkar. Bu potansiyel fark iletkeni manyetik alana göre hareket ettirir. serbest elektronlar geri dönüyor Elektromanyetik indüksiyonİki iletkende meydana gelen manyetik alana göre hareket eden manyetik alan, iletkende oluşan gerilime göre hareket ettiğinde buna indüklenen gerilim veya emk indüklenen emk denir. iletkenin alana göre yerleştirildiği açıya göre iletkenin hareket ettiği manyetik alanın büyüklüğü ve iletkenin uzunluğu ile belirlenir. Manyetik alan ne kadar güçlü olursa emk değeri de o kadar büyük olur. indüksiyon.
Alana göre ne kadar hızlı hareket ederse, o kadar fazla olur. Bağıl hareket iletken ve iletkenin manyetik hareketi (ancak diğerinin kendisi boyunca değil. Maksimum voltaj, dik açıda indüklenir) elektrik hatları Manyetik derece daha az voltaj indüklenir. Kuvvet çizgilerine paralel ise emk. İndüksiyon voltajı artık oluşmuyor.
Maddelerin manyetik özellikleri.
Her madde manyetiktir, yani. manyetik alanın etkisi altında manyetik bir moment (mıknatıslanma) elde etme yeteneğine sahiptir. Bu anın büyüklüğüne, yönüne ve onu doğuran nedenlere göre tüm maddeler gruplara ayrılır. Başlıcaları dia ve paramıknatıslardır.
Diyamanyetik moleküllerin kendilerine ait manyetik momentleri yoktur. İçlerinde yalnızca harici bir manyetik alanın etkisi altında ortaya çıkar ve ona karşı yönlendirilir. Böylece diyamanyetik bir malzemede ortaya çıkan manyetik alan, çok küçük bir miktarda da olsa, dış alandan daha azdır. Bu durum diyamanyetik bir malzemenin düzgün olmayan bir manyetik alana yerleştirildiğinde manyetik alan geriliminin daha düşük olduğu bölgeye kayma eğilimi göstermesine yol açmaktadır.
Paramanyetik bir malzemenin molekülleri (veya atomları), dış alanların etkisi altında alan boyunca yönlendirilen ve böylece dış alanı aşan bir sonuç alanı yaratan kendi manyetik momentlerine sahiptir. Paramanyetik maddeler manyetik alana çekilir. Örneğin sıvı oksijen paramanyetiktir ve bir mıknatıs tarafından çekilir.
İçinde birçok madde var kuantum etkileri atomlar arası etkileşimler belirli manyetik özelliklerin ortaya çıkmasına neden olur.
En ilginç özellik- ferromanyetizma. Katılardaki bir grup maddenin karakteristiğidir kristalin durum(ferromıknatıslar), manyetizmanın atomik taşıyıcılarının manyetik momentlerinin paralel yönelimi ile karakterize edilir.
Manyetik momentlerin paralel yönelimi, maddenin oldukça geniş alanlarında mevcuttur. Bireysel alanların toplam manyetik momentleri çok büyüktür. büyük miktar ancak alanların kendileri genellikle madde içinde rastgele yönlendirilir. Bir manyetik alan uygulandığında, alanların yönelimi meydana gelir, bu da ferromıknatısın tüm hacminde toplam manyetik momentin ortaya çıkmasına ve bunun sonucunda mıknatıslanmasına yol açar.
Doğal olarak ferromıknatıslar da paramıknatıslar gibi alanın yoğunluğunun maksimum olduğu noktaya doğru hareket eder (manyetik alanın içine çekilirler). yüzünden büyük boy manyetik geçirgenlik, onlara etki eden kuvvet çok daha fazladır.
Ferromıknatıslar için Curie sıcaklık aralığı çok geniştir: Radolinyum için Curie sıcaklığı 20 0 C'dir. saf demir- 1043 K. İstenilen Curie sıcaklığına sahip bir maddeyi seçmek neredeyse her zaman mümkündür.
Sıcaklık azaldıkça, paramanyetizmanın iletken elektronlardan kaynaklandığı durumlar dışındaki tüm paramanyetikler ya ferromanyetik ya da antiferromanyetik duruma geçer.
Antiferromıknatıslar için antiparalel dönüş yönünün kaybolduğu bir sıcaklık da vardır. Bu sıcaklığa antiferromanyetik Curie noktası veya Néel noktası denir.
Bazı ferromıknatıslar (erbin, diobrosin, manganez ve bakır alaşımları) bu tür iki sıcaklığa (üst ve alt Néel noktaları) sahiptir ve antiferromanyetik özellikler yalnızca ara sıcaklıklarda gözlemlenir. Üst noktanın üzerinde madde paramanyetik gibi davranır ve alt Néel noktasının altındaki sıcaklıklarda ferromanyetik hale gelir.
Ferrimanyetizma- (veya telafi edilmemiş antiferromanyetizma), komşu atomik manyetik momentlerin antiparalel yönelimini yaratma eğiliminde olan, gövde içindeki elektron-elektron değişim etkileşiminin varlığından kaynaklanan, katı haldeki maddelerin (ferromıknatıslar) bir dizi manyetik özelliği. Antiferromıknatıslardan farklı olarak, komşu zıt yönlü manyetik momentler bazı nedenlerden dolayı birbirini tamamen telafi etmez. Bir ferrimıknatısın dış alandaki davranışı birçok yönden ferromıknatısa benzer, ancak özelliklerin sıcaklığa bağımlılığı farklı bir biçime sahiptir: bazen Néel noktasının altındaki bir sıcaklıkta toplam manyetik moment için bir dengeleme noktası vardır. İle elektriksel özellikler ferromıknatıslar - dielektrikler veya yarı iletkenler.
Süperparamanyetizma- Son derece küçük ferro- veya ferrimanyetik parçacıkların bir araya gelmesinden oluşan sistemlerin yarı-paramanyetik davranışı. Bu maddelerin kesinlikle küçük boyutlardaki parçacıkları, parçacığın tüm hacmi boyunca tekdüze kendiliğinden mıknatıslanmayla tek alanlı bir duruma dönüşür. Bu tür maddelerin kombinasyonu, harici bir manyetik alanın ve sıcaklığın etkisine bağlı olarak paramanyetik bir gaz (bakır-kobalt alaşımları, ince nikel tozları vb.) gibi davranır.
Süperparamanyetizma ince yapısal çalışmalarda, manyetik fazın boyutlarının, şekillerinin, miktarının ve bileşiminin vb. tahribatsız olarak belirlenmesi yöntemlerinde kullanılır.
Piezomıknatıslar- elastik gerilmeler uygulandığında, gerilme büyüklüğünün birinci kuvvetiyle orantılı olarak kendiliğinden bir manyetik etkinin meydana geldiği maddeler. Bu etki çok küçüktür ve antiferromıknatıslarda tespit edilmesi en kolay olanıdır.
Manyetoelektrikler- bir elektrik alanına yerleştirildiğinde alanın değeriyle orantılı bir manyetik momentin ortaya çıktığı maddeler.
21) Harmonik titreşimler. Koşullar, özellikler, denklem, grafikler.
Harmonik titreşimler- sinüzoidal veya kosinüs kanununa göre fiziksel (veya başka herhangi bir) miktarın zaman içinde değiştiği salınımlar. Harmonik salınımların kinematik denklemi şu şekildedir:
burada x, salınım noktasının t zamanında denge konumundan yer değiştirmesidir (sapması); A salınımların genliğidir, bu miktarı belirleyen miktardır maksimum sapma denge konumundan salınan nokta; ω - döngüsel frekans, 2π saniye içinde meydana gelen tam salınımların sayısını gösteren bir değer; - salınımların tam aşaması, - başlangıç aşaması tereddüt.
Genelleştirilmiş harmonik salınım diferansiyel formda: 
Harici bir manyetik alanın etkisine maruz kalmayan izole bir atomu ele alalım. Fikirlere göre klasik fizik Atomlardaki elektronlar belirli kapalı yörüngelerde hareket ederler. Her elektronun bu hareketi kapalı bir akım döngüsüne eşdeğerdir. Bu nedenle, manyetik özellikleri açısından herhangi bir atom veya molekül, belirli bir elektronik mikro akım seti olarak düşünülebilir. Bu Ampere'nin hipotezi Manyetizmanın doğası hakkında.
Bir elektronun yörüngedeki hareketinin neden olduğu elektrik akımının manyetik momenti pm'ye elektronun yörünge manyetik momenti denir. Basitlik açısından atomdaki bir elektronun belirli bir hızda hareket ettiğini varsayalım. v yarıçaplı dairesel bir yörüngede R(pirinç.).
Bir akımın manyetik momentinin tanımına göre, bir elektronun yörüngesel manyetik momenti sayısal olarak şuna eşittir:
burada S elektron yörüngesinin alanıdır. p vektörü, dairesel akımın merkezindeki manyetik alanla aynı yönde yönlendirilir.
Maddelerin manyetik alanda sergilediği özelliklere manyetik, maddelerin kendilerine ise denir. mıknatıslar. Maddelerin manyetik özellikleri, atomlarındaki manyetik momentlerin varlığıyla belirlenir. Çoğu element için, harici bir manyetik alanın yokluğunda, atomlara giren elektronların manyetik momentleri, farklı yönlere sahip oldukları ve birbirlerini tamamen telafi ettikleri için sıfıra eşittir. Harici bir manyetik alanın uygulanması, manyetik atomların momentlerinin yeniden yönlendirilmesine ve sıfır olmayan bir manyetik momentin ortaya çıkmasına neden olur. Bu durumda sıfır olmayan toplam manyetik moment, manyetik alanı değiştirir.
Bir maddedeki (mıknatıs) manyetik alanı incelerken, iki tür akım ayırt edilir - makro akımlar ve mikro akımlar. Altında makro akımlar Yüklü makroskobik cisimlerin hareketiyle ilişkili konveksiyon akımlarının yanı sıra elektriksel iletim akımlarını da anlayın. Mikro akımlar veya moleküler akımlar atom, iyon ve moleküllerdeki elektronların hareketinden kaynaklanan akımlardır.
Bir maddede, makro akımların manyetik alanına (genellikle harici olarak adlandırılır) ek bir mikro akım manyetik alanı (sırasıyla dahili olarak adlandırılır) eklenir. Manyetik indüksiyon vektörü B, maddede ortaya çıkan manyetik alanı karakterize eder, yani. geometrik toplam manyetik indüksiyon harici (Во) ve dahili (В int) alanlar:
Onlar. B vektörü mıknatısın manyetik özelliklerine bağlı olmalıdır. Mikro akımların manyetik alanı, bir mıknatısın harici bir manyetik alana yerleştirildiğinde mıknatıslanması sonucu ortaya çıkar. Bu nedenle maddedeki manyetik alanın birincil kaynağı makro akımlardır.
Boşlukta alan yalnızca makro akımlar tarafından ve maddede makro akımlar ve mikro akımlar tarafından yaratıldığından, o zaman maddedeki alan için toplam mevcut yasa benziyor
(13.1.1)
makro ve mikro olduğum yer - cebirsel toplamlar sırasıyla, kapalı bir L döngüsü tarafından kapsanan makro ve mikro akımlar, yani L halkası tarafından oluşturulan yüzey boyunca ortaya çıkan makro ve mikro akımlar.
Ortamın manyetik özelliklerine bağlı olan H miktarına denir. manyetik alan kuvveti.
Manyetik alan kuvvetinin ölçü birimi A/m'dir. Mıknatıslanma vektörlerinin yönleri ve manyetik alan kuvveti çakışırsa, maddelere izotropik mıknatıslar denir. Mıknatıslanma vektörünün yönü, kristalografik eksenlere göre alanın yönüne bağlıysa, o zaman maddeler anizotropik mıknatıslardır. Grafiksel olarak, manyetik alan kuvveti, her noktada teğeti o noktadaki kuvvetin yönü ile çakışan çizgiler kullanılarak gösterilir. Bu çizgilerin yoğunluğu gerilim vektörünün büyüklüğüyle orantılıdır. Manyetik indüksiyon vektörünün aksine, H vektörünün çizgileri, farklı manyetik özelliklere sahip iki madde arasındaki arayüzde başlar ve biter.
Diamıknatıslar harici bir manyetik alanın yokluğunda atomların veya moleküllerin manyetik momentleri sıfıra eşit olan maddelerdir; diyamanyetik maddelerin atomlarında veya moleküllerinde, tüm elektronların yörüngesel manyetik momentlerinin vektör toplamı sıfırdır. Diamıknatıslar inert gazlar, çoğunluk organik bileşikler, birçok metal (bizmut, çinko, altın, bakır, gümüş, cıva vb.), reçineler, su, cam, mermer.
Diyamanyetik bir madde manyetik bir alana sokulduğunda, atomlarının her birinde, manyetik alan indüksiyonunun B vektörüne zıt yönde bir manyetik moment ΔР m indüklenir.
Bir maddenin mıknatıslanmasını karakterize etmek için şunları tanıtıyoruz: fiziksel miktar mıknatıslanma şiddeti denir.
Mıknatıslanma vektörü veya mıknatıslanma yoğunluğu J, bir maddenin küçük bir hacminin ΔV manyetik momentinin bu hacme oranıdır
burada P mi manyetik momenttir Ben molekül, N - toplam sayıΔV hacimli moleküller. ΔV hacmi o kadar küçük olmalıdır ki, kendi sınırları dahilinde manyetik alan tekdüze kabul edilebilir. İÇİNDE Uluslararası sistem birimler (SI) mıknatıslanma vektörü metre başına amper (A/m) cinsinden ölçülür.
Belirli bir gövde, μ 1 geçirgenliğine sahip bir ortamda tekdüze bir H 0 manyetik alanına sokulursa, bu gövdenin içindeki H manyetik alan gücü, H 0 dış (başlangıç) alanının kuvvetlerinin toplamına eşit olacaktır. ve vücudun moleküler akımlarının yarattığı Hm alanı:
Н= Н 0 + Н m,
burada N m denir manyetikliği giderme alanı. Bu alan, vücudun dikkate alınan noktasının koordinatlarına, şekline ve dış alana göre yönelimine bağlıdır.
Bir mıknatısta manyetik indüksiyon B oluşturulan alanın toplamına göre belirlenir dış kaynaklar ve mıknatısın kendisinin manyetik momentlerinin alanları:
Manyetik alan kuvveti nereden geliyor?
Bunun aksine manyetik geçirgenlik dielektrik sabiti birden büyük veya küçük olabilir. Diyamanyetik malzemeler için μ<1, а у парамагнетиков μ>1.
Bir atomun (veya molekülün) tüm elektronlarının yörüngesel manyetik momentlerinin vektör toplamı sıfıra eşit değilse, o zaman atomun bir bütün olarak belirli bir manyetik momenti Р m vardır. Bu tür atomlara (moleküllere) paramanyetik, bunlardan oluşan maddelere ise denir. paramanyetik. Paramanyetik malzemeler arasında oksijen, nitrik oksit, alüminyum, platin ve diğer maddeler bulunur.
Paramanyetik malzemelerde mıknatıslanma vektörü uygulanan alan boyunca yönlendirilir. Bu durumda atomların ve moleküllerin manyetik momentleri sıfırdan farklıdır ancak rastgele yönlendirilmiştir. Harici bir manyetik alan uygulandığında yönleri yeniden dağıtılır. Manyetik alana yaklaşan manyetik momentlerin sayısının baskın olduğu ortaya çıkar. Bu, alan indüksiyon vektörü boyunca yönlendirilmiş sıfır olmayan mıknatıslanmanın ortaya çıkmasına yol açar.
Diyamanyetik malzemelerin aksine, paramanyetik malzemeler sıcaklığa güçlü bir şekilde bağlı olan manyetik duyarlılığa sahiptir.
Birçok paramanyetik madde için, manyetik duyarlılığın sıcaklıkla değişmesi Curie tarafından belirlenen yasaya uyar:
nerede T – termodinamik sıcaklık, C maddenin türüne bağlı olarak Curie sabitidir.
Klasik teori paramanyetizma 1905 yılında P. Langevin tarafından geliştirildi. istatistiksel problem düzgün bir manyetik alanda moleküler akımların (ve karşılık gelen manyetik momentlerin P m) davranışı üzerine. Manyetik alanın bir atom üzerindeki yönlendirici etkisi, atomun manyetik momentine ve alanın manyetik indüksiyonuna (B) bağlıdır.
Son 50 yılda tüm bilim dalları hızla ilerleme kaydetti. Ancak manyetizma ve yerçekiminin doğası hakkında birçok dergi okuduktan sonra, kişinin eskisinden daha fazla sorusu olduğu sonucuna varılabilir.
Manyetizma ve yerçekiminin doğası
Fırlatılan nesnelerin hızla yere düştüğü herkes için açık ve nettir. Onları çeken ne? Bilinmeyen bazı güçler tarafından çekildiklerini rahatlıkla varsayabiliriz. Aynı kuvvetlere doğal yerçekimi denir. Daha sonra ilgilenen herkes birçok anlaşmazlık, tahmin, varsayım ve soruyla karşı karşıya kalır. Manyetizmanın doğası nedir? Bunlar nelerdir? Hangi etkinin sonucu olarak oluşurlar? Bunların özü ve sıklığı nedir? Nasıl etkiliyorlar çevre ve her kişi için ayrı ayrı? Bu olgu uygarlığın yararına rasyonel olarak nasıl kullanılabilir?
Manyetizma kavramı
On dokuzuncu yüzyılın başında fizikçi Oersted Hans Christian, elektrik akımının manyetik alanını keşfetti. Bu, manyetizmanın doğasının, mevcut atomların her birinin içinde oluşan elektrik akımıyla yakından ilişkili olduğunu varsaymayı mümkün kıldı. Şu soru ortaya çıkıyor: Karasal manyetizmanın doğasını hangi fenomen açıklayabilir?
Bugün mıknatıslanmış nesnelerdeki manyetik alanların kaynaklandığı tespit edilmiştir. daha büyük ölçüde mevcut bir atomun çekirdeği etrafında ve kendi ekseni etrafında sürekli dönen elektronlar.
Elektronların kaotik hareketinin gerçek bir elektrik akımı olduğu ve geçişinin manyetik alanın oluşmasına neden olduğu uzun zamandır tespit edilmiştir. Bu kısmı özetlemek gerekirse, elektronların atom içindeki kaotik hareketleri nedeniyle atom içi akımlar ürettiğini ve bunun da manyetik alanın oluşmasına katkıda bulunduğunu rahatlıkla söyleyebiliriz.
Ancak farklı maddelerde manyetik alanın kendi değerinde de önemli farklılıklar olmasının nedeni nedir? farklı güç mıknatıslanma? Bunun nedeni, atomlardaki bağımsız elektronların hareket eksenleri ve yörüngelerinin birbirine göre çeşitli konumlarda olabilmesidir. Bu durum, hareket eden elektronların ürettiği manyetik alanların uygun konumlarda bulunmasına yol açmaktadır.
Bu nedenle, manyetik alanın oluşturulduğu ortamın doğrudan manyetik alan üzerinde etkili olduğunu, alanın kendisini artırdığını veya zayıflattığını unutmamak gerekir.
Ortaya çıkan alanı zayıflatan alana diyamanyetik, manyetik alanı çok zayıf bir şekilde artıran malzemelere ise paramanyetik denir.
Maddelerin manyetik özellikleri
Manyetizmanın doğasının yalnızca elektrik akımı tarafından değil aynı zamanda kalıcı mıknatıslar tarafından da üretildiğine dikkat edilmelidir.
Kalıcı mıknatıslar şunlardan yapılabilir: az miktar Dünyadaki maddeler. Ancak manyetik alanın yarıçapı içinde olacak tüm nesnelerin mıknatıslanacağını ve anında hale geleceğini belirtmekte fayda var. Yukarıdakileri analiz ettikten sonra, bir maddenin varlığında manyetik indüksiyon vektörünün vakum manyetikinden farklı olduğunu eklemekte fayda var. indüksiyon vektörü.
Ampere'nin manyetizmanın doğasına ilişkin hipotezi
Sebep-sonuç ilişkisi, cisimlerin manyetik özelliklere sahip olması arasındaki bağlantının kurulmasının bir sonucu olarak, seçkin Fransız bilim adamı Andre-Marie Ampère tarafından keşfedildi. Peki Ampere'nin manyetizmanın doğası hakkındaki hipotezi nedir?
Hikaye, bilim adamının gördüklerinin güçlü izlenimi sayesinde başladı. Dünya'nın manyetizmasının nedeninin düzenli olarak içinden geçen akımlar olduğunu cesurca öne süren Ørsted Lmyer'in araştırmasına tanık oldu. küre. Temel ve en önemli katkı sağlandı: manyetik özellikler cisimlerin içlerindeki akımların sürekli dolaşımıyla açıklanabilir. Ampere'den sonra şu sonuca varıldı: herhangi birinin manyetik özellikleri mevcut organlar içlerinde akan elektrik akımlarının kapalı devresi tarafından belirlenir. Fizikçinin açıklaması cesur ve cesur bir hareketti, çünkü cisimlerin manyetik özelliklerini açıklayarak önceki tüm keşiflerin üstünü çizmişti.
Elektronların hareketi ve elektrik akımı
Ampere'nin hipotezi, her atom ve molekülün içinde temel ve dolaşımda olan bir elektrik akımı yükünün bulunduğunu belirtir. Bugün bu akımların atomlardaki elektronların kaotik ve sürekli hareketinin bir sonucu olarak oluştuğunu zaten bildiğimizi belirtmekte fayda var. Belirtilen düzlemler, moleküllerin termal hareketi nedeniyle birbirine göre rastgele yerleştirilmişse, işlemleri karşılıklı olarak telafi edilir ve kesinlikle hiçbir manyetik özelliğe sahip değildir. Ve mıknatıslanmış bir nesnede, en basit akımlar, eylemlerinin koordine edilmesini sağlamayı amaçlamaktadır.
Ampere'nin hipotezi bunun nedenini açıklayabilir manyetik iğneler ve manyetik alanda elektrik akımı olan çerçeveler birbiriyle aynı şekilde davranır. Ok ise aynı şekilde yönlendirilen akımlı küçük devrelerden oluşan bir kompleks olarak düşünülmelidir.
Manyetik alanın önemli ölçüde arttığı özel bir gruba ferromanyetik denir. Bu malzemeler arasında demir, nikel, kobalt ve gadolinyum (ve bunların alaşımları) bulunur.
Fakat kalıcı mıknatısların manyetizmasının doğasını nasıl açıklayabiliriz? Manyetik alanlar ferromıknatıslar tarafından yalnızca elektronların hareketi sonucunda değil aynı zamanda kendi kaotik hareketinin bir sonucu olarak da oluşur.
Momentum (içsel tork) spin adını aldı. Elektronlar tüm varoluşları boyunca kendi eksenleri etrafında dönerler ve yük sahibi olarak çekirdek etrafındaki yörünge hareketleri sonucu oluşan alanla birlikte bir manyetik alan oluştururlar.
Marie Curie'nin sıcaklığı
Ferromanyetik bir maddenin mıknatıslanma özelliğini kaybettiği sıcaklığa özel adı verilmiştir - Curie sıcaklığı. Sonuçta bu keşfi yapan bu isimde bir Fransız bilim adamıydı. Şu sonuca vardı: Mıknatıslanmış bir nesneyi önemli ölçüde ısıtırsanız, demirden yapılmış nesneleri çekme yeteneğini kaybedecektir.
Ferromıknatıslar ve kullanımları
Dünyada çok fazla ferromanyetik cisim bulunmamasına rağmen manyetik özellikleri oldukça fazladır. pratik uygulama ve anlamı. Bobin içindeki demir veya çelikten yapılmış çekirdek, bobindeki akım tüketimini aşmadan manyetik alanı çoğaltır. Bu olgu önemli ölçüde enerji tasarrufuna yardımcı olur. Çekirdekler yalnızca ferromanyetik malzemelerden yapılmıştır ve bu parçanın hangi amaçla kullanılacağı önemli değildir.
Bilgi kaydetmenin manyetik yöntemi
Ferromanyetik malzemeler birinci sınıf manyetik bantlar ve minyatür manyetik filmler üretmek için kullanılır. Manyetik bantlar ses ve video kayıt alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Manyetik bant, polivinilklorür veya diğer bileşenlerden oluşan plastik bir tabandır. Üstüne, çok küçük iğne şeklindeki demir veya diğer ferromanyetik malzeme parçacıklarından oluşan manyetik bir vernik olan bir katman uygulanır.
Ses titreşimleri nedeniyle alanı zamanla değişime uğrayan bir bant olduğundan ses kayıt işlemi bant üzerinde gerçekleştirilir. Bandın manyetik başlığın yakınındaki hareketi sonucunda filmin her bölümü mıknatıslanmaya maruz kalır.
Yer çekiminin doğası ve kavramları
Her şeyden önce yerçekiminin ve onun kuvvetlerinin yasanın kapsamına girdiğini belirtmekte fayda var. evrensel yerçekimi, şunu belirtir: iki maddi noktalar kütlelerinin çarpımı ile doğru, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı bir kuvvetle birbirlerini çekerler.
Modern bilim kavramları biraz farklı düşünmeye başladı yerçekimi kuvveti ve bunu bir eylem olarak açıklıyor yerçekimi alanı Ne yazık ki bilim adamları için kökeni henüz belirlenemeyen Dünya'nın kendisi.
Yukarıdakilerin hepsini özetleyerek, dünyamızdaki her şeyin birbiriyle yakından bağlantılı olduğunu ve yerçekimi ile manyetizma arasında önemli bir fark olmadığını belirtmek isterim. Sonuçta yerçekimi aynı manyetizmaya sahiptir, ancak büyük ölçüde değil. Dünya'da bir nesneyi doğadan ayıramazsınız - manyetizma ve yerçekimi bozulur ve bu, gelecekte medeniyetin yaşamını önemli ölçüde karmaşıklaştırabilir. Faydalarından faydalanmalı bilimsel keşifler Büyük bilim adamları ve yeni başarılar için çabalıyorlar, ancak tüm verilerin akılcı, doğaya ve insanlığa zarar vermeden kullanılması gerekiyor.
Dünyadaki herhangi bir maddenin belirli manyetik özellikleri vardır. Manyetik geçirgenlik ile ölçülürler. Bu yazıda maddenin manyetik özelliklerine bakacağız.
Ampere'nin hipotezi
Manyetik geçirgenlik, belirli bir ortamdaki manyetik alan indüksiyonunun, vakumdaki manyetik alan indüksiyonundan kaç kat daha az veya daha fazla olduğunu gösterir.
Kendi manyetik alanını oluşturan maddeye mıknatıslanmış madde denir. Mıknatıslanma, bir madde harici bir manyetik alana yerleştirildiğinde meydana gelir.
Fransız bilim adamı Ampere, bunun sonucu olarak cisimlerin manyetik özelliklere sahip olmasının nedenini belirledi. Ampere'nin hipotezi, bir maddenin içinde mikroskobik elektrik akımlarının olduğunu belirtir (bir elektronun kendi manyetik momenti vardır ve bu da kuantum doğası, yörünge hareketi atomlardaki elektronlar). Bir maddenin manyetik özelliklerini belirleyen onlardır. Akımların yönleri düzensizse, oluşturdukları manyetik alanlar birbirini iptal eder. Vücut mıknatıslanmamıştır. Harici bir manyetik alan bu akımları düzenler. Sonuç olarak madde kendi manyetik alanını geliştirir. Bu maddenin mıknatıslanmasıdır.
Bu tam olarak maddelerin harici bir manyetik alana tepkimesi ve onların düzenlenmesiyle gerçekleşir. iç yapı, bir maddenin manyetik özelliklerini belirler. Bu parametrelere göre aşağıdaki gruplara ayrılırlar:
- Paramıknatıslar
- Diamıknatıslar
- Ferromıknatıslar
- Antiferromıknatıslar
Diamıknatıslar ve paramıknatıslar
- Manyetik alan kuvvetinden bağımsız olarak negatif manyetik duyarlılığa sahip maddelere diyamanyetik malzemeler denir. Bir maddenin hangi manyetik özelliklerine negatif manyetik duyarlılık denildiğini bulalım. Bu, bir mıknatısın bir vücuda getirildiği ve çekilmek yerine itildiği zamandır. Diamıknatıslar örneğin inert gazlar, hidrojen, fosfor, çinko, altın, nitrojen, silikon, bizmut, bakır ve gümüşü içerir. Yani bunlar süper iletken durumda olan veya kovalent bağlara sahip maddelerdir.
- Paramanyetik malzemeler. Bu maddeler için manyetik duyarlılık aynı zamanda mevcut alan kuvvetine de bağlı değildir. Yine de olumlu. Yani bir paramanyetik bir sabite yaklaştığında çalışma mıknatısıçekici bir güç ortaya çıkar. Bunlara alüminyum, platin, oksijen, manganez, demir dahildir.
Ferromıknatıslar
Pozitif manyetik duyarlılığı yüksek olan maddelere ferromıknatıs denir. Bu maddeler için, diyamanyetik ve paramanyetik malzemelerin aksine, manyetik duyarlılık, sıcaklığa ve manyetik alan gücüne önemli ölçüde bağlıdır. Bunlara nikel ve kobalt kristalleri dahildir.
Antiferromıknatıslar ve ferrimıknatıslar
- Isıtıldığında ısınan maddeler faz geçişi Bu maddenin paramanyetik özelliklerinin ortaya çıkmasıyla birlikte antiferromıknatıslar denir. Sıcaklık belli bir sıcaklığın altına düşerse maddenin bu özellikleri görülmez. Bu maddelerin örnekleri manganez ve krom olacaktır.
- Ferrimanyetler, içlerinde telafi edilmemiş antiferromanyetizmanın varlığı ile karakterize edilir. Manyetik duyarlılıkları aynı zamanda sıcaklıklara ve manyetik alan gücüne de bağlıdır. Ama hâlâ farklılıkları var. Bu maddeler çeşitli oksitleri içerir.
Yukarıdaki mıknatısların tümü ayrıca 2 kategoriye ayrılabilir:
- Sert manyetik malzemeler. Bunlar gelen malzemeler yüksek değer zorlayıcı güç. Onları yeniden mıknatıslamak için güçlü bir manyetik alan yaratmak gerekir. Bu malzemeler kalıcı mıknatısların üretiminde kullanılır.
- Yumuşak manyetik malzemeler ise tam tersine düşük bir zorlayıcı kuvvete sahiptir. Zayıf manyetik alanlarda doygunluğa girebilirler. Mıknatıslanmanın tersine çevrilmesi nedeniyle düşük kayıplara sahiptirler. Bu nedenle bu malzemeler, elektrikle çalışan elektrikli makinelerin çekirdeklerinin yapımında kullanılır. alternatif akım. Bu, örneğin bir akım ve gerilim transformatörü, bir jeneratör veya asenkron bir motordur.
Maddenin tüm temel manyetik özelliklerine baktık ve ne tür mıknatısların var olduğunu bulduk.
