Е. Т. Акимбеков физика пәнінен дәрістер курсы нұр-Сұлтан 2020
-дәріс. ЗАТТАРДАҒЫ МАГНИТ ӨРІСІ
жүктеу/скачать 3.65 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Қарастырылатын сұрақтар
| 15-дәріс. ЗАТТАРДАҒЫ МАГНИТ ӨРІСІ
Дәрістің мақсаты: Заттардың магниттік қасиеттерін түсіну; гистерезис тұзағының мағынасын түсіну. Кілттік сөздер: ферромагнетиктер, диамагнетиктер, парамагнетиктер, Кюри нүктесі, гистерезис тұзағы, ферриттер, домендер. Қарастырылатын сұрақтар: Орбитальды магнит моменті. Магнетиктер. Заттағы магнит өрісі. Толық ток заңы. Кюри температурасы. Ортаның магниттік қасиеттерін және олардың магнит индукциясына әсерін түсіну үшін магнит өрісінің атомдар мен молекулаларға әсерін қарастыру қажет. Тәжірибе көрсеткендей, магнит өрісіне енгізген барлық заттар магниттеледі. Кез келген материалдық денелердің азды-көпті магниттік қасиеттері болады, олай болса, осы денелерді құрайтын жеке молекулалар мен атомдардың, сол сияқты электрондар мен атомдық ядролардың да магниттік қасиеттері болады. Заттардың магниттік қасиеттері олардың атомдары мен молекулаларының құрылы-мына және олардың өзара әсерлесу сипатына байланысты. Ампердің болжамы бойынша заттардың молекулалары ішінде дөңгелек токтар бар. Бұл токтар молекулалық токтар деп аталады. Сыртқы магнит өрісі жоқ кезде осы токтардың осьтері бейберекет орналасады, сөйтіп олардың магнит өрісінің орташа мәні нольге тең. Сыртқы магнит өрісінің әсерінен осы дөңгелек токтар бағдарланып, өздерінің меншікті магнит өрісін жасайды. Сөйтіп осы өріс бұрынғы сыртқы магнит өрісін күшейтеді. Орбита бойымен қозғалған электронның орбитальды магнит моменті болады , модулі pm=IS=eS, мұндағы I=e -ток күші, - электронның орбита бойымен айналу жиілігі, S-орбита ауданы. Егер электрон сағат тілінің бағытымен қозғалса, онда ток сағат тіліне қарсы бағытта және векторы оң бұранда ережесіне сәйкес электрон орбитасының азықтығына перпендикуляр болады. Орбита бойымен қозғалған электронның механикалық (импульс) моменті де болады, оның модулі: Le=mvr=4mS мұндағы v=4r,r2=S. векторы электронның орбитальды механикалық моменті деп аталады (мұның бағыты да оң бұранда ережесіне бағынады). 37-суреттен көретініміздей, векторы мен векторының бағыттары қарама-қарсы, сондықтан, алдыңғы өрнектерді ескеріп, 37-сурет келесі өрнекті аламыз (15.1) мұндағы g = - e/2m - орбитальды моменттердің гиромагниттік қатынасы деп аталады («-» таңбасы моменттердің бағыттары қарама-қарсы екендігін көрсетеді). Бұл қатынас универсал тұрақтыларды анықтайды да, кез келген орбитаға бірдей болады, дегенімен әртүрлі орбита үшін мен мәндері әртүрлі болады. Атомның (молекуланың) магнит өрісінің келтірілген құраушылары қосылады да сыртқы магнит өрісін әлсірететін заттың меншікті магнит өрісін түзеді. Бұл эффект диамагниттік эффект деп аталады да, ал сыртқы магнит өрісінде өріс бағытына қарсы магниттелетін заттар диамагнетиктер деп аталады. Диамагнетиктерге көптеген металдар (мысалы, Bi, Ag, Au, Cu), органикалық қосылыстар және т.б. жатады. Сыртқы магнит өрісінде өріс бағытымен магниттелетін заттар-парамагнитті заттар деп аталады. Парамагнитті заттарда сыртқы магнит өрісі жоқ кезде электрондардың магнит моменттері бірін-бірі компенсацияламайды, және парамагнетиктердің атомдары (молекулалары) әрқашанда магнит моментіне ие болады. Дегенменен, молекулалардың жылулық қозғалысы салдарынан олардың магнит моменттері ретсіз бағытталған, сондықтан парамагниттік заттардың магниттік қасиеттері болмайды. Парамаг-нетикті сыртқы магнит өрісіне әкелгенде атомдардың магнит моменттері өріс бойынша орнықты бағытқа ие болады. Осылайша, сыртқы өрістің бағытына сәйкес келетін және оны күшейтетін өзінің меншікті магнит өрісін тудыра отырып, парамагнетик магниттеледі. Бұл парамагнитті эффект деп аталады. Сыртқы магнит өрісін нольге дейін әлсіреткен кезде жылулық қозғалыс салдарынан магнит моменттерінің бағыты бұзылады да, парамагнетик магнитсізденеді. Парамагнетиктерге сирек кездесетін элементтер, Pt, Al және т.б. жатады. Диа- және парамагнетиктердің қасиеттерін қарастыра отырып, барлық заттардың атомдары диамагниттік қасиетке ие екенін көреміз. Жалпы ортаның магниттелу дәрежесін магниттелу векторы деп аталатын вектормен сипаттайды да, ол ортаның көлем бірлігінің магнит моментіне тең болады , (15.2) мұндағы - магнетиктің магнит моменті, ол жекелеген молекулалардың магнит моменттерінің векторлық қосындысына тең. Сыртқы өрістің магнит индукциясы (Вакуумдағы магниттейтін токтар өрісі), ал микротоктар өрісінің (молекулалық токтар өрісі) магнит индукциясы болсын, сонда магнетиктегі қорытқы магнит өрісінің индукциясы осы екі шаманың векторлық қосындысына тең болады. , мұндағы , ал . және векторлары үшін өрнектерді алдыңғы формулаға қоямыз немесе . Соныменен, магниттелу векторы ортаның магниттелу дәрежесін сипаттайды. Магниттелу векторы магниттелуді тудыратын өріс кернеулігіне тура пропорционал болады, яғни , мұндағы - заттың магниттік алғырлығы деп аталатын өлшемсіз шама. мұндағы =1+ - заттың магнит өтімділігі, өлшемсіз шама. Диамагнетиктер үшін (молекулалық токтар өрісі сыртқы өріске қарама-қарсы бағытталған) магнит алғырлығы 0, магнит өтімділігі , ал парамагнетиктер үшін (молекулалық токтар өрісі сыртқы өріспен сәйкес келеді) магнит алғырлығы 0, магнит өтімділігі 1. Заттардағы магнит өрісі үшін толық ток заңы: Еркін алынған тұйық контур бойынша магнит индукциясының циркуляциясы тұйық контурды қамтитын өткізгіштегі ток пен молекулалық токтардың алгебралық қосындысын магнит тұрақтысына көбейткенге тең , мұндағы I және I еркін алынған L тұйық контурды қамтитын макротоктар (өткізгіштегі ток) мен микротоктардың (молекулалық токтар) алгебралық қосындысы. Еркін алынған тұйық контурдың магниттелуінің циркуляциясы осы контурмен қамтылған молекулалық токтардың алгебралық қосындысына тең . Сонда заттардағы магнит өрісі үшін толық ток заңының формуласы келесі түрде жазылады dl =I , (15.3) Осы өрнек векторының циркуляциясы туралы теорема деп аталады. Әлсіз магниттелген заттар деп аталатын диа- және парамагнетиктерден басқа да күшті магниттелген заттар болады. Олар - ферромагнетиктер деп аталады. Ферромагнетиктер - сыртқы магнит өрісі болмаса да магниттелетін заттар. Ферромагнетиктер негізі темір болады және оларға кобальт, никель, гадолиний, олардың қорытпалары мен қоспаларын жатқызуға болады. Егер әлсіз магниттелген заттар үшін векторының векторынан тәуелділігі сызықты болса, ол ферромагнетиктер үшін күрделі болады. Н шамасы артқан сайын алғашында J мәні тез, одан кейін баяу артады, соңына қарай магниттік қанығу Jқан шамасына жетеді де, ол шама өріс кернеулігінен тәуелді болмайды. Ферромагнетиктердің маңызды ерекшелігі тек мәнінің үлкендігінде ғана емес (мысалы темір үшін-5000, пермаллой үшін-80 000), оның Н –тан тәуелділігі. Алғашында Н–тың мәні артқанда да артады, содан кейін ол максимум мәніне жеткен соң кеми бастайды, күшті өріс жағдайында 1-ге ұмтылады (=В/0Н=1+J/Н, сондықтан да J=Jқан=const Н артқанда J/Н0, ал 1). Ферромагнетиктердің ең бір маңызды ерекшелігі - магниттік гистерезис (кешігу)деген құбылыс. Егер ферромагнетикті қанығуға дейін магниттесек (1-нүкте,38-сурет), магниттейтін өрістің кернеу-лігі кеми бастайды, тәжірибе көрсеткендей, J-дің кемуі 1-2 38-сурет қисығымен сипатталады, ол 1 - 0 қисығынан жоғары жатады. Н=0 болғанда J шамасының мәні 0-ге тең болмайды, яғни ферромагнетикте жүктеу/скачать 3.65 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|