Studopediya

КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Магнитните моменти на електрони и атоми

Опитът показва, че всички вещества са магнитни материали, т.е. способен под влияние на външно магнитно поле, за да създадете свой собствен, вътрешен магнитно поле (за придобиване на вътрешен магнитен момент, магнетизираната).

Да обясни намагнитване органи Ампер предполага, че циркулиращите кръгови молекулни токове в молекулите на веществата. Всеки микроток аз съм разполага със собствен магнитен момент и в околното пространство създава магнитно поле (Фигура 1). В отсъствието на външното поле на молекулни течения и свързана са ориентирани на случаен принцип, така че получената в областта на материала и общото време на всички вещества, е нула. При пускането на материал във външно магнитно поле, магнитните моменти на молекулите станат ориентирани предимно в една посока, общата магнитния момент става различна от нула, магнитът е намагнетизирана. Магнитните полета на индивидуални молекулни токове не неутрализират взаимно и има магнит в своята вътрешна област.

Да разгледаме причината за това явление от гледна точка на структурата на атома на базата на планетарния модел на атом. Според Rutherford, е положително заредена ядро, около което отрицателно заредени електрони на стационарни орбити в центъра на атома. Електрон движи по кръгова орбита около ядрото, може да се разглежда като кръгъл ток (микроток). Що се отнася до посоката на тока обикновено приема на посоката на движение на положителни заряди и отрицателен заряд на електрон, микроток посока обратна на посоката на движение на електрони (Фигура 2).

Количеството на микро-ток т.е. може да се определи, както следва. Ако по време на път, т електрона прави N превръща около ядрото, чрез сайта намира някъде по пътя на електрона, таксата е била прехвърлена - Charge на един електрон).

Според настоящото определение,

където електрон скорост.

Ако текущата I протича в затворена верига, веригата има магнитен момент, който е модул

,

където S - площ, ограничена от.

За микроток такава площ е площта на орбитата S = PR 2

(R - радиус на орбитата), и неговата магнитен момент е

където w = 2pn - цикличен честота, - Линейна скорост на електрона.

път вследствие на движението на електрона в своята орбита, така го нарече орбиталната магнитния момент на електрона.

Магнитния момент р м, което е електрон поради предложението в орбита, наречен орбитален магнитния момент на електрона.

Посоката на вектора форми с посоката на десняк система на микроток.

Както всяка материална точка, движещи се в кръг, електронът има ъглов момент:



,

ъглов момент L, която е следствие от тяхната електрон орбитално движение се нарича орбитален ъглов момент. Той образува десняк система с посоката на движение на електрона. Както може да се види от Фигура 2, вектори посока и противопоставя.

Оказа се, че в допълнение към орбиталния ъглов импулси (т.е., поради движението в своята орбита), електронът има своя собствена механична и магнитна моменти.

Първоначално, наличието на и Опитахме се да обясним, като се има предвид електрона като топка въртяща се около оста си, така че със собствен механичен момент на електрона се нарича въртене (спин от английски -. Завъртане). По-късно е установено, че този възглед води до редица противоречия и хипотезата за "въртящи" електрон отказа.

Сега е установено, че електрон спин и свързаната собствен (спин) магнитния момент е неделима собственост на електрона, като му заряд и маса.

Магнитния момент на електрона в атома се състои от орбиталната и върти ъглови импулси:

Магнитния момент на атома се състои от магнитен момент на съставните електрони (най-магнитния момент на ядрото се пренебрегва поради своята незначителност)

,

Намагнитването на веществото.

Атомите в магнитно поле. Диаграми и парамагнитни ефекти.

Разглеждане на механизма на действие на външно магнитно поле на движещите електроните в един атом, т.е. на микро-течения.

Както е известно, когато електрически ток в една стая с магнитно поле с индукция има сила на въртящия момент

под действието на което контурът е ориентирана така, че равнината, перпендикулярна на веригата, и магнитния момент - В посока на вектора (Фигура 3).

По същия начин се държи електронен микроток. Въпреки това, ориентацията на орбитален микроток в магнитно поле не е толкова електрически ток. Фактът, че един електрон се движи около ядрото и има ъглов момент, като жироскоп следователно тя има всички характеристики на поведението на жироскопи под външни сили, по-специално на жироскопичен ефект. Следователно, когато атом, когато се поставят в магнитно поле върху орбитален микроток въртящ момент започва да работи има за цел да установи орбитален магнитния момент на електрона по посока на полето, там е прецесия на вектори и за посоката на вектора (Поради жироскопичен ефект). Честотата на тази прецесия

Той призова Larmor честота и еднаква за всички електрони в атома.

По този начин, когато поставянето всеки материал в магнитното поле на всеки електрон на атом поради прецесията на орбитата около посока на външното поле генерира допълнителен индуцирана магнитно поле, насочено срещу външната и отслабва. Тъй като индуцирани магнитен момент на всички електрони в същата посока (обратна на вектора ), Общата индуцирана момента на атом е също насочено срещу външното поле.

Явлението на възникване на магнитно индуцираното магнитно поле (поради прецесията на електрона орбити в магнитно поле), насочен противоположно на външното поле и тя отслабва, наречен диамагнитно ефект. Диамагнетизъм присъщи на естеството на всички вещества.

Диамагнитната ефект води до отслабване на външното магнитно поле в магнитни материали.

Въпреки това, може да има и друг ефект, наречен парамагнитен. При отсъствие на магнитно поле, магнитните моменти на атомите вследствие на топлинно движение на произволно ориентирани и получената магнитния момент на веществото е нула (Фигура 4А).

При извършване на такова вещество в единна магнитно поле с индукция Невярно стреми да установи магнитните моменти на атомите заедно Така векторите на магнитните моменти на атоми (молекули) precess за посоката на вектора , Thermal движение и взаимните сблъсъци на атоми водят до постепенно намаляване на затихване на прецесията и ъглите между посоките на магнитния момент вектор и вектора .Sovmestnoe Ефект на магнитно поле и термично движение води до преобладаващата ориентация на магнитните моменти на атомите заедно областта

(Фигура 4Ь), толкова по- и по-малки, по-висока температура. В резултат на това общото магнитния момент на атомите на материята ще бъде различна от нула, вещество, магнитни, изглежда вътрешна магнитно поле, codirectional с външното поле и го усилва.

Феноменът на поява при магнитно присъща магнитно поле, причинени от ориентацията на магнитните моменти на атомите в посока на външното поле и арматурна, се нарича парамагнитен ефект.

Парамагнитен ефект води до увеличаване на външно магнитно поле магнити.

При пускането на всякакви материали във външно магнитно поле е магнетизираната, т.е. придобива магнитен момент поради диаграми парамагнитни ефект или, в случая възниква вътрешната си магнитно поле (микро-поле) индукция ,

За количествено описание на магнетизация на веществото въвежда концепцията на намагнитване.

Намагнитването на магнитния материал - Вектор физическо количество, равно на общата магнитния момент на единица обем на магнита:

Намагнитването се измерва в SI A / m.

Намагнитването зависи от магнитните свойства на веществото, външното поле и температурата. Очевидно намагнитването на магнита свързани с индуцирането на ,

Опитът показва, че по-голямата част от веществата, а не в един много силен полета намагнитване пряко пропорционална на интензитета външното поле причиняване на намагнитване:

(1)

където C - магнитна възприемчивост материал, безразмерна.

По-голямата стойност на С, повече материал е намагнетизирано с даден външното поле.

Ние можем да докажем, че

(2)

Магнитното поле в материала е сума от два вектора области: външното магнитно поле и вътрешно присъща или магнитно поле, генерирани микроток. магнитна индукция вектор магнитно поле в материал характеристика и полученото магнитно поле е геометричната сумата от външно магнитно индукцията и вътрешна магнитни полета:

(3)

,

Относителната магнитната проницаемост на материала показва колко пъти магнитното поле варира в дадено вещество.

Какво точно се случва с магнитното поле на дадено вещество - то се усилва или отслабва - в зависимост от големината на магнитния момент на атома (или молекула) на веществото.

Диамагнитно и парамагнитен. Ferromagnets.

Магнитите са вещества, които могат да придобият магнитни свойства в магнитно поле - магнетизираната, т.е. създадете свой собствен вътрешен магнитно поле.

Както вече бе споменато, всички вещества са магнитни материали, поради собствената си вътрешна магнитно поле Тя се определя от вектора сумата от микрочип Генерирани от всеки електрон на всеки атом:

Магнитните свойства на материала се определят от магнитните свойства на електрони и атоми на веществото. Според неговите магнитни свойства на магнитни материали са разделени в диамагнитно, парамагнитен, ferromagnets, antiferromagnets и ферити. Нека разгледаме тези класове вещества.

Ние открихме, че чрез поставяне на материала в магнитно поле може да има два ефекта:

1. парамагнитен водят до укрепването на магнитното поле в магнита, поради ориентацията на магнитните моменти на атомите в посока на външното поле.

2. диамагнитната, което води до отслабване на областта поради прецесията на електрона в орбитите на външното поле.

Как да се определи кои от тези ефекти се случи (или и двете), които един е по-силна, отколкото това, което се случва, за да се свърши с магнитното поле в тази материя - тя се усилва или отслабва?

Както вече знаете, на магнитните свойства на материала се определят от неговите атомните магнитни моменти и магнитния момент на атома е съставен от собствена орбитална и върти магнитни моменти на съставните си електрони:

,

Атомите на някои вещества на вектор сумата от орбита и се върти магнитен момент на електрона е равна на нула, т.е. магнитния момент на атома е нула, При пускането на такива вещества парамагнитен ефект на магнитно поле, разбира се, не може да се случи, тъй като това се случи само чрез ориентация на магнитните моменти на атома в магнитно поле, няма.

Но прецесията на електрона в орбитите външна област се дължи на диамагнитната ефект, винаги има, следователно диамагнитната ефект настъпва във всички вещества, когато се поставят в магнитно поле.

Така, ако магнитния момент на атома (молекула) на веществото е нула (поради взаимното компенсиране на магнитните моменти на електроните), след което при поставяне на такова вещество в магнитно поле, това ще се случи само диамагнитната ефект. В същото време присъщата магнитното поле на магнита насочен противоположно на външното поле и тя отслабва. Такива вещества се наричат ​​диамагнитно.

Наречен диамагнитната вещества, в които, в отсъствие на външно магнитно поле, магнитните моменти на атомите са равни на нула.

Диамагнитната на външно магнитно поле е намагнетизирана обратна на посоката на външното поле и го отслаби, така

B = B 0 - B ¢, m <1.

Отслабване на полето в diamagnet много леко. Например, един от най-силно диамагнитната, бисмут, т »0,99998.

Много са диамагнитната метали (сребро, злато, мед), повечето органични съединения, смоли, въглерод и т.н.

Ако отсъствието на външно магнитно поле, магнитния момент на атомите на веществото не е нула, чрез поставяне на такова вещество в магнитно поле, това ще се случи и диамагнитната и парамагнитни ефекти, обаче, диамагнитната ефект е винаги много по-слаби от завъртане и фона е почти незабележимо. Собствени магнитното поле на магнита Това ще бъде една и съща посока, както външното поле и усилва. Такива вещества се наричат ​​парамагнитен. Парамагнитен - вещество, за което няма външно магнитно поле, магнитните моменти на атомите са различни от нула.

Парамагнитен на външно магнитно поле е намагнетизирана в посока на външното поле и го укрепи. За тях,

B = B 0 + B ¢, m> 1.

Пропускливостта на парамагнитни материали за по-голямата част от малко повече от един.

Чрез парамагнитен включва редки земни елементи, платина, алуминий и т.н.

Заключение:

ако диамагнитно ефект, B = B 0 -B ¢, m <1.

ако диамагнитно и парамагнитни ефекти, B = B 0 + B ¢, m> 1.

Ferromagnets.

Всички диаграми и paramegnetiki - вещество магнетиращият много слабо, тяхната магнитна проницаемост близо до единство и не зависи от магнитното поле H. В допълнение към слайд и парамагнитни вещества са способни силно магнитизирана. Те са наречени ferromagnets.

Феромагнитни или феромагнитни материали получават името си от латинското име на главния представител на тези вещества - желязо (желязото). За феромагнитни материали с изключение на желязо включват кобалт, никел, гадолиний, много сплави и химически съединения. Феромагнитни - вещество, способно на силно магнетизирана, в която вътрешният (самостоятелен), магнитното поле може да бъде стотици или хиляди пъти по-висока, отколкото причинени външното магнитно поле.

Свойствата на ferromagnets

1. Възможността за силно магнитизирана.

относителна магнитна проницаемост м в някои феромагнитни 10 юни достига.

2. магнитно насищане.

Фиг. 5 показва експерименталната зависимост на намагнитването силата на външното магнитно поле , Както може да се види от фигурата, със стойност на N цифровата стойност на намагнитване на феромагнитните материали остава практически постоянна и равна на J нас. Този феномен е бил открит от руския учен AG Столетов и наречена магнитно насищане.


В зависимост 3.Nelineynye B (Н) и М (Н).

С увеличаване на индукция напрежение в първите повишения, но като намагнитването на магнита го растежа се забавя, а в силни полета увеличава с линейно (Фигура 6).

Поради нелинейна зависимост на В (Н),

т.е. магнитна проницаемост m сложна функция на магнитна напрегнатостта на полето (Фигура 7). Първо, с увеличаване на силата поле м увеличава от начална стойност за някои максимална стойност, и след това намалява асимптотично до близо единство.

4. Магнитен хистерезис.

Друга отличителна черта е тяхната ferromagnets

способността да се поддържа намагнитване след отстраняване на полето за намагнетизиране. Ако промените силата на външното магнитно поле от нула до положителни стойности индукция увеличения (Фигура 8, земя

намаляваща нулева магнитна индукция в края на намаляването и стойността Нула, е равна на (Остатъчен магнетизъм), т.е. при отстраняване на външното поле феромагнити е магнетизираната и е постоянен магнит. За пълно размагнитване на пробата е необходимо да се прилага магнитно поле на обратната посока - , силата на магнитното поле , която трябва да се прилага на феромагнитен материал в пълна размагнитване, наречен коерцитивната сила.

лаг феномен на промяна на магнитната индукция в феромагнити от вариация на променливата в големина и посока на намагнетизиране областта на външната се нарича магнитен хистерезис.

зависимостта от Тя ще бъде представена от крива линия с форма, която носи името на хистерезисната крива е показана на Фигура 8.

В зависимост от формата на хистерезисната крива на разграничение магнитно твърди и меки магнитно ferromagnets. Hard феромагнитен вещество, наречено с голям остатъчен намагнитване и високо принудителна сила, т.е. с широк хистерезисна крива. Те се използват за производството на постоянни магнити (въглерод, волфрам, хром, алуминий, никел и други стоманени).

Soft феромагнитен вещество, наречено ниска принудителна сила, която е много лесно да се remagnetized, с тесен хистерезисна крива. (За да се получат тези свойства, специално създаден т.нар трансформатор желязо, сплав от желязо с малки количества силиций). Обхват на приложение - производство на магнитопроводи на трансформатори; те включват меко желязо, желязо-никелови сплави (пермалой, supermalloy).

5. Наличието на температура (точка) Кюри.

Точка Кюри - е характеристика на феромагнитен температурата, при която феромагнитни свойства изчезват напълно.

Когато пробата се нагрява над точката на Кюри на феромагнити става обикновен парамагнитен. Когато се охлажда под точката на Кюри, то възстанови своите феромагнитни свойства. Тази температура е различна за различните вещества (за Fe - 770 0 С, Ni - 260 0 С).

6. магнитострикция - феноменът на феромагнитен деформация по време на намагнитване. Големината и знака на магнитострикция зависи от силата на полето за намагнетизиране и естеството на феромагнити. Това явление е широко използван за висока мощност емитери на ултразвукови устройства, използвани в сонар, сонар комуникация, навигация и т.н.

В ferromagnets, ние наблюдавахме обратното явление - промяната на намагнитване по време на деформация. Със значителни магнитострикцията сплави, използвани в устройства, които се използват за измерване на налягане и деформация.

Nature феромагнетизъм

Дескриптивна теория на феромагнетизъм беше предложено от френския физик П. Вайс през 1907 г., и в съответствие количествена теория на базата на квантовата механика е разработена от съветския физик J. Френкел и немски физик W. Хайзенберг (1928).

Според съвременните концепции, на магнитните свойства на феромагнитни материали се определят от спин магнитни моменти (завъртания) на електрони; ferromagnets може да бъде само кристални вещества, в които атомите са незавършени вътрешните електронен слой с некомпенсирани завъртания. В същото време има сили, принуждавайки въртене магнитен момент на електроните са ориентирани паралелно един на друг. Тези сили се наричат ​​сили на обменното взаимодействие, те имат квантов характер и се дължи на свойствата на вълната на електрони.

Под влияние на тези сили в отсъствието на външното поле феромагнитен разделена на голям брой микроскопични размери области - домейн от порядъка на 10 -2 - 10 -4 cm. В рамките на всеки домейн електрони завъртания са ориентирани паралелно една на друга, така че цялата област намагнетизирана на насищане, но посоката на магнетизация на отделните домени са различни, така че общата сума (сума) на всички магнитния момент на феромагнит е нула. Както е известно, всяка система има тенденция да бъде в състояние, където му енергия е минимално. Разделяне на феромагнити в домейни се случва, защото по време на формирането на домейн структура на феромагнити енергия намалява. температурата на Кюри е температурата, при която унищожаването на домейна и феромагнит губи феромагнитни свойства.

Наличието на структурата на домен на ferromagnets доказано експериментално. Пряка експериментален метод на наблюдение е методът на прах модели. Когато силно полирани повърхността на феромагнитен прилага водна суспензия на фино феромагнитен прах (например магнит), частиците се отлагат предимно на места, на максимално магнитно поле нехомогенност, т.е. в границите между домейните. Така установената прах очертава границите на домейни, и подобна картина може да бъдат снимани под микроскоп.

Една от основните задачи е да се обясни теорията на феромагнетизъм зависимост от B (H) (Фигура 6). Нека се опитаме да го направим. Знаем, че в отсъствието на външното поле е разделена на феромагнитни домейни, така че общата магнитен момент е нула. Това е показано схематично на фигура 9, и при четири домени на равен обем, са показани намагнетизирана до насищане. Когато външното поле, отделните домени на енергия неравномерен: енергия е по-ниска за областите, в които вектор намагнитване прави с посока областта на остър ъгъл, и повече, в случай че този ъгъл е тъп.

Фиг. 9

- Магнетизираната на всички-Magne-кърлеж в наситено състояние

Фиг. 9


Както е известно, всяка система има тенденция да се намали енергийната възниква домейн граница процес изместване в които размерът на области с по-малко енергия се увеличава и намалява с по-висока енергия (Фигура 9 б). В случай на много слаби области тези променящи граници са обратими и точно следват промяната на полето (ако полето е изключен, намагнитването отново е равна на нула). Този процес съответства на частта крива Б (Н) (фигура 10). С увеличаване поле изместване на границите на домейни са направени необратимо.

С достатъчно силно от областта на намагнетизиране е енергично неблагоприятни домейни изчезват (Фигура 9, в една част Фигура 7). Ако допълнително се увеличава областта, магнитните моменти dovorachivanie появява в поле домейн, така че цялата проба се превръща в един голям домейн (Фигура 9 грама част от Фигура 10).

Много интересни и ценни свойства на ferromagnets позволяват широкото използване на тях в различни области на науката и технологиите за производство на магнитопроводи на трансформатори и електро-механични ултразвукови излъчватели, като постоянни магнити и т.н. Феромагнитни материали се използват във военното дело: в различни електрически и радио устройства; както на източниците ултразвук - в сонар, навигация, сонар комуникация; като постоянни магнити - да се създаде магнитни мини и магнетометричното проучване. Магнетометричното интелигентност, за да се открият и идентифицират обекти, съдържащи феромагнитни материали; използвана в системата за борба с подводници и морски мини.

<== Предишна лекция | На следващата лекция ==>
| Магнитните моменти на електрони и атоми

; Дата: 03.01.2014; ; Прегледи: 618; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



zdes-stroika.ru - Studopediya (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото допълнение , Al IP: 66.102.9.26
Page генерирана за: 0.061 сек.