Заттарды магниттік асиеттері

Магнетик деп магнит рісі серінен магнит моменті пайда болатын (магниттелетін) заттарды айтады. Кез келген материалды денелерді азды кпті магниттік асиеттері болады. Заттарды магниттік асиеттері олады атомдары мен электрондарыны рылымына жне оларды зара серлесу сипатына байланысты. Ампер болжамы бойынша заттарды молекулалары ішінде дгелек токтар бар. Оларды молекулалы токтар деп атайды. Сырты магнит рісіні серінен осы дгелек токтар бадарланып, здеріні меншікті магнит рісін туызады да, сырты магнит рісін кшейтеді. Электронды теория бойынша атомдардаы электрондар дгелек орбита бойынша озалады да, дгелек ток райды. Атом ішінде электрон радиусы r дгелек орбита бойынша жылдамдыпен озалып жрсін. Егер электрон уаыт ішінде n рет айналса, онда орбита бойымен тасымалданан заряд en шамасы I токка шамалас болады:

мндаы, n – айналым саны, е – электрон заряды.

Осы токты орбиталы магнит моменті:

Модулы:

(3.42)

мндаы, - ток кщі, – электронны орбта бойымен айналыс жиілігі, S– орбита ауданы. ;

Магнит моментіні баыты токты баытымен (3.19-сурет) о бранда ережесімен байланысты. Орбита бойымен озалатын электронны механикалы импульс моменті болады, ол

(3.43)

мндаы, , , -электронны орбиталы механикалы импульс моменті. Баыты о бранда ережесіне баынады. Осы моменттерді атынасы:

,

(3.44)

- орбиталы моменттерді гиромагниттік атынасы. Осы атынасты тжірибелік мні:

3.19-сурет

Бл айырмашылыты тсіндіру шін электронны импульсыны меншікті механикалы моменті – спині болады деп есептелді жне бл кейінірек длелденді. Электронны спині – ол негізгі асиеттеріні бірі болды (заряды, массасы сияты). Электрон импульсыны меншікті механикалы моменті Les – электрон спині деп аталады. Электрон спиніне меншікті магниттік момент сйкес келеді:

(3.45)

gS – электронны спиндік моменттеріні гиромагнитттік атынасы. Сонымен электронны магниттік моменті орбиталы жне спиндік моменттеріні осындысынан трады. Атомны магнит моменті оны рамына енетін электрондарды орбиталды жне меншікті моменттерінен, сондай-а ядроны магнит моментінен трады.

 

Заттарды пара- жне диамагниттік асиеттері. ткізгіштерде тетін токтарды магнит рісіндегі кез келген магнетик магниттеліп, осымша магнит рісін туызады. Осы микроскопиялы токтарды рісіне макроскопиялы ток индукциясы осылып,жалпы магнит рісіні индукциясын райды:

(3.46)

1. Егер жне векторлары бір біріне арама арсы баытталса, жалпы магнит рісі лсірейді де, ортаны магнит тімділігі µ<1 болады. Мндай асиеттері бар заттар диамагнитті деп аталады. Диамагнитті заттара кптеген металдар (мысалы, Bi,Ag,Au,Cu), кптеген органикалы осылыстар, инертті газдар жатады.

2. Егер жне векторлары баыттас болса, онда олар осылып, жалпы магнит рісін кшейтеді де, ортаны магнит тімділігі µ>1 болады. Осындай асиеті бар заттар парамагнитті деп аталады. Парамагнитті асиеті бар заттар : Pt, Al, O2, NO3 т.б.

Жалпы аланда барлы заттарды атомдарыны диамагнетиктік асиеті болады. Егер атомдарды магниттік моменттері лкен болса, онда парамагнетик асиеті артып, зат парамагнетик болады, ал егер атомдарды магниттік моменттері аз болса, онда диамагнетик касиеті артып, зат диамагнетикке айналады. Диамагнетик жне парамагнетик лсіз магниттелетін заттар.

Магниттелу дрежесін магниттелу векторы деп аталатын ( ) вектормен сипаттайды да, ол ортаны (магнетикті) клем бірлігіні магниттік моментімен аныталады. Магнитті V клемі ішіндегі молекулаларыны магниттік моменттеріні алгебралы осындысын деп белілейік. Сонда біртекті магниттелген магнетиктерді магниттелу векторы мына тедікпен аныталады:

(3.47)

Теориялы есептеулер микротоктар рісіні индукция векторы те болатынын, ал сырты рісті магниттік индукциясы те екенінін длелдейді. Сонда

(3.48)

Сонымен атар, лсіз рістер шін:

(3.49)

- затты магниттік алырлыы деп аталады. Осыны (3.48) рнекке ойса,

,

осыдан (3.50)

немесе

(3.50/)

-ортаны магниттік тімділігі,

Заттардаы магнит рісі шін толы ток заы ( векторыны циркуляциясы туралы теорема) мына трде жазылады:

(3.51)

мндаы I жне I/ - берілген контурды амтиттын макро жне микро токтарды алгебралы осындысы.

Сонымен, тйы контурдаы индукция векторыны циркуляциясы ткізгіштік тогы мен молекулалы токтарды алгебралы осындысын магнит тратысына кбейткенге те.

Ферромагнетиктер, оларды асиеттері мен табиаты.

Ферромагнетиктер кшті магниттелетін заттар. Оларды магниттелуі диа – жне парамагнетиктерді магниттелуінен кптеген есе арты. Ферромагнетиктер атарына темір, никель, кобальт жне оларды орытпалары мен оспалары (Fe+Ni+A ) жне ферромагнитті емес металдарды орытпалары (61,5%Cu+23,5%Mn+15%A ) жатады. Парамагнетиктер сияты ферромагнетиктерді здеріні меншікті магнит рісі магниттелеу процесі кезінде сырты магнит рісін кшейтеді. Осы айтылана сйкес ферромагнитті заттарды мынадай ерекше асиеттері болады: біріншіден, оларды мангнит тімділігі те жоары , кейбір жадайларда 105-не дейін жетеді, демек сырты магнит рісіні кернеулігіне туелді, екіншіден, ферромагиттерді магиттелуі сырты магнит рісін жойса да саталады (яни, оларды алды магниттелуі болады).

Темірді магниттелуіні сырты ріс кернеулігіне туелдігін алаш 1872 жылы толы зерттеген орыс алымы А.Г.Столетов болды. Егер лсіз магнитті заттарда жне векторларыны арасындасызыты туелділік болса, ферромагнитті заттарда бл туелділік едуір крделі. Алашы кезінде векторы кернеуліккетуелді тез седі, сосын жайлап сіп, е жоары аныу ан (Js) мніне жеткеннен кейін кернеулік векторына туелді болмайды. Мндай жадай 3.20-суретте бейнеленген. Бл былайша тсіндіріледі: алашы кезде магнит рісіні суімен атар, молекулалы магнит моменттеріні ріске бадарлану дрежесі пропорционал трде артады, кейінірек бірте-бірте баяулай тседі.


Е соында ріс баытына баыттас емес моменттер саны млдем азайып магниттелу аныу дрежесіне жетеді. Ферромагнетиктерді е бір маызды ерекшелігі гистерезис (кешігу) деген былыс. Бл былыс магниттелу векторымен ріс кернеулігіні арасындаы туелділікті толы тсіндіреді.

3.20-сурет

Ферромагнитті денелер магниттелгенде оларды сызыты лшемдері мен клемдері де згереді, яни деформацияланады. Бл былыс магнитострикция деп аталады. Осы эффектіні шамасы мен табасы магнит рісіні кернеулігіне жне ріс баытыны кристалл осімен жасайтын брышына туелді.

Ферромагнитті денелерді андайын алса та, оларды ферромагнитті асиеттері тгелдей жойылатын температурасы болады. Осындай TКтемператураны Кюри температурасы немесе Кюри нктесі деп атайды. Мысалы, темір шін 7680С, никель шін 3650С т.с.с. Кюри нктесінен жоары температурада ферромагнетиктер алыпты парамагнетикке айналады.

Ферромагнетизм теориясын алаш француз физигі П.Вейс жасаан, кейінірек 1928 жылы бл теорияны квантты трысынан дамытан орыс физигі Я.И.Френкель мен неміс физигі В.Гейзенберг болды. Вейсті тсіндіруінше Кюри температурасынан тменгі температурада ферромагниттер сырты рісті серінен здігінен (спонтанды) магниттелген - домендер деп аталатын кішігірім макроскопиялы ерекше айматардан трады. Домендер сызыты лшемдері 10-4-10-2 сантиметрге жуы са магнетиктер болып келеді. рбір доменні шегінде ферромагнетик аныуа дейін здігінен магниттеледі де, белгілі бір магнит моментіне Pm ие болады. Бл моменттерді р домендер шін баыттары трліше болады, яни сырты ріс жо кезде барлы моменттерді осындысы ( ) нлге те. Сырты магнит рісі серінен ртрлі баыттаы домендерді магнит моменттері бір жаа баытталады. Сйтіп ферромагниттерді тімділіктеріні тез суіне ммкіндік туады. Ферромагниттердегі домендер эксперимент арылы да длелденді. Домен айматарды тікелей порошокты бейнелер дісімен круге болады. 3.21-суретте крсетілгендей магнит рісі болмаанда домендер хаосты баытталан, ал сырты магнит рісіне келген кезде ріс бойымен баытталады.

3.21-сурет

азіргі кезде техникада феррит деп аталатын магниттік заттар лкен роль атарады. здеріні электрлік асиеттері бойынша олар жартылай ткізгіштерге жатады. Оларды кедергілері те жоары 102-108 Ом·м. Ферриттер электротехника шін те нды, йткені оларды ішінде зиянды йын токтар нбейді. Ферриттерден трансформатор зектерін, катушка стерженьдерін жасайды.