Magnetini s lauk as med žiagoje. Medžiagos įmagnetėjimas

1. Magnetinis laukas medžiagoje. Medžiagos įmagnetėjimas Kiekvienas judantis krūvis kuria aplink save sūkurinį magnetinį lauką, kurio stiprumas priklauso nuo judėjimo greičio ir krūvio dydžio: Elektrono, judančio apskritimine atomo orbita, būseną patogu nusakyti orbitiniu impulso momentu: Tokios sistemos, turinčios krūvį ir impulso momentą, magnetinės savybės aprašomos dydžiu, vadinamu elektrono orbitiniu magnetiniu momentu: Jis yra vektorius, nukreiptas priešinga Ll kryptimi. Kiekvienam elektronui, be orbitinio impulso momento Llbūdingas ir savasis judesio kiekio momentas arba spinas - Ls, su kuriuo susijęs savasis magnetinis momentas

2. Magnetinis laukas medžiagoje. Medžiagos įmagnetėjimas Atomo atstojamasis magnetinis momentas yra lygus visų jo elektronų orbitinių ir savųjų momentų geometrinei sumai: Priklausomai nuo orbitinių momentų išsidėstymo, atomo magnetinis momentas gali būti lygus arba nelygus nuliui. Makroskopinio kūno magnetinis momentas yra lygus visų jį sudarančių atomų magnetinių momentų geometrinei sumai: Šio kūno tūrio vieneto magnetinis momentas yra vadinamas medžiagos įmagnetėjimu. Magnetinis laukas veikia medžiagoje esančius magnetinius momentus atitinkamai juos orientuodamas, todėl pakeičia jos įmagnetėjimą ir magnetinio lauko indukcijos viduje dydį. Įmagnetėjimas priklauso nuo išorinio magnetinio lauko stiprio H ir medžiagos tipo:

3. Magnetinis laukas medžiagoje. Medžiagos įmagnetėjimas Koeficientas - vadinamas magnetine juta, laikomas kiekybiniu struktūrinių pokyčių, sukeltų išorinio magnetinio lauko, medžiagoje matu. Jis išreiškiamas: Koeficientas - vadinamas santykine magnetine skvarba ir yra lygus vidinės ir išorinės magnetinės indukcijos medžiagoje santykiui: Jis priklauso nuo medžiagos, išorinio magnetinio lauko stiprio, temperatūros ir dažnio. Išreiškę , gauname magnetinės indukcijos medžiagoje priklausomybę nuo išorinio magnetinio lauko stiprio, kurios dydis, kryptis ir kitimo pobūdis priklauso nuo įmagnetėjimo mechanizmų vykstančių įvairiose medžiagose.

4. Magnetinis laukas medžiagoje. Medžiagos įmagnetėjimas Įmagnetėjimo dydį ir kitimo pobūdį lemia medžiagos struktūriniai ypatumai, t.y. Atomų rūšis, jų magnetinių momentų išsidėstymas kristalinėje gardelėje ir mikrostruktūrinių, tokia pat tvarka išsidėsčiusių, elementų. Reiškiniai, vykstantys medžiagose, veikiant jas išoriniu magnetiniu lauku, skirstomi į: 1. Paramagnetinius, 2. Diamagnetinius, 3. Feromagnetinius, 4. Antiferomagnetinius ir 5. Ferimagnetinius. Magnetinės indukcijos dydis medžiagoje priklausys nuo jos savybių, priklausomai nuo to, kokie įmagnetėjimo reiškiniai vyks. Kadangi įmagnetėjimo reiškinių kiekybinį pasireiškimą parodo santykinė magnetinės skvarbos dydis, tai magnetinio lauko priklausomumo dėsniai yra papildomi šiuo dydžiu. Pvz.: Bio ir Savaro dėsnis medžiagoje yra:

5. Paramagnetizmas Atomų, kurių išoriniai orbitiniai elektronų momentai yra nekompensuoti, magnetinis momentas, . Tačiau dėl šiluminio judėjimo medžiagoje, neesant išorinio magnetinio lauko, jos bendras įmagnetėjimas ir magnetinio lauko indukcija yra lygus nuliui. Paveikus tokią medžiagą magnetiniu lauku, atomų magnetinių momentų išsidėstyme pradeda dominuoti viena kryptis. Magnetinio lauko indukcija ir įmagnetėjimas padidėja. Įmagnetėjimo dydis išreiškiamas: čia - atomų koncentracija. Medžiagos, sudarytos iš magnetinius momentus turinčių atomų, tačiau nedaug įsimagnetinančios išoriniame lauke, vadinamos paramagnetikais. Jų magnetinis jautrio ženklas yra teigiamas, o dydis =10-5-10-2 mažas. Jis nepriklauso nuo išorinio magnetinio lauko stiprio, tačiau priklauso nuo temperatūros. Paramagnetikai yra dujos, skysčiai, visi magnetiniame lauke silpnai įsimagnetinantys metalai Pt, Al, Ti, Cu, Co, Ni, Mn, V, Cr.

6. Diamagnetizmas Iš elektromagnetizmo teorijos žinoma, kadbet koks išorinio magnetinio lauko, veriančio kontūrą, pokytis indukuoja kontūre srovę, kurios magnetinis laukas priešinasi išorinio lauko pokyčiams (E. Lenco taisyklė). Įnešus medžiagą į magnetinį lauką, atomo elektronų judėjime pasireiškia precesijos aplink magnetinio lauko linijas efektas. Šis papildomas judėjimas indukuoja priešingos laukui krypties magnetinį momentą arba įmagnetėjimą: - atomo elektronų skaičius. - elektrono orbitos plokštumoje, statmenoje magnetiniam laukui, projekcija Tokiu būdu, įvyksta išorinio magnetinio lauko išstūmimas iš medžiagos arba lauko ekranavimas. Diamagnetizmo reiškinys vyksta visose medžiagose, tačiau jo dydis yra skirtingas. Stipriausiai jis pasireiškia medžiagose, sudarytose iš atomų, kurių išoriniai elektronų sluoksniai yra visiškai užpildyti. Tokių atomų . Diamagnetikų magnetinis jautris yra neigiamas, jo vertė nedidelė. Medžiagos, kuriose pasireiškia tik diamagnetizmo reiškinys vadinamos diamagnetikais. Tai Sb, C, Te, Au, Ag, Hg, Zn, Bi, daugelis mineralų, organinės medžiagos, vanduo.

7. Feromagnetizmas Feromagnetikais vadinamos medžiagos, pasižyminčios savaiminiu įmagnetėjimu. T.y., panaikinus išorinį magnetinį lauką, medžiagos įmagnetėjimas nėra lygus nuliui. Feromagnetizmo reiškiniu pasižyminčios medžiagos turi dar kelias savybes: 1. Didelė santykinė magnetinė skvarba; 2. Magnetinės skvarbos priklausomybė nuo išorinio magnetinio lauko; 3. Feromagnetinės histerezės reiškinys; 4. Magnetinės skvarbos priklausomybė nuo temperatūros. Feromagnetizmo reiškinio ir feromagnetikų savybių ypatumai aiškinami savaime įsimagnetinusių sritelių, vadinamų feromagnetiniais domenais, susidarymu. Domenų susidarymo teoriją sukūrė Landau ir Livšicas dar 1935 metais. Ši teorija pagrįsta kelių tipų energijų konkuravimo procesu, kurio metu vyksta kristalo domeninis susiskaldymas. Feromagnetikais gali būti tik tokios medžiagos, kurių paskutiniai sluoksniai yra nepilnai užpildyti elektronais, t.y. jų . Tokiems atomams, turintiems magnetinį momentą, atitinkamoje kristalinėje gardelėje energetiškai yra palankiau išsidėstyti tvarkingai.

8. Feromagnetizmas – domenai Norint pakreipti visus masyvaus, bet ribotų matmenų, kristalo atomų magnetinius momentus lygiagrečiai, reikia suteikti papildomos energijos. Ši energija yra lygi tokio kristalo kuriamai magnetinio lauko energijai. Todėl tokiam kristalui energetiškai palankiau susiskaldyti į antilygiagrečias sritis. Tai atitinka mažesnę energiją. Susiskaldymui į domenus, t.y. domeninių sienelių sukūrimui, taip pat reikia energijos. Dauguma feromagnetikų, priklausomai nuo kristalinės gardelės tipo ir cheminės sudėties, pasižymi magnetine anizotropija, todėl viena kryptimi susiskaldymo energija gali būti mažesnė, nei kitomis. Šių trijų tipų energijų konkurencija, bei anizotropija lemia atitinkamos formos ir matmenų domeninės struktūros susidarymą. Procesas baigiasi, nusistovėjus energetinei pusiausvyrai, kuri atitinka mažiausią vidinę kristalo energiją.

9. Feromagnetizmas - histerezė Feromagnetiką patalpinus į išorinį magnetinį lauką, domenai pradeda orientuotis lygiagrečiai, todėl bendras įmagnetėjimas didėja. Didėjant magnetinio lauko stipriui, pasiekiama vertė, kai visi domenai išsirikiuoja lygiagrečiai. Šiame taške kristalo įmagnetėjimas yra maksimalus, todėl tolesnis magnetinio lauko didinimas jo nekeičia. Magnetinio lauko stiprį mažinant, dėl domenų sienelių trinties, įmagnetėjimas mažėja ne pagal pradinio didėjimo priklausomybę. Magnetiniam laukui pasiekus nulinę vertę, dalis domenų lieka orientuoti, todėl medžiagos viduje magnetinė indukcija nelygi nuliui. Kristalas yra įmagnetintoj būsenoj. Ši įmagnetėjimo vertė vadinama liktiniu įmagnetėjimu. Magnetinį lauką didinant priešinga kryptimi, domenų tvarkinga orientacija ardoma. Pasiekus išmagnetinimo vertę, vadinamą koerciniu lauko stipriu, feromagnetiko įmagnetėjimas yra panaikinamas. Tolesnis lauko didinimas sukelia analogišką pradiniam procesą, tik priešinga kryptimi. Vyksta įmagnetėjimas iki soties vertės, o mažinant lauką gaunamas priešingos krypties liktinis įmagnetėjimas. Tokia medžiagos įmagnetėjimo priklausomybė nuo išorinio magnetinio lauko vadinama magnetinė histerezė.

10. B H Feromagnetizmas - histerezė Magnetinė histerezė apibūdinama tokiais taškais: Bmax – maksimali magnetinės indukcijos vertė, įsotinus feromagnetiką, Br– liktinės magnetinės indukcijos vertė (įsotinus bandinį). Hmax – feromagnetiko įsotinimo magnetinio lauko stipris. Hc– koercinis magnetinio lauko stipris. Magnetinės histerezės „aukštis“ iki įsotinimo taško priklausonuo išorinio lauko stiprio. Atitinkamai parinkus maksimaliasmagnetinio lauko stiprio vertes, galima gauti visą histerezinių kilpų šeimą. Visų histerezės viršūnių taškai sudaro pagrindinę medžiagos įmagnetėjimo charakteristiką. Įsotintos magnetinės histerezės plotis, aukštis ir plotas priklauso nuo konkretaus feromagnetiko.

11. Feromagnetizmas – Kiuri taškas Magnetinė skvarba taip pat priklauso nuo temperatūros ir yra didžiausia ties Kiuri tašku, virš kurio feromagnetiniai domenai dėl intensyvaus šiluminio judėjimo yra suardomi. Kiuri temperatūroje įvyksta fazinis virsmas.

12. Feromagnetizmas - feritai • Feritais vadinami sudėtingi oksidai, kurių bendra formulė yra MOFe2O3. • MO simboliais žymimas dažniausiai dvivalentis (nors gali būti ir kitokio • valentingumo) metalo oksidas. • Tai gali būti Fe+2, Co+2, Ni+2, Zn+2, Cd+2 ir kiti. • Metalo elementas apibūdina feritą, kurio pavadinimas parenkamas pagal metalo • joną. Pvz.: NiFe2O4 – nikelio feritas, CoFe2O4 – kobalto feritas. Kristalinė feritų • struktūra yra analogiška gamtinio mineralo - špinelio MgAl2O4 struktūrai. • Feritai pasižymi visa eile unikalių magnetinių savybių. Tai: • Didelė santykinė magnetinė skvarba, • Aukštos įmagnetėjimo ir liktinės indukcijos vertės.

13. Feromagnetizmas - feritai Pagal histerezės formą, kuri lemia medžiagos taikymo sritį, feritai skirstomi į minkštamagnečiusirkietamagnečius. Kietamagnečių medžiagų histerezės plotis ir plotas yra santykinai didelis, atitinkamai didelė ir koercinio lauko vertė. Minkštamagnetėm medžiagom atvirkščiai. Minkštamagnečiai feritai plačiai naudojami radiotechnikoje kaip aukšto dažnio įrenginių induktyvinių ričių šerdys, jie naudojami magnetinėse galvutėse, transformatoriuose, magnetinėse antenose ir kt. Kietamagnečiai feritai taikomi stipria liktine indukcija pasižyminčių pastovių magnetų gamyboje. Feritiniai magnetai plačiai naudojami pastovios srovės elektromotoruose, garsiakalbiuose ir kituose įrenginiuose reikalaujančiuose pastovių, didelio įmagnetėjimo magnetų. Šios medžiagos naudojamos atminties elementuose, magnetofonų ir videomagnetofonų juostose ar diskuose.