Materialın maqnit xassələri sahələrin vasitəçilik etdiyi fiziki hadisələr sinfidir. Elementar hissəciklərin elektrik cərəyanları və maqnit momentləri digər cərəyanlara təsir edən sahə yaradır. Ən tanış təsirlər ferromaqnit materiallarda baş verir, onlar maqnit sahələri tərəfindən güclü şəkildə cəlb edilir və daimi maqnitləşərək yüklənmiş sahələrin özlərini yaradır.
Yalnız bir neçə maddə ferromaqnitdir. Müəyyən bir maddədə bu fenomenin inkişaf səviyyəsini müəyyən etmək üçün materialların maqnit xüsusiyyətlərinə görə təsnifatı mövcuddur. Ən çox yayılmışlar dəmir, nikel və kob alt və onların ərintiləridir. Ferro- prefiksi dəmirə aiddir, çünki daimi maqnitizm ilk dəfə materialın maqnit xassələri Fe3O4 adlanan təbii dəmir filizi forması olan boş dəmirdə müşahidə edilmişdir.
Paramaqnit materiallar
Baxmayaraqferromaqnetizm gündəlik həyatda rast gəlinən maqnetizm təsirlərinin əksəriyyətinə cavabdehdir, bütün digər materiallar müəyyən dərəcədə sahədən, eləcə də bəzi digər maqnitləşmə növlərinə təsir göstərir. Alüminium və oksigen kimi paramaqnit maddələr tətbiq olunan maqnit sahəsinə zəif cəlb olunur. Mis və karbon kimi diamaqnit maddələr zəif dəf edir.
Xrom və spin eynək kimi antiferromaqnit materialların maqnit sahəsi ilə daha mürəkkəb əlaqəsi var. Paramaqnit, diamaqnit və antiferromaqnit materiallarda maqnitin gücü adətən hiss oluna bilməyəcək qədər zəifdir və yalnız laboratoriya alətləri tərəfindən aşkar edilə bilər, ona görə də bu maddələr maqnit xassələri olan materiallar siyahısına daxil edilmir.
Şərtlər
Materialın maqnit vəziyyəti (və ya fazası) temperaturdan və təzyiq və tətbiq olunan maqnit sahəsi kimi digər dəyişənlərdən asılıdır. Bu dəyişənlər dəyişdikcə material birdən çox maqnetizm forması nümayiş etdirə bilər.
Tarix
Materialın maqnit xassələri ilk dəfə qədim dünyada insanlar maqnitlərin, təbii yolla maqnitləşdirilmiş mineral parçaların dəmiri cəlb edə bildiyini gördükləri zaman aşkar edilmişdir. "Maqnit" sözü yunanca Μαγνῆτις λίθος magnētis lithos, "maqnit daşı, ayaq daşı" terminindən gəlir.
Qədim Yunanıstanda Aristotel materialların maqnit xassələri ilə bağlı elmi müzakirə adlandırıla biləcək ilk şeyi,625-ci ildən yaşamış Miletli filosof Thales. e. 545-ci ildən əvvəl e. Qədim Hindistan tibbi mətni Suşruta Samhita insan bədənində yerləşdirilmiş oxları çıxarmaq üçün maqnetitdən istifadəni təsvir edir.
Qədim Çin
Qədim Çində materialların elektrik və maqnit xassələri ilə bağlı ən erkən ədəbi istinad onun müəllifinin adını daşıyan eramızdan əvvəl 4-cü əsrə aid kitabda, "Kabuslar Vadisinin Müdrik"ində tapılıb. İynə cazibəsi haqqında ən erkən qeyd 1-ci əsrə aid Lunheng (Balanslaşdırılmış İstəklər) əsərindədir: "Maqnit iynəni çəkir."
XI əsr Çin alimi Shen Kuo, Xəyal Hovuzu Essayında iynəli maqnit kompası və onun astronomik üsullarla naviqasiyanın dəqiqliyini təkmilləşdirdiyini təsvir edən ilk şəxs idi. əsl şimal anlayışı. 12-ci əsrdə çinlilərin naviqasiya üçün maqnit kompasdan istifadə etdiyi məlum idi. Onlar bələdçi qaşığı daşdan elə düzəltdilər ki, qaşığın sapı həmişə cənuba baxsın.
Orta əsrlər
Alexander Neckam, 1187-ci ildə Avropada kompası və onun naviqasiya üçün istifadəsini təsvir edən ilk şəxs oldu. Bu tədqiqatçı Avropada ilk dəfə olaraq maqnit materiallarının xüsusiyyətlərini əsaslı şəkildə müəyyən etmişdir. 1269-cu ildə Peter Peregrine de Maricourt maqnitlərin xassələrini təsvir edən ilk sağ qalan traktat olan Epistola de magnete əsərini yazdı. 1282-ci ildə kompasların və xüsusi maqnit xüsusiyyətlərinə malik materialların xassələri Yəmənli fizik, astronom və coğrafiyaşünas əl-Əşrəf tərəfindən təsvir edilmişdir.
Renessans
1600-cü ildə William Gilbert nəşr etdionun “Maqnit Korpusu” və “Maqnit Tellurium” (“Maqnit və Maqnit Cisimləri haqqında, həmçinin Böyük Yer Maqniti haqqında”). Bu yazıda o, maqnit materiallarının xassələri üzərində tədqiqat apardığı terrella adlanan yer modeli ilə etdiyi bir çox təcrübələri təsvir edir.
Təcrübələrindən belə nəticəyə gəldi ki, Yer kürəsinin özü maqnitlidir və buna görə də kompaslar şimalı göstərirdi (əvvəllər bəziləri bunun qütb ulduzu (Polaris) və ya Şimaldakı böyük bir maqnit adası olduğuna inanırdılar) Kompası cəlb edən dirək).
Yeni vaxt
Elektrik və xüsusi maqnit xassələri olan materiallar arasındakı əlaqənin başa düşülməsi 1819-cu ildə Kopenhagen Universitetinin professoru Hans Kristian Oerstedin işində ortaya çıxdı və o, kompas iynəsini təsadüfən elektrik enerjisi ilə işləyən naqilin yanında bükərək kəşf etdi. cərəyan maqnit sahəsi yarada bilər. Bu əlamətdar təcrübə Oersted Eksperimenti kimi tanınır. 1820-ci ildə qapalı yolda dövr edən maqnit sahəsinin yolun perimetri ətrafında axan cərəyanla əlaqəli olduğunu kəşf edən André-Marie Ampere ilə bir neçə başqa təcrübə aparıldı.
Karl Fridrix Qauss maqnetizmin tədqiqi ilə məşğul idi. Jean-Baptiste Biot və Feliks Savart 1820-ci ildə istənilən tənliyi verən Biot-Savart qanunu ilə çıxış etdilər. Michael Faraday, 1831-ci ildə bir məftil halqasından keçən zamanla dəyişən maqnit axınının gərginliyə səbəb olduğunu kəşf etdi. Digər elm adamları isə maqnetizm və elektrik arasında əlavə əlaqə tapdılar.
XX əsr və bizimvaxt
James Clerk Maxwell elektromaqnetizm sahəsində elektrik, maqnetizm və optikanı birləşdirərək Maksvell tənliklərinin bu anlayışını sintez etdi və genişləndirdi. 1905-ci ildə Eynşteyn qanunların bütün ətalət istinad sistemlərində doğru olmasını tələb edərək xüsusi nisbilik nəzəriyyəsini motivasiya etmək üçün bu qanunlardan istifadə etdi.
Elektromaqnetizm ölçü nəzəriyyəsinin, kvant elektrodinamikasının, elektrozəif nəzəriyyənin və nəhayət standart modelin daha fundamental nəzəriyyələrinə daxil edilərək 21-ci əsrdə təkamülünü davam etdirdi. Hal-hazırda elm adamları nanostrukturlu materialların maqnit xüsusiyyətlərini güclü və əsaslı şəkildə öyrənirlər. Amma bu sahədə ən böyük və ən heyrətamiz kəşflər, yəqin ki, hələ qarşıdadır.
Essensiya
Materialların maqnit xassələri əsasən onların atomlarının orbital elektronlarının maqnit momentləri ilə bağlıdır. Atom nüvələrinin maqnit momentləri adətən elektronlarınkindən minlərlə dəfə kiçikdir və buna görə də materialların maqnitləşməsi kontekstində əhəmiyyətsizdir. Bununla belə, nüvə maqnit momentləri digər kontekstlərdə, xüsusən də nüvə maqnit rezonansında (NMR) və maqnit rezonans görüntüləməsində (MRT) çox vacibdir.
Adətən, materialdakı çoxlu sayda elektronlar elə düzülür ki, onların maqnit momentləri (həm orbital, həm də daxili) ləğv edilir. Müəyyən dərəcədə bu, Pauli prinsipi (bax Elektron konfiqurasiyası) nəticəsində elektronların əks daxili maqnit momentləri ilə cüt-cüt birləşməsi və sıfır xalis orbital hərəkəti olan doldurulmuş alt qabıqlara birləşməsi ilə əlaqədardır.
BHər iki halda elektronlar əsasən hər bir elektronun maqnit momentinin digər elektronun əks anı tərəfindən ləğv edildiyi dövrələrdən istifadə edirlər. Üstəlik, hətta elektron konfiqurasiyası qoşalaşmamış elektronlar və/yaxud doldurulmamış alt qabıqlar olduqda belə, çox vaxt belə olur ki, bərk cisimdəki müxtəlif elektronlar müxtəlif, təsadüfi istiqamətlərə yönələn maqnit anlarına töhfə verir, beləliklə materialın maqnit.
Bəzən ya kortəbii olaraq, ya da tətbiq olunan xarici maqnit sahəsinə görə elektronların hər birinin maqnit momentləri orta hesabla düzülür. Doğru material o zaman güclü xalis maqnit sahəsi yarada bilər.
Materialın maqnit davranışı onun strukturundan, xüsusən də elektron konfiqurasiyasından, yuxarıda göstərilən səbəblərdən, həmçinin temperaturdan asılıdır. Yüksək temperaturda təsadüfi istilik hərəkəti elektronların düzülməsini çətinləşdirir.
Diamaqnetizm
Diamaqnetizm bütün materiallarda olur və materialın tətbiq olunan maqnit sahəsinə müqavimət göstərmək və buna görə də maqnit sahəsini dəf etmək meylidir. Bununla belə, paramaqnit xüsusiyyətləri olan (yəni xarici maqnit sahəsini gücləndirmək meyli olan) materialda paramaqnit davranışı üstünlük təşkil edir. Beləliklə, universal baş verməsinə baxmayaraq, diamaqnit davranışı yalnız sırf diamaqnit materialda müşahidə olunur. Diamaqnit materialda qoşalaşmamış elektronlar yoxdur, ona görə də elektronların daxili maqnit momentləri yarada bilməz.istənilən səs effekti.
Nəzərə alın ki, bu təsvir yalnız evristik olaraq nəzərdə tutulub. Bor-Van Leeuwen teoremi göstərir ki, klassik fizikaya görə diamaqnetizm qeyri-mümkündür və düzgün başa düşmək üçün kvant mexaniki təsvir lazımdır.
Qeyd edək ki, bütün materiallar bu orbital reaksiyadan keçir. Bununla belə, paramaqnit və ferromaqnit maddələrdə diamaqnit effekti qoşalaşmamış elektronların yaratdığı daha güclü təsirlərlə yatırılır.
Paramaqnit materialda qoşalaşmamış elektronlar var; yəni tam bir elektron olan atom və ya molekulyar orbitallar. Pauli istisna prinsipi qoşalaşmış elektronların əks istiqamətlərə yönəlmiş öz ("spin") maqnit momentlərinə malik olmasını tələb etsə də, onların maqnit sahələrinin ləğvinə səbəb olur, qoşalaşmamış elektron maqnit anını hər iki istiqamətdə uyğunlaşdıra bilər. Xarici sahə tətbiq edildikdə, bu anlar tətbiq olunan sahə ilə eyni istiqamətə uyğunlaşaraq onu gücləndirəcək.
Ferromaqnitlər
Ferromaqnit paramaqnit maddə kimi qoşalaşmamış elektronlara malikdir. Bununla belə, elektronların daxili maqnit momentinin tətbiq olunan sahəyə paralel olma meyli ilə yanaşı, bu materiallarda azaldılmış bir vəziyyət saxlamaq üçün bu maqnit anlarının bir-birinə paralel istiqamətlənməsi tendensiyası da mövcuddur. enerji. Beləliklə, tətbiq olunan sahə olmadığı halda beləmaterialdakı elektronların maqnit momentləri kortəbii olaraq bir-birinə paralel düzülür.
Hər bir ferromaqnit maddənin Küri temperaturu və ya Küri nöqtəsi adlanan özünəməxsus temperaturu var və ondan yuxarı ferromaqnit xüsusiyyətlərini itirir. Bunun səbəbi, nizamsızlığa istilik meylinin ferromaqnit nizama görə enerjinin azalmasına üstün gəlməsidir.
Ferromaqnetizm yalnız bir neçə maddədə baş verir; dəmir, nikel, kob alt, onların ərintiləri və bəzi nadir torpaq ərintiləri çox yayılmışdır.
Ferromaqnit materialdakı atomların maqnit momentləri onların kiçik daimi maqnitlər kimi davranmasına səbəb olur. Onlar bir-birinə yapışır və maqnit domenləri və ya Veys domenləri adlanan daha çox və ya daha az vahid uyğunlaşmanın kiçik bölgələrində birləşirlər. Eskizdə ağ xətlərə bənzəyən maqnit sahəsinin sərhədlərini aşkar etmək üçün maqnit güc mikroskopundan istifadə edərək maqnit sahələri müşahidə edilə bilər. Maqnit sahələrini fiziki olaraq göstərə bilən çoxlu elmi təcrübələr var.
Domenlərin rolu
Domen həddən artıq çox molekul ehtiva etdikdə, o, qeyri-sabit olur və sağda göstərildiyi kimi bir-birinə daha sabit qalmaq üçün əks istiqamətdə düzülmüş iki domenə bölünür.
Maqnit sahəsinə məruz qaldıqda, domen sərhədləri elə hərəkət edir ki, maqnitlə düzülmüş domenlər böyüyür və solda göstərildiyi kimi strukturda üstünlük təşkil edir (nöqtəli sarı sahə). Maqnitləşmə sahəsi aradan qaldırıldıqda, domenlər maqnitləşməmiş vəziyyətə qayıtmaya bilər. Bu gətirib çıxarırçünki ferromaqnit material maqnitləşərək daimi maqnit əmələ gətirir.
Maqnitləşmə kifayət qədər güclü olduqda, dominant sahə bütün digərləri ilə üst-üstə düşərək yalnız bir ayrı sahənin yaranmasına gətirib çıxardı, material maqnitlə doymuş oldu. Maqnitlənmiş ferromaqnit material Küri nöqtəsi temperaturuna qədər qızdırıldıqda, molekullar maqnit sahələrinin təşkilatlanmasını itirdiyi və onların yaratdığı maqnit xüsusiyyətlərinin dayandığı nöqtəyə qədər qarışır. Material soyudulduqda, bu domen düzülmə strukturu kortəbii olaraq geri qayıdır, təxminən mayenin kristal bərk hala çevrilməsinə bənzər.
Antiferromagnetics
Antiferromaqnitdə, ferromaqnitdən fərqli olaraq, qonşu valent elektronların daxili maqnit momentləri əks istiqamətə yönəlməyə meyllidir. Bütün atomlar hər bir qonşu antiparalel olacaq şəkildə bir maddədə düzüldükdə, maddə antiferromaqnitdir. Antiferromaqnitlərin xalis maqnit momenti sıfırdır, yəni onlar sahə yaratmırlar.
Antiferromaqnitlər digər davranış növləri ilə müqayisədə daha nadirdir və ən çox aşağı temperaturda müşahidə olunur. Müxtəlif temperaturlarda antiferromaqnitlər diamaqnit və ferromaqnit xassələri nümayiş etdirir.
Bəzi materiallarda qonşu elektronlar əks istiqamətləri göstərməyə üstünlük verirlər, lakin hər bir qonşu cütünün düzülmə əleyhinə olduğu həndəsi düzülmə yoxdur. Bu spin şüşə və adlanırhəndəsi məyusluğun nümunəsidir.
Ferromaqnit materialların maqnit xassələri
Ferromaqnetizm kimi, ferrimaqnitlər sahə olmadıqda öz maqnitləşmələrini saxlayırlar. Bununla belə, antiferromaqnitlər kimi, bitişik elektron spin cütləri əks istiqamətə yönəlməyə meyllidirlər. Bu iki xassə bir-biri ilə ziddiyyət təşkil etmir, çünki optimal həndəsi düzülüşdə eyni istiqamətə yönəlmiş elektronların alt qəfəsinin maqnit momenti əks istiqamətə işarə edən alt qəfəsdən daha böyükdür.
Ferritlərin çoxu ferrimaqnitlidir. Ferromaqnit materialların maqnit xüsusiyyətləri bu gün danılmaz hesab olunur. Kəşf edilən ilk maqnit maddəsi olan maqnit ferritdir və əvvəlcə ferromaqnit olduğu düşünülürdü. Lakin Louis Neel ferrimaqnetizmi kəşf edərək bunu təkzib etdi.
Ferromaqnit və ya ferrimaqnit kifayət qədər kiçik olduqda, o, Broun hərəkətinə tabe olan tək maqnit spin kimi çıxış edir. Onun maqnit sahəsinə reaksiyası keyfiyyətcə paramaqnitlə oxşardır, lakin daha çox.
Elektromaqnitlər
Elektromaqnit elektrik cərəyanı ilə maqnit sahəsinin yarandığı maqnitdir. Maqnit sahəsi cərəyan söndürüldükdə yox olur. Elektromaqnitlər adətən bir maqnit sahəsi yaradan çoxlu sayda yaxın məsafədə yerləşən naqil növbələrindən ibarətdir. Tel rulonları tez-tez ferromaqnit və ya ferrimaqnit materialdan hazırlanmış bir maqnit nüvəsi ətrafında sarılır.dəmir kimi bir material; maqnit nüvəsi maqnit axınını cəmləşdirir və daha güclü maqnit yaradır.
Elektromaqnitin daimi maqnitdən əsas üstünlüyü sarımdakı elektrik cərəyanının miqdarına nəzarət etməklə maqnit sahəsinin tez dəyişdirilə bilməsidir. Bununla belə, güc tələb etməyən daimi maqnitdən fərqli olaraq, elektromaqnit maqnit sahəsini saxlamaq üçün davamlı cərəyan təchizatı tələb edir.
Elektromaqnitlər mühərriklər, generatorlar, relelər, solenoidlər, dinamiklər, sərt disklər, MRT maşınları, elmi alətlər və maqnit ayırma avadanlığı kimi digər elektrik cihazlarının komponentləri kimi geniş istifadə olunur. Elektromaqnitlər sənayedə metal qırıntıları və polad kimi ağır dəmir obyektləri tutmaq və hərəkət etdirmək üçün də istifadə olunur. Elektromaqnetizm 1820-ci ildə kəşf edilmişdir. Eyni zamanda, materialların maqnit xüsusiyyətlərinə görə ilk təsnifatı dərc edilmişdir.
