Aniq tabiiy va jismoniy madaniyat

Ferromagnetizmning tabiati
Ferromagnitizmning tavsifiy nazariyasi 1907 yilda fransuz fizigi P.Vays tomonidan, kvant mexanikasiga asoslangan izchil miqdoriy nazariya sovet fizigi J.Frenkel va nemis fizigi V.Geyzenberg (1928) tomonidan ishlab chiqilgan.
Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, ferromagnitlarning magnit xossalari elektronlarning spin magnit momentlari (spinlari) bilan aniqlanadi; ferromagnitlar faqat kristalli moddalar bo'lishi mumkin, ularning atomlari kompensatsiyalanmagan spinli tugallanmagan ichki elektron qobiqlarga ega. Bunday holda, elektronlarning spin magnit momentlarini bir-biriga parallel ravishda yo'naltirishga majbur qiladigan kuchlar paydo bo'ladi. Bu kuchlar almashinish o'zaro ta'sir kuchlari deb ataladi, ular kvant xarakterga ega va elektronlarning to'lqin xususiyatlariga bog'liq.
Ushbu kuchlar ta'sirida tashqi maydon bo'lmaganda, ferromagnit o'lchamlari 10 -2 - 10 -4 sm bo'lgan ko'p sonli mikroskopik mintaqalarga - domenlarga bo'linadi. Har bir domenning ichida elektron spinlari bir-biriga parallel ravishda yo'naltiriladi, shuning uchun butun domen to'yinganlikka magnitlangan, lekin alohida domenlarda magnitlanish yo'nalishlari har xil, shuning uchun butun ferromagnitning umumiy (umumiy) magnit momenti nolga teng. . Ma'lumki, har qanday tizim energiya minimal bo'lgan holatda bo'ladi. Ferromagnitning domenlarga bo'linishi, domen strukturasini shakllantirish jarayonida ferromagnit energiyasining kamayishi sababli sodir bo'ladi. Kyuri nuqtasi domenlarning buzilishi sodir bo'ladigan harorat bo'lib chiqadi va ferromagnit o'zining ferromagnit xususiyatlarini yo'qotadi.
Ferromagnitlarning domen strukturasi mavjudligi eksperimental tarzda isbotlangan. Ularni kuzatishning bevosita eksperimental usuli chang figuralar usuli hisoblanadi. Agar mayda ferromagnit kukunning suvli suspenziyasi (masalan, magnit) ferromagnitning yaxshilab sayqallangan yuzasiga qo'llanilsa, u holda zarralar asosan magnit maydonning maksimal bir xil bo'lmagan joylarida joylashadi, ya'ni. domenlar orasidagi chegaralarda. Shuning uchun, o'rnatilgan kukun domenlarning chegaralarini belgilaydi va shunga o'xshash rasmni mikroskop ostida suratga olish mumkin.
Ferromagnetizm nazariyasining asosiy vazifalaridan biri bog'liqlikni tushuntirishdir B (H) (6-rasm). Keling, buni qilishga harakat qilaylik. Bizga ma'lumki, tashqi maydon bo'lmaganda, ferromagnit domenlarga bo'linadi, shuning uchun uning umumiy magnit momenti nolga teng. Bu to'yinganlik uchun magnitlangan bir xil hajmdagi to'rt domenni ko'rsatadigan 9-rasmda sxematik tarzda ko'rsatilgan, a. Tashqi maydon yoqilganda, alohida domenlarning energiyalari tengsiz bo'ladi: magnitlanish vektori maydon yo'nalishi bilan o'tkir burchak hosil qiladigan domenlar uchun energiya kamroq bo'ladi va agar bu burchak o'tmas bo'lsa.

- to'yinganlik holatida butun magnitning magnitlanishi

Ma'lumki, har qanday tizim minimal energiyaga moyil bo'lganligi sababli, domen chegaralarining siljishi jarayoni yuzaga keladi, bunda energiya kamroq bo'lgan domenlar hajmi ortadi va yuqori energiya bilan kamayadi (9b-rasm). Juda zaif maydonlar bo'lsa, chegaralarning bu siljishlari teskari bo'lib, maydondagi o'zgarishlarga aniq amal qiladi (agar maydon o'chirilgan bo'lsa, magnitlanish yana nolga teng bo'ladi). Bu jarayon B (H) egri chizig'ining kesimiga to'g'ri keladi (10-rasm). Maydonning ortishi bilan domen chegaralarining siljishi qaytarilmas holga keladi.
Magnitlanish maydonining etarli qiymati bilan energetik jihatdan noqulay domenlar yo'qoladi (9-rasm, c, 7-rasmning bo'limi). Agar maydon yanada oshsa, domenlarning magnit momentlari maydon ustida aylantiriladi, shunda butun namuna bitta katta domenga aylanadi (9d-rasm, 10-rasmning bo'limi).
Ferromagnitlarning ko'plab qiziqarli va qimmatli xususiyatlari ularni fan va texnikaning turli sohalarida keng qo'llash imkonini beradi: transformator yadrolari va elektromexanik ultratovush emitentlarini ishlab chiqarish uchun, doimiy magnit sifatida va hokazo. Ferromagnit materiallar harbiy ishlarda qo'llaniladi: turli elektr va radio qurilmalarda; ultratovush manbalari sifatida - sonar, navigatsiya, suv osti aloqalarida; doimiy magnitlar sifatida - magnit minalarni yaratish va magnitometrik razvedka uchun. Magnetometrik razvedka ferromagnit materiallarni o'z ichiga olgan ob'ektlarni aniqlash va aniqlash imkonini beradi; suv osti kemalari va dengiz minalariga qarshi kurash tizimida qo'llaniladi.
Oldingi xatboshida, magnit maydonning oqimga ega bo'lgan tekis kontaktlarning zanglashiga olib ta'siri kontaktlarning zanglashiga olib keladigan magnit momenti bilan aniqlanishi aniqlandi, bu kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqimning mahsuloti va maydoniga teng. sxema (118.1 formulaga qarang).
Magnit momentning birligi amper-metr kvadrat () dir. Ushbu birlik haqida tasavvurga ega bo'lish uchun biz 1 A oqim kuchi bilan 1 ga teng magnit moment 0,564 m () radiusli dumaloq konturga yoki kvadrat tomoni bilan kvadrat konturga ega ekanligini ta'kidlaymiz. 1 m ga teng.Tok kuchi 10 A bo'lsa, magnit moment 1 radiusi 0,178 m bo'lgan aylana konturga ega (  ) va hokazo.
Dairesel orbita bo'ylab yuqori tezlikda harakatlanadigan elektron dumaloq oqimga teng bo'lib, uning kuchi elektron zaryadining mahsulotiga va elektronning orbital aylanish chastotasiga teng:. Agar orbita radiusi teng bo'lsa va elektron tezligi bo'lsa, u holda va, demak,. Ushbu oqimga mos keladigan magnit moment
Magnit moment konturga normal vektor kattalikdir. Oddiyning ikkita mumkin bo'lgan yo'nalishidan biri o'ng vintning qoidasi bo'yicha kontaktlarning zanglashiga olib keladigan oqim yo'nalishi bilan bog'liq bo'lgan biri tanlanadi (211-rasm). O'ng tishli vintni halqadagi oqim yo'nalishiga to'g'ri keladigan yo'nalishda aylantirish vintning yo'nalishdagi bo'ylama harakatiga olib keladi. Shu tarzda tanlangan norma ijobiy deb ataladi. Vektorning yo'nalishi musbat normaning yo'nalishiga to'g'ri keladigan tarzda olinadi.

Vint boshining oqim yo'nalishi bo'yicha aylanishi vintni vektor yo'nalishi bo'yicha harakatlanishiga olib keladi.

Endi biz magnit induksiya yo'nalishining ta'rifini aniqlay olamiz. Magnit induksiyaning yo'nalishi - bu oqim bilan konturga ijobiy normaning maydon ta'sirida o'rnatiladigan yo'nalishi, ya'ni vektor o'rnatiladigan yo'nalish.

Magnit induksiyaning SI birligi serb olimi Nikola Tesla (1856-1943) sharafiga tesla (Tl) deb ataladi. Bir tesla bir xil magnit maydonning magnit induksiyasiga teng bo'lib, unda bir Nyuton metrga teng bo'lgan maksimal moment bir amper-metr kvadrat magnit momentga ega bo'lgan oqim bilan tekis konturda ishlaydi.
(118.2) formuladan kelib chiqadiki
119.1. Radiusi 5 sm bo'lgan dumaloq kontur, u orqali 0,01 A kuch oqimi o'tadi, bir xil magnit maydonda N × m ga teng maksimal momentni boshdan kechiradi. Bu maydonning magnit induksiyasi qanday?