Materialning magnit xossalari - bu maydonlar vositasida boʻlgan fizik hodisalar sinfi. Elementar zarrachalarning elektr toklari va magnit momentlari boshqa oqimlarga ta'sir qiluvchi maydon hosil qiladi. Eng tanish effektlar magnit maydonlar tomonidan kuchli tortiladigan va doimiy magnitlanishi mumkin bo'lgan ferromagnit materiallarda sodir bo'lib, zaryadlangan maydonlarni o'zi yaratadi.
Faqat bir nechta moddalar ferromagnitdir. Muayyan moddada ushbu hodisaning rivojlanish darajasini aniqlash uchun materiallarning magnit xususiyatlariga ko'ra tasnifi mavjud. Eng keng tarqalgan temir, nikel va kob alt va ularning qotishmalari. Ferro- prefiksi temirga ishora qiladi, chunki doimiy magnitlanish birinchi bo'lib bo'sh temirda kuzatilgan, tabiiy temir javhari shakli materialning magnit xususiyatlari Fe3O4 deb ataladi.
Paramagnit materiallar
Biroqferromagnetizm kundalik hayotda uchraydigan magnitlanish ta'sirining ko'pchiligi uchun javobgardir, boshqa barcha materiallar maydondan ma'lum darajada ta'sirlanadi, shuningdek, boshqa magnitlanish turlari. Alyuminiy va kislorod kabi paramagnit moddalar qo'llaniladigan magnit maydonga zaif tortiladi. Mis va uglerod kabi diamagnit moddalar zaif qaytariladi.
Xrom va spinli oynalar kabi antiferromagnit materiallar magnit maydon bilan murakkabroq aloqaga ega. Magnitning paramagnit, diamagnit va antiferromagnit materiallardagi kuchi odatda juda zaif bo'lib, uni faqat laboratoriya asboblari aniqlashi mumkin, shuning uchun bu moddalar magnit xususiyatga ega bo'lgan materiallar ro'yxatiga kiritilmagan.
Shartlar
Materialning magnit holati (yoki fazasi) harorat va bosim va qoʻllaniladigan magnit maydon kabi boshqa oʻzgaruvchilarga bogʻliq. Bu oʻzgaruvchilar oʻzgarganda material bir nechta magnitlanish shakllarini namoyon qilishi mumkin.
Tarix
Materialning magnit xossalari birinchi marta qadimgi dunyoda odamlar magnitlar, ya'ni tabiiy magnitlangan mineral bo'laklari temirni o'ziga tortishi mumkinligini payqashganda kashf etilgan. "Magnit" so'zi yunoncha lithos magnētis lithos, "magneziya toshi, oyoq toshi" so'zidan kelib chiqqan.
Qadimgi Yunonistonda Aristotel materiallarning magnit xossalari haqidagi ilmiy munozara deb atalishi mumkin boʻlgan birinchi munozarani,Miloddan avvalgi 625 yildan beri yashagan faylasuf Fales Miletlik. e. miloddan avvalgi 545 yilgacha e. Qadimgi hind tibbiy matni Sushruta Samxita inson tanasiga o'rnatilgan o'qlarni olib tashlash uchun magnetitdan foydalanishni tasvirlaydi.
Qadimgi Xitoy
Qadimgi Xitoyda materiallarning elektr va magnit xossalari haqidagi eng qadimgi adabiy ma'lumot miloddan avvalgi 4-asrda uning muallifi nomi bilan atalgan "Arvohlar vodiysi donishmandlari" kitobida topilgan. Ignani jalb qilish haqida eng birinchi eslatma 1-asrda "Lunheng" (Muvozanatli so'rovlar) asarida keltirilgan: "Magnit ignani tortadi."
XI asrdagi xitoylik olim Shen Kuo birinchi bo'lib Dream Pool inshosida igna bilan magnit kompas va u astronomik usullar orqali navigatsiyaning aniqligini oshirganini ta'riflagan. haqiqiy shimol tushunchasi. 12-asrga kelib, xitoyliklar navigatsiya uchun magnit kompasdan foydalanishlari ma'lum edi. Qoshiq tutqichi har doim janubga qaratilishi uchun ular yo‘n altiruvchi qoshiqni toshdan yasashdi.
Oʻrta asrlar
Alexander Neckam, 1187 yilga kelib, Evropada birinchi bo'lib kompas va uning navigatsiya uchun ishlatilishini tasvirlab berdi. Ushbu tadqiqotchi Evropada birinchi marta magnit materiallarning xususiyatlarini yaxshilab o'rnatdi. 1269 yilda Piter Peregrine de Maricourt magnitlarning xususiyatlarini tavsiflovchi saqlanib qolgan birinchi risola bo'lgan Epistola de magnete ni yozdi. 1282 yilda kompaslar va maxsus magnit xususiyatlarga ega materiallarning xususiyatlarini yamanlik fizik, astronom va geograf al-Ashraf tasvirlab bergan.
Uygʻonish
1600 yilda Uilyam Gilbert nashr etdiuning "Magnit korpusi" va "Magnit tellur" ("Magnit va magnit jismlar haqida, shuningdek, Buyuk Yer magnitida"). Ushbu maqolada u magnit materiallarning xossalari bo'yicha tadqiqot olib borgan terrella deb nomlangan o'zining yer modeli bilan o'tkazgan ko'plab tajribalarini tasvirlaydi.
Oʻz tajribalari natijasida u Yerning oʻzi magnit ekanligi va shuning uchun kompaslar shimolga ishora qilgan degan xulosaga keldi (ilgari baʼzilar bu qutb yulduzi (Polaris) yoki shimoldagi katta magnit orol deb hisoblashgan. Kompasni o'ziga tortgan qutb).
Yangi vaqt
Elektr va maxsus magnit xossalarga ega materiallar oʻrtasidagi bogʻliqlik haqidagi tushuncha 1819-yilda Kopengagen universiteti professori Xans Kristian Oerstedning ishida paydo boʻlgan boʻlib, u kompas ignasini tasodifan burishgan simning yonidan elektr toki urishini aniqlagan. oqim magnit maydon hosil qilishi mumkin. Ushbu muhim tajriba Oersted eksperimenti sifatida tanilgan. 1820 yilda yopiq yo'lda aylanayotgan magnit maydon yo'lning perimetri bo'ylab oqayotgan oqim bilan bog'liqligini aniqlagan Andre-Mari Amper bilan yana bir qancha tajribalar o'tkazildi.
Karl Fridrix Gauss magnitlanishni o'rganish bilan shug'ullangan. Jan-Batist Biot va Feliks Savart 1820 yilda Biot-Savart qonunini ishlab chiqdilar, bu esa kerakli tenglamani beradi. Maykl Faraday, 1831 yilda sim halqasi orqali o'zgaruvchan magnit oqim kuchlanishni keltirib chiqarishini aniqladi. Boshqa olimlar esa magnitlanish va elektr o‘rtasidagi qo‘shimcha aloqalarni aniqladilar.
XX asr va bizningvaqt
Jeyms Klerk Maksvell elektromagnetizm sohasidagi elektr, magnit va optikani birlashtirib, Maksvell tenglamalari haqidagi bu tushunchani sintez qildi va kengaytirdi. 1905 yilda Eynshteyn ushbu qonunlardan oʻzining maxsus nisbiylik nazariyasini asoslash uchun foydalangan va qonunlar barcha inertial sanoq sistemalarida toʻgʻri boʻlishini talab qilgan.
Elektromagnitizm 21-asrgacha rivojlanishda davom etib, oʻlchovlar nazariyasi, kvant elektrodinamika, elektrozaif nazariya va nihoyat standart modelning asosiy nazariyalariga kiritildi. Hozirgi kunda olimlar nanostrukturali materiallarning magnit xususiyatlarini kuchli va asosiy bilan o'rganishmoqda. Ammo bu sohadagi eng buyuk va hayratlanarli kashfiyotlar bizni hali oldinda.
Essensiya
Materiallarning magnit xossalari asosan ularning atomlari orbital elektronlarining magnit momentlari bilan bog’liq. Atom yadrolarining magnit momentlari odatda elektronlarnikidan minglab marta kichikdir va shuning uchun materiallarning magnitlanishi sharoitida ular ahamiyatsiz. Yadro magnit momentlari boshqa kontekstlarda, ayniqsa yadro magnit-rezonans (YMR) va magnit-rezonans tomografiyada (MRI) juda muhim.
Odatda materialdagi juda koʻp sonli elektronlar shunday joylashadiki, ularning magnit momentlari (ham orbital, ham ichki) bekor qilinadi. Bu qaysidir ma'noda, Pauli printsipi natijasida elektronlarning qarama-qarshi ichki magnit momentlari bilan juft bo'lib birlashishi (Elektron konfiguratsiyasiga qarang) va aniq orbital harakati nolga teng bo'lgan to'ldirilgan pastki qavatlarga birlashishi bilan bog'liq.
BIkkala holatda ham elektronlar asosan har bir elektronning magnit momenti boshqa elektronning teskari momenti bilan bekor qilingan davrlardan foydalanadi. Bundan tashqari, elektron konfiguratsiyasi juftlashtirilmagan elektronlar va/yoki to'ldirilmagan pastki qavatlar mavjud bo'lganda ham, ko'pincha qattiq jismdagi turli elektronlar turli xil tasodifiy yo'nalishlarga ishora qiluvchi magnit momentlarga hissa qo'shadi, shuning uchun material bo'lmaydi. magnit.
Ba'zan o'z-o'zidan yoki qo'llaniladigan tashqi magnit maydon tufayli elektronlarning har bir magnit momenti o'rtacha bir qatorda bo'ladi. Kerakli material kuchli aniq magnit maydon hosil qilishi mumkin.
Materialning magnit harakati uning tuzilishiga, xususan uning elektron konfiguratsiyasiga, yuqorida keltirilgan sabablarga ko'ra, shuningdek, haroratga bog'liq. Yuqori haroratlarda tasodifiy issiqlik harakati elektronlarning hizalanishini qiyinlashtiradi.
Diamagnetizm
Diamagnetizm barcha materiallarda uchraydi va materialning qo'llaniladigan magnit maydonga qarshilik ko'rsatishga va shuning uchun magnit maydonni qaytarishga moyilligidir. Biroq, paramagnit xususiyatlarga ega bo'lgan materialda (ya'ni, tashqi magnit maydonni kuchaytirish tendentsiyasi bilan) paramagnit harakati ustunlik qiladi. Shunday qilib, universal hodisaga qaramay, diamagnetik xatti-harakatlar faqat sof diamagnit materialda kuzatiladi. Diamagnit materialda juftlashtirilmagan elektronlar mavjud emas, shuning uchun elektronlarning ichki magnit momentlari hosil bo'lolmaydi.har qanday ovoz balandligi effekti.
Esda tutingki, bu tavsif faqat evristik tavsif uchun moʻljallangan. Bor-Van Leuven teoremasi klassik fizikaga ko'ra diamagnetizm mumkin emasligini va to'g'ri tushunish kvant mexanik tavsifni talab qilishini ko'rsatadi.
E'tibor bering, barcha materiallar bu orbital javobdan o'tadi. Biroq, paramagnit va ferromagnit moddalarda diamagnit ta'sir juftlanmagan elektronlar ta'siridan ancha kuchliroq ta'sirlar bilan bostiriladi.
Paramagnit materialda juftlashtirilmagan elektronlar mavjud; ya’ni aynan bitta elektronga ega atom yoki molekulyar orbitallar. Pauli istisno qilish printsipi juftlangan elektronlarning qarama-qarshi yo'nalishga ishora qiluvchi ("spin") magnit momentlariga ega bo'lishini talab qilsa-da, ularning magnit maydonlarini bekor qilishga olib keladi, juftlashtirilmagan elektron o'zining magnit momentini ikkala yo'nalishda ham tekislashi mumkin. Tashqi maydon qo‘llanilganda, bu momentlar qo‘llaniladigan maydon bilan bir xil yo‘nalishda tekislanadi va uni mustahkamlaydi.
Ferromagnitlar
Ferromagnit paramagnit modda sifatida juftlashtirilmagan elektronlarga ega. Biroq, elektronlarning ichki magnit momentining qo'llaniladigan maydonga parallel bo'lish tendentsiyasiga qo'shimcha ravishda, bu materiallarda bu magnit momentlarning qisqartirilgan holatini saqlab qolish uchun bir-biriga parallel ravishda yo'n altirish tendentsiyasi ham mavjud. energiya. Shunday qilib, qo'llaniladigan maydon yo'qligida hammaterialdagi elektronlarning magnit momentlari o'z-o'zidan bir-biriga parallel bo'ladi.
Har bir ferromagnit moddaning Kyuri harorati yoki Kyuri nuqtasi deb ataladigan o'ziga xos harorati bor, undan yuqorida u ferromagnit xususiyatlarini yo'qotadi. Buning sababi shundaki, tartibsizlikka termal moyillik ferromagnit tartib tufayli energiyaning kamayishini bartaraf qiladi.
Ferromagnetizm faqat bir nechta moddalarda uchraydi; temir, nikel, kob alt, ularning qotishmalari va ayrim nodir tuproq qotishmalari keng tarqalgan.
Ferromagnit materialdagi atomlarning magnit momentlari ularni mayda doimiy magnitlar kabi tutishiga olib keladi. Ular bir-biriga yopishadi va magnit domenlar yoki Vays domenlari deb ataladigan ko'proq yoki kamroq bir xil tekislikdagi kichik hududlarga birlashadi. Eskizdagi oq chiziqlarga o'xshash magnit domen chegaralarini aniqlash uchun magnit kuch mikroskopi yordamida magnit domenlarni kuzatish mumkin. Magnit maydonlarni jismoniy ko'rsatishi mumkin bo'lgan ko'plab ilmiy tajribalar mavjud.
Domenlarning roli
Domen juda koʻp molekulalarni oʻz ichiga olgan boʻlsa, u beqaror boʻlib qoladi va oʻngda koʻrsatilganidek, bir-biriga barqarorroq yopishish uchun qarama-qarshi yoʻnalishda tekislangan ikkita domenga boʻlinadi.
Magnit maydonga ta'sir qilganda, domen chegaralari shunday harakatlanadiki, magnit bilan tekislangan domenlar o'sib boradi va chapda ko'rsatilganidek, strukturada hukmronlik qiladi (nuqtali sariq maydon). Magnitlanish maydoni olib tashlanganda, domenlar magnitlangan bo'lmagan holatga qaytmasligi mumkin. Bu olib keladichunki ferromagnit material magnitlanadi va doimiy magnit hosil qiladi.
Magnitlanish etarlicha kuchli bo'lganda, dominant domen boshqa barcha domenlarni bir-biriga yopishib, faqat bitta alohida domen hosil bo'lishiga olib keldi, material magnit jihatdan to'yingan edi. Magnitlangan ferromagnit material Kyuri nuqtasi haroratiga qizdirilganda, molekulalar magnit domenlari tashkiliylikni yo'qotadigan va ular keltirib chiqaradigan magnit xususiyatlarini to'xtatadigan nuqtaga aralashadi. Material sovutilganda, bu domenni tekislash strukturasi o'z-o'zidan qaytib keladi, bu suyuqlikning kristall qattiq holga kelishiga o'xshaydi.
Antiferromagnitika
Antiferromagnitda, ferromagnitdan farqli o'laroq, qo'shni valent elektronlarning ichki magnit momentlari qarama-qarshi yo'nalishda bo'ladi. Agar barcha atomlar moddada har bir qo'shni antiparallel bo'ladigan tarzda joylashtirilgan bo'lsa, modda antiferromagnitdir. Antiferromagnitlarning aniq magnit momenti nolga teng, ya'ni ular maydon yaratmaydi.
Antiferromagnitlar boshqa turdagi xatti-harakatlarga qaraganda kam uchraydi va ko'pincha past haroratlarda kuzatiladi. Turli haroratlarda antiferromagnitlar diamagnit va ferromagnit xususiyatga ega.
Ba'zi materiallarda qo'shni elektronlar qarama-qarshi yo'nalishda ishora qilishni afzal ko'radi, lekin har bir juft qo'shni tekislikka qarshi bo'lgan geometrik tartib yo'q. Bu spin shisha deb ataladi vageometrik tushkunlikka misoldir.
Ferromagnit materiallarning magnit xossalari
Ferromagnitizm singari, ferrimagnetlar maydon bo'lmaganda o'zlarining magnitlanishini saqlab qoladilar. Biroq, antiferromagnitlar singari, qo'shni elektron spin juftlari qarama-qarshi yo'nalishga ishora qiladi. Bu ikki xususiyat bir-biriga zid emas, chunki optimal geometrik joylashuvda bir xil yoʻnalishga ishora qiluvchi elektronlar pastki panjarasidan kelib chiqadigan magnit moment qarama-qarshi yoʻnalishga ishora qiluvchi pastki panjaradan kattaroqdir.
Ferritlarning aksariyati ferrimagnitdir. Ferromagnit materiallarning magnit xususiyatlari bugungi kunda inkor etilmaydi. Birinchi kashf etilgan magnit modda - magnetit ferrit bo'lib, dastlab ferromagnit deb hisoblangan. Biroq, Lui Nil ferrimagnetizmni kashf qilib, buni rad etdi.
Ferromagnit yoki ferrimagnit etarlicha kichik bo'lsa, u Broun harakatiga bo'ysunadigan yagona magnit spin vazifasini bajaradi. Uning magnit maydonga ta'siri sifat jihatidan paramagnitnikiga o'xshaydi, lekin undan ham ko'proq.
Elektromagnitlar
Elektromagnit - bu elektr toki orqali magnit maydon hosil qiluvchi magnit. Oqim o'chirilganda magnit maydon yo'qoladi. Elektromagnitlar odatda magnit maydonni yaratadigan juda ko'p bir-biriga yaqin joylashgan sim burilishlaridan iborat. Simli bobinlar ko'pincha ferromagnit yoki ferrimagnit materialdan yasalgan magnit yadro atrofida o'raladi.temir kabi material; magnit yadro magnit oqimni jamlaydi va kuchliroq magnit hosil qiladi.
Elektromagnitning doimiy magnitdan asosiy afzalligi shundaki, magnit maydonni oʻrashdagi elektr toki miqdorini nazorat qilish orqali tezda oʻzgartirish mumkin. Biroq, quvvat talab qilmaydigan doimiy magnitdan farqli o'laroq, elektromagnit magnit maydonni saqlab turish uchun uzluksiz oqim ta'minotini talab qiladi.
Elektromagnitlar motorlar, generatorlar, o'rni, solenoidlar, dinamiklar, qattiq disklar, MRI mashinalari, ilmiy asboblar va magnit ajratish uskunalari kabi boshqa elektr qurilmalarning komponentlari sifatida keng qo'llaniladi. Elektromagnitlar sanoatda metall parchalari va po'lat kabi og'ir temir buyumlarni ushlab turish va harakatlantirish uchun ham qo'llaniladi. Elektromagnetizm 1820 yilda kashf etilgan. Shu bilan birga, magnit xususiyatlariga ko'ra materiallarning birinchi tasnifi nashr etildi.
