Ысқаша теориялық кіріспе. Заттардың магниттік қасиеттері.

ЛАБОРАТОРИЯЛЫҚ ЖҰМЫС

ГИСТЕРЕЗИС ТҰЗАҒЫН ШЫҒАРЫП АЛУ

 

Жұмыстың мақсаты: Өзгермелі магнит өрісінде ферромагнетиктердің тура, кері магниттелу процестерін зерттеп, мен Н және В мен Н арасындағы байланысты көрсететін гистерезис тұзағын болат білігі үшін шығарып алу.

Құрал-жабдықтар: Болат білік, екі катушка, компас, реостат, ауыстырып қосқыш, тұрақты ток көзі, амперметр және болат білікті магниттенсіздендіретін құрылғы

 

ысқаша теориялық кіріспе. Заттардың магниттік қасиеттері.

Магнетизм деп қозушы зарядтталған және магнит моменттері бар бөлшектер мен дәнекердің арасында, сол сияқты уақытқа байланысты өзгермелі электр өрістерінің арасында пайда болатын материялдық әсерлесудің ерекше формасын айтамыз. Барлық заттардың магниттік қасиеттері болады. Осы қасиеттеріне байланысты заттар әлсіз және күшті магнитті болып 2 топқа бөлінеді.

Әлсіз магнитті заттарға:

Парамагнетиктер: алюминий, платина, азоттың тотығы, сілтілік және жер-сілтілік металдар т.с.с. және диамагнетиктер: висмут, мырыш, алтын, мыс, күміс, сынап, су, шыны, мрамор, инертті газдар, сағыз, көптеген органикалық қосылыстар т.с.с;

Күшті магниттілерге ферремагнетиктер: темір, болат, кобальт, пермалай, супермалай, никель т.с.с жатады.

Кез келген зат магнетик бола алады, яғни сыртқы магнит өрісі әсерінен магниттеледі. Парамагнетиктер және диамагнетиктер сыртқы магнит өрісі жоқ кезде ылғида магниттелмеген болады. Ферромагнетиктер - магнит өрісі болмаған кезде де магниттік қасиеттері бар қатты заттарды айтады.

Қазіргі көз қарас бойынша заттардың магниттік қасиеттерінің болуы мынандай үш себепті қамтамасыз етеді:

1) Атомдағы электрондардың ядроны орбитальды айналып қозғалуы;

2) Электрондардың өзіндік немесе спиндік моментінің болуын;

3) Атом ядроларының өзіндік немесе спиндік моменттерінің болуын;

Молекулалардағы немесе атомдардағы магнит өрісі, тогы бар өткізгіштің айналасында пайда болатын магнит өрісі сияқты, зарядталған бөлшектердің қозғалысынан қоздырылады. Мысалы, ядро айналасында орбитада қозғалған электрон, сақина токқа эквивалентті болады. Атомдардың немесе молекулалардың жалпы магнит моменті , олардың орбиталдық және спинді моменттерінің векторлық қосындысына тең болады:

(1)

Магнетиктердің магниттелу көрсеткіші заттың бірлік көлемінің магнит моментімен сипатталады. Бұл шаманы магниттелу векторы немесе магниттелу интенсивтілігі деп былай белгіленеді:

немесе (2)

Егер заттың кез келген нүктесіндегі Z бірдей болса, зат біртекті магниттелген дейді. Сыртқы магнит өрістерімен әсерлесуіне қарай заттар диамагнетиктер, парамагнетиктер және ферромагниттер болып үш топқа бөлінеді.

Диамагнетизм құбылысында, магнит өрісіне орналастырылған затта, сыртқы өріске қарсы бағытталған қосымша магнит моменті пайда болуы жатады. Яғни сыртқы магнит өрісі затта индукциалық ток тудырады, ол өзінің өрісімен сыртқы өріске қарсы, яғни Ленц ережесі әсер етеді.

Атом ішінде ток қалай пайда болады дегенде? Ол электрондардың атом ядросы айналасындағы орбитада қозғалуынан, осының нәтижесінде әрбір атомның магнит моментінің болуына байланысты.

Магнит өрісінде электрондардың орбиталық жазықтығын өріске перпендикуляр, яғни, электронның магнит моментін өріс бойынша бағыттайтын күш пайда болады. Осының нәтижесінде электрон орбитасы өріс бағытының айналасында прецессиялық қозғалыста болады, бұл электрондардың қосымша айналуына этвивалентті, ал қосымша айналу ылғида сыртқы өріске қарама – қарсы бағытталған қосымша магнит моментінің пайда болуына әкеледі.

Жалпы айтқанда диамагнетизм, атомдағы орбиталдық және спиндік магнит моменттері өзара теңестірілген жағдайда ғана, яғни Р_а=0 болғанда байқалады. Диамагнетиктерге қандай заттар жататынын жоғарыда көрсеттік.

Бұл арада айтарымыз, күштірек парамагнетиктік эффект басым болғандықтан, кейбір заттарда бақыланбайтынына қарамастан, тәжірибеде диамагнетизм барлық заттарға тән қасиет.

Парамагнетиктерге атомдар мен молекулаларының магнит моменттері теңестірілмеген заттар жатады. Жоғарыдағыға қосымша айтарымыз, парамагнетиктерге: хром, марганец; сирек кездесетін элементтер тұздары, темір тұзы т.с.с. жатады.

Берілген жағдайда ферромагнетиктер әлсіз магнит өрісінде де күшті магниттік қасиеттерге ие болады. Қазіргі көз қарас бойынша заттардың ферромагнетиктік қасиетін атомдардың электрондары толығымен қабыршақтарының спиндік магнит моменті қамтамасыз етеді, мысалы: темір, кобальт, үшін 3d және сирек кездесетін элементтер үшін 4f.

Бірақ барлық электрондары толмаған қабыршағы бар элементтер феромагнетикке жата бермейді. Ферромагнетизм пайда болу үшін көршілес атомдар спиндерінің күшті алмасу - әсерлесу қажет.

Дәнекерлеулерге сәйкес, заттардың ферромагниттік қасиеттері өздері парамагнетик болатын атомдардың немесе молекулалардың магниттік қасиеттерімен емес, домен деп аталатын ферромагнетиктің бүтін тұтас облыстарының магниттелуімен анықталады. Домен деп заттаң көптеген атомдары жинақталған кіші–гірім бөлігін айтады. Ферромагнетикттердің жеке атамдардың магнит моменттерінің әсерлесу, әрбір домен шегінде ішкі күшті магнит өрісін тудырады және олардың осы облыс шегіндегі магнит моменттері бір - біріне параллель орналасады. Сөйтіп, осындай әрбір облыс өздігінен қаныққанша магниттеледі. Бірақ, сыртқы магнит өрісі жоқ кезде, жеке домен облыстардың магниттелу бағыттары әртүрлі болғандықтан, тұтас дене магниттелмеген болып шығады.

Берілген заттың магнит өрісінде магниттелуін сипаттайтын шаманы оның магниттік алғырлығы немесе қабылдағыштығы деп аталады:

= Z/H (3)

мұнда H - сыртқы магнит өрісінің кернеулігі. Салыстырмалы магнит өтімділігі μ мен магниттік қабылдағыштық байланысы мынадай:

(4)

Магниттелу векторының /Z/, магнетиктің ішкі өрісінің индукция векторымен /B’/ байланысын мына формула береді:

Z (5)

Бұл өзіне себеп болған В₀ сыртқы магнит өрісіне қосылады да қорытқы өрісті /В/ береді:

B=B₀+B’= H+ Z= H+ H= () H= H (6)

Магнетикте нақтылы (микроскопиялық) өріс молекула аралық аймақта өте күшті өзгереді. дегеніміз орта мәнді (макроскопиялық) өріс. Диа-, парамагнетиктердің магнит моменттері әсер етуші өріске тура пропорционал.

Тек өте төмен температурада және күшті магнит өрісінде парамагнетиктің магнит моменті өріс өсуімен байланысты өзінің шекті мәніне жақындайтыны байқалады. Бұл эффектен алыс жерлерде (облыстарда) магнит моментімен әсер етуші өріс арасындағы байланыс сызықтыққа жатады, яғни заттың магниттік қасиеттері сыртқы өріс әсерінен индукцияланған магнит моментінің осы өріске - магнит алғрлығына қатнасымен сипатталады.

Диамагнетиктер үшін - , ;

Парамагнетиктер үшін - /;

Ферромагнетиктер үшін μ>>1 болады. Диа- және парамагнетиктер үшін μ- дің мәні сыртқы магнит өрісінің кернеулігіне байланысты емес және болады. Ферромагнетиктердің μ-і және - ы сыртқы магнит өріс кернеулігіне байланысты. Олардың -ның мәні өте мол болады. Мысалы: μ=5*10³, μ_{супермалой} =8∙10⁵ тең болады.

Бұның себебі, ферромагнетиктерді сыртқы магнит өрісіне енгізгенде, өріс бойынша жеке атомдарымен молекулалары ғана емес, тұтас домендері бағытталады да, магниттелу векторының шамасы мол артады.