მაგნიტური მასალების ძირითადი კონცეფციები

მაგნიტური დიპოლური მომენტი

ერთსად გარე მაგნიტურ ველში ჩატარებისას სხვადასხვა მასალები შეიძლება გამოიწვიონ საკუთარი უცნობი პასუხები. ამ ფენომენის განსაზღვრას უნდა ჩვენ დავიწყოთ მაგნიტური დიპოლების შესახებ ცოდნის მიღებით, რომელიც მაგნიტურ ქცევას მართავს. ეს ცოდნა იწყება მაგნიტური დიპოლური მომენტის შესახებ დასაწყისით.

მაგნიტური დიპოლური მომენტი, რომელიც ხშირად უბრალოდ მაგნიტურ მომენტად უწოდებენ, არის ელექტრომაგნიტის ფუნდამენტური კონცეფცია. ეს ფუნქცია მისცემს ძალიან დიდ ინსტრუმენტს ისეთი შემთხვევების გაგებაში და რიცხვით გამოსახატავად, როდესაც დენის შემცემი რგოლი ინტერაქტირებს ერთგვარ მაგნიტურ ველთან. დენის რგოლის მაგნიტური მომენტი, რომელიც არის ფართობი A და შეიცავს დენს I, განსაზღვრულია შემდეგნაირად:

შეიძლება შენიშნოთ, რომ ფართობი განსაზღვრულია როგორც ვექტორი, რაც ხდის მაგნიტურ მომენტს ვექტორულ სიდიდედაც. ორივე ვექტორი არის ერთი და იგივე მიმართულების მქონე.

მაგნიტური მომენტის მიმართულება არის რგოლის სიბრტყის სიბრტყის პერპენდიკულარული. ის შეიძლება განსაზღვროს მარჯვენა ხელის წესის გამოყენებით - თუ მარჯვენა ხელის ფალის თავები გადახრილია დენის დენის მიმართ, თქვენი დუმბალი ნიშნავს მაგნიტური მომენტის ვექტორის მიმართულებას. ეს ნახსენებია ფიგურა 1-ში.

რგოლის მაგნიტური მომენტი დენით და ფართობით შეიძლება დაგვიწყოს მხოლოდ დენის დენით და ფართობით, რომელიც ის შეიცავს. ის არ იცვლება რგოლის ფორმის გამო.

მომენტი და მაგნიტური მომენტი

შეხედეთ ფიგურა 2-ს, რომელიც გამოსახავს დენის შემცემ რგოლს ერთგვარ მაგნიტურ ველში ჩამოთვლილს.

ზემოთ წარდგენილ ფიგურაში:

•  I ნიშნავს დენს.

• B ნიშნავს მაგნიტური ველის ვექტორს.

• u ნიშნავს მაგნიტურ მომენტს.

• θ ნიშნავს მაგნიტურ მომენტის ვექტორისა და მაგნიტური ველის ვექტორის შორის კუთხეს.

რადგან რგოლის წინადადებით და უკან მოქმედების ძალები ერთმანეთს აბათილებენ, რგოლზე მოქმედი ძალების ჯამი არის ნული. მაგრამ, რგოლი არის მაგნიტური მომენტის ქვეშ. ამ მომენტის სიდიდე შემდეგნაირად განსაზღვრულია:

ეკუაციიდან 2-დან ჩვენ ხელმისაწვდომად შეგვიძლია დავინახოთ, რომ მომენტი (t) დირექტულად კორელირებულია მაგნიტურ მომენტთან. ეს იმიტომ ხდება, რომ მაგნიტური მომენტი იქცევა მაგნიტად; როდესაც ის გარე მაგნიტურ ველში ჩასვამებულია, ის იძირებს მომენტს. ეს მომენტი ყოველთვის მიმართულია რგოლის შესაბამისი სტაბილური ეკვილიბრიუმის პოზიციისკენ.

სტაბილური ეკვილიბრიუმი ხდება, როდესაც მაგნიტური ველი პერპენდიკულარულია რგოლის სიბრტყის სიბრტყის მიმართ (ანუ, θ=0^o). თუ რგოლი ცოტა რამდენიმე გრძელდება ამ პოზიციიდან, მომენტი მუშაობს რგოლის დაბრუნებისთვის ეკვილიბრიუმის მდგომარეობაში. მომენტი ასევე ნულია, როდესაც θ=180^o. თუმცა, ამ შემთხვევაში, რგოლი არის უსტაბილური ეკვილიბრიუმში. რგოლის ცოტა რამდენიმე როტაცია θ=180^o-დან მოიტაცებს მომენტს რგოლის დაშორებისთვის ამ პუნქტიდან და მის მიმართ θ=0^o-სკენ.

რატომ არის მაგნიტური მომენტი მნიშვნელოვანი?

რამდენიმე მოწყობილობა დენის რგოლთან და მაგნიტურ ველთან ინტერაქციის დამოკიდებულია. მაგალითად, ელექტრომოტორის მიერ შექმნილი მომენტი დაფუძნებულია მოტორის მაგნიტურ ველს და დენის შემცემ კონდუქტორებს. ამ ინტერაქციის დროს, პოტენციური ენერგია ცვლის სახეს კონდუქტორების როტაციის დროს.

არის მაგნიტური მომენტის და გარე მაგნიტური ველის შორის ინტერაქცია, რომელიც იწვევს პოტენციურ ენერგიას ჩვენს მაგნიტურ სისტემაში. ეს ორი ვექტორის შორის კუთხე განსაზღვრავს სისტემაში შენახული ენერგიის რაოდენობას, როგორც აღწერილია შემდეგ ეკუაციაში:

შემდეგი წარმოადგენს შენახული ენერგიის მნიშვნელობებს რამდენიმე მნიშვნელოვანი კონფიგურაციისთვის:

როდესაც θ=0^o, სისტემა არის სტაბილური ეკვილიბრიუმში და შენახული ენერგია არის მინიმალური, როგორც U=-uB.

როდესაც θ=90^o, შენახული ენერგია არის გაზრდილი მნიშვნელობამდე U=0.

როდესაც θ=180^o, შენახული ენერგია არის მაქსიმალური მნიშვნელობა, U=uB. ეს კონკრეტული მდგომარეობა წარმოადგენს უსტაბილური ეკვილიბრიუმის პოზიციას.

მაგნიტური მასალების მაგნიტური ველის შექმნის გაგება ატომური მოდელის საშუალებით

რათა შეგვეძლოს რთულად გავაკეთოთ იმის გაგება, როგორ ქმნის მაგნიტური მასალები მაგნიტურ ველს, საჭიროა კვანტური მექანიკის შესახებ შესაძლებლობა. თუმცა, რადგან ეს თემა არ არის ამ სტატიის შესაძლებლობის მიერ დაკავშირებული, ჩვენ შეგვიძლია გამოვიყენოთ მაგნიტური მომენტის კონცეფცია და კლასიკური ატომური მოდელი რათა შეგვეძლოს მნიშვნელოვანი შესახებ ინფორმაციის მიღება იმის შესახებ, როგორ ინტერაქტირებენ მასალები გარე მაგნიტურ ველთან.

ეს მოდელი აღწერს ელექტრონს როგორც ატომური ნივთიერების რგოლის დარბაზში და საკუთარი ღერძის გარშემო როტაციის როგორც ცხადად გამოსახულია ფიგურა 3-ში.

ელექტრონების, ატომების და საგანების ნებისმიერი მაგნიტური მომენტი

ელექტრონის რგოლის მოძრაობა შეიძლება შეიქმნას მცირე დენის შემცემ რგოლის მსგავსად. როგორც შედეგი, ის შეიქმნის მაგნიტურ მომენტს (რომელიც აღნიშნულია როგორც (u1) ზემოთ წარდგენილ ფიგურაში). ასევე, ელექტრონის სპინი ასევე იწვევს მაგნიტურ მომენტს (u2). ელექტრონის ნებისმიერი მაგნიტური მომენტი არის ესეთი ორი მაგნიტური მომენტის ვექტორული ჯამი.

ატომისთვის, მისი ნებისმიერი მაგნიტური მომენტი არის მისი ყველა ელექტრონის მაგნიტური მომენტების ვექტორული ჯამი. თუმცა, ატომში პროტონებიც არიან მაგნიტური დიპოლების მქონე, მათი საერთო ეფექტი ჩვეულებრივ უდიდესია რის შედარებით ელექტრონების მაგნიტური დიპოლების ეფექტისთვის.

ნებისმიერი საგანის ნებისმიერი მაგნიტური მომენტი განსაზღვრულია მისი ყველა ატომის მაგნიტური მომენტების ვექტორული ჯამით.

მაგნიტიზაციის ვექტორი

მასალის მაგნიტური თვისებები განისაზღვრება მისი შემადგენელი ნაწილაკების მაგნიტური მომენტებით. როგორც ამ სტატიაში ადრე განხილული იყო, ეს მაგნიტური მომენტები შეიძლება იყვნენ მცირე მაგნიტები. როდესაც მასალა ჩამოთვლილია გარე მაგნიტურ ველში, ატომური მაგნიტური მომენტები ინტერაქტირებენ დადებული ველთან და იძირებენ მომენტს. ეს მომენტი აქვს ტენდენცია მაგნიტური მომენტების მიმართულებაში ერთი და იგივე მიმართულებით.

საგანის მაგნიტური მდგომარეობა დამოკიდებულია ორ ფაქტორზე: ატომური მაგნიტური მომენტების რაოდენობაზე მასალაში და მათი მიმართულების ხარისხზე. თუ მიკროსკოპიული დენის რგოლების მიერ შექმნილი მაგნიტური მომენტები შემთხვევით მიმართულია, ისინი ერთმანეთს გაუბათილებენ და შედეგად მივიღებთ ნეგლიჯირებადი ნებისმიერი მაგნიტურ ველს. საგანის მაგნიტური მდგომარეობის აღსაწერად, ჩვენ ვიყენებთ მაგნიტიზაციის ვექტორს. ეს განსაზღვრულია როგორც საგანის ერთეულ მოცულობაში შენახული ნებისმიერი მაგნიტური მომენტი:

სადაც V ნიშნავს მასალის მოცულობას.

როდესაც მასალა ჩამოთვლილია გარე მაგნიტურ ველში, მისი მაგნიტური მომენტები იძირებენ, რაც იწვევს მაგნიტიზაციის ვექტორის სიდიდის ზრდას. მაგნიტიზაციის ვექტორის მახასიათებლები ასევე დამოკიდებულია მასალის კლასიფიკაციაზე როგორც პარამაგნიტური, ფერომაგნიტური ან დიამაგნიტური.

პარამაგნიტური და ფერომაგნიტური მასალები შედგება ატომებისგან, რომელთა მაგნიტური მომენტები არის მუდმივი. სახელად, დიამაგნიტური მასალების ატომური მაგნიტური მომენტები არ არიან მუდმივი.

სრული მაგნიტური ველის პოვნა: პერმეაბილიტეტი და სუსცეპტიბილიტეტი

ვთქვათ, ჩვენ ჩამოთვლით მასალას მაგნიტურ ველში. მასალაში შესაძლებელი მაგნიტური ველის ორი ცხადი წყარო არის:

• გარე დადებული მაგნიტური ველი (B0).

• მასალის