Mıknatıs nedir? Mıknatısların çeşitleri ve özellikleri. Kalıcı mıknatıslar, tanımları ve çalışma prensibi

Bazı metallerin mıknatıs tarafından çekilmesine neden olan şey nedir? Mıknatıs neden tüm metalleri çekmez? Mıknatısın bir tarafı neden metali çekerken diğer tarafı iter? Peki neodim metallerini bu kadar güçlü kılan şey nedir?

Tüm bu sorulara cevap verebilmek için öncelikle mıknatısın kendisini tanımlamalı ve çalışma prensibini anlamalısınız. Mıknatıslar, manyetik alanlarının etkisiyle demir ve çelik nesneleri çekme ve bazılarını itme yeteneğine sahip cisimlerdir. Manyetik alan çizgileri mıknatısın güney kutbundan geçer ve kuzey kutbundan çıkar. Kalıcı veya sert bir mıknatıs sürekli olarak kendi manyetik alanını yaratır. Bir elektromıknatıs veya yumuşak mıknatıs, yalnızca bir manyetik alanın varlığında ve yalnızca belirli bir hızda manyetik alanlar oluşturabilir. Kısa bir zaman, bir veya başka bir manyetik alanın etki bölgesindeyken. Elektromıknatıslar, yalnızca elektrik bobinin telinden geçtiğinde manyetik alanlar oluşturur.

Yakın zamana kadar tüm mıknatıslar metal elemanlar veya alaşımlar. Mıknatısın bileşimi gücünü belirledi. Örneğin:

Buzdolaplarında ve ilkel deneylerin gerçekleştirilmesinde kullanılanlar gibi seramik mıknatıslar, seramik kompozit malzemelerin yanı sıra demir cevheri de içerir. Demir mıknatıslar olarak da adlandırılan seramik mıknatısların çoğu çok fazla çekici güce sahip değildir.

"Alniko mıknatıslar" alüminyum, nikel ve kobalt alaşımlarından oluşur. Seramik mıknatıslardan daha güçlüdürler ancak bazı nadir elementlerden çok daha zayıftırlar.

Neodimyum mıknatıslar demir, bor ve doğada nadiren bulunan neodimyum elementinden oluşur.

Kobalt-samaryum mıknatısları kobalt ve nadir elementler samaryumu içerir. Geçtiğimiz birkaç yılda bilim adamları manyetik polimerleri veya plastik mıknatıslar olarak adlandırılanları da keşfettiler. Bazıları çok esnek ve plastiktir. Ancak bazıları yalnızca son derece düşük sıcaklıklarda çalışırken, diğerleri yalnızca metal talaşları gibi çok hafif malzemeleri kaldırabilir. Ancak mıknatıs özelliklerine sahip olmak için bu metallerin her birinin bir kuvvete ihtiyacı vardır.

Mıknatıs yapmak

Birçok modern elektronik cihaz mıknatıslara dayanmaktadır. Mıknatısların cihaz üretiminde kullanımı nispeten yakın zamanda başlamıştır, çünkü doğada bulunan mıknatıslar ekipmanı çalıştırmak için gerekli güce sahip değildir ve ancak insanlar onları daha güçlü hale getirmeyi başardığında üretimin vazgeçilmez bir unsuru haline gelmiştir. Bir manyetit türü olan demir taşı, doğada bulunan en güçlü mıknatıs olarak kabul edilir. Ataç ve zımba gibi küçük nesneleri çekebilme özelliğine sahiptir.

12. yüzyılda insanlar demir cevherinin demir parçacıklarını mıknatıslamak için kullanılabileceğini keşfettiler; insanlar pusulayı bu şekilde yarattı. Ayrıca, bir mıknatısı demir bir iğne üzerinde sürekli hareket ettirirseniz iğnenin mıknatıslandığını da fark ettiler. İğnenin kendisi kuzey-güney yönünde çekilir. Daha sonra ünlü bilim adamı William Gilbert, mıknatıslanmış iğnenin kuzey-güney yönündeki hareketinin, Dünya gezegenimizin kuzey ve güney kutupları olmak üzere iki kutuplu devasa bir mıknatısa çok benzemesi nedeniyle meydana geldiğini açıkladı. Pusula iğnesi günümüzde kullanılan birçok kalıcı mıknatıs kadar güçlü değildir. Ancak fiziksel süreç Pusula iğnelerini ve neodim alaşımı parçalarını mıknatıslayan neredeyse aynıdır. Her şey, ferro yapısının bir parçası olan, manyetik alanlar adı verilen mikroskobik bölgelerle ilgilidir. manyetik malzemeler demir, kobalt ve nikel gibi. Her alan, kuzey ve güney kutbu olan küçük, ayrı bir mıknatıstır. Mıknatıslanmayan ferromanyetik malzemelerde, kuzey kutuplarının her biri şu noktaya işaret eder: çeşitli yönler. Zıt yönlere işaret eden manyetik alanlar birbirini iptal eder, dolayısıyla malzemenin kendisi bir manyetik alan üretmez.

Öte yandan mıknatıslarda hemen hemen her şey veya en azından manyetik alanların çoğu tek yönde yönlendirilir. Mikroskobik manyetik alanlar birbirini iptal etmek yerine bir araya gelerek büyük bir manyetik alan oluşturur. Aynı yöne işaret eden alan sayısı ne kadar fazla olursa, manyetik alan o kadar güçlü olur. Her alanın manyetik alanı kuzey kutbundan güney kutbuna kadar uzanır.

Bu, bir mıknatısı ikiye böldüğünüzde neden kuzey ve güney kutupları olan iki küçük mıknatıs elde ettiğinizi açıklıyor. Bu aynı zamanda zıt kutupların neden birbirini çektiğini de açıklıyor; kuvvet çizgileri bir mıknatısın kuzey kutbundan diğerinin güney kutbuna doğru çıkıyor ve metallerin birbirini çekmesine ve daha büyük bir mıknatıs oluşturmasına neden oluyor. İtme aynı prensibe göre gerçekleşir - kuvvet çizgileri zıt yönlerde hareket eder ve böyle bir çarpışma sonucunda mıknatıslar birbirini itmeye başlar.

Mıknatıs Yapımı

Bir mıknatıs yapmak için metalin manyetik alanlarını tek bir yöne "yönlendirmeniz" yeterlidir. Bunu yapmak için metalin kendisini mıknatıslamanız gerekir. Tekrar iğne durumunu ele alalım: Mıknatıs iğne boyunca sürekli olarak bir yönde hareket ettirilirse tüm alanlarının (domain) yönü hizalanır. Ancak manyetik alanları başka yollarla da hizalayabilirsiniz; örneğin:

Metali kuzey-güney yönünde güçlü bir manyetik alana yerleştirin. -- Mıknatısı kuzey-güney yönünde hareket ettirin, sürekli olarak çekiçle vurun ve manyetik alanlarını hizalayın. -- Mıknatıstan elektrik akımı geçirin.

Bilim insanları bu yöntemlerden ikisinin doğada doğal mıknatısların nasıl oluştuğunu açıkladığını öne sürüyor. Diğer bilim adamları, manyetik demir cevherinin ancak yıldırım çarptığında mıknatıs haline geldiğini iddia ediyor. Yine de diğerleri, Dünya'nın oluşumu sırasında doğadaki demir cevherinin mıknatısa dönüştüğüne ve günümüze kadar hayatta kaldığına inanıyor.

Günümüzde mıknatıs yapmanın en yaygın yöntemi, metalin manyetik alana yerleştirilmesi işlemidir. Manyetik alan verilen nesnenin etrafında döner ve tüm alanlarını hizalamaya başlar. Ancak bu noktada bu ilişkili süreçlerden birinde histerezis adı verilen bir gecikme yaşanabilir. Etki alanlarının bir yönde yön değiştirmesini sağlamak birkaç dakika sürebilir. Bu işlem sırasında şunlar olur: Manyetik bölgeler dönmeye başlar ve kuzey-güney manyetik alan çizgisi boyunca sıralanır.

Halihazırda kuzey-güney yönünde olan alanlar büyürken, çevredeki alanlar küçülmektedir. Komşu alanlar arasındaki sınırlar olan etki alanı duvarları yavaş yavaş genişler ve alanın kendisinin de büyümesine neden olur. Çok güçlü bir manyetik alanda bazı etki alanı duvarları tamamen kaybolur.

Mıknatısın gücünün, alanların yönünü değiştirmek için kullanılan kuvvet miktarına bağlı olduğu ortaya çıktı. Mıknatısların gücü, bu alanları hizalamanın ne kadar zor olduğuna bağlıdır. Mıknatıslanması zor olan malzemeler mıknatıslıklarını daha uzun süre korurken, mıknatıslanması kolay olan malzemeler hızla demanyetize olma eğilimindedir.

Manyetik alanı ters yöne yönlendirirseniz, mıknatısın gücünü azaltabilir veya mıknatıslığını tamamen giderebilirsiniz. Ayrıca bir malzemeyi Curie noktasına kadar ısıtırsanız manyetikliğini giderebilirsiniz. malzemenin manyetizmasını kaybetmeye başladığı ferroelektrik durumun sıcaklık sınırı. Yüksek sıcaklık, malzemeyi manyetiklikten arındırır ve manyetik parçacıkları harekete geçirerek manyetik alanların dengesini bozar.

Mıknatısların taşınması

Büyük, güçlü mıknatıslar, veri kaydetmekten kablolar üzerinden akım iletmeye kadar insan faaliyetinin birçok alanında kullanılır. Ancak bunları pratikte kullanmanın asıl zorluğu mıknatısların nasıl taşınacağıdır. Taşıma sırasında mıknatıslar diğer nesnelere zarar verebilir veya başka nesneler onlara zarar verebilir, bu da bunların kullanımını zorlaştırabilir veya pratik olarak imkansız hale getirebilir. Ek olarak, mıknatıslar sürekli olarak çeşitli ferromanyetik kalıntıları çeker, bu da o zaman kurtulmak çok zor ve bazen tehlikelidir.

Bu nedenle taşıma sırasında çok büyük mıknatıslar özel kutulara yerleştirilir veya özel ekipman kullanılarak mıknatısların yapıldığı ferromanyetik malzemeler basitçe taşınır. Özünde, bu tür ekipmanlar basit bir elektromıknatıstır.

Mıknatıslar neden birbirine yapışır?

Muhtemelen fizik derslerinizden, bir elektrik akımının bir telden geçtiğinde manyetik bir alan oluşturduğunu biliyorsunuzdur. Kalıcı mıknatıslarda, elektrik yükünün hareketiyle de bir manyetik alan yaratılır. Ancak mıknatıslardaki manyetik alan, akımın teller boyunca hareket etmesinden değil, elektronların hareketinden kaynaklanmaktadır.

Pek çok insan elektronların, tıpkı güneşin etrafında dönen gezegenler gibi, atom çekirdeğinin etrafında dönen küçük parçacıklar olduğuna inanır. Ama nasıl açıklıyorlar kuantum fizikçileri Elektronların hareketi bundan çok daha karmaşıktır. İlk olarak elektronlar atomun kabuk şeklindeki yörüngelerini doldururlar ve burada hem parçacık hem de dalga gibi davranırlar. Elektronların yükü ve kütlesi vardır ve farklı yönlerde hareket edebilirler.

Ve bir atomun elektronları uzun mesafeler hareket etmese de, bu tür bir hareket küçük bir manyetik alan yaratmak için yeterlidir. Eşleşen elektronlar zıt yönlerde hareket ettikleri için manyetik alanları birbirini iptal eder. Ferromanyetik elementlerin atomlarında ise tam tersine elektronlar eşlenmez ve tek yönde hareket eder. Örneğin demirin tek yönde hareket eden dört kadar bağlantısız elektronu vardır. Dirençli alanları olmadığından bu elektronların yörüngesel manyetik momenti vardır. Manyetik moment, kendi büyüklüğü ve yönü olan bir vektördür.

Demir gibi metallerde yörüngesel manyetik moment, komşu atomların kuzey-güney kuvvet çizgileri boyunca hizalanmasına neden olur. Demir, diğer ferromanyetik malzemeler gibi kristal bir yapıya sahiptir. Döküm işleminden sonra soğudukça paralel dönen yörüngelerden gelen atom grupları kristal yapı içinde sıralanır. Manyetik alanlar bu şekilde oluşur.

İyi mıknatıslar oluşturan malzemelerin aynı zamanda mıknatısları da çekebildiğini fark etmişsinizdir. Bunun nedeni mıknatısların aynı yönde dönen eşleşmemiş elektronlara sahip malzemeleri çekmesidir. Yani bir metali mıknatısa dönüştüren kalite aynı zamanda metali mıknatısa da çeker. Diğer birçok element diyamanyetiktir; mıknatısı hafifçe iten bir manyetik alan oluşturan eşleşmemiş atomlardan oluşurlar. Bazı malzemeler mıknatıslarla hiçbir şekilde etkileşime girmez.

Manyetik alan ölçümü

Akı ölçer gibi özel aletler kullanarak manyetik alanı ölçebilirsiniz. Birkaç şekilde açıklanabilir: -- Manyetik alan çizgileri webers (WB) cinsinden ölçülür. Elektromanyetik sistemlerde bu akı akımla karşılaştırılır.

Alan gücü veya akı yoğunluğu Tesla (T) veya Gauss (G) biriminde ölçülür. Bir Tesla 10.000 Gauss'a eşittir.

Alan gücü aynı zamanda metrekare başına weber cinsinden de ölçülebilir. -- Manyetik alanın büyüklüğü metre başına amper veya oersted cinsinden ölçülür.

Mıknatısla ilgili mitler

Gün boyu mıknatıslarla uğraşıyoruz. Örneğin bilgisayarlarda bulunurlar: Sabit disk tüm bilgileri bir mıknatıs kullanarak kaydeder ve mıknatıslar birçok bilgisayar monitöründe de kullanılır. Mıknatıslar ayrıca katot ışın tüplü televizyonların, hoparlörlerin, mikrofonların, jeneratörlerin, transformatörlerin, elektrik motorlarının, kasetlerin, pusulaların ve otomobil hız göstergelerinin ayrılmaz bir parçasıdır. Mıknatısların şaşırtıcı özellikleri vardır. Tellerde akım indükleyebilir ve elektrik motorunun dönmesine neden olabilirler. Yeterince güçlü bir manyetik alan, küçük nesneleri ve hatta küçük hayvanları kaldırabilir. Manyetik kaldırma trenleri yalnızca manyetik itme nedeniyle yüksek hız geliştirir. Wired dergisine göre, bazı insanlar elektromanyetik alanları tespit etmek için parmaklarına minik neodimyum mıknatıslar bile yerleştiriyorlar.

Manyetik alanla çalışan manyetik rezonans görüntüleme cihazları, doktorların muayene etmesine olanak tanır iç organlar hastalar. Doktorlar ayrıca bir darbeden sonra kırık kemiklerin düzgün şekilde iyileşip iyileşmediğini görmek için elektromanyetik darbeli alanlar kullanır. Benzer bir elektromanyetik alan, kas gerginliğini ve kemik kırılmasını önlemek amacıyla uzun süre sıfır yer çekiminde kalan astronotlar tarafından da kullanılıyor.

Mıknatıslar ayrıca veterinerlik uygulamalarında hayvanları tedavi etmek için de kullanılır. Örneğin inekler sıklıkla travmatik retiküloperikarditten muzdariptir, bu karmaşık hastalık Yiyecekle birlikte sıklıkla küçük metal nesneleri yutan bu hayvanlarda gelişen, hayvanın mide, akciğer veya kalbinin duvarlarına zarar verebilecek bir durumdur. Bu nedenle, genellikle inekleri beslemeden önce deneyimli çiftçiler, yiyeceklerini yenmeyen küçük parçalardan temizlemek için bir mıknatıs kullanırlar. Ancak inek zaten zararlı metalleri yutmuşsa, o zaman ona yemeğiyle birlikte mıknatıs da verilir. "İnek mıknatısı" olarak da adlandırılan uzun, ince alniko mıknatıslar tüm metalleri çekerek ineğin midesine zarar vermesini engeller. Bu tür mıknatıslar hasta bir hayvanın iyileşmesine gerçekten yardımcı olur, ancak yine de ineğin yemeğine zararlı elementlerin girmemesini sağlamak daha iyidir. İnsanlara gelince, mıknatısları yutmaları kontrendikedir, çünkü vücudun farklı bölgelerine girdiklerinde hala çekileceklerdir, bu da kan akışının engellenmesine ve yumuşak dokuların tahrip olmasına neden olabilir. Bu nedenle kişi mıknatıs yuttuğunda ameliyat olması gerekir.

Bazı insanlar manyetik terapinin tıbbın geleceği olduğuna inanıyor çünkü en basit ama en basit tedavilerden biri. etkili yöntemler birçok hastalığın tedavisi. Pek çok kişi pratikte manyetik alanın etkisine zaten ikna oldu. Manyetik bilezikler, kolyeler, yastıklar ve benzeri birçok ürün haplardan daha iyi Artritten kansere kadar çok çeşitli hastalıkları tedavi ederler. Bazı doktorlar ayrıca önleyici tedbir olarak bir bardak mıknatıslanmış suyun çoğu hoş olmayan rahatsızlığın görünümünü ortadan kaldırabileceğine inanıyor. Amerika'da manyetik tedaviye yılda yaklaşık 500 milyon dolar harcanıyor ve dünya çapında insanlar bu tedaviye ortalama 5 milyar dolar harcıyor.

Manyetik terapinin savunucuları, bu tedavi yönteminin yararlılığı konusunda farklı yorumlara sahiptir. Bazıları mıknatısın kandaki hemoglobinde bulunan demiri çekebildiğini ve böylece kan dolaşımını iyileştirdiğini söylüyor. Diğerleri manyetik alanın komşu hücrelerin yapısını bir şekilde değiştirdiğini iddia ediyor. Ancak aynı zamanda bilimsel çalışmalar, statik mıknatıs kullanımının bir kişiyi acıdan kurtarabileceğini veya bir hastalığı iyileştirebileceğini doğrulamamıştır.

Bazı savunucular ayrıca herkesin evlerindeki suyu arıtmak için mıknatıs kullandığını öne sürüyor. Üreticilerin kendilerinin de söylediği gibi, büyük mıknatıslar, tüm zararlı ferromanyetik alaşımları gidererek sert suyu arındırabilir. Ancak bilim insanları suyu sertleştiren şeyin ferromıknatıslar olmadığını söylüyor. Üstelik iki yıl boyunca mıknatısların pratikte kullanılması suyun bileşiminde herhangi bir değişiklik göstermedi.

Ancak mıknatısların olması muhtemel olmasa da tedavi edici etki hala keşfedilmeye değerdirler. Kim bilir belki gelecekte ortaya çıkarız faydalı özellikler mıknatıslar.

Mıknatıs

Evinizdeki buzdolabınıza yapıştırılan oyuncaklar veya okulda size gösterilen at nalları gibi mıknatısların da pek çok sıra dışı özelliği vardır. Mıknatıslar öncelikle buzdolabı kapısı gibi demir ve çelik nesnelere çekilir. Ayrıca direkleri de var.

İki mıknatısı birbirine yaklaştırın. Bir mıknatısın güney kutbu diğerinin kuzey kutbuna çekilecektir. Bir mıknatısın kuzey kutbu iter Kuzey Kutbu bir diğer.

Manyetik ve elektrik akımı

Manyetik alan elektrik akımıyla yani elektronların hareket etmesiyle üretilir. Atom çekirdeğinin etrafında hareket eden elektronlar negatif yük taşır. Yüklerin bir yerden başka bir yere yönlendirilmiş hareketine elektrik akımı denir. Elektrik akımı kendi etrafında manyetik bir alan oluşturur.

Bu alan, kuvvet çizgileriyle bir döngü gibi yolu kaplar elektrik akımı, yolun üzerinde duran bir kemer gibi. Örneğin bir masa lambası açıldığında ve bakır teller akım akar, yani teldeki elektronlar atomdan atoma atlar ve telin etrafında zayıf bir manyetik alan oluşur. Yüksek gerilim iletim hatlarında akım, diğerlerine göre çok daha güçlüdür. masa lambası dolayısıyla bu tür hatların tellerinin çevresinde çok güçlü bir manyetik alan oluşur. Dolayısıyla elektrik ve manyetizma aynı madalyonun iki yüzüdür; elektromanyetizma.

İlgili malzemeler:

Neden gökkuşağı var?

Elektron hareketi ve manyetik alan

Her atomun içindeki elektronların hareketi, atomun etrafında küçük bir manyetik alan yaratır. Yörüngede hareket eden bir elektron girdap benzeri bir manyetik alan oluşturur. Ancak manyetik alanın çoğu, elektronun çekirdeğin etrafındaki yörüngedeki hareketi tarafından değil, atomun kendi ekseni etrafındaki hareketi, elektronun dönüşü olarak adlandırılan hareketiyle yaratılır. Spin, bir gezegenin kendi ekseni etrafındaki hareketi gibi, bir elektronun bir eksen etrafında dönüşünü karakterize eder.

Malzemeler neden manyetiktir ve manyetik değildir?

Plastik gibi çoğu malzemede, tek tek atomların manyetik alanları rastgele yönlendirilir ve birbirini iptal eder. Ancak demir gibi malzemelerde atomlar, manyetik alanları toplanacak şekilde yönlendirilebilir, böylece bir çelik parçası mıknatıslanır. Malzemelerdeki atomlar manyetik alanlar adı verilen gruplar halinde bağlanır. Tek bir alanın manyetik alanları bir yönde yönlendirilir. Yani her alan küçük bir mıknatıstır.

MIKNATISLAR VE MADDENİN MANYETİK ÖZELLİKLERİ
Manyetizmanın en basit tezahürleri çok uzun zamandır bilinmektedir ve çoğumuza aşinadır. Ancak, görünüşte basit olan bu fenomenlerin fiziğin temel ilkelerine dayalı olarak açıklanması ancak nispeten yakın zamanda gerçekleşti. İki farklı mıknatıs türü vardır. Bazıları “sert manyetik” malzemelerden yapılmış kalıcı mıknatıslardır. Onların manyetik özellikler harici kaynakların veya akımların kullanımıyla ilişkili değildir. Başka bir tür, "yumuşak manyetik" demirden yapılmış bir çekirdeğe sahip olan elektromıknatısları içerir. Yarattıkları manyetik alanlar esas olarak çekirdeği çevreleyen sargı telinden bir elektrik akımının geçmesinden kaynaklanmaktadır.
Manyetik kutuplar ve manyetik alan. Bir çubuk mıknatısın manyetik özellikleri en çok uçlarına yakın yerlerde fark edilir. Böyle bir mıknatıs yatay düzlemde serbestçe dönebilecek şekilde orta kısımdan asılırsa, yaklaşık olarak kuzeyden güneye doğru yöne karşılık gelen bir konum alacaktır. Çubuğun kuzeyi gösteren ucuna kuzey kutbu, karşı ucuna ise güney kutbu denir. İki mıknatısın zıt kutupları birbirini çeker, aynı kutuplar ise birbirini iter. Mıknatıslanmamış bir demir çubuk mıknatısın kutuplarından birine yaklaştırılırsa kutup geçici olarak mıknatıslanır. Bu durumda mıknatıslanmış çubuğun mıknatıs direğine en yakın kutbu zıt isme sahip olacak, uzak kutbu ise aynı isme sahip olacaktır. Mıknatısın kutbu ile onun çubukta oluşturduğu karşıt kutup arasındaki çekim, mıknatısın hareketini açıklar. Bazı malzemeler (çelik gibi) kalıcı bir mıknatısın veya elektromıknatısın yakınında olduktan sonra zayıf kalıcı mıknatıslar haline gelir. Bir çelik çubuk, bir çubuğun kalıcı mıknatısının ucunun ucu boyunca geçirilmesiyle mıknatıslanabilir. Yani bir mıknatıs, diğer mıknatısları ve manyetik malzemelerden yapılmış nesneleri, onlara temas etmeden çeker. Belirli bir mesafedeki bu hareket, mıknatısın etrafındaki boşlukta bir manyetik alanın varlığıyla açıklanmaktadır. Bu manyetik alanın yoğunluğu ve yönü hakkında bir fikir, demir tozlarının bir mıknatıs üzerine yerleştirilmiş bir karton veya cam levha üzerine dökülmesiyle elde edilebilir. Talaş tarla yönünde zincirler halinde sıralanacak ve talaş çizgilerinin yoğunluğu bu alanın yoğunluğuna karşılık gelecektir. (Manyetik alan yoğunluğunun en büyük olduğu mıknatısın uçlarında en kalındırlar.) M. Faraday (1791-1867) mıknatıslar için kapalı indüksiyon hatları kavramını ortaya attı. İndüksiyon hatları, kuzey kutbundaki mıknatıstan çevredeki boşluğa uzanır, güney kutbundan mıknatısa girer ve güney kutbundan tekrar kuzeye doğru mıknatıs malzemesinin içinden geçerek kapalı bir döngü oluşturur. Tam sayı Bir mıknatıstan çıkan indüksiyon hatlarına manyetik akı denir. Manyetik akı yoğunluğu veya manyetik indüksiyon (B), birim büyüklükteki temel bir alandan normal olarak geçen indüksiyon hatlarının sayısına eşittir. Manyetik indüksiyon, bir manyetik alanın, içinde bulunan akım taşıyan bir iletkene etki ettiği kuvveti belirler. Akımın geçtiği iletken indüksiyon hatlarına dik olarak yerleştirilmişse, Ampere yasasına göre iletkene etki eden F kuvveti hem alana hem de iletkene diktir ve manyetik indüksiyon, akım gücü ve uzunluk ile orantılıdır. iletkenin. Böylece manyetik indüksiyon B için şu ifadeyi yazabiliriz:

F Newton cinsinden kuvvet, I amper cinsinden akım, l metre cinsinden uzunluktur. Manyetik indüksiyonun ölçü birimi Tesla'dır (T)
(ayrıca bkz. ELEKTRİK VE MANYETİZMA).
Galvanometre. Galvanometre zayıf akımları ölçmek için hassas bir araçtır. Bir galvanometre, at nalı şeklindeki kalıcı bir mıknatısın, mıknatısın kutupları arasındaki boşlukta asılı duran küçük bir akım taşıyan bobin (zayıf bir elektromıknatıs) ile etkileşimi sonucu üretilen torku kullanır. Tork ve dolayısıyla bobinin sapması, akımla ve hava boşluğundaki toplam manyetik indüksiyonla orantılıdır, böylece cihazın ölçeği, bobinin küçük sapmaları için neredeyse doğrusaldır. Mıknatıslanma kuvveti ve manyetik alan kuvveti. Daha sonra, elektrik akımının manyetik etkisini karakterize eden başka bir niceliği tanıtmalıyız. Akımın, içinde mıknatıslanabilir bir malzeme bulunan uzun bir bobinin telinden geçtiğini varsayalım. Mıknatıslama kuvveti, bobindeki elektrik akımının ve dönüş sayısının çarpımıdır (dönüş sayısı boyutsuz bir miktar olduğundan bu kuvvet amper cinsinden ölçülür). Manyetik alan kuvveti H, bobinin birim uzunluğu başına mıknatıslanma kuvvetine eşittir. Böylece H'nin değeri metre başına amper cinsinden ölçülür; bobinin içindeki malzemenin kazandığı mıknatıslanmayı belirler. Bir vakumda, manyetik indüksiyon B, manyetik alan kuvveti H ile orantılıdır:

M0'ın sözde olduğu yer manyetik sabiti olan evrensel anlam 4pХ10-7 H/m. Birçok malzemede B, H ile yaklaşık olarak orantılıdır. Ancak ferromanyetik malzemelerde B ve H arasındaki ilişki biraz daha karmaşıktır (aşağıda tartışıldığı gibi). İncirde. Şekil 1, yükleri kavramak için tasarlanmış basit bir elektromıknatısı göstermektedir. Enerji kaynağı bir DC pildir. Şekil aynı zamanda elektromıknatısın, demir tozlarının olağan yöntemiyle tespit edilebilen alan çizgilerini de göstermektedir.

Demir çekirdekli büyük elektromıknatıslar ve çok Büyük bir sayı Sürekli modda çalışan amper dönüşleri büyük bir mıknatıslama kuvvetine sahiptir. Kutuplar arasındaki boşlukta 6 Tesla'ya kadar manyetik indüksiyon oluştururlar; bu indüksiyon yalnızca mekanik stres, bobinlerin ısınması ve çekirdeğin manyetik doygunluğu ile sınırlıdır. Bir dizi dev su soğutmalı elektromıknatıs (çekirdeksiz) ve darbeli manyetik alanlar oluşturmaya yönelik kurulumlar, Cambridge'deki P.L. Kapitsa (1894-1984) ve SSCB Bilimler Akademisi Fiziksel Sorunlar Enstitüsü'nde tasarlandı ve F. Bitter (1902-1967), Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde. Bu tür mıknatıslarla 50 Tesla'ya kadar indüksiyon elde etmek mümkün oldu. Losalamos Ulusal Laboratuvarı'nda 6,2 Tesla'ya kadar alan üreten, 15 kW elektrik gücü tüketen ve sıvı hidrojenle soğutulan nispeten küçük bir elektromıknatıs geliştirildi. Kriyojenik sıcaklıklarda da benzer alanlar elde edilir.
Manyetik geçirgenlik ve manyetizmadaki rolü. Manyetik geçirgenlik m, bir malzemenin manyetik özelliklerini karakterize eden bir miktardır. Ferromanyetik metaller Fe, Ni, Co ve bunların alaşımları çok yüksek maksimum geçirgenliğe sahiptir - 5000'den (Fe için) 800.000'e (süper alaşım için). Bu tür malzemelerde, nispeten düşük alan güçlerinde H, büyük indüksiyonlar B ortaya çıkar, ancak genel olarak konuşursak, bu miktarlar arasındaki ilişki, aşağıda tartışılan doygunluk ve histerezis olgularından dolayı doğrusal değildir. Ferromanyetik malzemeler mıknatıslar tarafından güçlü bir şekilde çekilir. Curie noktasının üzerindeki sıcaklıklarda (Fe için 770° C, Ni için 358° C, Co için 1120° C) manyetik özelliklerini kaybederler ve çok yüksek H dayanım değerlerine kadar indüksiyon B'nin olduğu paramıknatıslar gibi davranırlar. bununla orantılı - boşlukta olanla tamamen aynı. Birçok element ve bileşik tüm sıcaklıklarda paramanyetiktir. Paramanyetik maddeler, harici bir manyetik alanda mıknatıslanmalarıyla karakterize edilir; eğer bu alan kapatılırsa, paramanyetik maddeler mıknatıslanmamış bir duruma geri döner. Ferromıknatıslardaki mıknatıslanma, dış alan kapatıldıktan sonra bile korunur. İncirde. Şekil 2, manyetik olarak sert (büyük kayıplara sahip) bir ferromanyetik malzeme için tipik bir histerezis döngüsünü göstermektedir. Manyetik olarak sıralanmış bir malzemenin mıknatıslanmasının, mıknatıslanma alanının gücüne belirsiz bağımlılığını karakterize eder. Başlangıç ​​(sıfır) noktasından (1) itibaren manyetik alan kuvvetinin artmasıyla birlikte, 1-2 nolu kesikli çizgi boyunca mıknatıslanma meydana gelir ve numunenin mıknatıslanması arttıkça m değeri önemli ölçüde değişir. 2. noktada doygunluğa ulaşılır, yani. voltajın daha da artmasıyla mıknatıslanma artık artmaz. Şimdi H'nin değerini kademeli olarak sıfıra indirirsek, o zaman B(H) eğrisi artık önceki yolu izlemez, ancak 3. noktadan geçer ve sanki "geçmiş tarih, ” dolayısıyla “histerezis” adı verildi. Bu durumda bir miktar artık mıknatıslanmanın korunduğu açıktır (bölüm 1-3). Mıknatıslanma alanının yönü ters yöne değiştirildikten sonra B(H) eğrisi 4 noktasını geçer ve (1)-(4) segmenti demanyetizasyonu önleyen zorlayıcı kuvvete karşılık gelir. (-H) değerlerinde daha fazla bir artış, histerezis eğrisini üçüncü çeyreğe - bölüm 4-5'e getirir. Değerin (-H) sıfıra düşmesi ve ardından artması pozitif değerler H, histerezis döngüsünü 6, 7 ve 2 noktalarından kapatacaktır.

Sert manyetik malzemeler, diyagram üzerinde önemli bir alanı kaplayan ve dolayısıyla büyük kalıcı mıknatıslanma (manyetik indüksiyon) ve zorlayıcı kuvvet değerlerine karşılık gelen geniş bir histerezis döngüsü ile karakterize edilir. Dar bir histerezis döngüsü (Şekil 3), yumuşak çelik ve yüksek manyetik geçirgenliğe sahip özel alaşımlar gibi yumuşak manyetik malzemelerin karakteristiğidir. Bu tür alaşımlar histerezisin neden olduğu enerji kayıplarını azaltmak amacıyla oluşturulmuştur. Ferritler gibi bu özel alaşımların çoğu, yalnızca manyetik kayıpları değil aynı zamanda girdap akımlarının neden olduğu elektriksel kayıpları da azaltan yüksek elektrik direncine sahiptir.

Geçirgenliği yüksek manyetik malzemeler, yaklaşık 1000°C sıcaklıkta tutularak gerçekleştirilen tavlama ve ardından oda sıcaklığına kadar temperleme (kademeli soğutma) yoluyla üretilir. Bu durumda ön mekanik ve ısıl işlemin yanı sıra numunede yabancı maddelerin bulunmaması da çok önemlidir. 20. yüzyılın başındaki transformatör çekirdekleri için. Silikon içeriği arttıkça değeri artan silikon çelikler geliştirildi. 1915 ile 1920 yılları arasında, karakteristik dar ve neredeyse dikdörtgen histerezis döngüsüne sahip permal alaşımlar (Ni ve Fe alaşımları) ortaya çıktı. Özellikle yüksek değerler düşük H değerlerinde manyetik geçirgenlik m, hipernik (% 50 Ni,% 50 Fe) ve mu-metal (% 75 Ni,% 18 Fe,% 5 Cu,% 2 Cr) alaşımlarında farklılık gösterirken, perminvarda ( %45 Ni, %30 Fe, %25 Co) m'nin değeri, alan gücündeki geniş bir değişiklik aralığında pratik olarak sabittir. Modern manyetik malzemeler arasında, en yüksek manyetik geçirgenliğe sahip bir alaşım olan süper alaşımdan bahsetmek gerekir (%79 Ni, %15 Fe ve %5 Mo içerir).
Manyetizma teorileri.İlk defa, manyetik olayların sonuçta elektriksel olaylara indirgendiği tahmini, 1825'te Ampere'nin bir mıknatısın her atomunda dolaşan kapalı iç mikro akımlar fikrini ifade etmesiyle ortaya çıktı. Bununla birlikte, maddede bu tür akımların varlığına dair herhangi bir deneysel onay olmadan (elektron, J. Thomson tarafından yalnızca 1897'de keşfedildi ve atomun yapısının açıklaması 1913'te Rutherford ve Bohr tarafından verildi), bu teori "soldu" .” 1852'de W. Weber, manyetik bir maddenin her atomunun küçük bir mıknatıs veya manyetik dipol olduğunu, böylece bir maddenin tam mıknatıslanmasının, tüm bireysel atomik mıknatısların belirli bir sırayla hizalanmasıyla elde edildiğini öne sürdü (Şekil 4, b). . Weber, moleküler veya atomik "sürtünmenin", bu temel mıknatısların, termal titreşimlerin rahatsız edici etkisine rağmen düzenlerini korumalarına yardımcı olduğuna inanıyordu. Teorisi, cisimlerin bir mıknatısla temas ettiğinde mıknatıslanmasını ve aynı zamanda çarpma veya ısınma durumunda manyetikliğini kaybetmesini açıklayabildi; son olarak mıknatıslanmış bir iğnenin veya manyetik çubuğun parçalara ayrılması sırasında mıknatısların "yeniden üretilmesi" de açıklandı. Ancak yine de bu teori, ne temel mıknatısların kökenini, ne de doygunluk ve histerezis olaylarını açıklıyordu. Weber'in teorisi, 1890'da atomik sürtünme hipotezini, kalıcı bir mıknatısı oluşturan temel dipollerin düzeninin korunmasına yardımcı olan atomlar arası sınırlayıcı kuvvetler fikriyle değiştiren J. Ewing tarafından geliştirildi.

Bir zamanlar Ampere tarafından önerilen soruna yaklaşım, 1905'te P. Langevin'in paramanyetik malzemelerin davranışını her atoma bir iç telafi edilmemiş elektron akımı atfederek açıklamasıyla ikinci bir hayat kazandı. Langevin'e göre, dış alan olmadığında rastgele yönlenen, ancak uygulandığında düzenli bir yön kazanan küçük mıknatıslar oluşturan bu akımlardır. Bu durumda tam düzene yaklaşım mıknatıslanmanın doygunluğuna karşılık gelir. Buna ek olarak Langevin, bireysel bir atomik mıknatıs için bir kutbun “manyetik yükünün” ve kutuplar arasındaki mesafenin çarpımına eşit olan manyetik moment kavramını ortaya attı. Dolayısıyla paramanyetik malzemelerin zayıf manyetizması, telafi edilmemiş elektron akımlarının yarattığı toplam manyetik momentten kaynaklanmaktadır. 1907'de P. Weiss, modern manyetizma teorisine önemli bir katkı haline gelen "alan" kavramını tanıttı. Weiss, alanları küçük atom "kolonileri" olarak hayal etti; burada tüm atomların manyetik momentleri, bazı nedenlerden dolayı aynı yönelimi korumaya zorlanır, böylece her alan doyuma kadar mıknatıslanır. Bireysel bir alan, 0,01 mm düzeyinde doğrusal boyutlara ve buna göre 10-6 mm3 düzeyinde bir hacme sahip olabilir. Alanlar, kalınlığı 1000 mm'yi geçmeyen Bloch duvarları ile ayrılmıştır. atom boyutları. "Duvar" ve iki karşıt yönelimli alan, Şekil 2'de şematik olarak gösterilmektedir. 5. Bu tür duvarlar, alan mıknatıslanmasının yönünün değiştiği "geçiş katmanlarını" temsil eder.

Genel durumda, başlangıç ​​mıknatıslanma eğrisinde üç bölüm ayırt edilebilir (Şekil 6). İlk bölümde, bir dış alanın etkisi altındaki duvar, kristal kafeste onu durduran bir kusurla karşılaşıncaya kadar maddenin kalınlığı boyunca hareket eder. Alan gücünü artırarak duvarı daha da ilerlemeye zorlayabilirsiniz. orta bölüm kesikli çizgiler arasında. Bundan sonra alan kuvveti tekrar sıfıra düşerse, duvarlar artık eski durumuna dönmeyecektir. ilk pozisyon Böylece numune kısmen mıknatıslanmış kalacaktır. Bu mıknatısın histerezisini açıklar. Eğrinin son bölümünde, son düzensiz alanlar içindeki mıknatıslanmanın sırasına bağlı olarak numunenin mıknatıslanmasının doyması ile süreç sona erer. Bu süreç neredeyse tamamen tersine çevrilebilir. Manyetik sertlik, atomik kafesi alanlar arası duvarların hareketini engelleyen birçok kusur içeren malzemeler tarafından sergilenir. Bu mekanik olarak sağlanabilir ve ısı tedavisiörneğin toz haline getirilmiş malzemenin sıkıştırılması ve ardından sinterlenmesi yoluyla. Alniko alaşımlarında ve bunların analoglarında aynı sonuç, metallerin karmaşık bir yapıya kaynaştırılmasıyla elde edilir.

Paramanyetik ve ferromanyetik malzemelerin yanı sıra antiferromanyetik ve ferrimanyetik özelliklere sahip malzemeler de vardır. Bu manyetizma türleri arasındaki fark Şekil 2'de açıklanmaktadır. 7. Alan kavramına dayanarak, paramanyetizma, bireysel dipollerin birbirleriyle çok zayıf bir şekilde etkileşime girdiği (veya hiç etkileşime girmediği) küçük manyetik dipol gruplarının malzemedeki varlığından kaynaklanan bir fenomen olarak düşünülebilir ve bu nedenle , harici bir alanın yokluğunda yalnızca rastgele yönelimleri alın ( Şekil 7, a). Ferromanyetik malzemelerde, her bir alan içerisinde bireysel dipoller arasında güçlü bir etkileşim vardır ve bu da onların sıralı paralel hizalanmasına yol açar (Şekil 7b). Antiferromanyetik malzemelerde ise tam tersine, bireysel dipoller arasındaki etkileşim antiparalel sıralı hizalanmalarına yol açar, böylece her alanın toplam manyetik momenti sıfır olur (Şekil 7c). Son olarak, ferrimanyetik malzemelerde (örneğin ferritler) hem paralel hem de antiparalel sıralama vardır (Şekil 7d), bu da zayıf manyetizma ile sonuçlanır.

Alan adlarının varlığına dair iki ikna edici deneysel doğrulama vardır. Bunlardan ilki Barkhausen etkisi, ikincisi ise toz figür yöntemidir. 1919'da G. Barkhausen, bir ferromanyetik malzeme örneğine harici bir alan uygulandığında mıknatıslanmasının küçük ayrı kısımlarda değiştiğini tespit etti. Alan teorisi açısından bakıldığında bu, alanlar arası duvarın ani bir ilerlemesinden başka bir şey değildir ve yolda onu geciktiren bireysel kusurlarla karşılaşır. Bu etki genellikle içine ferromanyetik bir çubuk veya telin yerleştirildiği bir bobin kullanılarak tespit edilir. Güçlü bir mıknatısı dönüşümlü olarak numuneye doğru ve numuneden uzağa getirirseniz, numune mıknatıslanacak ve yeniden mıknatıslanacaktır. Numunenin mıknatıslanmasında ani değişiklikler bobin boyunca manyetik akıyı değiştirir ve içinde bir endüksiyon akımı uyarılır. Bobinde üretilen voltaj yükseltilir ve bir çift akustik kulaklığın girişine beslenir. Kulaklıklardan duyulan tıklamalar, mıknatıslanmada ani bir değişiklik olduğunu gösterir. Toz şekli yöntemini kullanarak bir mıknatısın alan yapısını ortaya çıkarmak için, mıknatıslanmış bir malzemenin iyi cilalanmış bir yüzeyine bir damla ferromanyetik tozun (genellikle Fe3O4) koloidal süspansiyonundan bir damla uygulanır. Toz parçacıkları esas olarak manyetik alanın maksimum homojen olmadığı yerlere - alanların sınırlarına yerleşir. Bu yapı mikroskop altında incelenebilir. Polarize ışığın şeffaf bir ferromanyetik malzemeden geçişine dayanan bir yöntem de önerilmiştir. Weiss'in orijinal manyetizma teorisi, ana özellikleriyle bugüne kadar önemini korudu, ancak atomik manyetizmayı belirleyen bir faktör olarak telafi edilmemiş elektron dönüşleri fikrine dayanan güncellenmiş bir yorum aldı. Elektronun kendi momentumunun varlığına ilişkin hipotez, 1926'da S. Goudsmit ve J. Uhlenbeck tarafından ortaya atıldı ve günümüzde, "temel mıknatıslar" olarak kabul edilenler, spin taşıyıcıları olan elektronlardır. Bu kavramı açıklamak için, tipik bir ferromanyetik malzeme olan serbest demir atomunu (Şekil 8) düşünün. Çekirdeğe en yakın olan iki kabuğu (K ve L) elektronlarla doludur; birincisi iki, ikincisi sekiz elektron içerir. K kabuğunda elektronlardan birinin spini pozitif, diğerinin negatiftir. L kabuğunda (daha kesin olarak iki alt kabuğunda), sekiz elektrondan dördü pozitif spinlere, diğer dördü ise negatif spinlere sahiptir. Her iki durumda da, bir kabuk içindeki elektron dönüşleri tamamen telafi edilir, böylece toplam manyetik moment sıfır olur. M kabuğunda durum farklıdır, çünkü üçüncü alt kabukta bulunan altı elektrondan beşi bir yönde spinlere sahiptir ve yalnızca altıncısı diğer yöndedir. Sonuç olarak, demir atomunun manyetik özelliklerini belirleyen dört telafi edilmemiş spin kalır. (Dış N kabuğunda demir atomunun manyetizmasına katkıda bulunmayan yalnızca iki değerlik elektronu vardır.) Nikel ve kobalt gibi diğer ferromıknatısların manyetizması da benzer şekilde açıklanmaktadır. Bir demir numunesindeki komşu atomlar birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşime girdiğinden ve elektronları kısmen kollektif olduğundan, bu açıklama yalnızca gerçek durumun görsel fakat çok basitleştirilmiş bir diyagramı olarak değerlendirilmelidir.

Elektron dönüşünü dikkate alan atomik manyetizma teorisi, biri A. Einstein ve W. de Haas, diğeri S. Barnett tarafından gerçekleştirilen iki ilginç jiromanyetik deneyle desteklenmektedir. Bu deneylerin ilkinde, ferromanyetik malzemeden bir silindir Şekil 2'de gösterildiği gibi askıya alındı. 9. Sargı telinden akım geçtiğinde silindir kendi ekseni etrafında döner. Akımın (ve dolayısıyla manyetik alanın) yönü değiştiğinde, ters yön. Her iki durumda da silindirin dönüşü elektron dönüşlerinin düzenine bağlıdır. Barnett'in deneyinde ise tam tersine, keskin bir şekilde dönme durumuna getirilen asılı bir silindir, manyetik alanın yokluğunda mıknatıslanır. Bu etki, mıknatıs döndüğünde, dönme momentlerini kendi dönme ekseni yönünde döndürme eğiliminde olan bir jiroskopik momentin yaratılmasıyla açıklanmaktadır.

Komşu atom mıknatıslarını düzenleyen ve termal hareketin düzensiz etkisini ortadan kaldıran kısa menzilli kuvvetlerin doğası ve kökenine ilişkin daha kapsamlı bir açıklama için kuantum mekaniğine başvurulmalıdır. Bu kuvvetlerin doğasına ilişkin kuantum mekaniksel bir açıklama, 1928'de komşu atomlar arasındaki değişim etkileşimlerinin varlığını öne süren W. Heisenberg tarafından önerildi. Daha sonra G. Bethe ve J. Slater, atomlar arasındaki mesafe azaldıkça değişim kuvvetlerinin önemli ölçüde arttığını, ancak belirli bir minimum atomlar arası mesafeye ulaşıldığında bunların sıfıra düştüğünü gösterdi.
MADDENİN MANYETİK ÖZELLİKLERİ
Maddenin manyetik özelliklerine ilişkin ilk kapsamlı ve sistematik çalışmalardan biri P. Curie tarafından yapılmıştır. Manyetik özelliklerine göre tüm maddelerin üç sınıfa ayrılabileceğini tespit etti. İlk kategori, demirin özelliklerine benzer şekilde belirgin manyetik özelliklere sahip maddeleri içerir. Bu tür maddelere ferromanyetik denir; manyetik alanları önemli mesafelerden farkedilebilir (yukarıya bakın). İkinci sınıf paramanyetik adı verilen maddeleri içerir; Manyetik özellikleri genellikle ferromanyetik malzemelerinkine benzer, ancak çok daha zayıftır. Örneğin, güçlü bir elektromıknatısın kutuplarına olan çekim kuvveti, bir demir çekici elinizden koparabilir ve paramanyetik bir maddenin aynı mıknatısa olan çekimini tespit etmek için genellikle çok hassas analitik dengelere ihtiyacınız vardır. Son üçüncü sınıf, diyamanyetik maddeler olarak adlandırılan maddeleri içerir. Bir elektromıknatıs tarafından itilirler, yani. diyamanyetik malzemelere etki eden kuvvet, ferro ve paramanyetik malzemelere etki eden kuvvetin tersi yöndedir.
Manyetik özelliklerin ölçümü. Manyetik özellikleri incelerken iki tür ölçüm çok önemlidir. Bunlardan ilki, bir mıknatısın yakınındaki numuneye etki eden kuvvetin ölçülmesi; Numunenin mıknatıslanması bu şekilde belirlenir. İkincisi, maddenin mıknatıslanmasıyla ilişkili “rezonans” frekanslarının ölçümlerini içerir. Atomlar minik "jirolar"dır ve ölçülebilen bir frekansta (yerçekiminin yarattığı torkun etkisi altındaki normal bir tepe gibi) bir manyetik alan presinde bulunurlar. Ayrıca, tıpkı bir iletkendeki elektron akımı gibi, manyetik indüksiyon hatlarına dik açıyla hareket eden serbest yüklü parçacıklara da bir kuvvet etki eder. Parçacığın, yarıçapı R = mv/eB ile verilen dairesel bir yörüngede hareket etmesine neden olur; burada m parçacığın kütlesi, v hızı, e yükü ve B manyetik indüksiyonudur. alan. Bu tür dairesel hareketin frekansı

f hertz cinsinden ölçülür, e - coulomb cinsinden, m - kilogram cinsinden, B - tesla cinsinden ölçülür. Bu frekans, manyetik alanda bulunan bir maddedeki yüklü parçacıkların hareketini karakterize eder. Her iki hareket türü de (dairesel yörüngeler boyunca devinim ve hareket), karakteristik "doğal" frekanslara eşit rezonans frekanslarına sahip alternatif alanlar tarafından uyarılabilir. bu malzemenin. İlk durumda, rezonansa manyetik denir ve ikincisinde - siklotron (bir siklotrondaki atom altı parçacığın döngüsel hareketiyle benzerliği nedeniyle). Atomların manyetik özelliklerinden bahsederken açısal momentumlarına özellikle dikkat etmek gerekir. Manyetik alan, dönen atom dipolüne etki eder, onu döndürme ve alana paralel yerleştirme eğilimi gösterir. Bunun yerine atom, dipol momentine ve uygulanan alanın gücüne bağlı bir frekansla alanın yönü (Şekil 10) etrafında ilerlemeye başlar.

Atomik devinim doğrudan gözlemlenemez çünkü bir örnekteki tüm atomlar farklı bir fazda devinir. Sabit düzen alanına dik olarak yönlendirilmiş küçük bir alternatif alan uygularsak, devinim yapan atomlar arasında belirli bir faz ilişkisi kurulur ve bunların toplam manyetik momenti, bireysel manyetik momentlerin devinim frekansına eşit bir frekansla devinmeye başlar. Presesyonun açısal hızı önemlidir. Tipik olarak bu değer, elektronlarla ilişkili mıknatıslanma için 1010 Hz/T civarındadır ve atom çekirdeğindeki pozitif yüklerle ilişkili mıknatıslanma için 107 Hz/T civarındadır. Şematik diyagram Nükleer manyetik rezonansın (NMR) gözlemlenmesi için kurulum Şekil 2'de gösterilmektedir. 11. Üzerinde çalışılan madde kutuplar arasındaki tekdüze sabit bir alana sokulur. Daha sonra test tüpünü çevreleyen küçük bir bobin kullanılarak bir radyofrekans alanı uyarılırsa, numunedeki tüm nükleer "jiroların" devinim frekansına eşit belirli bir frekansta bir rezonans elde edilebilir. Ölçümler, bir radyo alıcısının belirli bir istasyonun frekansına ayarlanmasına benzer.

Manyetik rezonans yöntemleri yalnızca belirli atomların ve çekirdeklerin manyetik özelliklerini değil aynı zamanda çevrelerinin özelliklerini de incelemeyi mümkün kılar. Gerçek şu ki, manyetik alanlar katılarÖküz ve moleküller atom yükleri tarafından çarpıtıldıkları için homojen değildirler ve deneysel rezonans eğrisinin gidişatının ayrıntıları, presesyon çekirdeğinin bulunduğu bölgedeki yerel alan tarafından belirlenir. Bu yapının özelliklerini incelemeyi mümkün kılar spesifik örnek rezonans yöntemleri.
Manyetik özelliklerin hesaplanması. Dünya alanının manyetik indüksiyonu 0,5 * 10 -4 T iken kutuplar arasındaki alan güçlü elektromıknatıs- yaklaşık 2 Tesla veya daha fazlası. Herhangi bir akım konfigürasyonu tarafından oluşturulan manyetik alan, manyetik alan indüksiyonu için Biot-Savart-Laplace formülü kullanılarak hesaplanabilir, eleman tarafından yaratıldı akım Farklı şekillerdeki devreler ve silindirik bobinler tarafından oluşturulan alanın hesaplanması birçok durumda çok karmaşıktır. Aşağıda birkaç basit durum için formüller bulunmaktadır. I (amper) akımına sahip uzun düz bir telin, telden r (metre) uzaklıkta oluşturduğu alanın manyetik indüksiyonu (tesla cinsinden):

I akımına sahip R yarıçaplı dairesel bir bobinin merkezindeki indüksiyon eşittir (aynı birimlerde):

Demir çekirdeği olmayan, sıkı bir şekilde sarılmış tel bobinine solenoid denir. N dönüş sayısına sahip uzun bir solenoidin, uçlarından yeterince uzak bir noktada oluşturduğu manyetik indüksiyon şuna eşittir:

Burada NI/L değeri, solenoidin birim uzunluğu başına amper (amper-dönüş) sayısıdır. Her durumda akımın manyetik alanı bu akıma dik olarak yönlendirilir ve manyetik alanda akıma etki eden kuvvet hem akıma hem de manyetik alana diktir. Mıknatıslanmış bir demir çubuğun alanı, uzun bir solenoidin dış alanına benzer; birim uzunluk başına amper-dönüş sayısı, çubuğun içindeki akımlar iptal edildiğinden, mıknatıslanmış çubuğun yüzeyindeki atomlardaki akıma karşılık gelir. (Şekil 12). Amper ismiyle böyle bir yüzey akımına Amper adı verilmektedir. Amper akımının yarattığı manyetik alan kuvveti Ha, M çubuğunun birim hacminin manyetik momentine eşittir.

Solenoide bir demir çubuk sokulursa, solenoid akımının bir manyetik alan H oluşturmasına ek olarak, çubuğun mıknatıslanmış malzemesindeki atomik dipollerin düzeni mıknatıslanma M'yi yaratır. Bu durumda, toplam manyetik akı gerçek ve Amper akımların toplamı ile belirlenir, böylece B = m0(H + Ha) veya B = m0(H + M). M/H oranına manyetik duyarlılık adı verilir ve şu şekilde gösterilir: Yunan harfi C; c, bir malzemenin manyetik alanda mıknatıslanma yeteneğini karakterize eden boyutsuz bir miktardır.
Manyetik özellikleri karakterize eden B/H değeri
malzemeye manyetik geçirgenlik denir ve ma ile gösterilir, ma = m0m, burada ma mutlaktır ve m ise bağıl geçirgenlik, m = 1 + c. Ferromanyetik maddelerde c değeri çok büyük olabilir. büyük değerler-10'a kadar 4-10 6. Paramanyetik malzemeler için c'nin değeri sıfırdan biraz daha büyüktür ve diyamanyetik malzemeler için biraz daha küçüktür. Yalnızca boşlukta ve çok zayıf alanlarda c ve m miktarları sabittir ve dış alandan bağımsızdır. B indüksiyonunun H'ye bağımlılığı genellikle doğrusal değildir ve grafiklerine sözde denir. farklı malzemeler için ve hatta mıknatıslanma eğrileri farklı sıcaklıklarönemli ölçüde değişebilir (bu tür eğrilerin örnekleri Şekil 2 ve 3'te gösterilmiştir). Maddenin manyetik özellikleri çok karmaşıktır ve bunların derinlemesine anlaşılması, atomların yapısının, moleküller içindeki etkileşimlerinin, gazlardaki çarpışmalarının ve katı ve sıvılardaki karşılıklı etkilerinin dikkatli bir analizini gerektirir; Sıvıların manyetik özellikleri hala en az araştırılan konudur. - H? 0,5 ​​= 1,0 ME gücüne sahip alanlar (sınır isteğe bağlıdır). S.m.p.'nin düşük değeri maks. Anlam sabit alan=500 kOe, sürüye modern yollarla ulaşılabilir. teknolojisi, üst alan 1 ME'yi kısa süreliğine de olsa devreye soktu. üzerindeki etkisi... ... Fiziksel ansiklopedi

Katıların yapısını ve özelliklerini inceleyen fizik dalıdır. Katıların mikro yapısı ve fiziksel ve kimyasal özellikler onları oluşturan atomlar yeni malzemelerin geliştirilmesi için gereklidir ve teknik cihazlar. Fizik... ... Collier Ansiklopedisi

Statik elektrik, elektrik akımları ve manyetik olaylar hakkındaki bilgileri kapsayan bir fizik dalı. ELEKTROSTATİK Elektrostatik, hareketsiz durumdaki elektrik yükleriyle ilgili olgularla ilgilenir. Arasında etki eden kuvvetlerin varlığı... ... Collier Ansiklopedisi

- (eski Yunan fizik doğasından). Eskiler fiziğe çevredeki dünya ve doğal olaylarla ilgili herhangi bir çalışma adını verdiler. Fizik kavramına ilişkin bu anlayış 17. yüzyılın sonlarına kadar devam etti. Daha sonra bir dizi özel disiplin ortaya çıktı: özellikleri inceleyen kimya... ... Collier Ansiklopedisi

Atomlar ve atom çekirdeği ile ilgili olarak moment terimi şu anlama gelebilir: 1) dönüş momenti veya dönüş, 2) manyetik dipol momenti, 3) elektrik dört kutuplu momenti, 4) diğer elektrik ve manyetik momentler. Çeşitli türler… … Collier Ansiklopedisi

Ferromanyetizmanın elektriksel analogu. Tıpkı manyetik alana yerleştirilen ferromanyetik maddelerde, elektrik alanına yerleştirilen ferroelektrik dielektriklerde artık manyetik polarizasyon (moment) ortaya çıktığı gibi... ... Collier Ansiklopedisi

Web Sitesinin En İyi Sunumu için Çerezleri Kullanın. Web sitenizi bir kez daha ziyaret ettiğinizde, onları harekete geçirin. TAMAM

Mıknatısların kullanılmayacağı bir alan bulmak zordur. Eğitici oyuncaklar, kullanışlı aksesuarlar ve karmaşık endüstriyel ekipmanlar, kullanımları için gerçekten çok sayıda seçeneğin sadece küçük bir kısmıdır. Aynı zamanda çok az kişi mıknatısların nasıl çalıştığını ve çekici güçlerinin sırrının ne olduğunu biliyor. Bu soruları cevaplamak için fiziğin temellerine dalmanız gerekiyor, ancak endişelenmeyin; dalış kısa ve sığ olacaktır. Ancak teoriyi öğrendikten sonra mıknatısın neyden oluştuğunu öğreneceksiniz ve manyetik kuvvetinin doğası sizin için çok daha net hale gelecektir.

Elektron en küçük ve en basit mıknatıstır

Herhangi bir madde atomlardan oluşur ve atomlar da etrafında pozitif ve negatif yüklü parçacıkların (protonlar ve elektronlar) döndüğü bir çekirdekten oluşur. İlgilendiğimiz konu tam olarak elektronlardır. Hareketleri iletkenlerde bir elektrik akımı yaratır. Ayrıca her elektron, manyetik alanın minyatür bir kaynağıdır ve aslında basit bir mıknatıstır. Çoğu malzemenin bileşiminde bu parçacıkların hareket yönü kaotiktir. Sonuç olarak yükleri birbirini dengeler. Ve dönüş yönü ne zaman büyük miktar Yörüngelerindeki elektronlar çakışırsa sabit bir manyetik kuvvet ortaya çıkar.

Mıknatıs cihazı

Böylece elektronları ayırdık. Artık mıknatısların yapısı nasıldır sorusunun cevabını bulmaya çok yaklaştık. Bir malzemenin demir kaya parçasını çekebilmesi için yapısındaki elektronların yönlerinin çakışması gerekir. Bu durumda atomlar, alanlar adı verilen düzenli bölgeler oluşturur. Her alanın bir çift kutbu vardır: kuzey ve güney. onların içinden geçer kalıcı hat Manyetik kuvvetlerin hareketi. Güney kutbuna girip kuzey kutbundan çıkarlar. Bu düzenleme, kuzey kutbunun her zaman başka bir mıknatısın güney kutbunu çekeceği, benzer kutupların ise iteceği anlamına gelir.

Mıknatıs metalleri nasıl çeker?

Manyetik kuvvet her maddeyi etkilemez. Yalnızca belirli malzemeler çekilebilir: demir, nikel, kobalt ve nadir toprak metalleri. Demir bir kaya parçası doğal bir mıknatıs değildir ancak manyetik bir alana maruz kaldığında yapısı kuzey ve güney kutuplarına göre yeniden düzenlenir. Böylece çelik mıknatıslanabilir ve değişen yapısını uzun süre koruyabilir.

Mıknatıslar nasıl yapılır?

Bir mıknatısın neyden oluştuğunu zaten anladık. Alanların yöneliminin çakıştığı bir malzemedir. Bu özellikleri kayaya kazandırmak için güçlü bir manyetik alan veya elektrik akımı kullanılabilir. Şu anda insanlar, çekim gücü kendi ağırlıklarından onlarca kat daha fazla olan ve yüzlerce yıl süren çok güçlü mıknatıslar yapmayı öğrendiler. Hakkında neodim alaşımına dayanan nadir toprak süper mıknatısları hakkında. Ağırlığı 2-3 kg olan bu tür ürünler, 300 kg veya daha fazla ağırlığa sahip nesneleri tutabilmektedir. Bir neodimyum mıknatıs nelerden oluşur ve bu kadar şaşırtıcı özelliklere neden olan şey nedir?

Sade çelik, başarılı bir şekilde ürün üretmek için uygun değildir. en güçlü kuvvet cazibe. Bu, alanların mümkün olduğu kadar verimli bir şekilde düzenlenmesine ve yeni yapının stabilitesinin korunmasına olanak sağlayacak özel bir bileşim gerektirir. Bir neodim mıknatısın neyden oluştuğunu anlamak için, endüstriyel tesisler kullanılarak mıknatıslanacak bir neodimyum, demir ve bor metal tozu hayal edin. güçlü alan ve sert bir yapıya sinterlenir. Bu malzemeyi korumak için dayanıklı galvanizli bir kabuk ile kaplanmıştır. Bu üretim teknolojisi, çeşitli boyut ve şekillerde ürünler üretmemize olanak sağlar. World of Magnets çevrimiçi mağazasının ürün yelpazesinde iş, eğlence ve günlük yaşam için çok çeşitli manyetik ürünler bulacaksınız.

Antik çağlarda bile insanlar keşfetti benzersiz özellikler bazı taşlar metali çeker. Günümüzde bu niteliklere sahip nesnelere sıklıkla rastlıyoruz. Mıknatıs nedir? Onun gücü nedir? Bu yazımızda bunun hakkında konuşacağız.

Geçici mıknatısa örnek olarak ataçlar, düğmeler, çiviler, bıçak ve demirden yapılmış diğer ev eşyaları verilebilir. Güçleri, kalıcı bir mıknatıs tarafından çekilmelerinden ve manyetik alan ortadan kalktığında özelliklerini kaybetmelerinden kaynaklanmaktadır.

Bir elektromıknatısın alanı elektrik akımı kullanılarak kontrol edilebilir. Bu nasıl oluyor?? Bir demir çekirdeğe sırayla sarılmış bir tel, bir akım sağlandığında ve değiştirildiğinde manyetik alanın gücünü ve polaritesini değiştirir.

Kalıcı mıknatıs türleri

Ferrit mıknatıslar en ünlüsüdür ve günlük yaşamda aktif olarak kullanılmaktadır. Bu siyah malzeme bağlantı elemanları olarak kullanılabilir çesitli malzemelerörneğin posterler için, duvar panoları ofiste veya okulda kullanılır. 250 o C'den düşük olmayan sıcaklıklarda çekici özelliklerini kaybetmezler.

Alnico, alüminyum, nikel ve kobalt alaşımından oluşan bir mıknatıstır. Bu ona adını verdi. Yüksek sıcaklıklara karşı oldukça dayanıklıdır ve 550 o C'de kullanılabilir. Malzeme hafiftir ancak daha güçlü bir manyetik alana maruz kaldığında özelliklerini tamamen kaybeder. Esas olarak bilimsel endüstride kullanılır.

Samaryum manyetik alaşımları yüksek performanslı malzemelerdir. Özelliklerinin güvenilirliği, malzemenin askeri gelişmelerde kullanılmasına olanak tanır. Agresif ortamlara, yüksek sıcaklıklara, oksidasyona ve korozyona karşı dayanıklıdır.

Neodimyum mıknatıs nedir? Demir, bor ve neodimyumun en popüler alaşımıdır. Yüksek zorlayıcı kuvvete sahip güçlü bir manyetik alana sahip olduğundan süper mıknatıs olarak da adlandırılır. Bir neodimyum mıknatıs, çalışma sırasında belirli koşulların gözetilmesiyle özelliklerini 100 yıl boyunca koruyabilir.

Neodim mıknatısların kullanımı

Neodim mıknatısın ne olduğuna daha yakından bakmaya değer mi? Bu sadece su, elektrik ve gaz tüketimini metre cinsinden kaydedebilen bir malzemedir. Bu mıknatıs türü kalıcı ve nadir toprak malzemelerine aittir. Diğer alaşımların alanlarına karşı dayanıklıdır ve manyetikliği giderilmeye tabi değildir.

Neodim ürünleri tıbbi ve endüstriyel endüstrilerde kullanılmaktadır. Ayrıca yaşam koşulları Perdeleri, dekoratif unsurları ve hediyelik eşyaları takmak için kullanılırlar. Arama aletlerinde ve elektronikte kullanılırlar.

Hizmet ömrünü uzatmak için bu tip mıknatıslar çinko veya nikel ile kaplanır. İlk durumda, agresif maddelere karşı dayanıklı olduğundan ve 100 o C'nin üzerindeki sıcaklıklara dayanabildiğinden püskürtme daha güvenilirdir. Mıknatısın gücü, şekline, boyutuna ve alaşımda bulunan neodimyum miktarına bağlıdır.

Ferrit Mıknatısların Uygulamaları

Ferritler en popüler kalıcı mıknatıslar olarak kabul edilir. Bileşiminde yer alan stronsiyum sayesinde malzeme paslanmaz. Peki ferrit mıknatıs nedir? Nerede kullanılır? Bu alaşım oldukça kırılgandır. Bu nedenle seramik olarak da anılır. Ferrit mıknatıslar otomotiv ve endüstriyel uygulamalarda kullanılmaktadır. Çeşitli ekipman ve elektrikli cihazların yanı sıra kullanılır yurtiçi kurulumlar, jeneratörler, akustik sistemler. Otomobil üretiminde mıknatıslar soğutma sistemlerinde, cam kaldırıcılarda ve fanlarda kullanılır.

Ferritin amacı ekipmanı dış müdahalelerden korumak ve kablo yoluyla alınan sinyalin zarar görmesini önlemektir. Bu sayede temiz bir sinyal veya görüntü elde etmenin önemli olduğu navigasyon cihazları, monitörler, yazıcılar ve diğer ekipmanların üretiminde kullanılırlar.

Manyetoterapi

Manyetik terapi adı verilen bir prosedür sıklıkla kullanılır ve tedavi amaçlı olarak gerçekleştirilir. Bu yöntemin etkisi, düşük frekanslı alternatif veya doğru akım altındaki manyetik alanları kullanarak hastanın vücudunu etkilemektir. Bu tedavi yöntemi birçok hastalıktan kurtulmaya, ağrıyı hafifletmeye, bağışıklık sistemini güçlendirmeye ve kan akışını iyileştirmeye yardımcı olur.

Hastalıkların insanın manyetik alanındaki bozukluklardan kaynaklandığına inanılmaktadır. Fizyoterapi sayesinde vücut normale döner ve genel durum iyileşir.

Bu makaleden mıknatısın ne olduğunu öğrendiniz, ayrıca özelliklerini ve uygulamalarını da incelediniz.