चुंबक आणि पदार्थाचे चुंबकीय गुणधर्म
चुंबकत्वाची सर्वात सोपी अभिव्यक्ती बर्याच काळापासून ज्ञात आहेत आणि आपल्यापैकी बहुतेकांना परिचित आहेत. तथापि, या वरवर स्पष्ट करण्यासाठी साधी घटनाभौतिकशास्त्राच्या मूलभूत तत्त्वांच्या आधारे तुलनेने अलीकडेच यशस्वी झाले. दोन चुंबक आहेत वेगळे प्रकार. काही तथाकथित स्थायी चुंबक आहेत, जे "कठोर चुंबकीय" सामग्रीपासून बनविलेले आहेत. त्यांचे चुंबकीय गुणधर्म बाह्य स्रोत किंवा प्रवाहांच्या वापराशी संबंधित नाहीत. दुसर्या प्रकारात "सॉफ्ट मॅग्नेटिक" लोहाचा कोर असलेले तथाकथित इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स समाविष्ट आहेत. त्यांच्याद्वारे तयार केलेले चुंबकीय क्षेत्र मुख्यत्वे या वस्तुस्थितीमुळे होते की कोरला झाकणाऱ्या वळणाच्या वायरमधून विद्युत प्रवाह जातो.
चुंबकीय ध्रुव आणि चुंबकीय क्षेत्र. बार मॅग्नेटचे चुंबकीय गुणधर्म त्याच्या टोकांजवळ सर्वात लक्षणीय असतात. जर अशा चुंबकाला मधल्या भागातून निलंबित केले असेल जेणेकरून ते आडव्या विमानात मुक्तपणे फिरू शकेल, तर ते उत्तरेकडून दक्षिणेकडे दिशेने अंदाजे अनुरूप स्थान घेईल. उत्तरेकडे निर्देशित केलेल्या रॉडच्या टोकाला उत्तर ध्रुव म्हणतात आणि विरुद्ध टोकाला दक्षिण ध्रुव म्हणतात. दोन चुंबकाचे विरुद्ध ध्रुव एकमेकांना आकर्षित करतात, तर ध्रुवांप्रमाणे एकमेकांना मागे टाकतात. चुंबकाच्या एका ध्रुवाजवळ चुंबक नसलेल्या लोखंडाची पट्टी आणल्यास, नंतरचे तात्पुरते चुंबकीकृत होईल. या प्रकरणात, चुंबकाच्या ध्रुवाच्या सर्वात जवळ असलेल्या चुंबकीय पट्टीचा ध्रुव नावाच्या विरुद्ध असेल आणि दूरचा ध्रुव त्याच नावाचा असेल. चुंबकाचा ध्रुव आणि विरुद्ध ध्रुव यांच्‍यामध्‍ये असलेले आकर्षण बार्‍हात चुंबकाची क्रिया स्पष्ट करते. काही पदार्थ (जसे की स्टील) स्थायी चुंबक किंवा इलेक्ट्रोमॅग्नेट जवळ राहिल्यानंतर ते स्वतःच कमकुवत स्थायी चुंबक बनतात. स्टीलच्या रॉडला कायम चुंबकाचा शेवट फक्त त्याच्या टोकाला ओलांडून चुंबकीय करता येतो. तर, चुंबक इतर चुंबक आणि चुंबकीय पदार्थांपासून बनवलेल्या वस्तूंना त्यांच्या संपर्कात न येता आकर्षित करतो. अंतरावरील अशी क्रिया चुंबकाच्या सभोवतालच्या जागेत चुंबकीय क्षेत्राच्या अस्तित्वाद्वारे स्पष्ट केली जाते. या चुंबकीय क्षेत्राच्या तीव्रतेची आणि दिशेची काही कल्पना कार्डबोर्डच्या शीटवर किंवा चुंबकावर ठेवलेल्या काचेवर लोखंडी फाईल टाकून मिळवता येते. भूसा शेताच्या दिशेने साखळदंडांनी बांधला जाईल आणि भूसा रेषांची घनता या क्षेत्राच्या तीव्रतेशी संबंधित असेल. (ते चुंबकाच्या टोकाला जाड असतात, जेथे चुंबकीय क्षेत्राची तीव्रता सर्वात जास्त असते.) एम. फॅराडे (१७९१-१८६७) यांनी चुंबकासाठी बंद इंडक्शन लाइन्सची संकल्पना मांडली. प्रेरणाच्या रेषा उत्तर ध्रुवावरील चुंबकापासून आजूबाजूच्या जागेत बाहेर पडतात, दक्षिण ध्रुवावर चुंबकात प्रवेश करतात आणि दक्षिण ध्रुवापासून उत्तरेकडे चुंबकाच्या सामग्रीच्या आत जातात, एक बंद लूप तयार करतात. चुंबकातून बाहेर पडणाऱ्या एकूण प्रेरण रेषांना चुंबकीय प्रवाह म्हणतात. चुंबकीय प्रवाह घनता, किंवा चुंबकीय प्रेरण (बी), एकक आकाराच्या प्राथमिक क्षेत्रातून सामान्य बाजूने जाणाऱ्या प्रेरण रेषांच्या संख्येइतके असते. चुंबकीय प्रेरण चुंबकीय क्षेत्र त्यात स्थित विद्युत्-वाहक कंडक्टरवर कार्य करते ते बल निर्धारित करते. ज्या कंडक्टरमधून विद्युत् प्रवाह I जातो तो इंडक्शनच्या रेषांना लंब स्थित असल्यास, अँपियरच्या नियमानुसार, कंडक्टरवर कार्य करणारे बल F हे फील्ड आणि कंडक्टर या दोघांनाही लंब असते आणि चुंबकीय प्रेरणाच्या प्रमाणात असते. वर्तमान ताकद आणि कंडक्टरची लांबी. अशा प्रकारे, चुंबकीय प्रेरण B साठी, आपण अभिव्यक्ती लिहू शकतो
जेथे न्यूटनमध्ये F हे बल आहे, मी अँपिअरमध्ये विद्युतप्रवाह आहे, l मीटरमध्ये लांबी आहे. चुंबकीय प्रेरणाचे एकक टेस्ला (टी) आहे
(विद्युत आणि चुंबकत्व देखील पहा).
गॅल्व्हानोमीटर.गॅल्व्हनोमीटर हे कमकुवत प्रवाह मोजण्यासाठी एक संवेदनशील उपकरण आहे. गॅल्व्हनोमीटर चुंबकाच्या ध्रुवांमधील अंतरामध्ये निलंबित केलेल्या लहान विद्युत-वाहक कॉइल (कमकुवत इलेक्ट्रोमॅग्नेट) सह घोड्याच्या नालच्या आकाराच्या स्थायी चुंबकाच्या परस्परसंवादामुळे निर्माण होणारा टॉर्क वापरतो. टॉर्क, आणि म्हणून कॉइलचे विक्षेपण, हवेच्या अंतरामध्ये विद्युत् प्रवाह आणि एकूण चुंबकीय प्रेरण यांच्या प्रमाणात असते, ज्यामुळे कॉइलच्या लहान विक्षेपांसह इन्स्ट्रुमेंटचे प्रमाण जवळजवळ रेषीय असते. चुंबकीय शक्ती आणि चुंबकीय क्षेत्र शक्ती. पुढे, चुंबकीय क्रिया दर्शविणारी आणखी एक मात्रा सादर केली पाहिजे विद्युतप्रवाह. आपण असे गृहीत धरू की विद्युत प्रवाह एका लांब कॉइलच्या वायरमधून जातो, ज्याच्या आत चुंबकीय सामग्री असते. चुंबकीय शक्ती हे कॉइलमधील विद्युत प्रवाह आणि त्याच्या वळणांच्या संख्येचे उत्पादन आहे (हे बल अँपिअरमध्ये मोजले जाते, कारण वळणांची संख्या ही परिमाणहीन परिमाण आहे). चुंबकीय क्षेत्र सामर्थ्य एच कॉइलच्या प्रति युनिट लांबीच्या चुंबकीय शक्तीइतके आहे. अशा प्रकारे, एच चे मूल्य प्रति मीटर अँपिअरमध्ये मोजले जाते; ते कॉइलमधील सामग्रीद्वारे प्राप्त केलेले चुंबकीकरण निर्धारित करते. व्हॅक्यूममध्ये, चुंबकीय प्रेरण B हे चुंबकीय क्षेत्र सामर्थ्य H च्या प्रमाणात असते:
जेथे m0 - तथाकथित. चुंबकीय स्थिरांक, ज्याचे सार्वत्रिक मूल्य 4pCh10-7 H/m आहे. अनेक पदार्थांमध्ये, B चे मूल्य अंदाजे H च्या प्रमाणात असते. तथापि, फेरोमॅग्नेटिक सामग्रीमध्ये, B आणि H मधील संबंध काहीसे अधिक क्लिष्ट आहे (ज्याबद्दल खाली चर्चा केली जाईल). अंजीर वर. 1 लोड कॅप्चर करण्यासाठी डिझाइन केलेले एक साधे इलेक्ट्रोमॅग्नेट दाखवते. उर्जा स्त्रोत डीसी बॅटरी आहे. आकृती इलेक्ट्रोमॅग्नेट फील्डच्या फील्ड रेषा देखील दर्शविते, जी लोह फाइलिंगच्या नेहमीच्या पद्धतीद्वारे शोधली जाऊ शकते.
लोखंडी कोर असलेले मोठे इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स आणि खूप मोठ्या संख्येने अँपिअर-टर्न, सतत मोडमध्ये कार्यरत, मोठ्या चुंबकीय शक्ती असतात. ते ध्रुवांमधील अंतरामध्ये 6 टी पर्यंत चुंबकीय प्रेरण तयार करतात; हे प्रेरण केवळ यांत्रिक ताण, कॉइल्स गरम करणे आणि कोरच्या चुंबकीय संपृक्ततेद्वारे मर्यादित आहे. पाण्याचे शीतकरण असलेले अनेक महाकाय इलेक्ट्रोमॅग्नेट्स (कोर नसलेले), तसेच स्पंदित चुंबकीय क्षेत्र तयार करण्यासाठी स्थापनेची रचना केंब्रिजमधील पी.एल. कपित्सा (1894-1984) आणि यूएसएसआर अकादमी ऑफ सायन्सेसच्या शारीरिक समस्या संस्थेत केली होती. F. मॅसॅच्युसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी. अशा चुंबकांवर 50 टी पर्यंत प्रेरण प्राप्त करणे शक्य होते. तुलनेने लहान इलेक्ट्रोमॅग्नेट, 6.2 T पर्यंत फील्ड तयार करते, 15 kW विद्युत उर्जा वापरते आणि द्रव हायड्रोजनद्वारे थंड होते, लोसालामोस राष्ट्रीय प्रयोगशाळेत विकसित केले गेले. क्रायोजेनिक तापमानात समान फील्ड प्राप्त होतात.
चुंबकीय पारगम्यता आणि चुंबकत्वात त्याची भूमिका.चुंबकीय पारगम्यता m हे एक मूल्य आहे जे सामग्रीचे चुंबकीय गुणधर्म दर्शवते. फेरोमॅग्नेटिक धातू Fe, Ni, Co आणि त्यांच्या मिश्रधातूंमध्ये कमाल पारगम्यता खूप जास्त आहे - 5000 (Fe साठी) ते 800,000 (सुपरमॅलॉयसाठी). अशा सामग्रीमध्ये, तुलनेने कमी फील्ड सामर्थ्य H वर, मोठ्या प्रमाणात प्रेरण B आढळतात, परंतु या प्रमाणांमधील संबंध, सामान्यतः, संपृक्तता आणि हिस्टेरेसिसच्या घटनेमुळे नॉनलाइनर असतो, ज्याची खाली चर्चा केली आहे. फेरो चुंबकीय साहित्यचुंबकांद्वारे जोरदार आकर्षित. ते क्युरी पॉईंट (Fe साठी 770°C, Ni साठी 358°C, Co साठी 1120°C) तापमानात त्यांचे चुंबकीय गुणधर्म गमावतात आणि पॅरामॅग्नेट्स सारखे वागतात, ज्यासाठी इंडक्शन B त्याच्या प्रमाणानुसार खूप उच्च मूल्यांपर्यंत असते. सामर्थ्य एच - व्हॅक्यूम प्रमाणेच. अनेक घटक आणि संयुगे सर्व तापमानात पॅरामॅग्नेटिक असतात. पॅरामॅग्नेटिक पदार्थ बाह्य चुंबकीय क्षेत्रामध्ये चुंबकीकृत झाल्यामुळे दर्शविले जातात; हे फील्ड बंद केल्यास, पॅरामॅग्नेट्स नॉन-चुंबकित अवस्थेत परत येतात. बाह्य क्षेत्र बंद केल्यानंतरही फेरोमॅग्नेट्समधील चुंबकीकरण जतन केले जाते. अंजीर वर. 2 चुंबकीयदृष्ट्या कठोर (उच्च नुकसान) फेरोमॅग्नेटिक सामग्रीसाठी विशिष्ट हिस्टेरेसिस लूप दर्शविते. हे चुंबकीय क्षेत्राच्या सामर्थ्यावर चुंबकीयरित्या ऑर्डर केलेल्या सामग्रीच्या चुंबकीकरणाची अस्पष्ट अवलंबित्व दर्शवते. प्रारंभिक (शून्य) बिंदू (1) पासून चुंबकीय क्षेत्राच्या सामर्थ्यामध्ये वाढ झाल्यामुळे, चुंबकीकरण डॅश केलेल्या 1-2 रेषेने पुढे जाते आणि नमुन्याचे चुंबकीकरण वाढते म्हणून m चे मूल्य लक्षणीय बदलते. बिंदू 2 वर, संपृक्तता गाठली आहे, म्हणजे. तीव्रतेच्या आणखी वाढीसह, चुंबकीकरण यापुढे वाढत नाही. जर आपण आता हळूहळू H चे मूल्य शून्यावर कमी केले, तर वक्र B(H) यापुढे मागील मार्गाचे अनुसरण करत नाही, परंतु बिंदू 3 मधून जाते, जसे की "भूतकाळाच्या इतिहासाविषयी" सामग्रीची "स्मृती" प्रकट करते. ", म्हणून नाव "हिस्टेरेसिस". अर्थात, या प्रकरणात, काही अवशिष्ट चुंबकीकरण जतन केले जाते (विभाग 1-3). चुंबकीय क्षेत्राची दिशा विरुद्ध वक्र B (H) कडे बदलल्यानंतर बिंदू 4 पास होतो आणि विभाग (1)-(4) विचुंबकीकरणास प्रतिबंध करणार्‍या सक्तीच्या शक्तीशी संबंधित असतो. मूल्यांमध्ये आणखी वाढ (-H) हिस्टेरेसिस वक्रला तिसऱ्या चतुर्थांश - कलम 4-5 कडे नेते. (-H) च्या मूल्यात त्यानंतरची घट शून्य आणि नंतर वाढ सकारात्मक मूल्ये H बिंदू 6, 7 आणि 2 द्वारे हिस्टेरेसिस लूप बंद करेल.
चुंबकीयदृष्ट्या कठोर सामग्री आकृतीवरील महत्त्वपूर्ण क्षेत्र व्यापून विस्तृत हिस्टेरेसिस लूपद्वारे दर्शविली जाते आणि म्हणूनच अवशिष्ट चुंबकीकरण (चुंबकीय प्रेरण) आणि जबरदस्ती शक्तीच्या मोठ्या मूल्यांशी संबंधित आहे. एक अरुंद हिस्टेरेसिस लूप (चित्र 3) हे सौम्य स्टील आणि उच्च चुंबकीय पारगम्यता असलेल्या विशेष मिश्र धातुसारख्या मऊ चुंबकीय पदार्थांचे वैशिष्ट्य आहे. हिस्टेरेसीसमुळे होणारे ऊर्जेचे नुकसान कमी करण्यासाठी असे मिश्रधातू तयार केले गेले. यापैकी बहुतेक विशेष मिश्र धातुंमध्ये, फेराइट्स सारख्या, उच्च विद्युत प्रतिरोधक असतात, ज्यामुळे केवळ चुंबकीय नुकसानच नाही तर एडी करंट्समुळे होणारे विद्युत नुकसान देखील कमी होते.
उच्च पारगम्यता असलेले चुंबकीय पदार्थ अॅनिलिंगद्वारे तयार केले जातात, जे सुमारे 1000 डिग्री सेल्सिअस तापमानात धरून चालते, त्यानंतर टेम्परिंग (हळूहळू थंड होणे) होते. खोलीचे तापमान. या प्रकरणात, प्राथमिक यांत्रिक आणि थर्मल उपचार, तसेच नमुन्यातील अशुद्धतेची अनुपस्थिती अतिशय लक्षणीय आहे. 20 व्या शतकाच्या सुरूवातीस ट्रान्सफॉर्मर कोरसाठी. सिलिकॉन स्टील्स विकसित केले गेले, ज्याचे m चे मूल्य सिलिकॉन सामग्री वाढल्याने वाढले. 1915 आणि 1920 च्या दरम्यान, परमॅलॉईज (नि सह Fe चे मिश्र धातु) त्यांच्या वैशिष्ट्यपूर्ण अरुंद आणि जवळजवळ आयताकृती हिस्टेरेसिस लूपसह दिसू लागले. हायपरनिक (50% Ni, 50% Fe) आणि म्यू-मेटल (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) मिश्रधातूंमध्ये चुंबकीय पारगम्यता m च्या कमी मूल्यांमध्ये विशेषतः उच्च मूल्यांद्वारे वैशिष्ट्यीकृत केले जाते. H, तर perminvar (45 % Ni, 30% Fe, 25% Co) मध्ये m चे मूल्य फील्ड सामर्थ्यामधील बदलांच्या विस्तृत श्रेणीवर व्यावहारिकदृष्ट्या स्थिर आहे. आधुनिक चुंबकीय पदार्थांमध्ये, सुपरमॅलॉयचा उल्लेख केला पाहिजे - सर्वाधिक चुंबकीय पारगम्यता असलेला मिश्र धातु (त्यामध्ये 79% Ni, 15% Fe आणि 5% Mo आहे).
चुंबकत्वाचे सिद्धांत.प्रथमच, चुंबकीय घटना शेवटी इलेक्ट्रिकलमध्ये कमी केल्या जातात ही कल्पना 1825 मध्ये अँपियरपासून उद्भवली, जेव्हा त्याने चुंबकाच्या प्रत्येक अणूमध्ये बंद अंतर्गत सूक्ष्म प्रवाहांची कल्पना व्यक्त केली. तथापि, पदार्थामध्ये अशा प्रवाहांच्या उपस्थितीची कोणतीही प्रायोगिक पुष्टी न करता (इलेक्ट्रॉनचा शोध जे. थॉमसन यांनी 1897 मध्येच लावला होता, आणि अणूच्या संरचनेचे वर्णन रदरफोर्ड आणि बोहर यांनी 1913 मध्ये दिले होते), हा सिद्धांत "कोसला" गेला. " 1852 मध्ये, डब्ल्यू. वेबर यांनी प्रत्येक अणूची सूचना केली चुंबकीय पदार्थहे एक लहान चुंबक किंवा चुंबकीय द्विध्रुव आहे, जेणेकरुन सर्व वैयक्तिक अणु चुंबक एका विशिष्ट क्रमाने रांगेत असताना पदार्थाचे पूर्ण चुंबकीकरण प्राप्त होते (चित्र 4b). वेबरचा असा विश्वास होता की आण्विक किंवा अणू "घर्षण" या प्राथमिक चुंबकांना थर्मल कंपनांचा त्रासदायक प्रभाव असूनही त्यांची क्रमवारी राखण्यास मदत करते. त्याचा सिद्धांत चुंबकाच्या संपर्कात आल्यावर शरीराचे चुंबकीकरण, तसेच प्रभाव किंवा गरम झाल्यावर त्यांचे विचुंबकीकरण स्पष्ट करण्यास सक्षम होता; शेवटी, जेव्हा चुंबकीय सुई किंवा चुंबकीय रॉडचे तुकडे केले जातात तेव्हा चुंबकाचे "गुणाकार" देखील स्पष्ट केले गेले. आणि तरीही या सिद्धांताने एकतर प्राथमिक चुंबकांची उत्पत्ती किंवा संपृक्तता आणि हिस्टेरेसिसची घटना स्पष्ट केली नाही. वेबरचा सिद्धांत 1890 मध्ये जे. इविंग यांनी सुधारला होता, ज्याने अणु घर्षणाच्या त्यांच्या गृहीतकाच्या जागी आंतरपरमाणू मर्यादित शक्तींच्या कल्पनेने बदलले जे कायम चुंबक बनविणाऱ्या प्राथमिक द्विध्रुवांचा क्रम राखण्यास मदत करतात.
अॅम्पीयरने एकदा प्रस्तावित केलेल्या समस्येच्या दृष्टिकोनाला 1905 मध्ये दुसरे जीवन प्राप्त झाले, जेव्हा पी. लॅन्गेव्हिन यांनी प्रत्येक अणूला अंतर्गत बिनभरपाई नसलेल्या इलेक्ट्रॉन प्रवाहाचे श्रेय देऊन पॅरामॅग्नेटिक पदार्थांचे वर्तन स्पष्ट केले. लॅन्गेव्हिनच्या मते, हे प्रवाहच लहान चुंबक तयार करतात, बाह्य क्षेत्र अनुपस्थित असताना यादृच्छिकपणे केंद्रित होते, परंतु ते लागू झाल्यानंतर क्रमबद्ध अभिमुखता प्राप्त करतात. या प्रकरणात, पूर्ण ऑर्डरिंगचा अंदाज चुंबकीकरणाच्या संपृक्ततेशी संबंधित आहे. याशिवाय, लॅन्गेव्हिनने चुंबकीय क्षणाची संकल्पना मांडली, ध्रुवाच्या "चुंबकीय चार्ज" आणि ध्रुवांमधील अंतराच्या गुणानुरूप वेगळ्या अणू चुंबकाच्या समान. अशाप्रकारे, पॅरामॅग्नेटिक पदार्थांचे कमकुवत चुंबकत्व हे असुरक्षित इलेक्ट्रॉन प्रवाहांद्वारे तयार केलेल्या एकूण चुंबकीय क्षणामुळे होते. 1907 मध्ये, पी. वेस यांनी "डोमेन" ही संकल्पना मांडली, जी चुंबकत्वाच्या आधुनिक सिद्धांतामध्ये महत्त्वपूर्ण योगदान ठरली. वेसने डोमेन्सची कल्पना अणूंच्या लहान "वसाहती" म्हणून केली, ज्यामध्ये सर्व अणूंच्या चुंबकीय क्षणांना, काही कारणास्तव, समान अभिमुखता राखण्यास भाग पाडले जाते, जेणेकरून प्रत्येक डोमेन संपृक्ततेसाठी चुंबकीकृत होते. एकच डोमेन असू शकते रेखीय परिमाणसुमारे 0.01 मिमी आणि त्यानुसार, व्हॉल्यूम सुमारे 10-6 मिमी 3 आहे. डोमेन तथाकथित ब्लॉच भिंतींद्वारे विभक्त केले जातात, ज्याची जाडी 1000 अणू परिमाणांपेक्षा जास्त नसते. "भिंत" आणि दोन विरुद्ध दिशा देणारे डोमेन आकृतीमध्ये दर्शविले आहेत. 5. अशा भिंती "संक्रमण स्तर" आहेत ज्यामध्ये डोमेन चुंबकीकरणाची दिशा बदलते.
सामान्य प्रकरणात, प्रारंभिक चुंबकीकरण वक्र (चित्र 6) वर तीन विभाग वेगळे केले जाऊ शकतात. सुरुवातीच्या विभागात, भिंत, बाह्य क्षेत्राच्या कृती अंतर्गत, पदार्थाच्या जाडीतून हलते जोपर्यंत त्याला क्रिस्टल जाळीचा दोष येत नाही, ज्यामुळे ती थांबते. फील्ड स्ट्रेंथ वाढवून, तुम्ही भिंत पुढे सरकवू शकता मध्यम विभागडॅश केलेल्या रेषा दरम्यान. त्यानंतर जर फील्डची ताकद पुन्हा शून्यावर आली, तर भिंती यापुढे त्यांच्या मूळ स्थितीकडे परत येणार नाहीत, जेणेकरून नमुना अंशतः चुंबकीय राहील. हे चुंबकाच्या हिस्टेरेसिसचे स्पष्टीकरण देते. वक्राच्या शेवटी, अंतिम विस्कळीत डोमेनमध्ये चुंबकीकरणाच्या क्रमाने नमुना चुंबकीकरणाच्या संपृक्ततेसह प्रक्रिया समाप्त होते. ही प्रक्रिया जवळजवळ पूर्णपणे उलट करता येण्यासारखी आहे. चुंबकीय कडकपणा त्या सामग्रीद्वारे प्रदर्शित केला जातो ज्यामध्ये अणू जाळीमध्ये अनेक दोष असतात जे इंटरडोमेन भिंतींच्या हालचालीस प्रतिबंध करतात. हे यांत्रिकरित्या प्राप्त केले जाऊ शकते आणि उष्णता उपचार, उदाहरणार्थ, चूर्ण केलेले साहित्य संकुचित करून आणि नंतर सिंटरिंग करून. अल्निको मिश्रधातू आणि त्यांच्या analogues मध्ये, समान परिणाम धातू एक जटिल रचना मध्ये fusing करून प्राप्त आहे.
पॅरामॅग्नेटिक आणि फेरोमॅग्नेटिक सामग्री व्यतिरिक्त, तथाकथित अँटीफेरोमॅग्नेटिक आणि फेरीमॅग्नेटिक गुणधर्म असलेली सामग्री आहेत. या प्रकारच्या चुंबकत्वातील फरक अंजीर मध्ये स्पष्ट केला आहे. 7. डोमेनच्या संकल्पनेवर आधारित, चुंबकीय द्विध्रुवांच्या लहान गटांच्या सामग्रीमध्ये उपस्थितीमुळे पॅरामॅग्नेटिझम ही एक घटना मानली जाऊ शकते, ज्यामध्ये वैयक्तिक द्विध्रुव एकमेकांशी अत्यंत कमकुवतपणे संवाद साधतात (किंवा अजिबात संवाद साधत नाहीत) आणि म्हणून , बाह्य क्षेत्राच्या अनुपस्थितीत, ते फक्त यादृच्छिक अभिमुखता घेतात (चित्र 7a). फेरोमॅग्नेटिक सामग्रीमध्ये, प्रत्येक डोमेनमध्ये, वैयक्तिक द्विध्रुवांमध्ये एक मजबूत परस्परसंवाद असतो, ज्यामुळे त्यांचे क्रमबद्ध समांतर संरेखन होते (चित्र 7b). अँटीफेरोमॅग्नेटिक सामग्रीमध्ये, उलटपक्षी, वैयक्तिक द्विध्रुवांमधील परस्परसंवादामुळे त्यांच्या समांतर क्रमबद्ध संरेखन होते, ज्यामुळे प्रत्येक डोमेनचा एकूण चुंबकीय क्षण शून्य असतो (चित्र 7c). शेवटी, फेरीमॅग्नेटिक पदार्थांमध्ये (उदाहरणार्थ, फेराइट्स) समांतर आणि अँटीपॅरलल क्रम (चित्र 7d) दोन्ही असतात, परिणामी चुंबकत्व कमकुवत होते.
डोमेनच्या अस्तित्वाची दोन खात्रीशीर प्रायोगिक पुष्टी आहेत. त्यापैकी पहिला तथाकथित बरखौसेन प्रभाव आहे, दुसरा पावडर आकृती पद्धत आहे. 1919 मध्ये, जी. बरखौसेन यांनी स्थापित केले की जेव्हा फेरोमॅग्नेटिक सामग्रीच्या नमुन्यावर बाह्य क्षेत्र लागू केले जाते तेव्हा त्याचे चुंबकीकरण लहान वेगळ्या भागांमध्ये बदलते. डोमेन सिद्धांताच्या दृष्टिकोनातून, हे इंटरडोमेन भिंतीच्या उडी सारखी प्रगती करण्यापेक्षा अधिक काही नाही, ज्यामध्ये वैयक्तिक दोषांचा सामना करावा लागतो ज्यामुळे ते त्याच्या मार्गावर थांबते. हा प्रभाव सामान्यतः कॉइल वापरून शोधला जातो ज्यामध्ये फेरोमॅग्नेटिक रॉड किंवा वायर ठेवली जाते. जर मजबूत चुंबक वैकल्पिकरित्या नमुन्यात आणले आणि त्यातून काढून टाकले, तर नमुना चुंबकीकृत आणि पुन्हा चुंबकीकृत केला जाईल. नमुन्याच्या चुंबकीकरणात उडी सारखे बदल कॉइलद्वारे चुंबकीय प्रवाह बदलतात आणि त्यात एक प्रेरण प्रवाह उत्तेजित होतो. कॉइलमध्ये या प्रकरणात उद्भवणारा व्होल्टेज अॅम्प्लीफाइड केला जातो आणि ध्वनिक हेडफोनच्या जोडीच्या इनपुटवर दिला जातो. हेडफोन्सद्वारे समजलेले क्लिक, चुंबकीकरणात अचानक बदल दर्शवतात. पावडर आकृत्यांच्या पद्धतीद्वारे चुंबकाची डोमेन रचना प्रकट करण्यासाठी, फेरोमॅग्नेटिक पावडरच्या कोलाइडल सस्पेंशनचा एक थेंब (सामान्यतः Fe3O4) चुंबकीय सामग्रीच्या चांगल्या-पॉलिश केलेल्या पृष्ठभागावर लावला जातो. पावडर कण प्रामुख्याने चुंबकीय क्षेत्राच्या जास्तीत जास्त एकसमानतेच्या ठिकाणी स्थिर होतात - डोमेनच्या सीमेवर. अशा संरचनेचा सूक्ष्मदर्शकाखाली अभ्यास केला जाऊ शकतो. पारदर्शक फेरोमॅग्नेटिक सामग्रीद्वारे ध्रुवीकृत प्रकाशाच्या मार्गावर आधारित पद्धत देखील प्रस्तावित केली गेली आहे. वेसच्या चुंबकत्वाच्या मूळ सिद्धांताने त्याच्या मुख्य वैशिष्ट्यांमध्ये त्याचे महत्त्व आजपर्यंत टिकवून ठेवले आहे, तथापि, अणु चुंबकत्व निर्धारित करणारा घटक म्हणून भरपाई नसलेल्या इलेक्ट्रॉन स्पिनच्या संकल्पनेवर आधारित अद्ययावत व्याख्या प्राप्त झाली आहे. 1926 मध्ये एस. गौडस्मित आणि जे. उहलेनबेक यांनी इलेक्ट्रॉनच्या आंतरिक क्षणाच्या अस्तित्वाची गृहितक मांडली होती आणि सध्या ते इलेक्ट्रॉन स्पिन कॅरिअर्स म्हणून आहेत ज्यांना "प्राथमिक चुंबक" मानले जाते. ही संकल्पना स्पष्ट करण्यासाठी, विचार करा (चित्र 8) लोहाचा एक मुक्त अणू - एक सामान्य फेरोमॅग्नेटिक सामग्री. त्याचे दोन कवच (K आणि L), न्यूक्लियसच्या सर्वात जवळ, इलेक्ट्रॉनने भरलेले आहेत, त्यापैकी पहिल्यावर दोन आणि दुसऱ्या बाजूला आठ आहेत. के-शेलमध्ये, एका इलेक्ट्रॉनची फिरकी सकारात्मक असते आणि दुसरी नकारात्मक असते. एल-शेलमध्ये (अधिक तंतोतंत, त्याच्या दोन सबशेलमध्ये), आठ पैकी चार इलेक्ट्रॉनमध्ये सकारात्मक स्पिन असतात आणि इतर चारमध्ये नकारात्मक स्पिन असतात. दोन्ही प्रकरणांमध्ये, एकाच शेलमधील इलेक्ट्रॉनचे स्पिन पूर्णपणे रद्द होतात, ज्यामुळे एकूण चुंबकीय क्षण शून्य होतो. एम शेलमध्ये, परिस्थिती वेगळी आहे, कारण तिसऱ्या सबशेलमधील सहा इलेक्ट्रॉन्समुळे, पाच इलेक्ट्रॉन एका दिशेने फिरतात आणि दुसऱ्यामध्ये फक्त सहावे असतात. परिणामी, चार नुकसानभरपाई नसलेले स्पिन राहतात, जे लोह अणूचे चुंबकीय गुणधर्म निर्धारित करतात. (बाहेरील एन शेलमध्ये फक्त दोन व्हॅलेन्स इलेक्ट्रॉन आहेत, जे लोह अणूच्या चुंबकत्वात योगदान देत नाहीत.) इतर फेरोमॅग्नेट्सचे चुंबकत्व, जसे की निकेल आणि कोबाल्ट, त्याच प्रकारे स्पष्ट केले आहे. लोखंडाच्या नमुन्यातील शेजारचे अणू एकमेकांशी जोरदारपणे संवाद साधतात आणि त्यांचे इलेक्ट्रॉन अंशतः एकत्रित केले जातात, हे स्पष्टीकरण केवळ वर्णनात्मक, परंतु अतिशय सरलीकृत, वास्तविक परिस्थितीची योजना म्हणून मानले पाहिजे.
इलेक्ट्रॉन स्पिनवर आधारित अणु चुंबकत्वाच्या सिद्धांताला दोन मनोरंजक जायरोमॅग्नेटिक प्रयोगांद्वारे समर्थन दिले जाते, त्यापैकी एक ए. आइन्स्टाईन आणि डब्ल्यू. डी हास यांनी आणि दुसरा एस. बार्नेट यांनी केला होता. यापैकी पहिल्या प्रयोगात, अंजीर मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे फेरोमॅग्नेटिक सामग्रीचा एक सिलेंडर निलंबित करण्यात आला. 9. जर विंडिंग वायरमधून विद्युतप्रवाह गेला तर सिलेंडर त्याच्या अक्षाभोवती फिरतो. जेव्हा विद्युत् प्रवाहाची दिशा (आणि म्हणूनच चुंबकीय क्षेत्र) बदलते, तेव्हा ते उलट दिशेने वळते. दोन्ही प्रकरणांमध्ये, सिलेंडरचे रोटेशन इलेक्ट्रॉन स्पिनच्या क्रमाने होते. बार्नेटच्या प्रयोगात, उलटपक्षी, चुंबकीय क्षेत्राच्या अनुपस्थितीत एक निलंबित सिलेंडर, तीव्रपणे रोटेशनच्या स्थितीत आणला जातो. हा प्रभाव या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केला जातो की चुंबकाच्या रोटेशन दरम्यान एक गायरोस्कोपिक क्षण तयार होतो, जो फिरण्याच्या क्षणांना त्याच्या स्वतःच्या रोटेशनच्या अक्षाच्या दिशेने फिरवतो.
शेजारच्या अणुचुंबकांना क्रमवारी लावणाऱ्या आणि थर्मल मोशनच्या विस्कळीत प्रभावाचा प्रतिकार करणाऱ्या अल्प-श्रेणीच्या शक्तींचे स्वरूप आणि उत्पत्ती याच्या अधिक संपूर्ण स्पष्टीकरणासाठी, एखाद्याने क्वांटम मेकॅनिक्सकडे वळले पाहिजे. या शक्तींच्या स्वरूपाचे क्वांटम यांत्रिक स्पष्टीकरण 1928 मध्ये डब्ल्यू. हायझेनबर्ग यांनी प्रस्तावित केले होते, ज्याने शेजारच्या अणूंमधील विनिमय परस्परसंवादाचे अस्तित्व मांडले होते. नंतर, जी. बेथे आणि जे. स्लेटर यांनी दाखवले की अणूंमधील अंतर कमी झाल्यामुळे एक्सचेंज फोर्स लक्षणीयरीत्या वाढतात, परंतु विशिष्ट किमान आंतरपरमाणू अंतर गाठल्यानंतर ते शून्यावर घसरतात.
पदार्थाचे चुंबकीय गुणधर्म
पदार्थाच्या चुंबकीय गुणधर्मांचा पहिला व्यापक आणि पद्धतशीर अभ्यास पी. क्युरी यांनी केला होता. त्याला आढळले की त्यांच्या चुंबकीय गुणधर्मांनुसार सर्व पदार्थ तीन वर्गात विभागले जाऊ शकतात. पहिल्यामध्ये लोहाप्रमाणेच उच्चारित चुंबकीय गुणधर्म असलेले पदार्थ समाविष्ट आहेत. अशा पदार्थांना फेरोमॅग्नेटिक म्हणतात; त्यांचे चुंबकीय क्षेत्र लक्षणीय अंतरावर लक्षणीय आहे (वर पहा). पॅरामॅग्नेटिक नावाचे पदार्थ दुसऱ्या वर्गात येतात; त्यांचे चुंबकीय गुणधर्म सामान्यतः फेरोमॅग्नेटिक पदार्थांसारखेच असतात, परंतु खूपच कमकुवत असतात. उदाहरणार्थ, शक्तिशाली इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या ध्रुवांवरील आकर्षणाची शक्ती तुमच्या हातातून लोखंडी हातोडा खेचू शकते आणि त्याच चुंबकाकडे पॅरामॅग्नेटिक पदार्थाचे आकर्षण शोधण्यासाठी, नियमानुसार, अतिशय संवेदनशील विश्लेषणात्मक संतुलन आवश्यक आहे. . शेवटच्या, तिसऱ्या वर्गात तथाकथित डायमॅग्नेटिक पदार्थांचा समावेश होतो. ते इलेक्ट्रोमॅग्नेटद्वारे मागे हटवले जातात, म्हणजे. डायमॅग्नेट्सवर कार्य करणारी शक्ती फेरो- आणि पॅरामॅग्नेट्सवर क्रिया करणार्‍या शक्तीच्या विरुद्ध निर्देशित केली जाते.
चुंबकीय गुणधर्मांचे मोजमाप.चुंबकीय गुणधर्मांच्या अभ्यासात, दोन प्रकारचे मोजमाप सर्वात महत्वाचे आहे. यापैकी पहिले म्हणजे चुंबकाजवळील नमुन्यावर काम करणाऱ्या बलाचे मोजमाप; अशा प्रकारे नमुन्याचे चुंबकीकरण निश्चित केले जाते. दुसऱ्या गटामध्ये पदार्थाच्या चुंबकीकरणाशी संबंधित "रेझोनंट" फ्रिक्वेन्सीचे मोजमाप समाविष्ट आहे. अणू लहान "गायरोस्कोप" असतात आणि चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रीसेसमध्ये (गुरुत्वाकर्षणाने तयार केलेल्या टॉर्कच्या प्रभावाखाली सामान्य स्पिनिंग टॉपसारखे) मोजता येण्याजोग्या वारंवारतेवर असतात. याव्यतिरिक्त, चुंबकीय प्रेरणाच्या रेषांवर उजव्या कोनात फिरणाऱ्या मुक्त चार्ज कणांवर तसेच कंडक्टरमधील इलेक्ट्रॉन प्रवाहावर बल कार्य करते. हे कण एका वर्तुळाकार कक्षेत फिरण्यास प्रवृत्त करते ज्याची त्रिज्या R = mv/eB द्वारे दिली जाते, जेथे m हे कणाचे वस्तुमान आहे, v हे त्याचा वेग आहे, e त्याचे शुल्क आहे आणि B हे चुंबकीय क्षेत्र सामर्थ्य आहे. अशा गोलाकार गतीची वारंवारता समान आहे
जेथे f हे हर्ट्झमध्ये मोजले जाते, e कूलॉम्बमध्ये असते, m किलोग्रॅममध्ये असते, B टेस्लासमध्ये असते. ही वारंवारता चुंबकीय क्षेत्रातील पदार्थामध्ये चार्ज केलेल्या कणांच्या हालचालीचे वैशिष्ट्य दर्शवते. दिलेल्या सामग्रीच्या वैशिष्ट्यपूर्ण "नैसर्गिक" फ्रिक्वेन्सीच्या समान रेझोनंट फ्रिक्वेन्सीसह पर्यायी फील्डद्वारे दोन्ही प्रकारची गती (वर्तुळाकार कक्षेतील प्रीसेशन आणि गती) उत्तेजित केली जाऊ शकते. पहिल्या प्रकरणात, रेझोनान्सला चुंबकीय म्हणतात, आणि दुसऱ्यामध्ये - सायक्लोट्रॉन (सायक्लोट्रॉनमधील सबअॅटॉमिक कणांच्या चक्रीय गतीशी समानता लक्षात घेऊन). अणूंच्या चुंबकीय गुणधर्मांबद्दल बोलताना, त्यांच्या कोनीय गतीकडे विशेष लक्ष देणे आवश्यक आहे. चुंबकीय क्षेत्र फिरत असलेल्या अणु द्विध्रुवावर कार्य करते, ते फिरवण्याचा प्रयत्न करते आणि ते फील्डला समांतर सेट करते. त्याऐवजी, अणू द्विध्रुवीय क्षण आणि लागू केलेल्या फील्डच्या सामर्थ्यावर अवलंबून असलेल्या वारंवारतेसह फील्डच्या दिशेने (चित्र 10) पुढे जाऊ लागतो.
नमुन्यातील सर्व अणू वेगळ्या टप्प्यात पुढे जात असल्याने अणूंचा अग्रक्रम थेट पाहिला जाऊ शकत नाही. तथापि, जर, स्थिर क्रमाच्या क्षेत्राला लंब दिग्दर्शित एक लहान पर्यायी क्षेत्र लागू केले असेल, तर आधीच्या अणूंमध्ये एक विशिष्ट टप्पा संबंध स्थापित केला जातो आणि त्यांचा एकूण चुंबकीय क्षण व्यक्तीच्या अग्रक्रमाच्या वारंवारतेच्या वारंवारतेसह पुढे जाऊ लागतो. चुंबकीय क्षण. महत्त्वअग्रक्रमाचा कोनीय वेग आहे. नियमानुसार, हे मूल्य इलेक्ट्रॉनशी संबंधित चुंबकीकरणासाठी 1010 Hz/T च्या क्रमाचे आहे आणि अणूंच्या केंद्रकातील सकारात्मक शुल्काशी संबंधित चुंबकीकरणासाठी 107 Hz/T च्या क्रमाचे आहे. सर्किट आकृतीन्यूक्लियर मॅग्नेटिक रेझोनान्स (NMR) चे निरीक्षण करण्यासाठी स्थापना अंजीर मध्ये दर्शविली आहे. 11. अभ्यासाखालील पदार्थ ध्रुवांच्या दरम्यान एकसमान स्थिर क्षेत्रामध्ये सादर केला जातो. जर RF फील्ड चाचणी नळीभोवती लहान कॉइलने उत्तेजित असेल तर, नमुन्याच्या सर्व आण्विक "गायरोस्कोप" च्या प्रिसेशन फ्रिक्वेन्सीच्या बरोबरीने, विशिष्ट वारंवारतेवर अनुनाद प्राप्त केला जाऊ शकतो. मोजमाप हे रेडिओ रिसीव्हरला विशिष्ट स्टेशनच्या वारंवारतेनुसार ट्यून करण्यासारखे असतात.
चुंबकीय अनुनाद पद्धतींमुळे विशिष्ट अणू आणि केंद्रकांच्या चुंबकीय गुणधर्मांचाच नव्हे तर त्यांच्या वातावरणातील गुणधर्मांचाही अभ्यास करणे शक्य होते. मुद्दा असा आहे की घन पदार्थ आणि रेणूंमधील चुंबकीय क्षेत्र एकसमान नसलेले असतात, कारण ते अणू शुल्काद्वारे विकृत असतात आणि प्रायोगिक अनुनाद वक्रच्या अभ्यासक्रमाचे तपशील पूर्ववर्ती केंद्रक स्थित असलेल्या प्रदेशातील स्थानिक क्षेत्राद्वारे निर्धारित केले जातात. यामुळे रेझोनान्स पद्धतींद्वारे विशिष्ट नमुन्याच्या संरचनेच्या वैशिष्ट्यांचा अभ्यास करणे शक्य होते.
चुंबकीय गुणधर्मांची गणना.पृथ्वीच्या फील्डचे चुंबकीय प्रेरण 0.5 * 10 -4 T आहे, तर मजबूत इलेक्ट्रोमॅग्नेटच्या ध्रुवांमधील फील्ड 2 T किंवा त्याहून अधिक क्रमाने आहे. प्रवाहांच्या कोणत्याही कॉन्फिगरेशनद्वारे तयार केलेले चुंबकीय क्षेत्र वर्तमान घटकाद्वारे तयार केलेल्या क्षेत्राच्या चुंबकीय प्रेरणासाठी Biot - Savart - Laplace सूत्र वापरून मोजले जाऊ शकते. विविध आकार आणि दंडगोलाकार कॉइल्सच्या रूपरेषेद्वारे तयार केलेल्या फील्डची गणना बर्याच बाबतीत खूप क्लिष्ट आहे. खाली अनेक साध्या प्रकरणांसाठी सूत्रे आहेत. वायरपासून आर (मीटर) अंतरावर विद्युत् I (amps) असलेल्या लांब सरळ वायरने तयार केलेले क्षेत्राचे चुंबकीय प्रेरण (टेस्लासमध्ये) आहे.
वर्तमान I सह त्रिज्या R च्या वर्तुळाकार लूपच्या मध्यभागी इंडक्शन आहे (समान युनिट्समध्ये):
लोखंडी कोर नसलेल्या वायरच्या घट्ट जखमेच्या कॉइलला सोलेनॉइड म्हणतात. लांब सोलेनॉइडने तयार केलेले चुंबकीय प्रेरण त्याच्या टोकापासून पुरेशा दूर असलेल्या एका बिंदूवर N वळणांच्या संख्येइतके असते.
येथे, NI/L ही सोलनॉइडच्या प्रति युनिट लांबीच्या अँपिअरची संख्या (अँपिअर वळणे) आहे. सर्व प्रकरणांमध्ये, विद्युत् प्रवाहाचे चुंबकीय क्षेत्र या विद्युत् प्रवाहाला लंब निर्देशित केले जाते आणि चुंबकीय क्षेत्रामध्ये विद्युत् प्रवाहावर कार्य करणारे बल विद्युत् प्रवाह आणि चुंबकीय क्षेत्र दोन्हीसाठी लंब असते. चुंबकीकृत लोखंडी रॉडचे क्षेत्र हे एका लांब सोलनॉइडच्या बाह्य क्षेत्रासारखे असते ज्यामध्ये चुंबकीय रॉडच्या पृष्ठभागावरील अणूंमधील विद्युत् प्रवाहाशी संबंधित प्रति युनिट लांबीच्या अँपिअर वळणांची संख्या असते, कारण रॉडमधील प्रवाह एकमेकांना रद्द करतात. बाहेर (चित्र 12). Ampere च्या नावाने, अशा पृष्ठभागाच्या प्रवाहाला Ampère म्हणतात. चुंबकीय क्षेत्र शक्ती Ha, अँपिअर विद्युत् प्रवाहाने तयार केली आहे, रॉड M च्या युनिट व्हॉल्यूमच्या चुंबकीय क्षणाइतकी आहे.
जर सोलनॉइडमध्ये लोखंडी रॉड घातला गेला असेल, तर सोलनॉइड प्रवाहामुळे चुंबकीय क्षेत्र H निर्माण होते या व्यतिरिक्त, रॉडच्या चुंबकीकृत सामग्रीमध्ये अणू द्विध्रुवांच्या क्रमाने चुंबकीकरण एम तयार होते. या प्रकरणात, एकूण चुंबकीय प्रवाह वास्तविक आणि अँपिअर प्रवाहांच्या बेरजेने निर्धारित केले जाते, जेणेकरून B = m0(H + Ha), किंवा B = m0(H + M). M/H या गुणोत्तराला चुंबकीय संवेदनशीलता म्हणतात आणि ग्रीक अक्षर c ने दर्शविले जाते; c हे एक परिमाण नसलेले प्रमाण आहे जे चुंबकीय क्षेत्रात चुंबकीकरण करण्याची सामग्रीची क्षमता दर्शवते.
चुंबकीय गुणधर्म दर्शविणारे B/H मूल्य
सामग्रीला चुंबकीय पारगम्यता असे म्हणतात आणि ते ma द्वारे दर्शविले जाते, जेथे ma = m0m, जेथे ma परिपूर्ण आहे आणि m ही सापेक्ष पारगम्यता आहे, m = 1 + c. फेरोमॅग्नेटिक पदार्थांमध्ये, c चे मूल्य खूप मोठे असू शकते - 10 4-10 6 पर्यंत. पॅरामॅग्नेटिक सामग्रीसाठी c चे मूल्य शून्यापेक्षा किंचित मोठे आहे आणि डायमॅग्नेटिक सामग्रीसाठी ते थोडे कमी आहे. केवळ व्हॅक्यूममध्ये आणि अत्यंत कमकुवत क्षेत्रांमध्ये c आणि m स्थिर आणि बाह्य क्षेत्रापासून स्वतंत्र असतात. H वर इंडक्शन B चे अवलंबित्व सामान्यतः नॉन-रेखीय असते आणि त्याचे आलेख, तथाकथित असतात. चुंबकीकरण वक्र, साठी विविध साहित्यआणि वेगवेगळ्या तापमानात देखील लक्षणीय फरक असू शकतो (अशा वक्रांची उदाहरणे अंजीर 2 आणि 3 मध्ये दर्शविली आहेत). पदार्थाचे चुंबकीय गुणधर्म अतिशय गुंतागुंतीचे आहेत, आणि त्यांच्या संरचनेच्या सखोल आकलनासाठी अणूंची रचना, त्यांचे रेणूंमधील परस्परसंवाद, वायूंमधील त्यांची टक्कर आणि घन आणि द्रवपदार्थांमध्ये त्यांचा परस्पर प्रभाव यांचे सखोल विश्लेषण आवश्यक आहे; द्रव्यांच्या चुंबकीय गुणधर्मांचा अजूनही कमीत कमी अभ्यास केला जातो. - ताकद असलेली फील्ड Н?0.5=1.0 ME (सीमा सशर्त आहे). S. m. p. चे कमी मूल्य कमाल शी संबंधित आहे. स्थिर फील्डचे मूल्य = 500 kOe, ज्यामध्ये आधुनिक पद्धतीने प्रवेश केला जाऊ शकतो. तंत्र, अप्पर फील्ड 1 ME, अगदी अल्पकालीन. शिंगावर आघात... भौतिक विश्वकोश
भौतिकशास्त्राची शाखा जी घन पदार्थांची रचना आणि गुणधर्म यांचा अभ्यास करते. घन पदार्थांच्या सूक्ष्म संरचना आणि भौतिक आणि वरील वैज्ञानिक डेटा रासायनिक गुणधर्मनवीन साहित्य आणि तांत्रिक उपकरणांच्या विकासासाठी त्यांचे घटक अणू आवश्यक आहेत. भौतिकशास्त्र...... कॉलियर एनसायक्लोपीडिया
भौतिकशास्त्राची शाखा ज्याचे ज्ञान समाविष्ट आहे स्थिर वीज, विद्युत प्रवाह आणि चुंबकीय घटना. इलेक्ट्रोस्टॅटिक्स इलेक्ट्रोस्टॅटिक्स विश्रांती इलेक्ट्रिक चार्जेसशी संबंधित घटनांशी संबंधित आहे. दरम्यान कार्यरत असलेल्या शक्तींची उपस्थिती ... ... कॉलियर एनसायक्लोपीडिया
- (प्राचीन ग्रीक भौतिक निसर्ग पासून). प्राचीन लोकांनी भौतिकशास्त्राला आसपासच्या जगाचा आणि नैसर्गिक घटनांचा अभ्यास म्हटले. भौतिकशास्त्र या शब्दाची ही समज 17 व्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत जपली गेली. नंतर, अनेक विशेष शाखा दिसू लागल्या: रसायनशास्त्र, जे गुणधर्मांचा अभ्यास करते ... ... कॉलियर एनसायक्लोपीडिया
अणू आणि अणु केंद्रके यांच्या संबंधातील क्षण या शब्दाचा अर्थ पुढीलप्रमाणे असू शकतो: 1) स्पिन मोमेंट किंवा स्पिन, 2) चुंबकीय द्विध्रुवीय क्षण, 3) विद्युत चतुर्भुज क्षण, 4) इतर विद्युत आणि चुंबकीय क्षण. वेगळे प्रकार… … कॉलियर एनसायक्लोपीडिया
फेरोमॅग्नेटिझमचे इलेक्ट्रिकल अॅनालॉग. ज्याप्रमाणे फेरोमॅग्नेटिक पदार्थांमध्ये, जेव्हा ते चुंबकीय क्षेत्रात ठेवतात, तेव्हा एक अवशिष्ट चुंबकीय ध्रुवीकरण (क्षण) दिसून येते, फेरोइलेक्ट्रिक डायलेक्ट्रिक्समध्ये विद्युत क्षेत्र,… … कॉलियर एनसायक्लोपीडिया
आम्ही आमच्या साइटच्या सर्वोत्तम सादरीकरणासाठी कुकीज वापरत आहोत. ही साइट वापरणे सुरू ठेवून, तुम्ही याच्याशी सहमत आहात. ठीक आहे
चुंबकीय क्षेत्र दर्शविणारे मुख्य वेक्टर प्रमाण म्हणजे चुंबकीय प्रेरण बी आणि चुंबकीकरण
चुंबकीय प्रेरण बी हे विद्युत् प्रवाहावरील चुंबकीय क्षेत्राच्या जबरदस्त प्रभावाने निर्धारित केलेले वेक्टर प्रमाण आहे (पहा Ch. 21).
चुंबकीकरण J हा पदार्थाच्या एकक खंडाचा चुंबकीय क्षण आहे.
या दोन मूल्यांव्यतिरिक्त, चुंबकीय क्षेत्र हे चुंबकीय क्षेत्र H च्या सामर्थ्याने वैशिष्ट्यीकृत आहे.
तीन प्रमाण - खालील संबंधाने एकमेकांशी संबंधित आहेत:
SI मध्ये, इंडक्शन B चे एकक टेस्ला आहे किंवा Wb / cm2 च्या एकाधिक युनिट्समध्ये, आणि CGSM प्रणालीमध्ये - गॉस).
चुंबकीकरण J आणि फील्ड सामर्थ्य H चे एकक अँपिअर प्रति मीटर (A / m) आहे, आणि CGSM प्रणालीमध्ये - oersted (E).
चुंबकीकरण J हा एक सदिश आहे ज्याची दिशा दिलेल्या बिंदूच्या दिशेशी जुळते असे गृहीत धरले जाते:
गुणांक आणि फेरोमॅग्नेटिक पदार्थांसाठीचे कार्य आहे. (14.2) मध्ये (14.1) बदलून आणि दर्शवितो की आपल्याला मिळते
व्हॅक्यूमच्या चुंबकीय गुणधर्मांचे एक स्थिर वैशिष्ट्य कोठे आहे; - परिपूर्ण चुंबकीय पारगम्यता.
SI मध्ये फेरोमॅग्नेटिक पदार्थांसाठी एक कार्य आहे.
विशिष्ट पृष्ठभागाद्वारे चुंबकीय प्रवाह Ф हा या पृष्ठभागाद्वारे चुंबकीय प्रेरण वेक्टरचा प्रवाह आहे:
पृष्ठभाग घटक कुठे आहे
SI मध्ये, चुंबकीय प्रवाहाचे एकक वेबर (Wb) आहे; SGSM मध्ये - मॅक्सवेल.
चुंबकीय सर्किट्सची गणना करताना, सामान्यतः दोन प्रमाण वापरले जातात: चुंबकीय प्रेरण बी आणि चुंबकीय क्षेत्र शक्ती.
गणनेमध्ये चुंबकीकरण, नियमानुसार, वापरले जात नाही [आवश्यक असल्यास, B च्या संबंधित मूल्यांशी संबंधित मूल्य आणि नेहमी सूत्र (14.1) वापरून शोधले जाऊ शकते].
हे ज्ञात आहे की फेरो- आणि फेरीमॅग्नेटिक बॉडीमध्ये उत्स्फूर्त (उत्स्फूर्त) चुंबकीकरणाचे क्षेत्र असतात. प्रत्येक प्रदेशाची चुंबकीय स्थिती चुंबकीकरण वेक्टरद्वारे दर्शविली जाते. चुंबकीकरण वेक्टरची दिशा अंतर्गत लवचिक ताण आणि फेरोमॅग्नेटिक बॉडीच्या क्रिस्टल स्ट्रक्चरवर अवलंबून असते.
फेरो (फेरी) चुंबकीय शरीराच्या वैयक्तिक क्षेत्रांचे चुंबकीकरण वेक्टर, ज्यावर बाह्य चुंबकीय क्षेत्राचा परिणाम होत नाही, तितकेच संभाव्यतः वेगवेगळ्या दिशेने निर्देशित केले जातात. म्हणून, या शरीराच्या बाहेरील जागेत, शरीराचे चुंबकीकरण स्वतः प्रकट होत नाही. तथापि, जर ते बाह्य क्षेत्र R मध्ये ठेवले असेल, तर त्याच्या प्रभावाखाली वैयक्तिक क्षेत्रांच्या चुंबकीकरणावरील वेक्टर फील्डच्या अनुषंगाने फिरतील. या प्रकरणात, फेरोमॅग्नेटिक बॉडी ठेवण्यापूर्वी शरीरातील परिणामी क्षेत्राचे प्रेरण बाह्य क्षेत्राच्या चुंबकीय प्रेरणापेक्षा अनेक पटीने जास्त असू शकते.
असंख्य प्रयोग असे सूचित करतात की चुंबकीय क्षेत्रामध्ये ठेवलेले सर्व पदार्थ चुंबकीकृत आहेत आणि त्यांचे स्वतःचे चुंबकीय क्षेत्र तयार करतात, ज्याची क्रिया बाह्य चुंबकीय क्षेत्राच्या क्रियेत जोडली जाते:
पदार्थामध्ये क्षेत्राचे चुंबकीय प्रेरण कोठे आहे; - व्हॅक्यूममध्ये क्षेत्राचे चुंबकीय प्रेरण, - पदार्थाच्या चुंबकीकरणामुळे क्षेत्राचे चुंबकीय प्रेरण.
या प्रकरणात, पदार्थ चुंबकीय क्षेत्र मजबूत किंवा कमकुवत करू शकतो. बाह्य चुंबकीय क्षेत्रावरील पदार्थाचा प्रभाव पदार्थाच्या चुंबकीय पारगम्यता नावाच्या मूल्याद्वारे दर्शविला जातो.
चुंबकीय पारगम्यतादिलेल्या पदार्थातील चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण व्हॅक्यूममधील चुंबकीय क्षेत्र प्रेरणापेक्षा किती वेळा वेगळे आहे हे दर्शविणारे भौतिक स्केलर मूल्य आहे.
बाह्य चुंबकीय क्षेत्र कमकुवत करणारे पदार्थ म्हणतात डायमॅग्नेट्स(बिस्मथ, नायट्रोजन, हेलियम, कार्बन डायऑक्साइड, पाणी, चांदी, सोने, जस्त, कॅडमियम इ.).
बाह्य चुंबकीय क्षेत्र वाढवणारे पदार्थ - पॅरामॅग्नेट(अॅल्युमिनियम, ऑक्सिजन, प्लॅटिनम, तांबे, कॅल्शियम, क्रोमियम, मॅंगनीज, कोबाल्ट लवण इ.).
डायमॅग्नेट्स >१ साठी. परंतु दोन्ही प्रकरणांमध्ये, 1 मधील फरक लहान आहे (एका युनिटचा अनेक दहा-हजारवा किंवा शंभर-हजारवा भाग). तर, उदाहरणार्थ, बिस्मथ = ०.९९९८ = १.०००.
काही पदार्थ (लोह, कोबाल्ट, निकेल, गॅडोलिनियम आणि विविध मिश्रधातू) बाह्य क्षेत्रात खूप मोठ्या प्रमाणात वाढ करतात. त्यांना म्हणतात फेरोमॅग्नेट्स. त्यांच्यासाठी = 10 3 -10 5 .
प्रथमच, एम्पेरे यांनी शरीरात चुंबकीय गुणधर्म असलेल्या कारणांचे स्पष्टीकरण दिले. त्याच्या गृहीतकानुसार, प्राथमिक विद्युत प्रवाह रेणू आणि अणूंच्या आत फिरतात, जे कोणत्याही पदार्थाचे चुंबकीय गुणधर्म निर्धारित करतात.
हे आता स्थापित केले गेले आहे की सर्व अणू आणि प्राथमिक कणांमध्ये खरोखर चुंबकीय गुणधर्म आहेत. अणूंचे चुंबकीय गुणधर्म प्रामुख्याने त्यांच्या घटक इलेक्ट्रॉनद्वारे निर्धारित केले जातात.
ई. रदरफोर्ड आणि एन. बोहर यांनी प्रस्तावित केलेल्या अणूच्या अर्धशास्त्रीय मॉडेलनुसार, अणूंमधील इलेक्ट्रॉन बंद कक्षामध्ये केंद्रकाभोवती फिरतात (प्रथम अंदाजानुसार, ते वर्तुळाकार आहेत असे आपण गृहीत धरू शकतो). इलेक्ट्रॉनची हालचाल प्राथमिक वर्तुळाकार प्रवाह म्हणून दर्शविली जाऊ शकते, जेथे e इलेक्ट्रॉनचा चार्ज आहे, v ही कक्षामध्ये इलेक्ट्रॉनच्या फिरण्याची वारंवारता आहे. हा प्रवाह एक चुंबकीय क्षेत्र बनवतो, जो चुंबकीय क्षणाद्वारे दर्शविला जातो, त्याचे मॉड्यूलस सूत्राद्वारे निर्धारित केले जाते, जेथे S हे कक्षाचे क्षेत्र असते.
न्यूक्लियसभोवतीच्या हालचालीमुळे इलेक्ट्रॉनचा चुंबकीय क्षण म्हणतात कक्षीय चुंबकीय क्षण. परिभ्रमण चुंबकीय क्षण हे वेक्टर प्रमाण आहे आणि दिशा उजव्या हाताच्या स्क्रूच्या नियमाद्वारे निर्धारित केली जाते. जर इलेक्ट्रॉन घड्याळाच्या दिशेने फिरत असेल (चित्र 1), तर प्रवाह घड्याळाच्या उलट दिशेने (सकारात्मक चार्जच्या दिशेने) निर्देशित केले जातात आणि सदिश कक्षाच्या समतलाला लंब असतो.
अणूमधील वेगवेगळ्या इलेक्ट्रॉनांच्या कक्षा एकरूप होत नसल्यामुळे, त्यांचे चुंबकीय क्षण एकमेकांकडे वेगवेगळ्या कोनातून निर्देशित केले जातात. मल्टी-इलेक्ट्रॉन अणूचा परिणामी परिभ्रमण चुंबकीय क्षण वैयक्तिक इलेक्ट्रॉनच्या कक्षीय चुंबकीय क्षणांच्या वेक्टर बेरीजच्या बरोबरीचा असतो.
अंशतः भरलेले इलेक्ट्रॉन शेल असलेल्या अणूंमध्ये एक अप्रतिमक्षीय कक्षीय चुंबकीय क्षण असतो. भरलेल्या इलेक्ट्रॉन शेल असलेल्या अणूंमध्ये, ते 0 च्या बरोबरीचे असते.
परिभ्रमण चुंबकीय क्षणाव्यतिरिक्त, इलेक्ट्रॉन देखील आहे स्वतःचा (स्पिन) चुंबकीय क्षण, ज्याची प्रथम स्थापना ओ. स्टर्न आणि व्ही. गेर्लाच यांनी 1922 मध्ये केली होती. इलेक्ट्रॉनमधील चुंबकीय क्षेत्राचे अस्तित्व त्याच्या स्वतःच्या अक्षाभोवती फिरण्याद्वारे स्पष्ट केले गेले होते, जरी एखाद्याने अक्षरशः इलेक्ट्रॉनची तुलना फिरत्या चार्ज केलेल्या बॉलशी करू नये (शीर्ष ).
हे विश्वसनीयरित्या स्थापित केले गेले आहे की इलेक्ट्रॉनचे चुंबकीय क्षेत्र हे त्याचे वस्तुमान आणि चार्ज सारखेच अविभाज्य गुणधर्म आहे. इलेक्ट्रॉन, अगदी खडबडीत अंदाजे, विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्रांनी वेढलेला एक अतिशय लहान चेंडू म्हणून दर्शविला जाऊ शकतो (चित्र 2). सर्व इलेक्ट्रॉन्सचे चुंबकीय क्षेत्र सारखेच असतात, त्यांचे वस्तुमान आणि शुल्क सारखे असतात. फिरकी चुंबकीय क्षण हा रोटेशनच्या अक्षाच्या बाजूने निर्देशित केलेला वेक्टर आहे. ते फक्त दोन मार्गांनी स्वतःला दिशा देऊ शकते: एकतर बाजूने... किंवा विरुद्ध... जर इलेक्ट्रॉन आहे त्या ठिकाणी बाह्य चुंबकीय क्षेत्र असेल, तर क्षेत्राच्या बाजूने किंवा क्षेत्राच्या विरुद्ध. क्वांटम फिजिक्समध्ये दाखवल्याप्रमाणे, त्याच मध्ये ऊर्जा स्थितीफक्त दोन इलेक्ट्रॉन असू शकतात ज्यांचे स्पिन चुंबकीय क्षण विरुद्ध आहेत (पौली तत्त्व).
मल्टीइलेक्ट्रॉन अणूंमध्ये, वैयक्तिक इलेक्ट्रॉनचे फिरकी चुंबकीय क्षण, ऑर्बिटल क्षणांप्रमाणे, वेक्टर म्हणून जोडले जातात. या प्रकरणात, भरलेल्या इलेक्ट्रॉन शेल असलेल्या अणूंसाठी अणूचा परिणामी फिरकी चुंबकीय क्षण 0 आहे.
अणूचा (रेणू) एकूण चुंबकीय क्षण अणूमध्ये (रेणू) प्रवेश करणार्‍या इलेक्ट्रॉनच्या चुंबकीय क्षणांच्या (ऑर्बिटल आणि स्पिन) वेक्टर बेरीजच्या समान असतो:
डायमॅग्नेट्समध्ये अणू असतात ज्यांना बाह्य चुंबकीय क्षेत्राच्या अनुपस्थितीत त्यांचे स्वतःचे चुंबकीय क्षण नसतात, कारण सर्व फिरकी आणि सर्व कक्षीय चुंबकीय क्षणांची भरपाई केली जाते.
बाह्य चुंबकीय क्षेत्र डायमॅग्नेटच्या संपूर्ण अणूवर कार्य करत नाही, परंतु अणूच्या वैयक्तिक इलेक्ट्रॉनांवर कार्य करते, ज्यांचे चुंबकीय क्षण शून्य असतात. आत येऊ द्या हा क्षणइलेक्ट्रॉन वेग बाह्य क्षेत्राच्या चुंबकीय प्रेरणाने एक विशिष्ट कोन (चित्र 3) बनवतो.
घटकामुळे, लॉरेन्ट्झ फोर्स (चित्र 3 मध्ये आमच्या दिशेने निर्देशित) इलेक्ट्रॉनवर कार्य करेल, ज्यामुळे वर्तुळात अतिरिक्त (इतर हालचाली वगळता ज्यामध्ये इलेक्ट्रॉन फील्डच्या अनुपस्थितीत भाग घेतो) हालचाल करेल. परंतु ही हालचाल एक अतिरिक्त गोलाकार प्रवाह आहे, जो एक चुंबकीय क्षेत्र तयार करेल, जो चुंबकीय क्षण (प्रेरित) द्वारे दर्शविला जाईल, ज्याच्या दिशेने उजव्या स्क्रूच्या नियमानुसार निर्देशित केले जाईल. परिणामी, डायमॅग्नेट्स बाह्य चुंबकीय क्षेत्र कमकुवत करतात.
परमॅग्नेट्स हे अणूंचे बनलेले असतात ज्यात अणूचा निव्वळ चुंबकीय क्षण असतो. बाह्य क्षेत्राच्या अनुपस्थितीत, हे क्षण यादृच्छिकपणे केंद्रित असतात आणि संपूर्ण पदार्थ स्वतःभोवती चुंबकीय क्षेत्र तयार करत नाही. जेव्हा पॅरामॅग्नेट चुंबकीय क्षेत्रात ठेवतात, प्रमुखफील्डच्या बाजूने वेक्टरचे अभिमुखता (हे कणांच्या थर्मल मोशनद्वारे प्रतिबंधित केले जाते). अशाप्रकारे, पॅरामॅग्नेट चुंबकीकृत आहे, त्याचे स्वतःचे चुंबकीय क्षेत्र तयार करते, बाह्य क्षेत्राशी एकरूप होऊन ते वाढवते. या प्रभावाला पॅरामॅग्नेटिक म्हणतात. जेव्हा बाह्य चुंबकीय क्षेत्र शून्यावर कमकुवत होते, तेव्हा थर्मल मोशनमुळे चुंबकीय क्षणांच्या अभिमुखतेचे उल्लंघन होते आणि पॅरामॅग्नेट डिमॅग्नेटाइज्ड होते. पॅरामॅग्नेट्समध्ये, डायमॅग्नेटिक प्रभाव देखील दिसून येतो, परंतु तो पॅरामॅग्नेटिकपेक्षा खूपच कमकुवत असतो.
एमपीमध्ये ठेवलेले पदार्थ वेगळ्या पद्धतीने वागतात. सोने, चांदी, तांबे, जस्त इत्यादी अनेक पदार्थ पदार्थाच्या आतील चुंबकीय क्षेत्राला किंचित कमकुवत करतात. त्यांना डायमॅग्नेट म्हणतात. प्लॅटिनम, मॅग्नेशियम, अॅल्युमिनियम, क्रोमियम, पॅलेडियम, अल्कली धातू, ऑक्सिजन इ., उलटपक्षी, चुंबकीय क्षेत्र किंचित वाढवते. त्यांना paramagnets म्हणतात.
ज्या पदार्थांमध्ये त्यांचे स्वतःचे (अंतर्गत) MF शेकडो आणि हजारो वेळा उद्भवलेल्या बाह्य MF पेक्षा जास्त असू शकतात त्यांना फेरोमॅग्नेट म्हणतात. यामध्ये लोहाचा समावेश आहे (फे)कोबाल्ट (को), निकेल (№), काही दुर्मिळ पृथ्वी घटक, तसेच या घटकांवर आधारित मिश्रधातू.
इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकीमध्ये, सर्व पदार्थांचे चुंबकीय (फेरोमॅग्नेट्स) आणि नॉन-चुंबकीय (डायमॅग्नेट्स आणि पॅरामॅग्नेट्स) मध्ये उपविभाजित करण्याची प्रथा आहे.
बाह्य चुंबकीय क्षेत्राच्या क्रियेत नॉन-चुंबकीय पदार्थांमधील चुंबकीय क्षेत्र अक्षरशः अपरिवर्तित राहत असल्याने, फेरोमॅग्नेट्स विशेष स्वारस्यपूर्ण आहेत.
फेरोमॅग्नेटिझम हे चुंबकीय क्षेत्रांच्या पदार्थातील उपस्थितीमुळे होते - डोमेन ज्यामध्ये अणूंच्या चुंबकीय क्षणांची दिशा समान असते. तत्वतः, प्रत्येक डोमेन एक लहान चुंबक आहे.
फेरोमॅग्नेटमध्ये मोठ्या संख्येने डोमेन असतात, जे बाह्य चुंबकीय क्षेत्राच्या अनुपस्थितीत, अनियंत्रित मार्गाने निर्देशित केले जातात, जेणेकरून फेरोमॅग्नेट गैर-चुंबकीय राहते. जेव्हा फेरोमॅग्नेट बाह्य MF मध्ये ठेवला जातो, तेव्हा डोमेन स्वतःला बाह्य MF च्या बलाच्या रेषांच्या दिशेने निर्देशित करण्यास सुरवात करतात. बाह्य MF च्या तीव्रतेत आणखी वाढ झाल्यामुळे, सर्व डोमेन MF शक्तीच्या ओळींसह स्थापित केले जातात. चुंबकीय संपृक्तता सेट होते आणि चुंबकीकरण जवळजवळ वाढत नाही. जर आपण आता बाह्य एमएफची तीव्रता शून्यावर कमी केली, तर डोमेनच्या अभिमुखतेचे केवळ अंशतः उल्लंघन केले जाईल, म्हणून फेरोमॅग्नेटचे चुंबकीकरण कमी होते, परंतु शून्यावर नाही. नमुन्याचे अवशिष्ट चुंबकीकरण नष्ट करण्यासाठी, विरुद्ध दिशेने बाह्य चुंबकीय क्षेत्र लागू करणे आवश्यक आहे. अशा MF च्या तीव्रतेला जबरदस्ती बल म्हणतात एन एस.प्रत्येक फेरोमॅग्नेटसाठी, एक तापमान असते ज्याच्या वर त्याचे फेरोमॅग्नेटिक गुणधर्म अदृश्य होतात. त्याला क्युरी पॉइंट म्हणतात. लोखंडासाठी, क्युरी पॉइंट 768 °C, निकेलसाठी - 358 °C, आणि कोबाल्टसाठी - 1120 °C आहे.
एमएफ इंडक्शनची गणना करण्यासाठी एटीफेरोमॅग्नेटमध्ये, एक अभिव्यक्ती वापरली जाते जी सामग्रीचे चुंबकीकरण करण्याची क्षमता विचारात घेते, ब =|d 0 | l g H = |l a n,कुठे एच- बाह्य एमएफचा ताण; x r- सामग्रीची सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता; |i a - सामग्रीची परिपूर्ण चुंबकीय पारगम्यता.
लोहचुंबकांचे गुणधर्म विचारात घेतले जातात |g (. म्हणून, फेरोमॅग्नेट्ससाठी » 1, तर बिगर चुंबकीय सामग्रीसाठी Z, = 1.
फेरोमॅग्नेट्सची मुख्य वैशिष्ट्ये म्हणजे चुंबकीकरण वक्र H(H)आणि हिस्टेरेसिस लूप (चित्र 6.5, अ). हिस्टेरेसिस लूप मिळविण्यासाठी, सहजतेने वाढवणे आवश्यक आहे एचशून्य ते /Y 1mx, आणि नंतर कमी करा एचआधी -एन
चुंबकीकरणाच्या चक्रांच्या मालिकेनंतर, एक बंद वक्र प्राप्त होतो, ज्याला हिस्टेरेसिस लूप म्हणतात. /Ymax च्या भिन्न मूल्यांसाठी, हिस्टेरेसिस लूपचे एक कुटुंब प्राप्त केले जाते (चित्र 6.5.6). जर MF शक्तीची परिमाण ज्या मूल्यावर चुंबकीय संपृक्तता येते त्यापेक्षा जास्त असेल, म्हणजे. /U||gah> एच एस,मग लूपचे परिमाण यापुढे वाढणार नाहीत, फक्त हिस्टेरेसिस-मुक्त विभाग वाढतात (चित्र 6.5, अ मध्ये 1-2 आणि 5-6). अशा लूपला लिमिटिंग हिस्टेरेसिस लूप म्हणतात.
तांदूळ. ६.५. फेरोमॅग्नेट्सच्या चुंबकीकरणाचे वक्र: a - हिस्टेरेसिस लूप; b - आंशिक आणि मर्यादा चक्र
प्रथम एमपीमध्ये ठेवलेल्या फेरोमॅग्नेटिक सामग्रीचे चुंबकीकरण 0-1 रेषेसह चालते. लिमिटिंग हिस्टेरेसिस लूपचे बिंदू 8 आणि 4 जबरदस्ती शक्तीशी संबंधित आहेत //.(-//.), आणि बिंदू 3 आणि 7 अवशिष्ट इंडक्शनची मूल्ये देतात V g (~Vजी).
सर्व हिस्टेरेसिस वक्रांच्या कुटुंबातील शिरोबिंदू जोडून, आम्हाला फेरोमॅग्नेटचे मुख्य चुंबकीकरण वक्र मिळते. हा वक्र प्रामुख्याने तांत्रिक गणनेत वापरला जातो आणि जवळजवळ मूळ 0-1 चुंबकीकरण वक्र (अंजीर पहा. ६.५अ).सोयीसाठी, हे केवळ सकारात्मक मूल्यांसाठी दिले जाते.
तांदूळ. ६.६.
1 - चुंबकीय मऊ; 2 - चुंबकीयदृष्ट्या कठोर
अंजीर वर. 6.6 विविध चुंबकीय सामग्रीसाठी हिस्टेरेसिस लूप दर्शविते. सक्तीच्या शक्तीच्या मूल्यावर अवलंबून, सर्व चुंबकीय पदार्थ सामान्यतः चुंबकीयदृष्ट्या मऊ (वक्र 1) आणि चुंबकीयदृष्ट्या कठोर (वक्र 2) मध्ये विभागले जातात.
चुंबकीय मऊसामग्रीमध्ये कमी जबरदस्ती शक्ती आणि तुलनेने अरुंद हिस्टेरेसिस लूप असते. या गटात इलेक्ट्रिकल स्टील, परमॅलॉय, फेराइट्स समाविष्ट आहेत. ही सामग्री इलेक्ट्रिकल उपकरणांमध्ये वापरली जाते, जसे की इलेक्ट्रिक कार, ट्रान्सफॉर्मर, विद्युत उपकरणे इ.
चुंबकीय कठोरसामग्रीमध्ये मोठी जबरदस्ती शक्ती आणि विस्तृत हिस्टेरेसिस लूप असते. चुंबकीय असल्याने, चुंबकीय क्षेत्र काढून टाकल्यानंतरही ते त्यांचे चुंबकीकरण टिकवून ठेवतात. कायमस्वरूपी चुंबक अशा सामग्रीपासून बनवले जातात, जे विविध उपकरणांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.
पदार्थाचे चुंबकीकरण.स्थायी चुंबक केवळ तुलनेने काही पदार्थांपासून बनवले जाऊ शकतात, परंतु चुंबकीय क्षेत्रात ठेवलेले सर्व पदार्थ चुंबकीय बनतात, म्हणजेच ते स्वतःच चुंबकीय क्षेत्राचे स्त्रोत बनतात. परिणामी, पदार्थाच्या उपस्थितीत चुंबकीय प्रेरणाचा वेक्टर व्हॅक्यूममधील चुंबकीय प्रेरणाच्या वेक्टरपेक्षा वेगळा असतो.
अँपियरची गृहितक.शरीरात चुंबकीय गुणधर्म का असतात याचे कारण फ्रेंच शास्त्रज्ञ अँपेरे यांनी स्थापित केले होते. प्रथम, ऑर्स्टेडच्या प्रयोगांमध्ये चुंबकीय सुई विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या कंडक्टरजवळ वळताना पाहण्याच्या थेट प्रभावाखाली, ल्मियरने सुचवले की पृथ्वीचे चुंबकत्व आत जाणाऱ्या प्रवाहांमुळे होते. जग. मुख्य पाऊल उचलले गेले: शरीराचे चुंबकीय गुणधर्म त्याच्या आत फिरत असलेल्या प्रवाहांद्वारे स्पष्ट केले जाऊ शकतात. पुढे, Ampère एक सामान्य निष्कर्षापर्यंत पोहोचला: कोणत्याही शरीराचे चुंबकीय गुणधर्म त्याच्या आत असलेल्या बंद विद्युत प्रवाहांद्वारे निर्धारित केले जातात. चुंबकीय परस्परक्रिया म्हणजे प्रवाहांचे परस्परसंवाद आहेत या स्पष्ट विधानापर्यंत प्रवाहांद्वारे शरीराच्या चुंबकीय गुणधर्मांचे स्पष्टीकरण करण्याच्या शक्यतेपासूनची ही निर्णायक पायरी अॅम्पेअरच्या महान वैज्ञानिक धैर्याचा पुरावा आहे.
अॅम्पेअरच्या गृहीतकानुसार, प्राथमिक विद्युत प्रवाह रेणू आणि अणूंच्या आत फिरतात. (आता आपल्याला चांगले माहित आहे की हे प्रवाह अणूंमधील इलेक्ट्रॉनच्या हालचालीमुळे तयार होतात.) जर हे प्रवाह ज्या विमानांमध्ये फिरतात ते रेणूंच्या थर्मल हालचालीमुळे एकमेकांच्या संदर्भात यादृच्छिकपणे स्थित असतील (चित्र 1.28, अ) , नंतर त्यांच्या कृतींची परस्पर भरपाई केली जाते आणि शरीर कोणतेही चुंबकीय गुणधर्म दर्शवत नाही. चुंबकीय अवस्थेत, शरीरातील प्राथमिक प्रवाह ओरिएंटेड असतात जेणेकरून त्यांच्या क्रिया जोडल्या जातील (चित्र 1.28, बी).
चुंबकीय क्षेत्रामध्ये विद्युत प्रवाह असलेली चुंबकीय सुई आणि फ्रेम (सर्किट) सारखेच का वागतात (§ 2 पहा) हे अँपिअरचे गृहितक स्पष्ट करते. बाण त्याच प्रकारे ओरिएंटेड लहान विद्युत-वाहक सर्किट्सचा संग्रह म्हणून पाहिला जाऊ शकतो.
सर्वात मजबूत चुंबकीय क्षेत्र फेरोमॅग्नेट्स नावाच्या पदार्थांद्वारे तयार केले जाते. चुंबकीय क्षेत्रे फेरोमॅग्नेट्सद्वारे केवळ केंद्रकाभोवती इलेक्ट्रॉनच्या परिभ्रमणामुळेच नव्हे तर त्यांच्या स्वतःच्या फिरण्यामुळे देखील तयार होतात.
इलेक्ट्रॉनच्या आंतरिक टॉर्कला (वेग) स्पिन म्हणतात. इलेक्ट्रॉन्स नेहमी त्यांच्या अक्षाभोवती फिरताना दिसतात आणि त्यांच्याकडे प्रभार असल्याने केंद्राभोवती त्यांच्या परिभ्रमण हालचालीमुळे दिसणारे क्षेत्रासह चुंबकीय क्षेत्र तयार होते. फेरोमॅग्नेट्समध्ये, समांतर स्पिन ओरिएंटेशन असलेले क्षेत्र असतात ज्यांना डोमेन म्हणतात; डोमेन आकार सुमारे 0.5 μm आहे. स्पिनचे समांतर अभिमुखता किमान संभाव्य ऊर्जा सुनिश्चित करते. फेरोमॅग्नेट चुंबकीकृत नसल्यास, डोमेनचे अभिमुखता गोंधळलेले असते आणि डोमेनद्वारे तयार केलेले एकूण चुंबकीय क्षेत्र शून्य असते. जेव्हा बाह्य चुंबकीय क्षेत्र चालू केले जाते, तेव्हा डोमेन या क्षेत्राच्या चुंबकीय प्रेरण रेषांच्या बाजूने केंद्रित असतात आणि फेरोमॅग्नेट्समधील चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण वाढते, बाह्य क्षेत्राच्या प्रेरणापेक्षा हजारो आणि लाखो पटीने मोठे होते.
क्युरी तापमान.दिलेल्या फेरोमॅग्नेटसाठी काही विशिष्ट तापमानापेक्षा जास्त तापमानात, त्याचे फेरोमॅग्नेटिक गुणधर्म अदृश्य होतात. या तपमानाचा शोध लावणाऱ्या फ्रेंच शास्त्रज्ञाच्या नावावरून या तापमानाला क्युरी तापमान म्हणतात. जर तुम्ही चुंबकीय नखे पुरेसे गरम केले तर ते लोखंडी वस्तू स्वतःकडे आकर्षित करण्याची क्षमता गमावेल. लोहासाठी क्युरी तापमान 753°C, निकेलसाठी 365°C आणि कोबाल्टसाठी 1000°C आहे. फेरोमॅग्नेटिक मिश्र धातु आहेत ज्यांचे क्युरी तापमान 100 °C पेक्षा कमी आहे.
फेरोमॅग्नेट्सच्या चुंबकीय गुणधर्मांचा पहिला तपशीलवार अभ्यास उत्कृष्ट रशियन भौतिकशास्त्रज्ञ ए.जी. स्टोलेटोव्ह (१८३९-१८९६) यांनी केला.
फेरोमॅग्नेट्स आणि त्यांचे अनुप्रयोग.निसर्गात इतके फेरोमॅग्नेटिक बॉडी नसले तरी, त्यांच्या चुंबकीय गुणधर्मांना सर्वात मोठा व्यावहारिक उपयोग प्राप्त झाला आहे. कॉइलमधील लोखंड किंवा स्टील कोर कॉइलमधील विद्युत् प्रवाह न वाढवता त्याद्वारे तयार केलेले चुंबकीय क्षेत्र अनेक पटींनी वाढवते. त्यामुळे विजेची बचत होते. ट्रान्सफॉर्मर, जनरेटर, इलेक्ट्रिक मोटर्स इत्यादींचे कोर फेरोमॅग्नेट्सपासून बनवले जातात.
बाह्य चुंबकीय क्षेत्र बंद केल्यावर, फेरोमॅग्नेट चुंबकीय राहते, म्हणजेच ते आसपासच्या जागेत चुंबकीय क्षेत्र तयार करते. हे या वस्तुस्थितीमुळे आहे की डोमेन त्यांच्या मागील स्थितीकडे परत येत नाहीत आणि त्यांचे अभिमुखता अंशतः संरक्षित आहे. यामुळे, कायम चुंबक आहेत.
विद्युत मोजमाप यंत्रे, लाऊडस्पीकर आणि टेलिफोन, ध्वनी रेकॉर्डरमध्ये स्थायी चुंबकांचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. चुंबकीय होकायंत्रइ.
फेराइट्स हे फेरोमॅग्नेटिक पदार्थ आहेत जे विद्युत प्रवाह चालवत नाहीत. ते प्रतिनिधित्व करतात रासायनिक संयुगेइतर पदार्थांच्या ऑक्साईडसह लोह ऑक्साइड. सुप्रसिद्ध फेरोमॅग्नेटिक पदार्थांपैकी एक - चुंबकीय लोह धातू - फेराइट आहे.
माहितीचे चुंबकीय रेकॉर्डिंग.फेरोमॅग्नेट्सचा वापर चुंबकीय टेप आणि पातळ चुंबकीय चित्रपट बनवण्यासाठी केला जातो. टेप रेकॉर्डरमधील ध्वनी रेकॉर्डिंगसाठी आणि व्हीसीआरमध्ये व्हिडिओ रेकॉर्डिंगसाठी चुंबकीय टेपचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो.
चुंबकीय टेप पीव्हीसी किंवा इतर साहित्याचा बनलेला एक लवचिक आधार आहे. त्यावर चुंबकीय वार्निशच्या स्वरूपात कार्यरत थर लावला जातो, ज्यामध्ये लोह किंवा इतर फेरोमॅग्नेट आणि बाइंडरचे अगदी लहान सुई-आकाराचे कण असतात.
इलेक्ट्रोमॅग्नेट वापरून टेपवर ध्वनी रेकॉर्ड केला जातो, ज्याचे चुंबकीय क्षेत्र ध्वनी कंपनेसह बदलते. जेव्हा टेप चुंबकीय डोक्याजवळ सरकते तेव्हा चित्रपटाचे विविध विभाग चुंबकीय केले जातात. चुंबकीय इंडक्शन हेडचा आकृती आकृती 1.29, a मध्ये दर्शविला आहे, जेथे 1 हा इलेक्ट्रोमॅग्नेटचा गाभा आहे; 2 - चुंबकीय टेप; 3 - कार्यरत अंतर; 4 - इलेक्ट्रोमॅग्नेट वळण.
ध्वनी वाजवताना, उलट प्रक्रिया दिसून येते: चुंबकीय टेप चुंबकीय डोक्यातील विद्युत सिग्नल उत्तेजित करते, जे प्रवर्धनानंतर, टेप रेकॉर्डरच्या स्पीकरला दिले जाते.
पातळ चुंबकीय फिल्म्समध्ये 0.03 ते 10 µm जाडी असलेल्या फेरोमॅग्नेटिक सामग्रीचा एक थर असतो.
ते इलेक्ट्रॉनिक संगणक (संगणक) च्या स्टोरेज उपकरणांमध्ये वापरले जातात. चुंबकीय टेप माहिती रेकॉर्ड, संग्रहित आणि पुनरुत्पादित करण्यासाठी डिझाइन केले आहेत. ते पातळ अॅल्युमिनियम डिस्क किंवा ड्रमवर लागू केले जातात. पारंपारिक टेप रेकॉर्डरप्रमाणेच माहिती रेकॉर्ड केली जाते आणि परत प्ले केली जाते. संगणकातील माहितीचे रेकॉर्डिंग चुंबकीय टेपवरही करता येते.
चुंबकीय रेकॉर्डिंग तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे चुंबकीय मायक्रोहेड्सचा उदय झाला आहे, जे संगणकांमध्ये वापरले जातात, ज्यामुळे तुम्हाला चुंबकीय रेकॉर्डिंगची पूर्वी अकल्पनीय घनता तयार करता येते. 8 सेमीपेक्षा कमी व्यासाची फेरोमॅग्नेटिक हार्ड डिस्क अनेक टेराबाइट्स (10 12 बाइट) माहिती साठवते. अशा डिस्कवरील माहिती वाचणे आणि लिहिणे हे रोटरी लीव्हर (चित्र 1.29, ब) वर स्थित मायक्रोहेड वापरून चालते. डिस्क स्वतःच प्रचंड वेगाने फिरते आणि डोके हवेच्या प्रवाहात त्याच्या वर तरंगते, जे होण्याची शक्यता टाळते. यांत्रिक नुकसानडिस्क
चुंबकीय क्षेत्रात ठेवलेले सर्व पदार्थ त्यांचे स्वतःचे क्षेत्र तयार करतात. सर्वात मजबूत क्षेत्रे फेरोमॅग्नेट्सद्वारे तयार केली जातात. स्थायी चुंबक त्यांच्यापासून बनलेले असतात, कारण चुंबकीय क्षेत्र बंद केल्यानंतर फेरोमॅग्नेटचे क्षेत्र नाहीसे होत नाही. फेरोमॅग्नेट्स सराव मध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात.
1. कोणत्या पदार्थांना फेरोमॅग्नेट म्हणतात!
2. फेरोमॅग्नेटिक सामग्री कोणत्या उद्देशांसाठी वापरली जाते!
३. संगणकात माहिती कशी नोंदवली जाते!