Magnetinės medžiagos, jų savybės, taikymas


Fizikos kursinis darbas. Magnetinės medžiagos, jų savybės, taikymas.


Įvairių medžiagų magnetinės savybes apsprendžia elektronų judėjimas medžiagos atomuose, o taip pat elektronų ir atomų magnetiniai momentai.

Sukamasis elektronų judėjimas apie atomų branduolius analogiškas tam tikro kontūro elektros srovės poveikiui ir sukuria magnetinį lauką, kuris pakankamame atstume atrodo kaip magnetinio dipolio laukas su magnetiniu momentu, kurio dydis lygus srovės ir kontūro, kuriuo teka srovė, ploto sandaugai. Magnetinis momentas yra vektorinis dydis ir nukreiptas iš šiaurės į pietų polių. Toks magnetinis momentas vadinamas orbitiniu.

Elektronas turi savo magnetinį momentą, kuris vadinamas spyno (sukinio) magnetiniu momentu.

Atomas yra sudėtinga magnetinė sistema, kurios suminis magnetinis momentas susidaro iš visų elektronų, protonų ir neutronų magnetinių momentų. Kadangi protonų ir neutronų magnetiniai momentai žymiai mažesni už elektronų magnetinius momentus, tai iš esmės atomų magnetines savybes apsprendžia elektronų magnetiniai momentai. Technikoje naudojamose medžiagose - tai spynų magnetiniai momentai.

Suminis atomo magnetinis momentas susidaro iš vektorinės atskirų atomo elektroninio apvalkalo elektronų orbitinių ir spynų magnetinių momentų sumos. Šios dvi magnetinių momentų rūšys gali pilnai arba dalinai susikompensuoti.

1. Visi magnetiniai momentai pilnai susikompensavę. Suminis magnetinis momentas lygus nuliui.

2. Susikompensavę tik visų elektronų spynų magnetiniai momentai. Suminis atomo magnetinis momentas susidaro iš nesukompensuotų elektronų orbitinių magnetinių momentų.

3. Orbitiniai elektronų magnetiniai momentai pilnai kompensuoti. Suminis atomo magnetinis momentas susidaro iš vektorinės elektronų spynų magnetinių momentų sumos.

4. Susikompensavusi tik dalis orbitinių ir dalis spynų magnetinių momentų. Suminis atomo magnetinis laukas priklauso nuo likusių nesukompensuotų magnetinių momentų.

Iš to išplaukia, kad medžiagų magnetinės savybės priklauso nuo medžiagos atomų elektronų judėjimo ir jų magnetinių momentų.

Diamagnetinės medžiagos sudarytos iš atomų, kurie neturi magnetinių momentų, t.y. visų atomo dalelių magnetiniai momentai susikompensavę. Veikiant išoriniu magnetiniu lauku diamagnetikų elektronų orbitos deformuojasi, ko pasėkoje susiindukuoja magnetinis momentas, silpninantis išorinį magnetinį momentą. Todėl tokiose medžiagose magnetinė indukcija mažesnė, negu būtų vakuume prie tokių pačių sąlygų. Jų lyginamoji magnetinė skvarba mažesnė už vienetą. Nuėmus išorinį magnetinį lauką indukuotas diamagnetiko magnetinis momentas, silpninantis išorinį magnetinį lauką, išnyksta.

Diamagnetikų magnetinis jautrumas yra neigiamas ir labai mažas (-105). Jis nepriklauso nuo temperatūros ir magnetinio lauko stiprumo.

Visos inertinės dujos, vandenilis, dauguma organinių medžiagų, vanduo, kai kurie metalai, pvz., Cu, Zn, Ag, Au, Be, Pb, Hg ir puslaidininkiai pvz., Se, Si, Ge, B yra diamagnetikai.

Paramagnetinės medžiagos pasižymi tuo, kad jų atomai turi magnetinius momentus, bet nesant išorinio magnetinio lauko dėl chaotinio jų išsidėstymo tokios medžiagos elgiasi kaip nemagnetinės medžiagos. Veikiant išoriniu magnetiniu lauku atomų magnetiniai momentai orientuojasi magnetinio lauko kryptimi ir sustiprina jį. Šiose medžiagose magnetinė indukcija didesnė, negu tokiomis pat sąlygomis vakuume. Jų magnetinis jautrumas teigiamas, ir siekia 10-5...10-2. Kaip ir diamagnetikams nepriklauso magnetinio lauko stiprumo tačiau priklauso nuo temperatūros (atvirkščiai proporcingai temperatūrai). Tai paaiškinama tuo, kad šiluminis judėjimas suardo tvarkingą magnetinių momentų išsidėstymą magnetinio lauko kryptimi. Lyginamoji paramagnetikų magnetinė skvarba didesnė už vienetą.

Taigi, išoriniame magnetiniame lauke paramagnetikai silpnai įsimagnetina, tačiau be išorinio magnetinio lauko jie yra nemagnetinės medžiagos.

Paramagnetikams priklauso kai kurie metalai pvz., Al, Cr, Na, Mg, Ta, Pt, betaFe, gamaFe, deltaFe, W, deguonis ir kai kurie oksidai pvz., CoO, Cr2O3, CuO ir kitos medžiagos.

Feromagnetikais vadinamos kristalinės medžiagos, kuriose dėl kvanto mechaninių jėgų poveikio atskirose medžiagos srityse, vadinamose feromagnetiniais domenais, visų atomų magnetiniai momentai orientuojasi lygiagrečiai. Dėl atomų tarpusavio sąveikos domeno ribose, medžiaga yra įmagnetinta iki įsisotinimo be jokio išorinio magnetinio lauko. Ši sąveika pasireiškia tik tam tikru kritiniu atstumu, atitinkančiu feromagnetinę Kiuri temperatūrą (Kiuri tašką), prie kurios domenai išnyksta ir toliau didinant temperatūrą feromagnetikas elgiasi kaip paramagnetikas.

Feromagnetinių elementų atomai pasižymi tuo, kad juose yra nesukompensuotų spynų momentų, ir kai kurios vidinės elektronų orbitos neužpildytos elektronais.

Feromagnetikai lengvai įsimagnetina netgi silpnuose magnetiniuose laukuose, o įsimagnetinimas išlieka ir pašalinus išorinį magnetinį lauką. Lyginamoji feromagnetikų magnetinė skvarba ir magnetinis jautrumas yra labai dideli (iki 109) ir stipriai priklauso nuo temperatūros ir magnetinio lauko stiprumo.

  • Fizika Kursiniai darbai
  • 2015 m.
  • Lietuvių
  • 21 puslapis (4745 žodžiai)
  • Universitetas
  • Fizikos kursiniai darbai
  • Microsoft Word 60 KB
  • Magnetinės medžiagos, jų savybės, taikymas
    10 - 7 balsai (-ų)
Magnetinės medžiagos, jų savybės, taikymas. (2015 m. Lapkričio 30 d.). http://www.mokslobaze.lt/magnetines-medziagos-ju-savybes-taikymas.html Peržiūrėta 2016 m. Gruodžio 03 d. 19:53