Ano ang magnetic moment? Eksperimental na pagpapasiya ng mga magnetic moment. Tingnan kung ano ang "Magnetic moment" sa iba pang mga diksyunaryo

Ipinapakita ng karanasan na ang lahat ng mga sangkap ay magnetic, i.e. ay may kakayahang, sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na magnetic field, ng paglikha ng kanilang sariling panloob na magnetic field (pagkuha ng kanilang sariling magnetic moment, pagiging magnetized).

Upang ipaliwanag ang magnetization ng mga katawan, iminungkahi ni Ampere na ang mga pabilog na molekular na alon ay umiikot sa mga molekula ng mga sangkap. Ang bawat naturang microcurrent I i ay may sariling magnetic moment at lumilikha ng magnetic field sa nakapalibot na espasyo (Larawan 1). Sa kawalan ng isang panlabas na larangan, ang mga molekular na alon at ang mga nauugnay sa kanila ay random na nakatuon, kaya ang nagresultang patlang sa loob ng sangkap at ang kabuuang sandali ng buong sangkap ay katumbas ng zero. Kapag ang isang sangkap ay inilagay sa isang panlabas na magnetic field, ang mga magnetic moment ng mga molekula ay nakakakuha ng isang nakararami na oryentasyon sa isang direksyon, ang kabuuang magnetic moment ay nagiging non-zero, at ang magnet ay na-magnet. Ang mga magnetic field ng mga indibidwal na molekular na alon ay hindi na nagbabayad sa isa't isa, at ang sarili nitong panloob na larangan ay lilitaw sa loob ng magnet.

Isaalang-alang natin ang sanhi ng hindi pangkaraniwang bagay na ito mula sa punto ng view ng istraktura ng mga atom batay sa planetaryong modelo ng atom. Ayon kay Rutherford, sa gitna ng atom ay mayroong isang positibong sisingilin na nucleus, sa paligid kung saan ang mga negatibong sisingilin na mga electron ay umiikot sa mga nakatigil na orbit. Ang isang elektron na gumagalaw sa isang pabilog na orbit sa paligid ng isang nucleus ay maaaring ituring bilang isang pabilog na kasalukuyang (microcurrent). Dahil ang direksyon ng kasalukuyang ay kumbensiyonal na itinuturing na direksyon ng paggalaw ng mga positibong singil, at ang singil ng elektron ay negatibo, ang direksyon ng microcurrent ay kabaligtaran sa direksyon ng paggalaw ng elektron (Larawan 2).

Ang magnitude ng microcurrent I e ay maaaring matukoy bilang mga sumusunod. Kung sa panahon t ang elektron ay gumawa ng N rebolusyon sa paligid ng nucleus, kung gayon ang isang singil ay inilipat sa pamamagitan ng isang platform na matatagpuan saanman sa landas ng elektron - ang singil ng elektron).

Ayon sa kahulugan ng kasalukuyang lakas,

nasaan ang dalas ng pag-ikot ng elektron.

Kung ang kasalukuyang I ay dumadaloy sa isang closed circuit, kung gayon ang naturang circuit ay may magnetic moment na ang modulus ay katumbas ng

saan S- lugar na limitado sa pamamagitan ng tabas.

Para sa microcurrent, ang lugar na ito ay ang orbital area S = p r 2

(r ay ang radius ng orbit), at ang magnetic moment nito ay katumbas ng

kung saan ang w = 2pn ay ang cyclic frequency, ay ang linear na bilis ng electron.

Ang sandali ay sanhi ng paggalaw ng electron sa orbit nito, at samakatuwid ay tinatawag na orbital magnetic moment ng electron.

Ang magnetic moment p m na taglay ng isang electron dahil sa orbital motion nito ay tinatawag na orbital magnetic moment ng electron.

Ang direksyon ng vector ay bumubuo ng isang kanang kamay na sistema na may direksyon ng microcurrent.

Tulad ng anumang materyal na punto na gumagalaw sa isang bilog, ang elektron ay may angular momentum:

Ang angular momentum L na taglay ng electron dahil sa orbital motion nito ay tinatawag na orbital mechanical angular momentum. Ito ay bumubuo ng isang kanang kamay na sistema na may direksyon ng paggalaw ng elektron. Tulad ng makikita mula sa Fig. 2, ang mga direksyon ng mga vector at ay kabaligtaran.

Ito ay lumabas na, bilang karagdagan sa mga orbital na sandali (i.e., sanhi ng paggalaw sa kahabaan ng orbit), ang elektron ay may sariling mekanikal at magnetic na mga sandali.

Sa una, sinubukan nilang ipaliwanag ang pag-iral sa pamamagitan ng pagsasaalang-alang sa elektron bilang isang bola na umiikot sa sarili nitong axis, samakatuwid ang sariling mekanikal na angular na momentum ng elektron ay tinatawag na spin (mula sa English spin - to rotate). Nang maglaon ay natuklasan na ang gayong konsepto ay humahantong sa isang bilang ng mga kontradiksyon at ang hypothesis ng isang "umiikot" na elektron ay inabandona.

Napagtibay na ngayon na ang electron spin at ang nauugnay na intrinsic (spin) magnetic moment ay isang mahalagang pag-aari ng electron, tulad ng singil at masa nito.

Ang magnetic moment ng isang electron sa isang atom ay binubuo ng orbital at spin moments:

Ang magnetic moment ng isang atom ay binubuo ng mga magnetic moment ng mga electron na kasama sa komposisyon nito (ang magnetic moment ng nucleus ay napapabayaan dahil sa liit nito):

.

Magnetization ng bagay.

Atom sa isang magnetic field. Dia- at paramagnetic na epekto.

Isaalang-alang natin ang mekanismo ng pagkilos ng isang panlabas na magnetic field sa mga electron na gumagalaw sa isang atom, i.e. sa microcurrents.

Tulad ng nalalaman, kapag ang isang kasalukuyang-dalang circuit ay inilagay sa isang magnetic field na may induction, lumilitaw ang isang metalikang kuwintas

sa ilalim ng impluwensya kung saan ang circuit ay nakatuon sa paraan na ang eroplano ng circuit ay patayo, at ang magnetic moment ay kasama ang direksyon ng vector (Larawan 3).

Ang electron microcurrent ay kumikilos nang katulad. Gayunpaman, ang oryentasyon ng orbital microcurrent sa isang magnetic field ay hindi nangyayari sa eksaktong parehong paraan tulad ng isang circuit na may kasalukuyang. Ang katotohanan ay ang isang elektron na gumagalaw sa paligid ng nucleus at pagkakaroon ng angular momentum ay katulad ng isang tuktok, samakatuwid, mayroon itong lahat ng mga tampok ng pag-uugali ng mga gyroscope sa ilalim ng impluwensya ng mga panlabas na puwersa, lalo na, ang gyroscopic effect. Samakatuwid, kapag, kapag ang isang atom ay inilagay sa isang magnetic field, ang isang metalikang kuwintas ay nagsimulang kumilos sa orbital microcurrent, na may posibilidad na itatag ang orbital magnetic moment ng elektron sa direksyon ng field, ang precession ng mga vector ay nangyayari sa paligid ng direksyon ng ang vector (dahil sa gyroscopic effect). Ang dalas ng precession na ito

tinawag Larmorova dalas at pareho para sa lahat ng mga electron ng isang atom.

Kaya, kapag ang anumang sangkap ay inilagay sa isang magnetic field, ang bawat elektron ng atom, dahil sa precession ng orbit nito sa paligid ng direksyon ng panlabas na field, ay bumubuo ng isang karagdagang sapilitan magnetic field, nakadirekta laban sa panlabas na isa at nagpapahina nito. Dahil ang sapilitan magnetic moments ng lahat ng mga electron ay nakadirekta nang pantay (kabaligtaran sa vector), ang kabuuang sapilitan magnetic moment ng atom ay nakadirekta din laban sa panlabas na field.

Ang kababalaghan ng paglitaw sa mga magnet ng isang sapilitan na magnetic field (sanhi ng precession ng mga orbit ng elektron sa isang panlabas na magnetic field), na nakadirekta sa tapat ng panlabas na larangan at nagpapahina nito, ay tinatawag na diamagnetic effect. Ang diamagnetism ay likas sa lahat ng natural na sangkap.

Ang diamagnetic effect ay humahantong sa isang pagpapahina ng panlabas na magnetic field sa mga magnetic na materyales.

Gayunpaman, ang isa pang epekto na tinatawag na paramagnetic ay maaari ding mangyari. Sa kawalan ng magnetic field, ang magnetic moments ng atoms dahil sa thermal motion ay random na naka-orient at ang resultang magnetic moment ng substance ay zero (Fig. 4a).

Kapag ang naturang sangkap ay ipinakilala sa isang pare-parehong magnetic field na may induction, ang field ay may posibilidad na itatag ang magnetic moments ng mga atoms kasama, samakatuwid ang mga vectors ng magnetic moments ng mga atoms (molecules) ay nauuna sa paligid ng direksyon ng vector. Thermal motion at mutual collisions ng atoms ay humantong sa isang unti-unting attenuation ng precession at isang pagbaba sa mga anggulo sa pagitan ng mga direksyon ng mga vectors ng magnetic moments at ang vector. Ang pinagsamang pagkilos ng magnetic field at thermal motion ay humahantong sa preferential orientation ng magnetic moments ng atoms sa kahabaan ng field

(Larawan 4, b), mas malaki ang mas mataas at mas maliit ang mas mataas ang temperatura. Bilang resulta, ang kabuuang magnetic moment ng lahat ng mga atomo ng substance ay magiging iba mula sa zero, ang substance ay magiging magnetized, at ang sarili nitong panloob na magnetic field ay lilitaw dito, co-directed sa panlabas na field at pagpapahusay nito.

Ang kababalaghan ng paglitaw sa mga magnet ng kanilang sariling magnetic field, na sanhi ng oryentasyon ng mga magnetic moment ng mga atom sa direksyon ng panlabas na field at pagpapahusay nito, ay tinatawag na paramagnetic effect.

Ang paramagnetic effect ay humahantong sa isang pagtaas sa panlabas na magnetic field sa mga magnet.

Kapag ang anumang sangkap ay inilagay sa isang panlabas na magnetic field, ito ay nagiging magnetized, i.e. nakakakuha ng magnetic moment dahil sa dia- o paramagnetic effect, ang sarili nitong panloob na magnetic field (microcurrent field) na may induction ay lumitaw sa substance mismo.

Upang quantitatively ilarawan ang magnetization ng isang substance, ang konsepto ng magnetization ay ipinakilala.

Ang magnetization ng isang magnet ay isang vector physical quantity na katumbas ng kabuuang magnetic moment ng isang unit volume ng magnet:

Sa SI, ang magnetization ay sinusukat sa A/m.

Ang magnetization ay depende sa magnetic properties ng substance, ang magnitude ng panlabas na field at temperatura. Malinaw, ang magnetization ng isang magnet ay nauugnay sa induction.

Tulad ng ipinapakita ng karanasan, para sa karamihan ng mga sangkap at hindi sa napakalakas na mga field, ang magnetization ay direktang proporsyonal sa lakas ng panlabas na field na nagdudulot ng magnetization:

kung saan ang c ay ang magnetic suceptibility ng substance, isang walang sukat na dami.

Ang mas malaki ang halaga ng c, mas magnetized ang substance para sa isang ibinigay na panlabas na field.

Mapapatunayan yan

Ang magnetic field sa isang substance ay ang vector sum ng dalawang field: isang external magnetic field at isang internal, o intrinsic magnetic field na nilikha ng microcurrents. Ang vector ng magnetic induction ng isang magnetic field sa isang sangkap ay nagpapakilala sa nagresultang magnetic field at katumbas ng geometric na kabuuan ng mga magnetic induction ng panlabas at panloob na magnetic field:

Ang relatibong magnetic permeability ng isang substance ay nagpapakita kung gaano karaming beses nagbabago ang magnetic field induction sa isang partikular na substance.

Ano ang eksaktong nangyayari sa magnetic field sa partikular na sangkap na ito - kung ito ay pinalakas o humina - ay nakasalalay sa magnitude ng magnetic moment ng atom (o molekula) ng sangkap na ito.

Dia- at paramagnets. Ferromagnets.

Mga magnet ay mga sangkap na may kakayahang makakuha ng mga magnetic na katangian sa isang panlabas na magnetic field - magnetization, i.e. lumikha ng iyong sariling panloob na magnetic field.

Tulad ng nabanggit na, ang lahat ng mga sangkap ay magnetic, dahil ang kanilang sariling panloob na magnetic field ay natutukoy ng vector summation ng microfields na nabuo ng bawat electron ng bawat atom:

Ang magnetic properties ng isang substance ay tinutukoy ng magnetic properties ng mga electron at atoms ng substance. Batay sa kanilang mga magnetic properties, ang mga magnet ay nahahati sa diamagnetic, paramagnetic, ferromagnetic, antiferromagnetic at ferrite. Isaalang-alang natin ang mga klase ng mga sangkap na ito nang sunud-sunod.

Nalaman namin na kapag ang isang sangkap ay inilagay sa isang magnetic field, dalawang epekto ang maaaring mangyari:

1. Paramagnetic, na humahantong sa pagtaas ng magnetic field sa isang magnet dahil sa oryentasyon ng mga magnetic moment ng mga atom sa direksyon ng panlabas na field.

2. Diamagnetic, na humahantong sa pagpapahina ng field dahil sa precession ng mga electron orbit sa isang panlabas na field.

Paano matukoy kung alin sa mga epektong ito ang magaganap (o pareho sa parehong oras), alin sa mga ito ang lumalabas na mas malakas, kung ano sa huli ang mangyayari sa magnetic field sa isang naibigay na sangkap - ito ba ay pinalakas o humina?

Tulad ng alam na natin, ang mga magnetic na katangian ng isang sangkap ay tinutukoy ng mga magnetic moment ng mga atom nito, at ang magnetic moment ng isang atom ay binubuo ng orbital at intrinsic spin magnetic moments ng mga electron na kasama sa komposisyon nito:

.

Para sa mga atom ng ilang mga sangkap, ang vector sum ng orbital at spin magnetic moments ng mga electron ay zero, i.e. ang magnetic moment ng buong atom ay zero. Kapag ang mga naturang sangkap ay inilagay sa isang magnetic field, ang paramagnetic effect, natural, ay hindi maaaring lumabas, dahil ito ay bumangon lamang dahil sa oryentasyon ng mga magnetic moment ng mga atom sa magnetic field, ngunit dito wala sila.

Ngunit ang precession ng mga orbit ng elektron sa isang panlabas na larangan, na nagiging sanhi ng diamagnetic na epekto, ay palaging nangyayari, samakatuwid ang diamagnetic na epekto ay nangyayari sa lahat ng mga sangkap kapag sila ay inilagay sa isang magnetic field.

Kaya, kung ang magnetic moment ng isang atom (molekula) ng isang substance ay zero (dahil sa mutual compensation ng magnetic moments ng mga electron), kung gayon kapag ang naturang substance ay inilagay sa magnetic field, isang diamagnetic effect lamang ang magaganap dito. . Sa kasong ito, ang sariling magnetic field ng magnet ay nakadirekta sa tapat ng panlabas na field at pinapahina ito. Ang mga naturang sangkap ay tinatawag na diamagnetic.

Ang mga diamagnet ay mga sangkap kung saan, sa kawalan ng isang panlabas na magnetic field, ang mga magnetic moment ng kanilang mga atomo ay katumbas ng zero.

Ang mga diamagnet sa isang panlabas na magnetic field ay na-magnet laban sa direksyon ng panlabas na field at pinapahina ito, samakatuwid

B = B 0 - B¢, m< 1.

Ang pagpapahina ng patlang sa isang diamagnetic na materyal ay napakaliit. Halimbawa, para sa isa sa pinakamalakas na diamagnetic na materyales, bismuth, m » 0.99998.

Maraming mga metal (pilak, ginto, tanso), karamihan sa mga organikong compound, resin, carbon, atbp. ay diamagnetic.

Kung, sa kawalan ng isang panlabas na magnetic field, ang magnetic moment ng mga atomo ng isang sangkap ay naiiba sa zero, kapag ang naturang sangkap ay inilagay sa isang magnetic field, ang parehong diamagnetic at paramagnetic effect ay lilitaw dito, ngunit ang diamagnetic effect. ay palaging mas mahina kaysa sa paramagnetic at halos hindi nakikita sa background nito. Ang sariling magnetic field ng magnet ay ididirekta kasama ang panlabas na field at pagandahin ito. Ang mga naturang sangkap ay tinatawag na paramagnets. Ang mga paramagnet ay mga sangkap kung saan, sa kawalan ng isang panlabas na magnetic field, ang mga magnetic moment ng kanilang mga atomo ay hindi zero.

Ang mga paramagnet sa isang panlabas na magnetic field ay na-magnet sa direksyon ng panlabas na field at pinapahusay ito. Para sa kanila

B = B 0 +B¢, m > 1.

Ang magnetic permeability para sa karamihan ng mga paramagnetic na materyales ay bahagyang mas malaki kaysa sa pagkakaisa.

Ang mga paramagnetic na materyales ay kinabibilangan ng mga bihirang elemento ng lupa, platinum, aluminyo, atbp.

Kung ang diamagnetic effect, B = B 0 -B¢, m< 1.

Kung dia- at paramagnetic effect, B = B 0 +B¢, m > 1.

Ferromagnets.

Ang lahat ng dia- at paramagnets ay mga sangkap na napakahina ang magnetized, ang kanilang magnetic permeability ay malapit sa pagkakaisa at hindi nakadepende sa lakas ng magnetic field H. Kasama ng dia- at paramagnets, may mga substance na maaaring malakas na ma-magnetize. Ang mga ito ay tinatawag na ferromagnets.

Ang mga ferromagnets o ferromagnetic na materyales ay nakuha ang kanilang pangalan mula sa Latin na pangalan ng pangunahing kinatawan ng mga sangkap na ito - bakal (ferrum). Ang mga ferromagnets, bilang karagdagan sa bakal, ay kinabibilangan ng cobalt, nickel gadolinium, maraming mga haluang metal at mga kemikal na compound. Ang mga ferromagnets ay mga sangkap na maaaring maging napakalakas ng magnet, kung saan ang panloob (intrinsic) na magnetic field ay maaaring daan-daang at libu-libong beses na mas mataas kaysa sa panlabas na magnetic field na naging sanhi nito.

Mga katangian ng ferromagnets

1. Ang kakayahang maging malakas na magnetized.

Ang halaga ng kamag-anak na magnetic permeability m sa ilang ferromagnets ay umabot sa halagang 10 6.

2. Magnetic saturation.

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 5 ang eksperimentong pag-asa ng magnetization sa lakas ng panlabas na magnetic field. Tulad ng makikita mula sa figure, mula sa isang tiyak na halaga H, ang numerical na halaga ng magnetization ng mga ferromagnets ay halos nananatiling pare-pareho at katumbas ng J us. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay natuklasan ng siyentipikong Ruso na si A.G. Stoletov at tinatawag na magnetic saturation.

3. Nonlinear dependences ng B(H) at m(H).

Habang tumataas ang boltahe, ang induction sa simula ay tumataas, ngunit habang ang magnet ay na-magnet, ang pagtaas nito ay bumabagal, at sa malakas na mga patlang ito ay tumataas nang may pagtaas ayon sa isang linear na batas (Larawan 6).

Dahil sa nonlinear dependence B(H),

mga. magnetic permeability m ay nakasalalay sa isang kumplikadong paraan sa lakas ng magnetic field (Larawan 7). Sa una, sa pagtaas ng lakas ng field, ang m ay tumataas mula sa paunang halaga sa isang tiyak na pinakamataas na halaga, at pagkatapos ay bumababa at asymptotically ay may posibilidad na pagkakaisa.

4. Magnetic hysteresis.

Ang isa pang natatanging tampok ng ferromagnets ay ang kanilang

ang kakayahang mapanatili ang magnetization pagkatapos alisin ang magnetizing field. Kapag ang lakas ng panlabas na magnetic field ay nagbabago mula sa zero patungo sa mga positibong halaga, tumataas ang induction (Larawan 8, seksyon

Kapag bumababa sa zero, ang magnetic induction ay nahuhuli sa pagbaba at kapag ang halaga ay katumbas ng zero, ito ay lumalabas na pantay (residual induction), i.e. Kapag ang panlabas na field ay tinanggal, ang ferromagnet ay nananatiling magnetized at ito ay isang permanenteng magnet. Upang ganap na ma-demagnetize ang sample, kinakailangan na mag-aplay ng magnetic field sa kabaligtaran na direksyon - . Ang laki ng lakas ng magnetic field, na dapat ilapat sa isang ferromagnet upang ganap na ma-demagnetize ito ay tinatawag na mapilit na puwersa.

Ang phenomenon ng isang lag sa pagitan ng mga pagbabago sa magnetic induction sa isang ferromagnet at mga pagbabago sa intensity ng isang panlabas na magnetizing field na variable sa magnitude at direksyon ay tinatawag na magnetic hysteresis.

Sa kasong ito, ang pagtitiwala sa ay ipapakita sa pamamagitan ng isang hugis-loop na kurba na tinatawag mga loop ng hysteresis, ipinapakita sa Fig. 8.

Depende sa hugis ng hysteresis loop, ang magnetically hard at soft magnetic ferromagnets ay nakikilala. Ang mga hard ferromagnets ay mga sangkap na may mataas na natitirang magnetization at mataas na puwersang pumipilit, i.e. na may malawak na hysteresis loop. Ginagamit ang mga ito para sa paggawa ng mga permanenteng magnet (carbon, tungsten, chrome, aluminum-nickel at iba pang steels).

Ang malambot na ferromagnets ay mga sangkap na may mababang puwersang pumipilit, na napakadaling ma-remagnetize, na may makitid na hysteresis loop. (Upang makuha ang mga pag-aari na ito, ang tinatawag na transpormer na bakal, isang haluang metal na bakal na may maliit na admixture ng silikon, ay espesyal na nilikha). Ang kanilang lugar ng aplikasyon ay ang paggawa ng mga core ng transpormer; Kabilang dito ang malambot na bakal, mga haluang metal na bakal at nikel (permalloy, supermalloy).

5. Ang pagkakaroon ng temperatura ng Curie (punto).

Curie point- ito ang katangian ng temperatura ng isang ibinigay na ferromagnet kung saan ganap na nawawala ang mga katangian ng ferromagnetic.

Kapag ang isang sample ay pinainit sa itaas ng Curie point, ang ferromagnet ay nagiging isang ordinaryong paramagnet. Kapag pinalamig sa ibaba ng Curie point, nabawi nito ang ferromagnetic properties nito. Ang temperatura na ito ay naiiba para sa iba't ibang mga sangkap (para sa Fe - 770 0 C, para sa Ni - 260 0 C).

6. Magnetostriction- ang phenomenon ng deformation ng ferromagnets sa panahon ng magnetization. Ang magnitude at sign ng magnetostriction ay nakasalalay sa lakas ng magnetizing field at sa likas na katangian ng ferromagnet. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay malawakang ginagamit upang magdisenyo ng mga makapangyarihang ultrasound emitters na ginagamit sa sonar, mga komunikasyon sa ilalim ng dagat, nabigasyon, atbp.

Sa ferromagnets, ang kabaligtaran na kababalaghan ay sinusunod din - isang pagbabago sa magnetization sa panahon ng pagpapapangit. Ang mga haluang metal na may makabuluhang magnetostriction ay ginagamit sa mga instrumento na ginagamit upang sukatin ang presyon at pagpapapangit.

Ang likas na katangian ng ferromagnetism

Ang isang mapaglarawang teorya ng ferromagnetism ay iminungkahi ng Pranses na pisisista na si P. Weiss noong 1907, at isang pare-parehong quantitative theory batay sa quantum mechanics ay binuo ng Soviet physicist na si J. Frenkel at ng German physicist na si W. Heisenberg (1928).

Ayon sa mga modernong konsepto, ang magnetic properties ng ferromagnets ay natutukoy ng spin magnetic moments (spins) ng mga electron; Tanging ang mga mala-kristal na sangkap na ang mga atom ay may hindi natapos na panloob na mga shell ng elektron na may hindi nabayarang mga spin ang maaaring maging ferromagnets. Sa kasong ito, lumilitaw ang mga puwersa na pumipilit sa mga spin magnetic moment ng mga electron na mag-orient parallel sa isa't isa. Ang mga puwersang ito ay tinatawag na mga puwersa ng pakikipag-ugnayan ng palitan; ang mga ito ay likas na quantum at sanhi ng mga katangian ng alon ng mga electron.

Sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersang ito sa kawalan ng isang panlabas na larangan, ang ferromagnet ay nahahati sa isang malaking bilang ng mga mikroskopikong rehiyon - mga domain, ang mga sukat nito ay nasa pagkakasunud-sunod ng 10 -2 - 10 -4 cm. Sa loob ng bawat domain, ang mga electron spins ay naka-oriented parallel sa isa't isa, upang ang buong domain ay magnetized sa saturation, ngunit ang mga direksyon ng magnetization sa mga indibidwal na domain ay naiiba, upang ang kabuuang (kabuuang) magnetic moment ng buong ferromagnet ay zero . Tulad ng nalalaman, ang anumang sistema ay may posibilidad na nasa isang estado kung saan ang enerhiya nito ay minimal. Ang paghahati ng isang ferromagnet sa mga domain ay nangyayari dahil kapag ang isang istraktura ng domain ay nabuo, ang enerhiya ng ferromagnet ay bumababa. Ang Curie point ay lumalabas na ang temperatura kung saan nangyayari ang pagkasira ng domain, at ang ferromagnet ay nawawala ang mga ferromagnetic na katangian nito.

Ang pagkakaroon ng istraktura ng domain ng mga ferromagnets ay napatunayan nang eksperimento. Ang isang direktang pang-eksperimentong paraan para sa pagmamasid sa kanila ay ang paraan ng mga numero ng pulbos. Kung ang isang may tubig na suspensyon ng pinong ferromagnetic powder (halimbawa, isang magnet) ay inilapat sa isang maingat na pinakintab na ibabaw ng isang ferromagnetic na materyal, kung gayon ang mga particle ay tumira nang nakararami sa mga lugar na may pinakamataas na inhomogeneity ng magnetic field, i.e. sa mga hangganan sa pagitan ng mga domain. Samakatuwid, ang naayos na pulbos ay binabalangkas ang mga hangganan ng mga domain, at ang isang katulad na larawan ay maaaring kunan ng larawan sa ilalim ng mikroskopyo.

Ang isa sa mga pangunahing gawain ng teorya ng ferromagnetism ay upang ipaliwanag ang pagtitiwala B(N) (Larawan 6). Subukan nating gawin ito. Alam namin na sa kawalan ng isang panlabas na field, ang isang ferromagnet ay nahahati sa mga domain, upang ang kabuuang magnetic moment nito ay zero. Ito ay ipinapakita sa schematically sa Fig. 9, a, na nagpapakita ng apat na mga domain ng parehong dami, magnetized sa saturation. Kapag ang isang panlabas na field ay naka-on, ang mga energies ng mga indibidwal na domain ay nagiging hindi pantay: ang enerhiya ay mas mababa para sa mga domain kung saan ang magnetization vector ay bumubuo ng isang matinding anggulo sa direksyon ng field, at higit pa kung ang anggulo na ito ay mahina.

kanin. 9

- magnetization ng buong magnet sa isang estado ng saturation

kanin. 9

Dahil, tulad ng nalalaman, ang bawat sistema ay nagsusumikap para sa isang minimum na enerhiya, ang isang proseso ng pag-aalis ng mga hangganan ng domain ay nangyayari, kung saan ang dami ng mga domain na may mas mababang enerhiya ay tumataas, at may mas mataas na enerhiya na bumababa (Larawan 9, b). Sa kaso ng napakahina na mga field, ang mga boundary displacement na ito ay mababaligtad at eksaktong sinusunod ang mga pagbabago sa field (kung ang field ay naka-off, ang magnetization ay muling magiging zero). Ang prosesong ito ay tumutugma sa seksyon ng B(H) curve (Larawan 10). Habang tumataas ang field, ang mga displacement ng mga hangganan ng domain ay nagiging hindi na mababawi.

Kapag ang magnetizing field ay sapat na malakas, ang energetically hindi kanais-nais na mga domain ay nawawala (Fig. 9, c, seksyon ng Fig. 7). Kung ang field ay tumaas pa, ang mga magnetic moment ng mga domain ay umiikot sa kahabaan ng field, upang ang buong sample ay nagiging isang malaking domain (Larawan 9, d, seksyon ng Fig. 10).

Maraming mga kawili-wili at mahalagang katangian ng ferromagnets ang nagpapahintulot sa kanila na malawakang magamit sa iba't ibang larangan ng agham at teknolohiya: para sa paggawa ng mga core ng transpormer at electromechanical ultrasound emitters, bilang permanenteng magnet, atbp. Ang mga ferromagnetic na materyales ay ginagamit sa mga gawaing militar: sa iba't ibang mga aparatong elektrikal at radyo; bilang mga mapagkukunan ng ultrasound - sa sonar, nabigasyon, mga komunikasyon sa ilalim ng dagat; bilang permanenteng magnet - kapag lumilikha ng mga magnetic mine at para sa magnetometric reconnaissance. Ang magnetometric reconnaissance ay nagpapahintulot sa iyo na makita at makilala ang mga bagay na naglalaman ng mga ferromagnetic na materyales; ginagamit sa anti-submarine at anti-mine system.

1. Magnetic moment - Tingnan ang Magnetism. Encyclopedic Dictionary ng Brockhaus at Efron
2. magnetic moment - MAGNETIC MOMENT ay isang vector quantity na nagpapakilala sa magnetic field. katangian ng bagay. Mm. lahat ng elementarya na particle at sistema na nabuo mula sa kanila (atomic nuclei, atoms, molecules) ay nagtataglay. Mm. mga atomo, molekula, atbp. Ensiklopedya ng kemikal
3. MAGNETIC MOMENT - Ang pangunahing dami na nagpapakilala sa magnetic moment. ari-arian ng isla. Ang pinagmulan ng magnetism (M. m.), ayon sa klasiko. teorya ng el.-magn. phenomena, phenomena macro- at micro(atomic) - electric. agos. Elem. Ang pinagmulan ng magnetism ay itinuturing na isang saradong kasalukuyang. Mula sa karanasan at mga klasiko. Pisikal na encyclopedic na diksyunaryo
4. MAGNETIC TORQUE - MAGNETIC TORQUE, isang pagsukat ng lakas ng isang permanenteng magnet o current-carrying coil. Ito ang pinakamataas na puwersa ng pagliko (turning torque) na inilapat sa isang magnet, coil, o electric charge sa isang MAGNETIC FIELD na hinati sa lakas ng field. Ang mga naka-charge na particle at atomic nuclei ay mayroon ding magnetic moment. Diksyonaryo na pang-agham at teknikal
5. MAGNETIC MOMENT - MAGNETIC MOMENT ay isang vector quantity na nagpapakilala sa isang substance bilang pinagmumulan ng magnetic field. Ang macroscopic magnetic moment ay nilikha ng mga saradong electric current at orderedly oriented magnetic moments ng mga atomic particle. Malaking encyclopedic dictionary

Mapapatunayan na ang torque M na kumikilos sa isang circuit na may kasalukuyang I sa isang pare-parehong field ay direktang proporsyonal sa lugar na pinapalipad ng kasalukuyang, ang kasalukuyang lakas at ang magnetic field induction B. Bilang karagdagan, ang metalikang kuwintas M ay nakasalalay sa posisyon ng circuit na may kaugnayan sa field. Ang maximum na metalikang kuwintas Miax ay nakuha kapag ang eroplano ng circuit ay parallel sa mga linya ng magnetic induction (Larawan 22.17), at ipinahayag ng formula

(Patunayan ito gamit ang formula (22.6a) at Fig. 22.17.) Kung ipahiwatig natin ito, makukuha natin

Ang dami na nagpapakilala sa mga magnetic na katangian ng isang kasalukuyang nagdadala ng circuit, na tumutukoy sa pag-uugali nito sa isang panlabas na magnetic field, ay tinatawag na magnetic moment ng circuit na ito. Ang magnetic moment ng circuit ay sinusukat ng produkto ng kasalukuyang lakas sa loob nito at ang lugar na pinalipad ng kasalukuyang:

Ang magnetic moment ay isang vector, ang direksyon kung saan ay tinutukoy ng panuntunan ng kanang tornilyo: kung ang tornilyo ay nakabukas sa direksyon ng kasalukuyang sa circuit, kung gayon ang pagsasalin ng paggalaw ng tornilyo ay magpapakita ng direksyon ng vector (Larawan 22.18, a). Ang pag-asa ng metalikang kuwintas M sa oryentasyon ng tabas ay ipinahayag ng formula

kung saan ang a ay ang anggulo sa pagitan ng mga vector at B. Mula sa Fig. 22.18, b malinaw na ang equilibrium ng circuit sa isang magnetic field ay posible kapag ang mga vectors B at Рmag ay nakadirekta sa parehong tuwid na linya. (Isipin kung saang kaso ang ekwilibriyong ito ay magiging matatag.)

Ito ay kilala na ang isang magnetic field ay may orienting na epekto sa isang kasalukuyang nagdadala ng frame, at ang frame ay umiikot sa paligid ng axis nito. Nangyayari ito dahil sa isang magnetic field isang sandali ng puwersa ang kumikilos sa frame na katumbas ng:

Narito ang B ay ang magnetic field induction vector, ay ang kasalukuyang nasa frame, S ang lugar nito at ang a ay ang anggulo sa pagitan ng mga linya ng puwersa at ang patayo sa eroplano ng frame. Kasama sa expression na ito ang produkto , na tinatawag na magnetic dipole moment o simpleng magnetic moment ng frame. Lumalabas na ang magnitude ng magnetic moment ay ganap na nagpapakilala sa pakikipag-ugnayan ng frame sa magnetic field. Dalawang frame, na ang isa ay may malaking kasalukuyang at isang maliit na lugar, at ang isa ay may malaking lugar at isang maliit na kasalukuyang, ay kikilos sa isang magnetic field sa parehong paraan kung ang kanilang mga magnetic moment ay pantay. Kung ang frame ay maliit, kung gayon ang pakikipag-ugnayan nito sa magnetic field ay hindi nakasalalay sa hugis nito.

Maginhawang isaalang-alang ang magnetic moment bilang isang vector na matatagpuan sa isang linya na patayo sa eroplano ng frame. Ang direksyon ng vector (pataas o pababa sa linyang ito) ay tinutukoy ng "gimlet rule": ang gimlet ay dapat na nakaposisyon patayo sa eroplano ng frame at pinaikot sa direksyon ng kasalukuyang frame - ang direksyon ng paggalaw ng Ang gimlet ay magsasaad ng direksyon ng magnetic moment vector.

Kaya, ang magnetic moment ay isang vector na patayo sa eroplano ng frame.

Ngayon tingnan natin ang pag-uugali ng frame sa isang magnetic field. Sisikapin niyang lumingon sa ganito. upang ang magnetic moment nito ay nakadirekta sa magnetic field induction vector B. Ang isang maliit na frame na may kasalukuyang ay maaaring gamitin bilang isang simpleng "measuring device" upang matukoy ang magnetic field induction vector.

Ang magnetic moment ay isang mahalagang konsepto sa physics. Ang mga atom ay naglalaman ng nuclei kung saan umiikot ang mga electron. Ang bawat electron na gumagalaw sa paligid ng nucleus, tulad ng isang sisingilin na particle, ay lumilikha ng isang kasalukuyang, na bumubuo, parang isang mikroskopiko na frame na may kasalukuyang. Kalkulahin natin ang magnetic moment ng isang electron na gumagalaw sa isang pabilog na orbit ng radius r.

Ang electric current, ibig sabihin, ang halaga ng singil na inilipat ng isang electron sa orbit sa loob ng 1 s, ay katumbas ng singil ng electron na pinarami ng bilang ng mga rebolusyon na ginagawa nito:

Samakatuwid, ang magnitude ng magnetic moment ng electron ay katumbas ng:

Maaaring ipahayag sa mga tuntunin ng angular na momentum ng elektron. Pagkatapos ang magnitude ng magnetic moment ng electron na nauugnay sa paggalaw nito sa orbit, o, gaya ng sinasabi nila, ang magnitude ng orbital magnetic moment, ay katumbas ng:

Ang atom ay isang bagay na hindi mailarawan gamit ang klasikal na pisika: para sa mga maliliit na bagay, ganap na magkakaibang mga batas ang nalalapat - ang mga batas ng quantum mechanics. Gayunpaman, ang resulta na nakuha para sa orbital magnetic moment ng electron ay lumalabas na kapareho ng sa quantum mechanics.

Ang sitwasyon ay naiiba sa sariling magnetic moment ng electron - spin, na nauugnay sa pag-ikot nito sa paligid ng axis nito. Para sa pag-ikot ng isang electron, ang quantum mechanics ay nagbibigay ng magnetic moment na 2 beses na mas malaki kaysa sa classical physics:

at ang pagkakaibang ito sa pagitan ng orbital at spin magnetic moments ay hindi maipaliwanag mula sa klasikal na pananaw. Ang kabuuang magnetic moment ng isang atom ay ang kabuuan ng orbital at spin magnetic moments ng lahat ng mga electron, at dahil nagkakaiba sila ng factor na 2, lumilitaw ang isang factor na nagpapakilala sa estado ng atom sa expression para sa magnetic moment ng isang atom. :

Kaya, ang isang atom, tulad ng isang ordinaryong frame na may kasalukuyang, ay may magnetic moment, at sa maraming paraan ang kanilang pag-uugali ay magkatulad. Sa partikular, tulad ng sa kaso ng isang klasikal na frame, ang pag-uugali ng isang atom sa isang magnetic field ay ganap na tinutukoy ng magnitude ng magnetic moment nito. Kaugnay nito, ang konsepto ng isang magnetic moment ay napakahalaga sa pagpapaliwanag ng iba't ibang pisikal na phenomena na nangyayari sa bagay sa isang magnetic field.

Anumang mga sangkap. Ang pinagmulan ng pagbuo ng magnetism, tulad ng sinabi ng klasikal na electromagnetic theory, ay mga microcurrent na nagmumula bilang resulta ng paggalaw ng isang elektron sa orbit. Ang magnetic moment ay isang kailangang-kailangan na pag-aari ng lahat ng nuclei, atomic electron shell at molecule nang walang pagbubukod.

Ang magnetismo, na likas sa lahat ng elementarya, ay dahil sa pagkakaroon ng isang mekanikal na sandali sa kanila, na tinatawag na spin (kanilang sariling mekanikal na salpok ng isang quantum na kalikasan). Ang mga magnetic na katangian ng atomic nucleus ay binubuo ng mga spin impulses ng mga constituent na bahagi ng nucleus - mga proton at neutron. Ang mga electron shell (intraatomic orbits) ay mayroon ding magnetic moment, na siyang kabuuan ng magnetic moments ng mga electron na matatagpuan dito.

Sa madaling salita, ang magnetic moments ng elementary particles ay sanhi ng intra-atomic quantum mechanical effect na kilala bilang spin momentum. Ang epektong ito ay katulad ng angular na momentum ng pag-ikot sa paligid ng sarili nitong gitnang axis. Ang spin momentum ay sinusukat sa Planck's constant, ang pangunahing constant ng quantum theory.

Ang lahat ng mga neutron, electron at proton, kung saan, sa katunayan, ang atom ay binubuo, ayon kay Planck, ay may spin na katumbas ng ½. Sa istruktura ng isang atom, ang mga electron na umiikot sa paligid ng nucleus, bilang karagdagan sa spin momentum, ay mayroon ding orbital angular momentum. Ang nucleus, bagaman ito ay sumasakop sa isang static na posisyon, ay mayroon ding angular momentum, na nilikha ng epekto ng nuclear spin.

Ang magnetic field na bumubuo ng atomic magnetic moment ay tinutukoy ng iba't ibang anyo ng angular momentum na ito. Ang pinaka-kapansin-pansing kontribusyon sa paglikha ay ginawa ng spin effect. Ayon sa prinsipyo ng Pauli, ayon sa kung saan ang dalawang magkaparehong electron ay hindi maaaring magkasabay na nasa parehong quantum state, ang mga nakagapos na electron ay nagsasama, at ang kanilang spin momenta ay nakakakuha ng diametrically opposite projection. Sa kasong ito, ang magnetic moment ng electron ay nabawasan, na binabawasan ang magnetic properties ng buong istraktura. Sa ilang mga elemento na may pantay na bilang ng mga electron, ang sandaling ito ay bumababa sa zero, at ang mga sangkap ay tumigil sa pagkakaroon ng mga magnetic na katangian. Kaya, ang magnetic moment ng mga indibidwal na elementary particle ay may direktang epekto sa mga magnetic na katangian ng buong nuclear-atomic system.

Ang mga ferromagnetic na elemento na may kakaibang bilang ng mga electron ay palaging magkakaroon ng non-zero magnetism dahil sa hindi magkapares na electron. Sa gayong mga elemento, ang mga kalapit na orbital ay nagsasapawan, at ang lahat ng mga sandali ng pag-ikot ng hindi magkapares na mga electron ay tumatagal ng parehong oryentasyon sa espasyo, na humahantong sa pagkamit ng pinakamababang estado ng enerhiya. Ang prosesong ito ay tinatawag na exchange interaction.

Sa gayong pagkakahanay ng mga magnetic moment ng ferromagnetic atoms, isang magnetic field ang lumitaw. At ang mga elemento ng paramagnetic, na binubuo ng mga atomo na may disoriented magnetic moments, ay walang sariling magnetic field. Ngunit kung naiimpluwensyahan mo sila ng isang panlabas na pinagmumulan ng magnetism, kung gayon ang mga magnetic moment ng mga atom ay magkakahanay, at ang mga elementong ito ay makakakuha din ng mga magnetic na katangian.