المغنطة والمواد المغناطيسية
يتجلى وجود مادة ذات خصائص مغناطيسية في تغيير معلمات المجال المغناطيسي مقارنة بالمجال في الفضاء غير المغناطيسي. ترتبط العمليات الفيزيائية التي تحدث في التمثيل المجهري بالظهور في المادة تحت تأثير المجال المغناطيسي للحظات المغناطيسية للتيارات الدقيقة ، والتي تسمى كثافة حجمها ناقل المغنطة.
ظهور المغنطة في المادة عند وضعها بالداخل حقل مغناطيسي يفسر من خلال عملية الاتجاه التفضيلي التدريجي لحظات مغناطيسية تدور فيه التيارات الدقيقة في اتجاه المجال. مساهمة كبيرة في تكوين التيارات الدقيقة في المادة هي حركة الإلكترونات: الدوران والحركة المدارية للإلكترونات المرتبطة بالذرات ، واللف والحركة الحرة لإلكترونات التوصيل.
وفقًا لخصائصها المغناطيسية ، يتم تقسيم جميع المواد إلى مغناطيسات بارزة ، ومغناطيسات مغناطيسية ، ومغناطيسات حديدية ، ومغناطيسات حديدية مضادة ، وحديد ... في ظل ظروف التفاعلات القوية للإلكترونات مع بعضها البعض في ذرات متعددة الإلكترونات وهياكل بلورية.
Diamagnets و paramagnets عبارة عن مواد مغناطيسية ضعيفة. لوحظ تأثير مغنطة أقوى بكثير في المغناطيسات الحديدية.
القابلية المغناطيسية (نسبة القيم المطلقة للمغنطة وناقلات شدة المجال) لهذه المواد موجبة ويمكن أن تصل إلى عدة عشرات الآلاف. في المغناطيسات الحديدية ، تتشكل مناطق مغناطيسية أحادية الاتجاه تلقائية - مجالات -.
المغناطيسية الحديدية لوحظ في بلورات المعادن الانتقالية: الحديد والكوبالت والنيكل وعدد من السبائك.
عندما يتم تطبيق مجال مغناطيسي خارجي ذو قوة متزايدة ، فإن نواقل المغنطة التلقائية ، الموجهة في البداية في مناطق مختلفة بطرق مختلفة ، تتحاذى تدريجياً في نفس الاتجاه. تسمى هذه العملية بالمغنطة التقنية ... وهي تتميز بمنحنى مغنطة أولي - اعتماد الحث أو المغنطة على الناتج عن شدة المجال المغناطيسي في المادة.
مع شدة مجال صغيرة نسبيًا (القسم الأول) ، هناك زيادة سريعة في المغنطة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى زيادة حجم المجالات مع اتجاه المغنطة في نصف الكرة الموجب لاتجاهات متجهات شدة المجال. في الوقت نفسه ، يتم تقليل أحجام المجالات في نصف الكرة السالب بالتناسب.إلى حد أقل ، تتغير أبعاد هذه المناطق ، حيث يتم توجيه مغنطة أقرب إلى المستوى المتعامد إلى متجه الكثافة.
مع زيادة أخرى في الكثافة ، تسود عمليات دوران نواقل تمغنط المجال على طول الحقل (القسم الثاني) حتى يتم الوصول إلى التشبع التقني (النقطة S). الزيادة اللاحقة للمغنطة الناتجة وتحقيق نفس الاتجاه لجميع المناطق في المجال تعوقه الحركة الحرارية للإلكترونات. تتشابه المنطقة III في طبيعتها مع العمليات البارامغناطيسية ، حيث ترجع الزيادة في المغنطة إلى اتجاه لحظات الدوران المغناطيسية القليلة المشوشة بالحركة الحرارية ، ومع زيادة درجة الحرارة ، تزداد الحركة الحرارية المشوشة ويقل مغنطة المادة.
بالنسبة لمادة مغناطيسية حديدية معينة ، هناك درجة حرارة معينة يختفي عندها الترتيب المغناطيسي لهيكل المجال والمغناطيسية. تصبح المادة مغناطيسية. تسمى درجة الحرارة هذه نقطة كوري. بالنسبة للحديد ، تقابل نقطة كوري 790 درجة مئوية ، للنيكل - 340 درجة مئوية ، للكوبالت - 1150 درجة مئوية.
يؤدي خفض درجة الحرارة إلى ما دون نقطة كوري إلى استعادة الخصائص المغناطيسية للمادة مرة أخرى: بنية المجال مع صفر مغنطة للشبكة إذا لم يكن هناك مجال مغناطيسي خارجي. لذلك ، يتم استخدام منتجات التسخين المصنوعة من المواد المغناطيسية فوق نقطة كوري لإزالة المغناطيسية تمامًا.
منحنى المغنطة الأولي
تنقسم عمليات مغنطة المواد المغناطيسية إلى قابلة للانعكاس ولا رجعة فيها فيما يتعلق بالتغير في المجال المغناطيسي.إذا عادت مغنطة المادة إلى حالتها الأصلية ، بعد إزالة اضطرابات المجال الخارجية ، فإن هذه العملية يمكن عكسها ، وإلا فإنها لا رجوع فيها.
لوحظت تغيرات عكسية في مقطع أولي صغير من منحنى مغنطة القسم الأول (منطقة رايلي) عند عمليات نزوح صغيرة لجدران المجال وفي المناطق الثانية والثالثة عندما تدور نواقل المغنطة في المناطق. يتعامل الجزء الرئيسي من القسم الأول مع عملية لا رجعة فيها لعكس المغنطة ، والتي تحدد بشكل أساسي خصائص التباطؤ للمواد المغناطيسية (تأخر التغيرات في المغنطة من التغيرات في المجال المغناطيسي).
تسمى حلقة التباطؤ المنحنيات التي تعكس التغيير في مغنطة المغناطيس الحديدي تحت تأثير المجال المغناطيسي الخارجي المتغير دوريًا.
عند اختبار المواد المغناطيسية ، يتم إنشاء حلقات التخلفية لوظائف معلمات المجال المغناطيسي B (H) أو M (H) ، والتي لها معنى المعلمات التي تم الحصول عليها داخل المادة في الإسقاط في اتجاه ثابت. إذا تم إزالة مغناطيسية المادة تمامًا سابقًا ، فإن الزيادة التدريجية في شدة المجال المغناطيسي من صفر إلى Hs تعطي العديد من النقاط من منحنى التمغنط الأولي (القسم 0-1).
النقطة 1 - نقطة التشبع الفني (BS ، Hs). يتيح التخفيض اللاحق للقوة H داخل المادة إلى الصفر (القسم 1-2) تحديد الحد (الأقصى) لقيمة المغنطة المتبقية Br وتقليل شدة المجال السالبة لتحقيق إزالة المغنطة الكاملة B = 0 (القسم 2-3) عند النقطة H = -HcV - أقصى قوة قسرية أثناء المغنطة.
علاوة على ذلك ، فإن المادة ممغنطة في الاتجاه السلبي للتشبع (القسم 3-4) عند H = - Hs. يؤدي التغيير في شدة المجال في الاتجاه الإيجابي إلى إغلاق حلقة التخلفية المحددة على طول منحنى 4-5-6-1.
يمكن تحقيق العديد من حالات المواد ضمن دورة حد التخلفية عن طريق تغيير شدة المجال المغناطيسي المقابلة لدورات التباطؤ الجزئية المتماثلة وغير المتماثلة.
التباطؤ المغناطيسي: 1 - منحنى التمغنط الأولي ؛ 2 - دورة حد التباطؤ ؛ 3 - منحنى المغناطيس الرئيسي ؛ 4 - دورات جزئية متماثلة ؛ 5 - حلقات جزئية غير متماثلة
تقوم دورات التباطؤ المتناظرة جزئيًا بوضع رؤوسها على منحنى المغنطة الرئيسي ، والذي يتم تعريفه على أنه مجموعة رؤوس هذه الدورات حتى تتزامن مع دورة الحد.
تتشكل حلقات التخلفية الجزئية غير المتماثلة إذا لم تكن نقطة البداية على منحنى المغنطة الرئيسي مع تغير متماثل في شدة المجال ، وكذلك مع تغير غير متماثل في شدة المجال في الاتجاه الموجب أو السلبي.
اعتمادًا على قيم القوة القسرية ، يتم تقسيم المواد المغناطيسية إلى مواد لينة مغناطيسيًا وصلبة مغناطيسيًا.
تستخدم المواد المغناطيسية اللينة في الأنظمة المغناطيسية مثل النوى المغناطيسية ... هذه المواد لها قوة قسرية منخفضة وعالية النفاذية المغناطيسية وتحريض التشبع.
المواد المغناطيسية الصلبة لها قوة قسرية كبيرة وتستخدم في حالة ما قبل الممغنطة مغناطيس دائم - المصادر الأولية للمجال المغناطيسي.
هناك مواد تنتمي إليها ، وفقًا لخصائصها المغناطيسية ، المغناطيسات المغناطيسية المضادة ... تبين أن الترتيب الموازي لدوران الذرات المجاورة أكثر ملاءمة من الناحية النشطة لها. تم إنشاء المغناطيسات المضادة التي لها عزم مغناطيسي جوهري كبير بسبب عدم تناسق الشبكة البلورية ... تسمى هذه المواد بالمغناطيسات الحديدية (الفريت) ... على عكس المواد المعدنية المغناطيسية ، فإن الفريت عبارة عن أشباه موصلات ولها فقد طاقة أقل بشكل ملحوظ بالنسبة التيارات الدوامة في الحقول المغناطيسية المتناوبة.
منحنيات مغنطة لمختلف المواد المغناطيسية