X. MÁGNESES TÉR AZ ANYAGBAN

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "X. MÁGNESES TÉR AZ ANYAGBAN"

Ágnes Nemes
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 X. MÁGNESES TÉR AZ ANYAGBAN Bevezetés. Ha (a külső áaok által vákuuban létehozott) ágneses tébe anyagot helyezünk, a ágneses té egváltozik, és az anyag ágnesezettsége tesz szet. Az anyag ágnesezettségének ételezése céljából Apee ( ) feltételezte, hogy az anyag olekuláiban olekuláis köáaok folynak. Ma á tudjuk, hogy a ágneses tébe helyezett anyag atojaiban paányi (ikoszkópikus) ágneses dipólusok indukálódnak. Az úgynevezett diaágneses anyagokban (észletes leíásuka később téünk vissza) a ágneses ező az atoag köül keingő elektona eőt gyakoolva az atoban egy áa(hukot) indukál. Ez az indukált áahuok az őt indukáló ágneses ezővel ellentétes ágneses ezőt hoz léte, azaz csökkenti a ágneses ezőt. Az úgynevezett paaágneses anyagokban (észletesen ezeket is később tágyaljuk) az atook pá nélküli elektonjainak saját ágneses oentua a ágneses ező hatásáa a ágneses ező iányába töekszik iányulni, és egnöveli a ágneses ezőt. A fentebb elített, a ágneses ezőt csökkentő diaágneses hatás inden anyagban fellép, a ágneses ezőt növelő paaágneses hatás azonban azokban az anyagokban, aelyekben fellép sokszoosan felülúlja ezt. 1. A ágnesezettségi vekto Az egyes atook dipólusoentuai időbeli átlagétékének összege az ato éeténél sokkal nagyobb éetű cellákat tekintve a dia- és paaágneses anyagokban dipólusoentuok folytonos eloszlásának tekinthető. A ikoszkópikus ágneses dipólusoknak ezt az eloszlását az M( ) a akoszkópikus ágnesezettségi vektoal íjuk le, aelyet a téfogategysége eső ágneses dipólusoentuként definiálunk: P V M = V Az anyag egy adott észében a ágneses indukció az elektoos töltések endezett áalása, azaz az elekoos áa által létehozott, az anyag nélkül fennálló B ágneses indukció és az anyag ágnesezettségéből száazó B összege: B = B + B. 2. A ágneses téeősség Kiutatható, hogy ha a H ágneses téeősség-vektot a B H = M o egyenlettel definiáljuk, akko: H d l = I g k k 27. febuá 7. 1

2 A H ( ) ágneses téeősségvekto bevezetésének észben töténeti, észben gyakolati oka van. Az anyagban ind a szabad töltések áalását jelentő J( ) áasűűség, ind pedig a ágnesezettség hozzájául a ágneses ező létejöttéhez. Ahhoz, hogy a Biot-Savat tövényből, B( ) -t eghatáozzuk, isenünk kell az M( ) étékét, aely viszont B( ) -től függ. A H ( ) ágneses téeőssége vonatkozó egyenletek egoldása viszonylag egyszeű, ha a ágnesezettség elhanyagolható, ekko ugyanis H ( ) egy konstanstól eltekintve egegyezik a J( ) áasűűség által létehozott B ( ) ezővel. Az anyag ágnesezhetőségét a χ ágneses szuszceptibilitással jelleezzük, aelyet az M = χ H egyenlettel definiálunk. A fenti egyenlet a szuszceptibilitás definíciója. Jelentősége különösen akko van, ha χ ne függ H -tól. Izotóp anyaga: B H= χ H B H = ( 1 + χ ) H = B ahol a elatív ágneses peeabilitás. 3. Az anyagok felosztása ágneses tulajdonságaik alapján diaágneses anyagok: χ negatív és kicsi paaágneses anyagok: χ kicsi de pozitív feoágneses anyagok: χ nagy és pozitív Kíséletek: Elektoágnes pólusai közé Pt és Bi udakat felfüggesztve beutatjuk a paa- és diaágnesesség közötti különbséget. Al és Bi golyókat inhoogén ágneses tébe helyezve beutatjuk a vonzást és taszítást. Vaskloid oldatot közlekedőedénybe töltünk és az egyik ágat ágneses tébe helyezve beutatjuk az oldat eelkedését. 4. Gioágneses jelenségek Az sugaú pályán v sebességgel ozgó elekton e ev I = = T 2π nagyságú áaot és ev 2 p = If = π = ev 2π 27. febuá 7. 2

3 ágneses dipólusoentuot jelent. A keingő elekton egy kis pögettyűnek (gioszkópnak) tekinthető. Innen eed a gioágneses jelenség elenevzés. Mivel a echanikai ipulzusoentu nagysága: L = v, ágneses és echanikai oentuának hányadosa, az ún. gioágneses állandó: p = L p e = = L 2 A gioágneses állandót az Einstein de Haas effektusnak nevezett ágnesezéssel való fogatással (agnetoechanikai jelenség) eghatáozhatjuk. Kísélet: Beutatjuk a ágnesezéssel való fogatást Ha a V téfogatú anyagdaabban M ágnesezettéséget hozunk léte, akko az elektonok ágneses dipólusnyoatéka: p = VM azaz az elektonok L el, p el, el = = V M (echanikai) ipulzusoentua tesznek szet. Az ipulzusoentu egaadása következtében a ács ezzel ellentétes V Nács = M ipulzusoentuot nye, a Θ tehetetlenségi nyoatékú test ω szögsebességgel foogni kezd. V Θ ω = M A kíséletet ténylegesen úgy végezzük el, hogy egy toziós szála felfüggesztett féhenget helyezünk egy szolenoid tekecsbe, és a tekecse váltakozó feszültéséget kapcsolunk. A válatakozó feszültség fekvenciáját változtatva egkeessük a endsze ezonanacia-fekvenciáját. Ebből pedig kiszáoljuk a gioágneses együtthatót. Az így kapott éték: = e Az Einstein de Haas effektusnak nevezett ágnesezéssel való fogatás fodítottja a Banett- effektusnak nevzett fogatással való ágnesezés. A gioágneses együtthatóa indkét kísélet azonos eedényt szolgáltat. A gioágneses együttható a vát étéktől azét különbözik, et az elekton a pályaozgásból száazó ipulzusoentua ágneses dipólusoentua és ellett saját ipulzusoentual és ágneses dpólusoentual is endelkezik, aelye: 27. febuá 7. 3

4 p L s s e =, és a kísélet soán ezeknek a saját oentuoknak a hányadosát éték. Azaz az anyag ágnesezettségét egyetlen elektonjának saját ágneses dipólusoentua hatáozta eg. A többi elekton ugyanis úgy ozog, olyan állapotban van, hogy ozgásukból száazó ágneses dipólusoentuaik és saját ipulzusoentuai eedős zéus, és ne játszanak szeepet a kíséletben. 5. A dia- paa- és feoágneses jelenségek és ételezésük. a) Diaágnesesség: A diaágneses anyagok atojainak nincs ágneses oentuuk. (Az elektonok pályaozgásból száazó illetve ez elektonok saját ágneses oentuai páonként kiegyenlítik egyást) Ezekben az anyagokban a ágneses té úgy változtatja eg az elektonok ozgását, hogy létejön egy nagyon kicsi, a külső ágneses téel ellentétes ágneses té. b) Paaágnesség: Ha az anyag atojainak eedő ágneses oentua ne zéus, a külső té az atoi ágneses dipólusokat a té iányába igyekszik beállítani. A dipólusok beállításából száazó ágneses oentu az indukált oentunál jóval nagyobb és így az eedő oentu a té iányába utat. A hőéséklet növelésével a beállítás hatékonysága csökken, ezt fejezi ki a Cuietövény: χ = ol, c) Feoágnesesség: Száos anyag, köztük a vas, nikkel, kobalt, gadoliniu, esetén kistályos állapotban a ágnesezettség a téeősségtől eősen és ne lineáisan függ. Ezen anyagok ágneses hiszteézist utatnak: A téeősséget csökkentve az anyag zéus téeősségnél is ágneses lesz. Ezt a B indukciót eanenciának nevezzük. A ágnesezettség egszüntetéséhez szükséges téeősséget koecív eőnek nevezzük. A hiszteézisgöbén végighaladva az átágnesezéshes szükséges enegia az ún. hiszteézisveszteség. Feoágneses anyagoka χ és = ( 1+ χm ) függ a H téeősségtől. A feoágneses anyagok az anyaga jellező TC Cuie-pont feletti hőésékletek esetén elvesztik feoágnesességüket és paaágnesessé válnak. Ezen anyagoka a Cuietövény C χ = ( T TC ) foában évényes. Kísélet: Függőleges tengelye köül elfogatható nikkel koongot gázlánggal elegítve a koong elfodul ha közelébe eős ágnest helyezünk. A feoágnesességet az anyagban kialakuló ágneses tatoányok (doének) létejöttével agyaázhatjuk. A ágnesezés a doénfalak elozdulásai vagy a doének átfodulásai évén jön léte. C T Kísélet: Vas huzalt ágnesezve és a huzalt egy szolenoid belsejébe helyezbe beutatjuk a doének átfodulásako bekövetkező "pattogást", a Bakhauseneffektust. 27. febuá 7. 4

5 6. Peanens ágnesek Nagy eanenciájú feoágneses anyagokból eős peanens ágnesek készíthetők. 27. febuá 7. 5

Hasonló dokumentumok

Mágneses momentum, mágneses szuszceptibilitás

Mágneses momentum, mágneses szuszceptibilitás Mágneses oentu, ágneses szuszceptibilitás A olekuláknak (atooknak, ionoknak) elektronszerkezetüktől függően lehet állandóan eglévő, azaz peranens ágneses oentua (ha van bennük párosítatlan elektron, azaz