X VIELAS MAGNĒTISKĀS ĪPAŠĪBAS

1. XVIELAS MAGNĒTISKĀS ĪPAŠĪBAS

2. 10.1. Elektrona orbitālais un spina magnētiskais moments Kustošu elektrisko lādiņu un strāvu ma gnētisko mijiedarbības spēku un magn ētiskos spēkus ietekmē viela, kas aizpi lda telpu, kurā pastāv magnētiskais lau ks. Tādām vielām ir noteiktas magnētis kās īpašības, un šinī nozīmē vielas sa uc par magnētiķiem. Līdz šim vielas ie Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

3. tekmi uz magnētiskā lauka indukciju for māli izteicām ar vielai raksturīgu lielu mu – magnētisko caurlaidību . Ja vie la aizpilda visu telpu, tad vielas magnē tiskā caurlaidība  rāda, cik reižu izmai nās lauka indukcija vielā B salīdzināju mā ar indukciju vakuumā B0, t.i., B=B0. Vielu, kurai >1, sauc par pa ramagnētiķi, bet vielu, kurai <1,- par Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

4. diamagnētiķi. Parasti vielu paramagnē tiskās un diamagnētiskās īpašības izp aužas tik mazā mērā, ka indukcija vielā maz atšķiras no indukcijas vakuumā un ≈ 1. Īpašai vielu grupai, kuras sauc par feromagnētiķiem, magnētiskās īpaš ības daudzos gadījumos izpaužas miljo niem reižu stiprāk nekā parastajiem pa ramagnētiķiem. Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

5. Vielas magnētiskās īpašības nosaka tās atomu elektronu orbitālie magnētis kie momenti un elektronu spinu magnē tiskie momenti. Saskaņā ar Bora teoriju elektrons atomā kustas pa noteiktām eliptiskām orbītām. Tuvināti pieņem, ka orbītas ir riņķveida un elektronu kustība rada strāvu, kuras stiprumu nosaka lādi ņš e un riņķošanas frekvence f: Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

6. I = ef. Šīs orbitālās strāvas magnētisko mome ntu sauc par elektrona orbitālo magnē tisko momentu ML: ML =IS=efr2, rir orbītas rādiuss. Tā kā 2rf=v, tad ML =evr/2. Orbitālais magnētiskais moments ir sis tīts ar orbitālo mehānisko (impulsa) mo Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

7. mentu L ML=-eL/2m, kur m ir elektrona masa. Elektronam bez orbitālā mehāniskā un Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

8. magnētiskā momenta ir savs impulsa moments Ls, ko sauc par spinu, un tam atbilstošais magnētiskais moments Ms: Ms=-eLs/m. Atomam ar Z elektroniem elektronu ko pējais magnētiskais moments ir summa Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

9. Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

10. Ja vielas atomu elektronu orbitālie mag nētiskie momenti ir izkliedēti haotiski visos virzienos, tad tie viens otru kom pensē un magnētisko lauku nerada. Kas notiek, ja viela nonāk ārējā magnē tiskā laukā? Pieņem, ka daļai elektro nu līdz vielas ienešanai magnētiskajā laukā orbitālie magnētiskie momenti ML ir vienādā skaitā vērsti pretējos virzien Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

11. nos. Uz leju vērsts pieaugošs magnētis kais lauks vielā inducē elektrisko lauku E, kas palielina vienu lādiņu ātrumu (v0+Δv) un samazina otru lādiņu ātrumu (v0-Δv). Līdz ar to, vienas lādiņu grupas orbitālie magnētiskie momenti palielin ās, bet otras lādiņu grupas – samazin ās. No teiktā izriet, ka abu elektronu gr upu orbitālo magnētisko momentu izm Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

12. aiņa pavājina ārējo magnētisko lauku. Tāpēc var secināt, ka vielu diamagnēti sms ir universāla parādība. Vāji izteiktā veidā tā piemīt visām vielām Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

13. 10.2. Magnetizācijas vektors un magnētiskā lauka indukcija vielā Ja atomā ar pāru skaita elektroniem to magnētiskie momenti ir orientēti savsta rpēji pretēji, tad atoma magnētiskais moments ir vienāds ar nulli. Šo elektro nu magnētiskais lauks pastāv tikai ato ma tilpumā. Ja atoma magnētiskais mo ments ir atšķirīgs no nulles, tad magnē Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

14. tiskais lauks pastāv arī ārpus ātoma. Šī lauka indukcija ir proporcionāla magnē tiskajam momentam un apgriezti propo rcionāla attāluma kubam, t. i. strauji sa mazinās, pieaugot attālumam. (Sk. VI nod. pielikumā Gredzenveidīga vada strāvas mag nētiskais lauks). Tā kā parastajos apstāk ļos vielā atomu magnētiskie momenti orientēti haotiski, tad vidējā makroskop Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

15. iskā lauka indukcija vielā ir vienāda ar nulli. Ja vielu ievieto ārējā magnētiskā laukā, notiek atomu magnētisko mome ntu Mat orientācija, un tā rezultātā viela magnetizējas. Magnētisko momentu or Ientācijas pakāpi raksturo magnetizāci jas vektors J, kas skaitliski vienāds ar tilpuma vienības magnētisko momentu. Ja magnetizācija visā tilpumā V ir vienā Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

16. da, tad magnetizācijas vektors Magnetizācijas vektora mērvienība ir ampērs uz metru (A·m), tāda pati kā ma gnētiskā lauka intensitātei H. Mikrostrā vu magnētiskā lauka indukciju B’ aprē ķināt ir grūti, jo tā atkarīga no daudzām vielas īpašībām. Tāpēc vielā pastāvošo magnētisko lauku raksturošanai izman Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

17. to palīgvektoru H, ko sauc par magnēti skā lauka intensitāti. Intensitāte H hom ogēnā magnētiķī viennozīmīgi raksturo makrostrāvu magnētisko lauku neatkarī gi no magnētiķa īpašībām. Šinī ziņā ma gnētiskā lauka intensitāte H ir analoga elektriskā lauka indukcijai D, kas homo gēnā dielektriķī viennozīmīgi raksturo uzlādētu ķermeņu makrolādiņu lauku Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

18. neatkarīgi no dielektriķa. Vakuumā magnētiskā lauka indukcija B0atšķiras no intensitātes H tikai ar reiz Inātāju 0 - magnētisko konstanti, B0=0H. Vielā mikrostrāvas rada papildu magnē tiskā lauka intensitāti H’ un papildu ind ukciju B’=0H’. Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

19. Summārā magnētiskā lauka indukcija magnētiķī ir B=0(H+H’). Mikrostrāvu intensitāti H’ raksturo mag netizācijas vektors J. Izotropiem magn ētiķiem magnetizācijas vektors ir propo rcionāls makrostrāvu magnētiskā lauka intensitātei J=H, Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

20. kur koeficientu  (hi) sauc par magnētis ko uzņēmību (susceptibilitāti), kas raks turīga dotajai vielai.Izotropiem paramag nētiķiem un diamagnētiķiem H’=J=H, B= 0(H+H)= 0(1+)H, B= 0H. sauc par vielas magnētisko caurlaidī bu. Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

21. Vielas, kurām 0 un 1, t.i. J un pa pildu lauka intensitāte H’ vērsta H virz ienā (razultējošais lauks pastiprinās), sauc par paramagnētiķiem. Vielas, kur ām 0 un 1, t.i. J un H’ ir vērsti pre tēji H (lauks magnētiķī pavājinās), sauc par diamagnētiķiem. Bez diamagnētiķiem un paramagnētiķ iem pastāv vielu grupa, kurām magnē Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

22. tiskā uzņēmība >>0, pie kam tā nav konstanta, bet mainās atkarībā no mag nētiskā lauka intensitātes. Šīs vielas sauc par feromagnētiķiem. Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

23. 10.3. Diamagnētiķi Ja vielu ievieto magnētiskajā laukā, tad uz atomu elektroniem darbojas Lorenca spēks, un tas izmaina elektronu orbitā lo kustības ātrumu, t.i., rada papildus kustību. Saskaņā ar Lenca likumu šīs elektronu orbitālās papildus kustības magnētiskā lauka indukcija vērsta pret ēji ārējā lauka indukcijai, kas šo kustību Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

24. izraisa. Tas ir diamagnētiskais efekts jeb vielas diamagnētisko īpašību izpau sme. Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

25. 10.4. Paramagnētisms Atoma magnētiskais moments Matārē jā magnētiskajā laukā izmainās divējā di: 1) inducējas magnētiskais moments Mat, kas vērsts pretēji ārējā lauka B vir zienam – atomu un vielas diamagnētis ms, un 2) norisinās Mat(elektronu orbitā lo un spinu momentu) orientācija magn ētiskā lauka indukcijas B virzienā. Šī Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

26. atoma magnētiskā momenta komponen te magnētiskā lauka B virzienā MatB ir ievērojami lielāka par indukcijas mome ntu ΔMat. Tāpēc vielas, kuru atomiem, ja ārējā magnētiskā lauka nav, ir magn ētiskais moments (Mat≠0), ir paramag nētiķi. Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

27. 10.5. Feromagnētiķu magnetizācija Dažos magnētiķos magnetizācija pas tāv arī tad, ja tie neatrodas ārējā magn ētiskajā laukā. Sakarā ar to, ka raksturī gākā no šīm vielām ir dzelzs (ferrum), tās sauc par feromagnētiķiem. No ķīmis ķiem elementiem feromagnētiķi ir dzel zs (Fe), kobalts (Co), niķelis (Ni) un da ži citi retzemju elementi. Bez tam fero Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

28. magnētiķi ir daudzi šo elementu sakau sējumi, kīmiskie savienojumi un daži fe romagnētiķu sakausējumi ar mangānu (Mg) un hromu (Cr). Pēdējā laikā arvien lielāku nozīmi iegūst feromagnētiskie pusvadītāji, ko sauc par ferītiem. Visām šīm vielām feromagnētiskās īpašības pastāv līdz noteiktai raksturīgai tempe ratūrai, ko sauc par Kirī punktu. Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

29. Parasti feromagnētiķu magnētiskā caur laidība  un uzņēmība  ir ļoti liela (pat desmitiem tūkstošu). Tāpēc jau samērā vājā magnētiskajā laukā feromagnētiķis stipri magnetizējas, pie kam raksturīga īpatnība ir nelineāra sakarība starp ma gnetizācijas vektoru un ārējā lauka inte nsitāti. Atmagnetizētā feromagnētiķī, pa lielinoties intensitātei H, magnētiskā lau Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

30. ka indukcija B sākumā strauji pieaug, pēc tam tā pieaug lēnāk, līdz beidzot iestājas piesātinājums. Feromagnētiķiem ir raksturīga arī palie košā magnetizācija. Ja, palielinot lauka intensitāti, iepriekš atmagnetizētu fero magnētiķi magnetizē līdz piesātinājum am un pēc tam lauka intensitāti samazi na līdz nullei, tad feromagnētiķis sagla Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

31. noteiktu makroskopisku magnetizāciju, t.i., kļūst par pastāvīgu magnētu. Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

32. 10.6. Feromagnētisma daba Feromagnētiķu īpašību izskaidrojumu dod kvantu teorija, pamatojoties uz eks perimentāliem faktiem. Tie ir: • Feromagnētiķu magnetizācija var pa stāvēt arī tad, ja tie neatrodas ārējā ma gnētiskajā laukā. 2. Feromagnētiķu atomu magnētiskie momenti pēc lieluma kārtas ir tādi paši Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

33. kā paramagnētiķu atomu magnētiskie momenti. 3. Feromagnētiķu magnetizāciju nosa ka elektronu spinu orientācija magnētis kajā laukā. 4. Feromagnētiskās īpašības pastāv ti kai kristaliskā vielas stāvoklī līdz notei ktai temperatūrai – Kirī punktam: dzel zij -1043 K, kobaltam – 1404 K, nikelim Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

34. - 631 K, galijam – 289 K. 5. Parasti atomos elektronu spinu mag nētiskie momenti pa pāriem ir versti pre tējos virzienos un kompensē viens otru. Feromagnētiķa atomos ir vairāki elektro ni, kuru spini vērsti vienā virzienā. Meklējot feromagnētisma izskaidroju mu, zinātnieki nonāca pie atziņas, ka fe romagnētiķos pastāv īpašs molekulārs Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

35. spēku lauks, kuru ietekmē atomu magn ētiskie momenti tiek spontāni orientēti vienā virzienā. Feromagnētiķī veidojas mikroskopiski spontānās magnetizācij as apgabali – domeni. Katrs domens ir magnetizēts līdz piesātinājumam. Ārpus ārēja magnētiskā lauka domenu magnētiskie momenti orientēti dažādi – tā, ka rezultējošais feromagnētiķa mag Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI

36. nētiskais moments vienāds ar nulli. Ņ.Nadežņikovs X MAGNĒTIĶI