6. المواد المغناطيسية

جميع المواد مغناطيسية وممغنطة في مجال مغناطيسي خارجي.

بناءً على خواصها المغناطيسية، تنقسم المواد إلى ضعيفة المغناطيسية ( المواد المغناطيسيةو مغناطيسات مسايرة) ومغناطيسية للغاية ( مغناطيسات حديديةو مغناطيس حديدي).

ديامغناطيسميكرو ر < 1, значение которой не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Диамагнетиками являются вещества, атомы (молекулы) которых в отсутствие намагничивающего поля имеют магнитный момент равный нулю: водород, инертные газы, большинство органических соединений и некоторые металлы (النحاس، الزنك، Ag، Au، Hg)، وكذلك في أنا, جا، سب.

بارامغناطيسية- المواد ذات النفاذية المغناطيسيةميكرو ر> 1، والتي في المجالات الضعيفة لا تعتمد على قوة المجال المغناطيسي الخارجي. تشمل المواد الممغنطة المواد التي تتمتع ذراتها (جزيئاتها) في غياب مجال مغنطيسي بعزم مغناطيسي يختلف عن الصفر: الأكسجين وأكسيد النيتروجين وأملاح الحديد والكوبالت والنيكل والعناصر الأرضية النادرة والمعادن القلوية والألومنيوم والبلاتين.

المواد المغناطيسية وشبه المغناطيسية لها نفاذية مغناطيسيةميكرو رهو قريب من الوحدة. التطبيق في التكنولوجيا كمواد مغناطيسية محدود.

في المواد شديدة المغناطيسية، تكون النفاذية المغناطيسية أكبر بكثير من الوحدة (ميكرو ر >> 1) ويعتمد على قوة المجال المغناطيسي. وتشمل هذه: الحديد والنيكل والكوبالت وسبائكها، وكذلك سبائك الكروم والمنغنيز والجادولينيوم والفريت ذات التركيبات المختلفة.

6.1. الخصائص المغناطيسية للمواد

يتم تقييم الخواص المغناطيسية للمواد بكميات فيزيائية تسمى الخصائص المغناطيسية.

النفاذية المغناطيسية

يميز نسبيو مطلق النفاذية المغناطيسيةالمواد (المواد) المترابطة بالعلاقة

μa = μ س · μ، جن / م

μ س- ثابت مغناطيسي،μ س = 4π ·10 -7 ساعة/م؛

μ - النفاذية المغناطيسية النسبية (كمية بلا أبعاد).

يتم استخدام النفاذية المغناطيسية النسبية لوصف خصائص المواد المغناطيسية.μ (يُطلق عليها غالبًا النفاذية المغناطيسية), وللحسابات العملية، يتم استخدام النفاذية المغناطيسية المطلقةμa، تحسب بالمعادلة

μa = في /ن، جن / م

ن- شدة المجال المغناطيسي المغنطيسي (الخارجي)، A/m

في – تحريض المجال المغناطيسي في المغناطيس.

قيمة كبيرةμ يوضح أن المادة يتم مغنطتها بسهولة في المجالات المغناطيسية الضعيفة والقوية. تعتمد النفاذية المغناطيسية لمعظم المغناطيسات على قوة المجال المغناطيسي المغنطيسي.

لتوصيف الخواص المغناطيسية، تسمى كمية بلا أبعاد القابلية المغناطيسية χ .

μ = 1 + χ

معامل درجة الحرارة للنفاذية المغناطيسية

تعتمد الخواص المغناطيسية للمادة على درجة الحرارةμ = μ (ت) .

لوصف طبيعة التغييرالخصائص المغناطيسية مع درجة الحرارةاستخدام معامل درجة الحرارة للنفاذية المغناطيسية.

اعتماد القابلية المغناطيسية للمواد البارامغناطيسية على درجة الحرارةتوصفها قانون كوري

أين ج - ثابت كوري .

الخصائص المغناطيسية للمغناطيسات الحديدية

إن اعتماد الخواص المغناطيسية للمغناطيسات الحديدية له طابع أكثر تعقيدًا، كما هو موضح في الشكل، ويصل إلى الحد الأقصى عند درجة حرارة قريبة منس ل.

درجة الحرارة التي تنخفض فيها القابلية المغناطيسية بشكل حاد، تقريبًا إلى الصفر، تسمى درجة حرارة كوري -س ل. في درجات حرارة أعلىسل تتعطل عملية مغنطة المغناطيس الحديدي بسبب الحركة الحرارية الشديدة للذرات والجزيئات وتتوقف المادة عن أن تكون مغناطيسية حديدية وتصبح مغناطيسية مسايرة.

للحديد سك = 768 ° ج- النيكل سك = 358 ° ج- للكوبالت سك = 1131 ° ج.

فوق درجة حرارة كوري، يعتمد القابلية المغناطيسية للمغناطيس الحديدي على درجة الحرارةتوصفها قانون كوري فايس

تتم عملية مغنطة المواد ذات المغناطيسية العالية (المغناطيسات الحديدية). التباطؤ. إذا تم ممغنط مغناطيس حديدي منزوع الممغنطة في مجال خارجي، فإنه يصبح ممغنطًا وفقًا لـ منحنى المغنطة ب = ب(ح) . إذا كان الأمر كذلك، بدءا من بعض القيمةحالبدء في تقليل شدة المجال، ثم الحثبسوف تنخفض مع بعض التأخير ( التباطؤ) بالنسبة لمنحنى المغنطة. ومع زيادة المجال في الاتجاه المعاكس، يصبح المغناطيس الحديدي غير مغنطيسي يعيد مغناطيسيةومع تغير جديد في اتجاه المجال المغناطيسي، يمكن العودة إلى نقطة البداية التي بدأت منها عملية إزالة المغناطيسية. تسمى الحلقة الناتجة الموضحة في الشكل حلقة التباطؤ.

في بعض التوتر الأقصىنم في مجال المغنطة، تتم ممغنطة المادة إلى حالة التشبع، حيث يصل الحث إلى القيمةفين، الذي يسمىتحريض التشبع.

الحث المغناطيسي المتبقي فيعن – لوحظ في مادة مغناطيسية حديدية، ممغنطة حتى التشبع، أثناء إزالة المغناطيسية، عندما تكون شدة المجال المغناطيسي صفرًا. لإزالة مغنطة عينة مادة، يجب أن تغير قوة المجال المغناطيسي اتجاهها إلى الاتجاه المعاكس (-ن). قوة المجالنل ، حيث يكون الحث مساوياً للصفر، يسمى القوة القسرية(قوة القابضة) .

دائمًا ما يكون عكس مغنطة المغناطيس الحديدي في المجالات المغناطيسية المتناوبة مصحوبًا بفقدان الطاقة الحرارية، والذي يحدث بسبب خسائر التباطؤو خسائر ديناميكية. ترتبط الخسائر الديناميكية بالتيارات الدوامية المستحثة في حجم المادة وتعتمد على المقاومة الكهربائية للمادة، والتي تتناقص مع زيادة المقاومة. خسائر التباطؤدبليو في دورة عكس مغنطة واحدة تحددها مساحة حلقة التباطؤ

ويمكن حسابها لوحدة حجم المادة باستخدام الصيغة التجريبية

ي/م 3

أين η - معامل اعتمادا على المادة،ب ن - الحد الأقصى للتحريض الذي تم تحقيقه خلال الدورة،ن- الأس يساوي 1.6 حسب المادة¸ 2.

فقدان الطاقة المحددة بسبب التباطؤ رز – الخسائر التي يتم إنفاقها على عكس مغنطة وحدة الكتلة لكل وحدة حجم المادة في الثانية.

أين و - تردد التيار المتردد،ت- فترة التذبذب.

الانقباض المغناطيسي

الانقباض المغناطيسي - ظاهرة التغيرات في الأبعاد الهندسية وشكل المغناطيس الحديدي عندما يتغير حجم المجال المغناطيسي أي يتغير حجمه. عندما ممغنط. التغير النسبي في الأبعاد الماديةΔ ل/ ليمكن أن تكون إيجابية وسلبية. بالنسبة للنيكل، يكون التقبض المغناطيسي أقل من الصفر ويصل إلى قيمة 0.004%.

وفقًا لمبدأ لو شاتيليه الخاص بمقاومة النظام لتأثير العوامل الخارجية التي تسعى إلى تغيير هذه الحالة، فإن التشوه الميكانيكي للمغناطيس الحديدي، الذي يؤدي إلى تغيير في حجمه، يجب أن يؤثر على مغنطة هذه المواد.

إذا واجه الجسم، أثناء المغنطة، انخفاضًا في حجمه في اتجاه معين، فإن تطبيق ضغط ضاغط ميكانيكي في هذا الاتجاه يعزز المغنطة، والتمدد يجعل المغنطة صعبة.

6.2. تصنيف المواد المغناطيسية

تنقسم جميع المواد المغناطيسية إلى مجموعتين بناءً على سلوكها في المجال المغناطيسي.

مغناطيسية ناعمة – مع نفاذية مغناطيسية عاليةμ وقوة قسرية منخفضةنل< 10أكون. فهي ممغنطة بسهولة وإزالة المغناطيسية. لديهم خسائر التباطؤ منخفضة، أي. حلقة التباطؤ الضيقة.

تعتمد الخصائص المغناطيسية على النقاء الكيميائي ودرجة تشويه التركيب البلوري. كلما قلت الشوائب(مع، ر، ق، يا، ن) كلما ارتفع مستوى خصائص المادة، لذلك من الضروري إزالتها وأكاسيدها أثناء إنتاج المغناطيس الحديدي، ومحاولة عدم تشويه البنية البلورية للمادة.

المواد المغناطيسية الصلبة – عظيمنك > 0.5 MA/m والحث المتبقي (فيعن ≥ 0.1T). أنها تتوافق مع حلقة التباطؤ واسعة. يتم ممغنطتها بصعوبة كبيرة، لكن يمكنها الاحتفاظ بالطاقة المغناطيسية لعدة سنوات، أي. بمثابة مصدر للمجال المغناطيسي المستمر. ولذلك، يتم تصنيع المغناطيس الدائم منها.

تنقسم جميع المواد المغناطيسية بناءً على تركيبها إلى:

· معدن؛

· غير معدنية

· الكهرباء المغناطيسية.

المواد المغناطيسية المعدنية - وهي معادن نقية (الحديد والكوبالت والنيكل) وسبائك مغناطيسية لبعض المعادن.

إلى غير معدنية تشمل المواد فريت,يتم الحصول عليها من مساحيق أكاسيد الحديد والمعادن الأخرى. يتم ضغطها وحرقها عند درجة حرارة 1300 - 1500 درجة مئوية وتتحول إلى أجزاء مغناطيسية صلبة متجانسة. يمكن للفريت، مثل المواد المعدنية المغناطيسية، أن يكون مغناطيسيًا ناعمًا أو مغناطيسيًا صلبًا.

الكهرباء المغناطيسية – وهي عبارة عن مواد مركبة تتكون من 60-80% من المواد المغناطيسية المسحوقة و40-20% من المواد العازلة العضوية. فريتس و الكهرباء المغناطيسيةلديها مقاومة كهربائية عالية (ρ = 10 ÷ 10 8 أوم م)، تضمن المقاومة العالية لهذه المواد فقدانًا منخفضًا للطاقة الديناميكية في المجالات الكهرومغناطيسية المتناوبة وتسمح باستخدامها على نطاق واسع في التكنولوجيا عالية التردد.

6.3. المواد المغناطيسية المعدنية

6.3.1. معدن مغناطيسية ناعمة مواد

تشتمل المواد المغناطيسية المعدنية اللينة على حديد الكربونيل، والسبائك الدائمة، والسيفير، والفولاذ السيليكوني منخفض الكربون.

حديد الكربونيل – يتم الحصول عليها عن طريق التحلل الحراري لسائل خماسي كربونيل الحديدف ه( كو) 5 للحصول على جزيئات الحديد المسحوق النقي:

ف ه( كو ) 5 → الحديد+ 5 س،

عند درجة حرارة حوالي 200درجة مئويةوالضغط 15 ميجا باسكال. جزيئات الحديد لها شكل كروي بحجم 1 – 10 ميكرون. لإزالة جزيئات الكربون، يتعرض مسحوق الحديد للمعالجة الحرارية في البيئةن 2 .

تصل النفاذية المغناطيسية لحديد الكربونيل إلى 20000، والقوة القسرية 4.5¸ 6,2أكون. يستخدم مسحوق الحديد لصنع التردد العالي عازل مغناطيسيالنوى، كمادة حشو في الأشرطة المغناطيسية.

بيرمالوي –سبائك الحديد والنيكل اللدنة. لتحسين الخصائص، أضفشهر، مع ص، النحاس, إنتاج permalloys مخدر. تتميز بمرونة عالية ويمكن لفها بسهولة إلى صفائح وأشرطة يصل سمكها إلى 1 ميكرون.

إذا كان محتوى النيكل في السبائك الدائمة يتراوح بين 40 - 50%، يطلق عليه اسم النيكل المنخفض، وإذا كان 60 - 80% - عالية النيكل.

تتمتع السبائك الدائمة بمستوى عالٍ من الخصائص المغناطيسية، والتي لا يتم ضمانها فقط من خلال التركيب والنقاء الكيميائي العالي للسبائك، ولكن أيضًا من خلال المعالجة الفراغية الحرارية الخاصة. تتمتع السبائك الدائمة بمستوى عالٍ جدًا من النفاذية المغناطيسية الأولية من 2000 إلى 30000 (اعتمادًا على التركيب) في منطقة المجالات الضعيفة، وهو ما يرجع إلى انخفاض حجم التقبض المغناطيسي وتباين الخواص المغناطيسية. يتميز Supermalloy بخصائص عالية بشكل خاص، حيث تبلغ النفاذية المغناطيسية الأولية 100000، ويصل الحد الأقصى إلى 1.5· 10 6 ص ب= 0.3 ت.

يتم توفير Permalloy على شكل شرائح وألواح وقضبان. تُستخدم السبائك الدائمة ذات نسبة النيكل المنخفضة في تصنيع قلوب المحثات والمحولات صغيرة الحجم والمكبرات المغناطيسية، عالية النيكل permalloi – لأجزاء المعدات التي تعمل بالترددات الصوتية والأسرع من الصوت. الخصائص المغناطيسية للسبائك الدائمة مستقرة عند -60 +60 درجة مئوية.

السيفيرا – هشة غير قابلة للطرقسبائك من تكوين آل – سي- الحديد مكونة من 5.5 – 13%آل, 9 – 10 % سي, والباقي حديد. السيفير يشبه في خصائصه البيرميلوي، لكنه أرخص. يتم تصنيع النوى المصبوبة منه، ويتم صب الشاشات المغناطيسية والأجزاء المجوفة الأخرى بسماكة جدار لا تقل عن 2 - 3 مم. هشاشة السيفر تحد من مجالات تطبيقه. من خلال الاستفادة من هشاشة السيفر، يتم طحنه إلى مسحوق، والذي يستخدم كحشو مغناطيسي في الضغط العالي التردد. الكهرباء المغناطيسية(النوى والخواتم).

السيليكون الصلب منخفض الكربون (الصلب الكهربائية) –سبيكة من الحديد والسيليكون (0.8 – 4.8%)سي). المادة المغناطيسية الناعمة الرئيسية للاستخدام الشامل. يتم دحرجتها بسهولة إلى صفائح وأشرطة بسمك 0.05 - 1 مم وهي مادة رخيصة الثمن. يؤدي السيليكون الموجود في الفولاذ في حالة مذابة وظيفتين.

· من خلال زيادة مقاومة الفولاذ، يتسبب السيليكون في تقليل الخسائر الديناميكية المرتبطة بالتيارات الدوامية. تزداد المقاومة بسببتشكيل السيليكا شافي 2 نتيجة لرد الفعل

2 الحديد O + س ط→ 2Fe+ شافي 2 .

· وجود السيليكون المذاب في الفولاذ يعزز تحلل السمنتيتالحديد 3 ج – الشوائب الضارة التي تقلل من الخصائص المغناطيسية، وإطلاق الكربون على شكل الجرافيت. في هذه الحالة يتكون الحديد النقي الذي تنمو بلورات منه يزيد من مستوى الخصائص المغناطيسية للصلب.

لا يُنصح بإدخال السيليكون في الفولاذ بنسبة تزيد عن 4.8٪، لأنه بينما يساعد على تحسين الخصائص المغناطيسية، فإن السيليكون يزيد بشكل حاد من هشاشة الفولاذ ويقلل من خواصه الميكانيكية.

6.3.2. مواد معدنية صلبة مغناطيسية

المواد المغناطيسية الصلبة - هذه مغناطيسات حديدية ذات قوة قسرية عالية (أكثر من 1 كيلو أمبير / م) وقيمة كبيرة من الحث المغناطيسي المتبقيفيعن. يستخدم في صناعة المغناطيس الدائم.

اعتمادًا على التكوين والحالة وطريقة الإنتاج يتم تقسيمها إلى:

· سبائك الفولاذ المارتنسيتي؛

· يلقي سبائك مغناطيسية صلبة.

سبائك الفولاذ المارتنسيتي – هذا يتعلق بالفولاذ الكربوني والفولاذ المخلوطكر، دبليو، كو، مو . الكربون العصور الفولاذية بسرعةوتغير خصائصها، لذا نادراً ما تستخدم في صناعة المغناطيس الدائم. لتصنيع المغناطيس الدائم، يتم استخدام سبائك الفولاذ - التنغستن والكروم (نج ≈ 4800 أكون،فييا ≈ 1T) والتي يتم تصنيعها على شكل قضبان ذات أشكال مقطعية مختلفة. يتمتع فولاذ الكوبالت بإكراه أعلى (نج ≈ 12000 أكون،فييا ≈ 1 T) مقارنة بالتنغستن والكروم. القوة القسرية نمع يزداد فولاذ الكوبالت مع زيادة المحتوى معيا .

صب سبائك مغناطيسية صلبة. ترجع الخصائص المغناطيسية المحسنة للسبائك إلى التركيبة المختارة خصيصًا والمعالجة الخاصة - تبريد المغناطيس بعد الصب في مجال مغناطيسي قوي، بالإضافة إلى المعالجة الحرارية الخاصة متعددة المراحل في شكل التبريد والتلطيف بالاشتراك مع المغناطيسي العلاج يسمى تصلب التشتت.

يتم استخدام ثلاث مجموعات رئيسية من السبائك لتصنيع المغناطيس الدائم:

· الحديد – الكوبالت – سبائك الموليبدينوم يكتب remalloyبالقوة القسريةنك = 12 – 18 كيلو أمبير/م.

· مجموعة السبائك:

§ النحاس – النيكل – الحديد؛

§ النحاس – النيكل – الكوبالت؛

§ الحديد - المنغنيز، مخلوطالألومنيوم أو التيتانيوم.

§ الحديد – الكوبالت – الفاناديوم (فه– شارك – الخامس).

تسمى سبائك النحاس – النيكل – الحديد kunife (مع ش– ني - الحديد). سبيكة فه– كو – ف ويسمى (الحديد – الكوبالت – الفاناديوم). فيكالا . سبائك هذه المجموعة لديها قوة قسرية نل = 24 – 40 كيلو أمبير/م. متوفر في شكل سلك وصفائح.

· نظام السبائك حديد – نيكل – ألومنيوم(فه – ني– آل), المعروفة سابقا باسم سبيكة ألني. سبيكة تحتوي على 20 - 33%ني + 11 - 17% آل، والباقي حديد. تؤدي إضافة الكوبالت والنحاس والتيتانيوم والسيليكون والنيوبيوم إلى السبائك إلى تحسين خصائصها المغناطيسية، وتسهيل تكنولوجيا التصنيع، وضمان تكرار المعلمات، وتحسين الخواص الميكانيكية. تحتوي العلامة التجارية الحديثة على أحرف تشير إلى المعادن المضافة (Y - الألومنيوم، N - النيكل، D - النحاس، K - الكوبالت، T - التيتانيوم، B - النيوبيوم، C - السيليكون)، الأرقام - محتوى العنصر، الذي يظهر حرفه قبل الرقم، على سبيل المثال، UNDC15.

السبائك لها قيمة إكراه عالية نل = 40 – 140 كيلو أمبير/م وطاقة مغناطيسية كبيرة مخزنة.

6.4. المواد المغناطيسية غير المعدنية. الفريت

الفريت عبارة عن مواد مغناطيسية خزفية ذات موصلية إلكترونية منخفضة. تسمح الموصلية الكهربائية المنخفضة مع الخصائص المغناطيسية العالية باستخدام الفريت على نطاق واسع عند الترددات العالية.

تُصنع الفرّيتات من خليط مسحوق يتكون من أكسيد الحديد وأكاسيد مختارة خصيصًا من معادن أخرى. يتم ضغطها ثم تلبيدها في درجات حرارة عالية. الصيغة الكيميائية العامة هي:

ميوالحديد 2 O 3 أو MeFe 2 O 4،

أين مهرمز معدني ثنائي التكافؤ.

على سبيل المثال،

أكسيد الزنكالحديد 2 أو 3 أو

نيوالحديد 2 أو 3 أو نيفي 2 يا 4

تحتوي الفريت على شبكة مكعبة من نوع الإسبنيلMgOAl 2 يا 3 - ألومينات المغنيسيوم.ليست كل الفريت مغناطيسية. يرتبط وجود الخواص المغناطيسية بترتيب الأيونات المعدنية في شبكة الإسبنيل المكعبة. لذلك النظامالزنك الحديد 2 يا 4 ليس لديها خصائص مغناطيسية.

يتم إنتاج الفريت باستخدام تكنولوجيا السيراميك. يتم طحن أكاسيد المعادن المسحوقة الأصلية في مطاحن كروية، ثم يتم ضغطها وإطلاقها في الأفران. يتم طحن القوالب الملبدة إلى مسحوق ناعم، ويتم إضافة مادة ملدنة، على سبيل المثال، محلول كحول البولي فينيل. من الكتلة الناتجة، يتم ضغط منتجات الفريت - النوى، الحلقات، التي يتم إطلاقها في الهواء عند 1000 - 1400 درجة مئوية. لا يمكن معالجة المنتجات الصلبة والهشة الناتجة ومعظمها سوداء إلا عن طريق الطحن والتلميع.

مغناطيسية ناعمة الفريت

مغناطيسية ناعمةتستخدم الفريت على نطاق واسع في مجال الإلكترونيات عالية التردد وصناعة الأدوات لتصنيع المرشحات والمحولات لمكبرات الصوت المنخفضة والعالية التردد والهوائيات لأجهزة الإرسال والاستقبال الراديوي ومحولات النبض والمغيرات المغناطيسية. تنتج الصناعة الأنواع التالية من الفريت المغناطيسي الناعم مع مجموعة واسعة من الخصائص المغناطيسية والكهربائية: النيكل - الزنك والمنغنيز - الزنك والليثيوم - الزنك. يعتمد التردد المحدد العلوي لاستخدام الفريت على تركيبته ويختلف بالنسبة لأنواع مختلفة من الفريت من 100 كيلو هرتز إلى 600 ميجا هرتز، وتبلغ القوة القسرية حوالي 16 أمبير / م.

تتمثل ميزة الفريت في استقرار الخصائص المغناطيسية والسهولة النسبية لتصنيع مكونات الراديو. مثل جميع المواد المغناطيسية، تحتفظ الفريت بخصائصها المغناطيسية فقط حتى درجة حرارة كوري، والتي تعتمد على تركيبة الفريت وتتراوح من 45 درجة إلى 950 درجة مئوية.

الفريت المغناطيسي الصلب

لتصنيع المغناطيس الدائم، يتم استخدام الفريت المغناطيسي الصلب على نطاق واسع (فاو 6 الحديد 2 أو 3 ). لديهم بنية بلورية سداسية ذات حجم كبيرنل . فريت الباريوم هي مادة متعددة البلورات. يمكن أن تكون متناحية الخواص - نفس خصائص الفريت في جميع الاتجاهات ترجع إلى حقيقة أن الجزيئات البلورية موجهة بشكل تعسفي. إذا تعرضت كتلة المسحوق، أثناء عملية الضغط على المغناطيس، إلى مجال مغناطيسي خارجي عالي الكثافة، فسيتم توجيه جزيئات الفريت البلورية في اتجاه واحد، وسيكون المغناطيس متباين الخواص.

تتميز فريتات الباريوم باستقرار جيد لخصائصها، ولكنها حساسة للتغيرات في درجات الحرارة والضغط الميكانيكي. مغناطيس الفريت الباريوم رخيص.

6.5. الكهرباء المغناطيسية

الكهرباء المغناطيسية - هذه مواد مركبة تتكون من جزيئات دقيقة من مادة مغناطيسية ناعمة مرتبطة ببعضها البعض بواسطة عازل عضوي أو غير عضوي. يتم استخدام حديد الكربونيل، والسيفير، وبعض أنواع السبائك الدائمة، المطحونة إلى حالة المسحوق، كمواد مغناطيسية ناعمة.

يتم استخدام البوليسترين وراتنجات الباكليت والزجاج السائل وما إلى ذلك كمواد عازلة.

الغرض من العزل الكهربائي ليس فقط توصيل جزيئات المادة المغناطيسية، ولكن أيضًا عزلها عن بعضها البعض، وبالتالي زيادة قيمة المقاومة الكهربائية بشكل حاد عازل مغناطيسي. المقاومة الكهربائيةصالكهرباء المغناطيسيةهو 10 3 - 10 4 أوم× م

الكهرباء المغناطيسيةتستخدم لتصنيع النوى لمكونات المعدات الراديوية عالية التردد. عملية تصنيع المنتجات أبسط من عملية تصنيع الفريت، لأن أنها لا تتطلب المعالجة الحرارية ذات درجة الحرارة العالية. المنتجات من الكهرباء المغناطيسيةوهي تتميز بثبات عالي للخصائص المغناطيسية ودرجة عالية من نظافة السطح ودقة الأبعاد.

تتميز المواد العازلة المغناطيسية المملوءة بسبائك الموليبدينوم أو حديد الكربونيل بأعلى الخصائص المغناطيسية.

المغناطيس

جميع المواد الموجودة في المجال المغناطيسي ممغنطة (يظهر فيها مجال مغناطيسي داخلي). تنقسم المواد حسب حجم واتجاه المجال الداخلي إلى:

1) المواد المغناطيسية،

2) المواد البارامغناطيسية،

3) المغناطيسات الحديدية.

تتميز مغنطة المادة بالنفاذية المغناطيسية،

الحث المغناطيسي في المادة

الحث المغناطيسي في الفراغ .

يمكن وصف أي ذرة باللحظة المغناطيسية .

القوة الحالية في الدائرة - مساحة الدائرة - المتجه الطبيعي لسطح الدائرة.

يتم إنشاء التيار الجزئي للذرة من خلال حركة الإلكترونات السالبة في مدارها وحول محورها، وكذلك من خلال دوران النواة الموجبة حول محورها.

1. مغناطيسات.

عندما لا يكون هناك مجال خارجي، في الذرات المواد المغناطيسيةيتم تعويض تيارات الإلكترونات والنوى. إجمالي التيار الجزئي للذرة وعزمها المغناطيسي يساوي الصفر.

في المجال المغناطيسي الخارجي، يتم إحداث تيارات أولية غير صفرية في الذرات. يتم توجيه العزوم المغناطيسية للذرات في الاتجاه المعاكس.

يتم إنشاء حقل صغير خاص به، موجه عكس المجال الخارجي، مما يؤدي إلى إضعافه.

في المواد المغناطيسية.

لأن< , то для диамагнетиков 1.

2. بارامغناطيسية

في مغناطيسات مسايرةالتيارات الدقيقة للذرات ولحظاتها المغناطيسية لا تساوي الصفر.

وبدون مجال خارجي، تقع هذه التيارات الدقيقة بشكل فوضوي.

في المجال المغناطيسي الخارجي، يتم توجيه التيارات الدقيقة للذرات البارامغناطيسية على طول المجال، مما يعززه.

في المواد البارامغناطيسية، الحث المغناطيسي = + يتجاوز قليلا .

بالنسبة للمغناطيسات البارامغناطيسية، 1. بالنسبة للقطر والمغناطيسات البارامغناطيسية، يمكننا أن نفترض أن 1.

الجدول 1. النفاذية المغناطيسية للمواد شبه المغناطيسية.

تعتمد مغنطة المواد البارامغناطيسية على درجة الحرارة، وذلك لأن تمنع الحركة الحرارية للذرات الترتيب المنظم للتيارات الدقيقة.

معظم المواد في الطبيعة هي مغناطيسية.

المجال المغناطيسي الجوهري في القطر والمغناطيسات المشابهة غير مهم ويتم تدميره إذا تمت إزالة المادة من المجال الخارجي (تعود الذرات إلى حالتها الأصلية، وتتم إزالة مغناطيسية المادة).

3. المغناطيسات الحديدية

النفاذية المغناطيسية مغناطيسات حديديةيصل إلى مئات الآلاف ويعتمد على حجم المجال المغناطيسي ( مواد مغناطيسية للغاية).

المغناطيسات الحديدية: الحديد والصلب والنيكل والكوبالت وسبائكها ومركباتها.

في المغناطيسات الحديدية، هناك مناطق مغنطة تلقائية ("المجالات") حيث يتم توجيه جميع التيارات الدقيقة الذرية بنفس الطريقة. حجم المجال يصل إلى 0.1 ملم.

في حالة عدم وجود مجال خارجي، يتم توجيه العزوم المغناطيسية للمجالات الفردية وتعويضها بشكل عشوائي. في المجال الخارجي، تلك المجالات التي تعمل فيها التيارات الدقيقة على تعزيز المجال الخارجي تزيد من حجمها على حساب المجالات المجاورة. المجال المغناطيسي الناتج = + في المغناطيسات الحديدية أقوى بكثير مقارنة بالمواد شبه المغناطيسية والديامغناطيسية.

المجالات التي تحتوي على مليارات الذرات تعاني من القصور الذاتي ولا تعود بسرعة إلى حالتها الأصلية المضطربة. ولذلك، إذا تمت إزالة المغناطيس الحديدي من المجال الخارجي، فإن المجال الخاص به يبقى لفترة طويلة.

يتم إزالة المغناطيسية من المغناطيس أثناء التخزين طويل الأمد (بمرور الوقت، تعود المجالات إلى حالة الفوضى).

طريقة أخرى لإزالة المغناطيسية هي التسخين. لكل مغنطيس حديدي هناك درجة حرارة (تسمى "نقطة كوري") يتم عندها تدمير الروابط بين الذرات في المجالات. في هذه الحالة، يتحول المغناطيس الحديدي إلى بارامغناطيسي وتحدث إزالة المغناطيسية. على سبيل المثال، نقطة كوري للحديد هي 770 درجة مئوية.

النفاذية المغناطيسية. الخصائص المغناطيسية للمواد

الخصائص المغناطيسية للمواد

مثلما تتميز الخواص الكهربائية للمادة بثابت العزل الكهربائي، فإن الخواص المغناطيسية للمادة تتميز بها النفاذية المغناطيسية.

نظرًا لحقيقة أن جميع المواد الموجودة في المجال المغناطيسي تخلق مجالًا مغناطيسيًا خاصًا بها، فإن ناقل الحث المغناطيسي في وسط متجانس يختلف عن المتجه في نفس النقطة في الفضاء في حالة عدم وجود وسيط، أي في الفراغ.

العلاقة تسمى النفاذية المغناطيسية للوسط.

لذلك، في وسط متجانس، الحث المغناطيسي يساوي:

قيمة m للحديد كبيرة جدًا. يمكن التحقق من ذلك من خلال الخبرة. إذا قمت بإدخال نواة حديدية في ملف طويل، فإن الحث المغناطيسي، وفقا للصيغة (12.1)، سيزيد م مرة. ونتيجة لذلك، فإن تدفق الحث المغناطيسي سيزداد بنفس المقدار. عندما يتم فتح الدائرة التي تغذي الملف الممغنط بالتيار المباشر، يظهر تيار تحريضي في الملف الثاني الصغير الملفوف أعلى الملف الرئيسي، والذي يتم تسجيله بواسطة الجلفانومتر (الشكل 12.1).

إذا تم إدخال نواة حديدية في الملف، فإن انحراف إبرة الجلفانومتر عند فتح الدائرة سيكون أكبر بمقدار م مرة. تظهر القياسات أن التدفق المغناطيسي عند إدخال نواة حديدية في الملف يمكن أن يزيد آلاف المرات. ونتيجة لذلك، فإن النفاذية المغناطيسية للحديد هائلة.

هناك ثلاث فئات رئيسية من المواد ذات الخصائص المغناطيسية المختلفة بشكل حاد: المغناطيسات الحديدية والمغناطيسات البارامغناطيسية والمواد المغناطيسية.

المغناطيسات الحديدية

المواد التي، مثل الحديد، m >> 1، تسمى المغناطيسات الحديدية. بالإضافة إلى الحديد، يعتبر الكوبالت والنيكل من العناصر المغناطيسية الحديدية، بالإضافة إلى عدد من العناصر الأرضية النادرة والعديد من السبائك. الخاصية الأكثر أهمية للمغناطيسات الحديدية هي وجود المغناطيسية المتبقية. يمكن أن تكون المادة المغناطيسية المغناطيسية في حالة ممغنطة دون وجود مجال مغنطيسي خارجي.

من المعروف أن الجسم الحديدي (القضيب مثلاً) ينجذب إلى مجال مغناطيسي، أي أنه يتحرك إلى منطقة يكون فيها الحث المغناطيسي أكبر. وبناء على ذلك، فإنه ينجذب إلى المغناطيس أو المغناطيس الكهربائي. يحدث هذا لأن التيارات الأولية في الحديد موجهة بحيث يتزامن اتجاه الحث المغناطيسي لمجالها مع اتجاه تحريض المجال المغناطيسي. ونتيجة لذلك يتحول القضيب الحديدي إلى مغناطيس، أقرب قطب له يكون مقابلا لقطب المغناطيس الكهربائي. تتجاذب أقطاب المغناطيس المتقابلة (الشكل 12.2).

أرز. 12.2

قف! قرر بنفسك: A1–A3، B1، B3.

بارامغناطيسية

هناك مواد تتصرف مثل الحديد، أي أنها تنجذب إلى مجال مغناطيسي. وتسمى هذه المواد ممغنطيسي. وتشمل هذه بعض المعادن (الألومنيوم، الصوديوم، البوتاسيوم، المنغنيز، البلاتين، إلخ)، والأكسجين والعديد من العناصر الأخرى، بالإضافة إلى محاليل الإلكتروليت المختلفة.

نظرًا لسحب المغناطيسات البارامغناطيسية إلى المجال، يتم توجيه خطوط الحث للمجال المغناطيسي الخاص بها والمجال المغنطيسي بنفس الطريقة، وبالتالي يتم تعزيز المجال. وبالتالي، لديهم m > 1. لكن m يختلف عن الوحدة بشكل طفيف للغاية، فقط بمقدار 10 –5 ...10 –6. لذلك، هناك حاجة إلى مجالات مغناطيسية قوية لمراقبة الظواهر المغناطيسية.

ديامغناطيس

هناك فئة خاصة من المواد المواد المغناطيسية، اكتشفه فاراداي. يتم دفعهم خارج المجال المغناطيسي. إذا قمت بتعليق قضيب مغناطيسي بالقرب من قطب مغناطيس كهربائي قوي، فسيتم صده منه. وبالتالي، يتم توجيه خطوط الحث للمجال الذي تم إنشاؤه به عكس خطوط الحث للمجال المغنطيسي، أي يتم إضعاف المجال (الشكل 12.3). وفقا لذلك، للمواد المغناطيسية م< 1, причем отличается от единицы на вели­чину порядка 10 –6 . Магнитные свойства у диамагнетиков вы­ражены слабее, чем у парамагнетиков.

النفاذية المغناطيسية- الكمية الفيزيائية، المعامل (حسب خصائص الوسط) الذي يميز العلاقة بين الحث المغناطيسي ب (\displaystyle (B))وقوة المجال المغناطيسي ح (\displaystyle (H))في المسألة. ويختلف هذا المعامل باختلاف الوسائط، لذلك يتحدثون عن النفاذية المغناطيسية لوسط معين (أي تركيبه وحالته ودرجة حرارته وما إلى ذلك).

تم اكتشافه لأول مرة في عمل فيرنر سيمنز عام 1881 بعنوان "Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus" ("المساهمة في نظرية الكهرومغناطيسية").

يُشار إليه عادة بحرف يوناني μ (\displaystyle \mu ). يمكن أن يكون إما عدديًا (للمواد المتناحية) أو موترًا (للمواد متباينة الخواص).

بشكل عام، يتم تقديم العلاقة بين الحث المغناطيسي وشدة المجال المغناطيسي من خلال النفاذية المغناطيسية

B → = μ H → , (\displaystyle (\vec (B))=\mu (\vec (H)),)

و μ (\displaystyle \mu )في الحالة العامة، ينبغي فهم ذلك على أنه موتر، والذي يتوافق في تدوين المكونات مع:

B i = μ i j H j (\displaystyle \B_(i)=\mu _(ij)H_(j))

بالنسبة للمواد المتناحية النسبة:

B → = μ H → (\displaystyle (\vec (B))=\mu (\vec (H)))

يمكن فهمها بمعنى ضرب المتجه بمقدار عددي (يتم تقليل النفاذية المغناطيسية في هذه الحالة إلى عددي).

في كثير من الأحيان التسمية μ (\displaystyle \mu )يتم استخدامه بشكل مختلف عن هنا، أي للنفاذية المغناطيسية النسبية (في هذه الحالة μ (\displaystyle \mu )يتزامن مع ذلك في GHS).

بُعد النفاذية المغناطيسية المطلقة في النظام الدولي للوحدات هو نفس بُعد الثابت المغناطيسي، أي Gn / أو / 2.

ترتبط النفاذية المغناطيسية النسبية في SI بالقابلية المغناطيسية χ بالعلاقة

μ r = 1 + χ , (\displaystyle \mu _(r)=1+\chi ,)

يوتيوب الموسوعي

• 1 / 5

  تنتمي الغالبية العظمى من المواد إما إلى فئة المغناطيسات الثنائية ( μ ⪅ 1 (\displaystyle \mu \lessapprox 1)) أو إلى فئة المغناطيسات المسايرة ( μ ⪆ 1 (\displaystyle \mu \gtrapprox 1)). لكن عددًا من المواد (المغناطيسات الحديدية)، على سبيل المثال الحديد، لها خصائص مغناطيسية أكثر وضوحًا.

  في المغناطيسات الحديدية، بسبب التباطؤ، لا ينطبق مفهوم النفاذية المغناطيسية، بالمعنى الدقيق للكلمة. ومع ذلك، في نطاق معين من التغييرات في مجال المغنطة (بحيث يمكن إهمال المغنطة المتبقية، ولكن قبل التشبع)، لا يزال من الممكن، لتقريب أفضل أو أسوأ، تقديم هذا الاعتماد على أنه خطي (وبالنسبة للمغناطيسية الناعمة المواد، قد لا يكون الحد الأدنى كبيرًا جدًا في الممارسة العملية)، وبهذا المعنى، يمكن أيضًا قياس قيمة النفاذية المغناطيسية لها.

  النفاذية المغناطيسية لبعض المواد والمواد

  القابلية المغناطيسية لبعض المواد

  القابلية المغناطيسية والنفاذية المغناطيسية لبعض المواد

  واسطة	القابلية χ ​​م (الحجم، SI)	النفاذية μ [H / م]	النفاذية النسبية μ/μ0	المجال المغنطيسي	الحد الأقصى للتردد
  ميتجلاس (الإنجليزية) ميتجلاس)		1,25	1 000 000	عند 0.5 ت	100 كيلو هرتز
  نانوبيرم نانوبيرم)		10 × 10 -2	80 000	عند 0.5 ت	10 كيلو هرتز
  مو معدن		2.5 × 10 -2	20 000	عند 0.002 ت
  مو معدن			50 000
  بيرمالوي		1.0 × 10 -2	70 000	عند 0.002 ت
  الكهربائية الفولاذ		5.0 × 10 -3	4000	عند 0.002 ت
  الفريت (النيكل والزنك)		2.0 × 10 -5 - 8.0 × 10 -4	16-640		100 كيلو هرتز ~ 1 ميجا هرتز [ ]
  الفريت (المنغنيز والزنك)		>8.0 × 10 -4	640 (أو أكثر)		100 كيلو هرتز ~ 1 ميجا هرتز
  فُولاَذ		8.75×10 -4	100	عند 0.002 ت
  النيكل		1.25×10 -4	100 - 600	عند 0.002 ت
  مغناطيس النيوديميوم			1.05	ما يصل إلى 1.2-1.4 طن
  البلاتين		1.2569701 × 10 -6	1,000265
  الألومنيوم	2.22×10 -5	1.2566650 × 10 -6	1,000022
  شجرة			1,00000043
  هواء			1,00000037
  أسمنت			1
  مكنسة	0	1.2566371 × 10 -6 (μ 0)	1
  هيدروجين	-2.2 × 10 -9	1.2566371 × 10 -6	1,0000000
  تفلون		1.2567 × 10 -6	1,0000
  الياقوت	-2.1 × 10 -7	1.2566368 × 10 -6	0,99999976
  نحاس	-6.4 × 10 -6 أو -9.2 × 10 -6	1.2566290 × 10 -6	0,999994

  تشير العديد من التجارب إلى أن جميع المواد الموضوعة في المجال المغناطيسي ممغنطة وتخلق مجالًا مغناطيسيًا خاصًا بها، والذي يضاف تأثيره إلى عمل المجال المغناطيسي الخارجي:

  $$\boldsymbol(\vec(B)=(\vec(B))_(0)+(\vec(B))_(1))$$

  حيث $\boldsymbol(\vec(B))$ هو تحريض المجال المغناطيسي في المادة؛ $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - الحث المغناطيسي للمجال في الفراغ، $\boldsymbol((\vec(B))_(1))$ - الحث المغناطيسي للمجال الناشئ بسبب مغنطة المادة. في هذه الحالة، يمكن للمادة إما أن تقوي أو تضعف المجال المغناطيسي. يتميز تأثير المادة على المجال المغناطيسي الخارجي بالحجم μ ، والذي يسمى النفاذية المغناطيسية للمادة

  $$ \boldsymbol(\mu =\frac(B)((B)_(0)))$$

  • النفاذية المغناطيسية هي كمية فيزيائية عددية توضح عدد المرات التي يختلف فيها تحريض المجال المغناطيسي في مادة معينة عن تحريض المجال المغناطيسي في الفراغ.

  جميع المواد تتكون من جزيئات، والجزيئات تتكون من ذرات. يمكن اعتبار الأغلفة الإلكترونية للذرات بشكل تقليدي أنها تتكون من تيارات كهربائية دائرية تتكون من الإلكترونات المتحركة. يجب أن تخلق التيارات الكهربائية الدائرية في الذرات مجالات مغناطيسية خاصة بها. يجب أن تتأثر التيارات الكهربائية بمجال مغناطيسي خارجي، ونتيجة لذلك يمكن توقع إما زيادة في المجال المغناطيسي عندما تكون المجالات المغناطيسية الذرية محاذية للمجال المغناطيسي الخارجي، أو ضعفًا عندما تكون في الاتجاه المعاكس.
  فرضية حول وجود المجالات المغناطيسية في الذراتوإمكانية تغير المجال المغناطيسي في المادة صحيحة تماما. الجميع المواد بفعل مجال مغناطيسي خارجي عليهايمكن تقسيمها إلى ثلاث مجموعات رئيسية: مغناطيسية ، مغناطيسية ومغناطيسية.

  ديامغناطيستسمى المواد التي يضعف فيها المجال المغناطيسي الخارجي. وهذا يعني أن المجالات المغناطيسية لذرات هذه المواد في مجال مغناطيسي خارجي تتجه عكس المجال المغناطيسي الخارجي (μ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает النفاذية المغناطيسية μ = 0.999826.

  لفهم طبيعة الديناميكية المغناطيسيةفكر في حركة الإلكترون الذي يطير بسرعة ضد في مجال مغناطيسي موحد عمودي على المتجه في المجال المغنطيسي.

  تحت التأثير قوات لورنتزسيتحرك الإلكترون في دائرة، ويتم تحديد اتجاه دورانه من خلال اتجاه ناقل قوة لورنتز. يخلق التيار الدائري الناتج مجالًا مغناطيسيًا خاصًا به في" . هذا مجال مغناطيسي في" موجهة عكس المجال المغناطيسي في. وبالتالي، فإن أي مادة تحتوي على جسيمات مشحونة تتحرك بحرية يجب أن يكون لها خصائص ديامغناطيسية.
  وعلى الرغم من أن الإلكترونات الموجودة في ذرات المادة ليست حرة، إلا أن التغير في حركتها داخل الذرات تحت تأثير مجال مغناطيسي خارجي تبين أنه يعادل الحركة الدائرية للإلكترونات الحرة. ولذلك، فإن أي مادة في المجال المغناطيسي لها بالضرورة خصائص ديامغناطيسية.
  ومع ذلك، فإن التأثيرات المغناطيسية ضعيفة جدًا وتوجد فقط في المواد التي لا تمتلك ذراتها أو جزيئاتها مجالًا مغناطيسيًا خاصًا بها. ومن أمثلة المواد المغناطيسية الرصاص والزنك والبزموت (μ = 0.9998).

  أول تفسير لأسباب امتلاك الأجسام لخصائص مغناطيسية قدمه هنري أمبير (1820). ووفقا لفرضيته، فإن التيارات الكهربائية الأولية تدور داخل الجزيئات والذرات، وهي التي تحدد الخواص المغناطيسية لأي مادة.

  دعونا نفكر في أسباب مغناطيسية الذرات بمزيد من التفصيل:

  لنأخذ بعض المواد الصلبة. وترتبط مغنطتها بالخصائص المغناطيسية للجزيئات (الجزيئات والذرات) التي تتكون منها. دعونا نفكر في الدوائر الحالية الممكنة على المستوى الجزئي. تعود مغناطيسية الذرات إلى سببين رئيسيين:

  1) حركة الإلكترونات حول النواة في مدارات مغلقة ( العزم المغناطيسي المداري) (الشكل 1)؛

  

  

  أرز. 2

  2) الدوران الداخلي (الدوران) للإلكترونات ( تدور اللحظة المغناطيسية) (الشكل 2).

  للفضوليين. العزم المغناطيسي للدائرة يساوي حاصل ضرب التيار في الدائرة والمساحة التي تغطيها الدائرة. يتزامن اتجاهه مع اتجاه ناقل تحريض المجال المغناطيسي في منتصف الدائرة الحاملة للتيار.

  نظرًا لأن المستويات المدارية للإلكترونات المختلفة في الذرة لا تتطابق، فإن نواقل تحريض المجال المغناطيسي التي أنشأتها (العزوم المغناطيسية المدارية والدورانية) يتم توجيهها بزوايا مختلفة لبعضها البعض. إن متجه الحث الناتج لذرة متعددة الإلكترونات يساوي مجموع المتجهات لمتجهات تحريض المجال التي أنشأتها الإلكترونات الفردية. تحتوي الذرات ذات الأغلفة الإلكترونية المملوءة جزئيًا على حقول غير معوضة. في الذرات ذات الأغلفة الإلكترونية المملوءة، يكون ناقل الحث الناتج هو 0.

  في جميع الحالات، يحدث التغيير في المجال المغناطيسي بسبب ظهور تيارات المغنطة (لوحظت ظاهرة الحث الكهرومغناطيسي). بمعنى آخر، يظل مبدأ تراكب المجال المغناطيسي صالحًا: الحقل الموجود داخل المغناطيس هو تراكب للمجال الخارجي $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ والمجال $\boldsymbol( \vec(B"))$ من التيارات الممغنطة أنا" والتي تنشأ تحت تأثير مجال خارجي. إذا تم توجيه مجال تيارات المغنطة بنفس طريقة المجال الخارجي، فإن تحريض المجال الكلي سيكون أكبر من المجال الخارجي (الشكل 3، أ) - في هذه الحالة نقول أن المادة تضخم المجال ; إذا تم توجيه مجال التيارات المغناطيسية عكس المجال الخارجي، فسيكون المجال الإجمالي أقل من المجال الخارجي (الشكل 3، ب) - وبهذا المعنى نقول أن المادة تضعف المجال المغناطيسي.

  

  أرز. 3

  في المواد المغناطيسيةليس لدى الجزيئات مجال مغناطيسي خاص بها. تحت تأثير المجال المغناطيسي الخارجي في الذرات والجزيئات، يتم توجيه مجال تيارات المغنطة عكس المجال الخارجي، وبالتالي فإن معامل ناقل الحث المغناطيسي $ \boldsymbol(\vec(B))$ للمجال الناتج سوف يكون أقل من معامل ناقل الحث المغناطيسي $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ المجال الخارجي.

  المواد التي يتعزز فيها المجال المغناطيسي الخارجي نتيجة إضافة الأغلفة الإلكترونية لذرات المادة إلى المجالات المغناطيسية نتيجة توجه المجالات المغناطيسية الذرية في اتجاه المجال المغناطيسي الخارجي تسمى ممغنطيسي(ميجا > 1).

  بارامغناطيسيةتعزيز المجال المغناطيسي الخارجي ضعيف جدًا. تختلف النفاذية المغناطيسية للمواد البارامغناطيسية عن الوحدة بنسبة جزء من النسبة المئوية فقط. على سبيل المثال، النفاذية المغناطيسية للبلاتين هي 1.00036. نظرًا للقيم الصغيرة جدًا للنفاذية المغناطيسية للمواد البارامغناطيسية وثنائية المغناطيسية، فمن الصعب جدًا اكتشاف تأثيرها على مجال خارجي أو تأثير مجال خارجي على الأجسام شبه المغناطيسية أو المغناطيسية. لذلك، في الممارسة اليومية العادية، في التكنولوجيا، تعتبر المواد البارامغناطيسية والديامغناطيسية غير مغناطيسية، أي المواد التي لا تغير المجال المغناطيسي ولا تتأثر بالمجال المغناطيسي. ومن أمثلة المواد البارامغناطيسية الصوديوم والأكسجين والألومنيوم (μ = 1.00023).

  في مغناطيسات مسايرةالجزيئات لها مجال مغناطيسي خاص بها. في حالة عدم وجود مجال مغناطيسي خارجي، بسبب الحركة الحرارية، تكون ناقلات الحث للمجالات المغناطيسية للذرات والجزيئات موجهة بشكل عشوائي، وبالتالي فإن متوسط ​​مغنطتها هو صفر (الشكل 4، أ). عندما يتم تطبيق مجال مغناطيسي خارجي على الذرات والجزيئات، تبدأ لحظة قوة في التأثير، وتميل إلى تدويرها بحيث تكون مجالاتها موازية للمجال الخارجي. يؤدي اتجاه الجزيئات البارامغناطيسية إلى حقيقة أن المادة ممغنطة (الشكل 4، ب).

  

  أرز. 4

  يتم منع الاتجاه الكامل للجزيئات في المجال المغناطيسي من خلال حركتها الحرارية، وبالتالي فإن النفاذية المغناطيسية للمواد البارامغناطيسية تعتمد على درجة الحرارة. ومن الواضح أنه مع زيادة درجة الحرارة، تنخفض النفاذية المغناطيسية للمواد البارامغناطيسية.

  المغناطيسات الحديدية

  تسمى المواد التي تعزز بشكل كبير المجال المغناطيسي الخارجي مغناطيسات حديدية(النيكل والحديد والكوبالت وغيرها). ومن أمثلة المغناطيسات الحديدية الكوبالت والنيكل والحديد (μ يصل إلى قيمة 8·10 3).

  يأتي اسم هذه الفئة من المواد المغناطيسية من الاسم اللاتيني للحديد - Ferrum. السمة الرئيسية لهذه المواد هي القدرة على الحفاظ على المغنطة في غياب مجال مغناطيسي خارجي؛ جميع المغناطيس الدائم ينتمي إلى فئة المغناطيسات الحديدية. بالإضافة إلى الحديد، فإن "جيرانه" في الجدول الدوري - الكوبالت والنيكل - لديهم خصائص مغناطيسية حديدية. تجد المواد المغناطيسية الحديدية تطبيقًا عمليًا واسعًا في العلوم والتكنولوجيا، لذلك تم تطوير عدد كبير من السبائك التي لها خصائص مغناطيسية مختلفة.

  تشير جميع الأمثلة المعطاة للمغناطيسات الحديدية إلى معادن المجموعة الانتقالية، التي يحتوي غلافها الإلكتروني على عدة إلكترونات غير متزاوجة، مما يؤدي إلى حقيقة أن هذه الذرات لها مجال مغناطيسي كبير خاص بها. في الحالة البلورية، بسبب التفاعل بين الذرات في البلورات، تنشأ مناطق المغنطة التلقائية - المجالات. أبعاد هذه المجالات هي أعشار ومئات من المليمتر (10 -4 − 10 -5 م)، وهو ما يتجاوز بشكل كبير حجم الذرة الفردية (10 -9 م). داخل مجال واحد، يتم توجيه المجالات المغناطيسية للذرات بشكل متوازي تمامًا؛ ويتغير اتجاه المجالات المغناطيسية للمجالات الأخرى بشكل تعسفي (الشكل 5).

  

  أرز. 5

  وهكذا، حتى في الحالة غير الممغنطة، توجد مجالات مغناطيسية قوية داخل المغناطيس الحديدي، ويتغير اتجاهها بطريقة عشوائية وفوضوية أثناء الانتقال من مجال إلى آخر. إذا تجاوزت أبعاد الجسم أبعاد المجالات الفردية بشكل كبير، فإن متوسط ​​المجال المغناطيسي الناتج عن مجالات هذا الجسم يكون غائبًا عمليًا.

  إذا قمت بوضع مغناطيس حديدي في مجال مغناطيسي خارجي ب 0 ، ثم تبدأ العزوم المغناطيسية للمجالات في إعادة الترتيب. ومع ذلك، لا يحدث الدوران المكاني الميكانيكي لأجزاء المادة. وترتبط عملية عكس المغنطة بالتغير في حركة الإلكترونات، ولكن ليس بالتغير في موضع الذرات في عقد الشبكة البلورية. المجالات التي لها الاتجاه الأكثر ملاءمة بالنسبة لاتجاه المجال تزيد من حجمها على حساب المجالات المجاورة "الموجهة بشكل خاطئ"، مما يؤدي إلى استيعابها. في هذه الحالة، يزيد المجال الموجود في المادة بشكل كبير.

  خصائص المغناطيس الحديدي

  1) تظهر الخواص المغناطيسية للمادة فقط عند تحديد موقع المادة المقابلة لها V الحالة البلورية ;

  2) تعتمد الخواص المغناطيسية للمغناطيسات الحديدية بشكل كبير على درجة الحرارة، حيث أن الحركة الحرارية تمنع اتجاه المجالات المغناطيسية للمجالات. لكل مغناطيس حديدي هناك درجة حرارة معينة يتم عندها تدمير بنية المجال بالكامل ويتحول المغناطيس الحديدي إلى مغناطيس بارامغناطيسي. تسمى قيمة درجة الحرارة هذه نقطة كوري . لذلك بالنسبة للحديد النقي فإن درجة حرارة كوري تبلغ حوالي 900 درجة مئوية؛

  3) المغناطيسات المغناطيسية ممغنطة حتى التشبعفي المجالات المغناطيسية الضعيفة. يوضح الشكل 6 كيف يتغير معامل تحريض المجال المغناطيسي ب في الصلب مع تغيير في المجال الخارجي ب 0 :

  

  أرز. 6

  4) تعتمد النفاذية المغناطيسية للمغناطيس الحديدي على المجال المغناطيسي الخارجي (الشكل 7).

  

  أرز. 7

  ويفسر ذلك حقيقة أنه في البداية، مع زيادة ب 0 الحث المغناطيسي ب ينمو أقوى، وبالتالي μ سوف تزيد. ثم بقيمة الحث المغناطيسي ب"0 يحدث التشبع (μ في هذه اللحظة هو الحد الأقصى) ومع زيادة أخرى ب 0 الحث المغناطيسي ب 1 في المادة يتوقف عن التغير، وتقل النفاذية المغناطيسية (تميل إلى 1):

  $$\boldsymbol(\mu = \frac B(B_0) = \frac (B_0 + B_1)(B_0) = 1 + \frac (B_1)(B_0)؛) $$

  5) تظهر المغناطيسات المغناطيسية المتبقية. على سبيل المثال، إذا تم وضع قضيب مغناطيسي حديدي في ملف لولبي يمر من خلاله التيار ويتم ممغنطه حتى التشبع (النقطة أ) (الشكل 8)، ثم قم بتقليل التيار في الملف اللولبي ومعه ب 0 ، ثم يمكنك ملاحظة أن تحريض المجال في القضيب أثناء عملية إزالة المغنطة يظل دائمًا أكبر مما كان عليه أثناء عملية المغنطة. متى ب 0 = 0 (يتم إيقاف التيار في الملف اللولبي)، فإن الحث سيكون مساويا ب ص (الحث المتبقي). يمكن إزالة القضيب من الملف اللولبي واستخدامه كمغناطيس دائم. لإزالة مغناطيسية القضيب أخيرًا، تحتاج إلى تمرير تيار في الاتجاه المعاكس عبر الملف اللولبي، أي. تطبيق مجال مغناطيسي خارجي مع الاتجاه المعاكس لمتجه الحث. الآن زيادة معامل تحريض هذا المجال ل ب اوك ، إزالة مغناطيسية القضيب ( ب = 0).

  • الوحدة النمطية ب اوك يسمى تحريض المجال المغناطيسي الذي يزيل مغناطيسية المغناطيس الحديدي الممغنط القوة القسرية .

  

  أرز. 8

  مع مزيد من الزيادة ب 0 يمكنك مغنطة القضيب حتى التشبع (النقطة أ" ).

  تخفيض الآن ب 0 إلى الصفر، نحصل على مغناطيس دائم مرة أخرى، ولكن مع الحث –ب ص (الاتجاه المعاكس). لإزالة مغنطة القضيب مرة أخرى، يجب تشغيل التيار في الاتجاه الأصلي مرة أخرى في الملف اللولبي، وسوف تتم إزالة مغنطة القضيب عند الحث ب 0 سوف تصبح متساوية ب اوك . الاستمرار في زيادة I ب 0 ، مغنط القضيب مرة أخرى حتى التشبع (النقطة أ ).

  وهكذا، عند مغنطة وإزالة المغناطيسية من المغناطيس الحديدي، يتم الحث بمتخلفة ب 0. يسمى هذا التأخر ظاهرة التباطؤ . يسمى المنحنى الموضح في الشكل 8 حلقة التباطؤ .

  التباطؤ (اليونانية ὑστέρησις - "التخلف") - خاصية الأنظمة التي لا تتبع القوى المطبقة مباشرة.

  يختلف شكل منحنى المغنطة (حلقة التباطؤ) بشكل كبير بالنسبة للمواد المغناطيسية المختلفة، والتي وجدت استخدامًا واسعًا جدًا في التطبيقات العلمية والتقنية. تحتوي بعض المواد المغناطيسية على حلقة واسعة ذات قيم عالية من الثبات والقوة، وتسمى هذه من الصعب مغناطيسياوتستخدم لصنع المغناطيس الدائم. تتميز السبائك المغناطيسية المغناطيسية الأخرى بقيم قوة قسرية منخفضة؛ حيث يمكن بسهولة مغنطة هذه المواد وإعادة مغنطتها حتى في المجالات الضعيفة. تسمى هذه المواد ناعمة مغناطيسياًوتستخدم في الأجهزة الكهربائية المختلفة - المرحلات والمحولات والدوائر المغناطيسية وما إلى ذلك.

  الأدب

  1. Aksenovich L. A. الفيزياء في المدرسة الثانوية: النظرية. المهام. الاختبارات: كتاب مدرسي. بدل للمؤسسات التي تقدم التعليم العام. البيئة والتعليم / L. A. Aksenovich، N. N. Rakina، K. S. Farino؛ إد. ك.س فارينو. - مليون: Adukatsiya i vyakhavanne، 2004. - ص 330-335.
  2. زيلكو، ف. فيزياء: كتاب مدرسي. بدل الصف الحادي عشر. التعليم العام مدرسة من الروسية لغة تدريب / في.زيلكو، أ.ف. لافرينينكو، إل جي ماركوفيتش. - من : نار . أسفيتا، 2002. - ص 291-297.
  3. سلوبوديانيوك أ. الفيزياء 10. §13 تفاعل المجال المغناطيسي مع المادة

  ملحوظات

  1. نحن نعتبر اتجاه ناقل تحريض المجال المغناطيسي فقط في منتصف الدائرة.