رفتار مواد مغناطیسی

بهمن ۱۳, ۱۳۹۵ ۱۱:۰۷ قبل از ظهر
ویدئو های بیشتر
177
بازدیدها

رفتار مواد مغناطیسی

مواد مغناطیسی

در مواد مغناطیسی گشتاور مغناطیسی خالص، ناشی از حرکات مداری و چرخشی الکترونها در هر اتم خاص در غیاب میدان مغناطیسی اعمال شده خارجی صفر است (به غیر از آهنربای دائمی). اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی به این ماده نیرویی را بر الکترونهای دارای حرکت مداری وارد نموده ، باعث اختلال در سرعت های زاویه ای میگردد در نتیجه گشتاور مغناطیسی خالصی به وجود می آید این یک فرآیند مغناطیس شدگی القائی است. بر طبق قانون لنزدر القای الکترومغناطیسی گشتاور مغناطیسی القا شده، همواره با میدان اعمالی مخالفت می کند ، از این رو چگالی شار مغناطیسی را کاهش میدهد. تاثیر ماکروسکوپی این فرآیند در مواد مغناطیسی، معادل تاثیر مغناطیسی شدگی منفی است، که به وسیله ضریب حساسیت مغناطیسی منفی قابل توصیف می باشد . این تاثیر معمولا بسیار ناچیز بوده و ضریب حساسیت مغناطیسی در اغلب مواد مغناطیسی شناخته شده (بیسموت ، مس ، سرب ، جیوه ، ژرمانیوم ، نقره ، طلا ، الماس) از مرتبه منفی یک صد هزارم  است.

دیا مغناطیس اساسا از حرکت مداری الکترونها در داخل اتم حاصل شده و در تمام مواد وجود دارد. در اکثر مواد این پدیده ضعیف تر از آن است که از نظر عملی اهمیتی داشته باشد. تاثیر دیا مغناطیس در مواد پارا مغناطیسی و فرو مغناطیسی، در سایه این دو پدیده قرار میگیرد. مواد دیا مغناطیسی هیچ خاصیت مغناطیسی دائمی از خود نشان نمی دهند . و وقتی میدان اعمال شده حذف می شود، گشتاور مغناطیسی القا شده از بین می رود.

در برخی از مواد گشتاور های مغناطیسی ناشی از الکترونهای دارای حرکت مداری چرخشی یکدیگر را کاملا خنثی نمی کنند و اتم ها و مولکولها دارای گشتاور مغناطیسی متوسط خالصی هستند، یک میدان مغناطیسی اعمال شده خارجی، علاوه بر ایجاد یک تاثیر دیامغناطیسی بسیار ضعیف، سعی میکند گشتاورهای مغناطیسی ملکولی را در جهت میدان اعمال شده هم راستا گرداند، از این رو چگالی شار مغناطیسی را افزایش می دهد. پس ، اثر ماکروسکوپی آن معادل اثر مغناطیس شدگی مثبت است که توسط ضریب حساسیت مغناطیسی مثبت توصیف میگردد. هر چند که از فرآیند هم راستا سازی توسط نیروهای ارتعاشات حرارتی تصادفی ممانعت به عمل می آید. تاثیرات متقابل مربوطه ناچیز است و افزایش در چگالی شار مغناطیسی کاملا اندک می باشد. موادی با این رفتار را پارامغناطیسی گویند، ضریب حساسیت مغناطیسی مواد پارامغناطیسی عموما به مقدار مثبت بسیار کوچکی از مرتبه یک صد هزارم برای آلمینیوم ، منیزیوم ، تیتانیوم وتنگستن است.

پارا مغناطیس اساسا از گشتاور های دو قطبی مغناطیسی الکترونهای چرخنده حاصل می شود. نیروهای همراستا کننده عامل بر دو قطبی های ملکولی ، توسط میدان اعمالی ، به وسیله تاثیرات مختل کننده آشفتگی های حرارتی خنثی می گردند . برعکس دیا مغناطیس ، که اساسا” مستقل از درجه حرارت است ، اثرات پارا مغناطیسی ، وابسته به درجه حرارت است و درجه حرارت های پایین که تصادمات حرارتی کمتری وجوددارد ، قوی تر می باشد.مغناطیس شدگی مواد مغناطیسی می تواند از نظر اندازه چندین مرتبه بزرگتر از مغناطیس شدگی مواد پارامغناطیس باشد.

فرو مغناطیس را می توان بر اساس حوزه های مغناطیس شده توضیح داد. بر طبق این مدل ، که به طور تجربی تایید شده است ، هر ماده مغناطیس (چون کبالت ، نیکل ، و اهن ) از حوزه های کوچک متعددی تشکیل می شود که ابعاد خطی آنها از چند میکرون تا حدود یک میلی متر تغییر می کند. این حوزه ها، که هریک دارای ۱۰۱۵ یا ۱۰۱۶ اتم می باشند ، حتی در غیاب یک میدان مغناطیسی اعمال شده ، به خاطر دارا بودن دو قطبی های مغناطیسی هم راستا ، ناشی از الکترون های چرخنده ، کاملا” مغناطیسی هستند. نظریه کوانتوم اظهار می دارد که نیروهای تزویج کننده را به موازات یکدیگر نگه می دارد . بین حوزه های مجاور ، ناحیه انتقالی به ضخامت حدود ۱۰۰ اتم به نام دیواره حوزه وجود دارد. در حالت مغناطیس نشدگی  گشتاور های مغناطیسی حوزه های مجاور در یک ماده فرو مغناطیس جهات گوناگونی دارند. از نظر کلی ،طبیعت تصادفی جهت های حوزه های مختلف باعث هیچ مغناطیس شدگی خاصی نخواهد شد. وقتی میدان مغناطیس خارجی به یک ماده فرو مغناطیس اعمال می شود ، دیواره های حوزه هایی که گشتاور آنها با میدان اعمالی هم راستا شده است ، به صورتی حرکت می کنند که حجم آن حوزه ها نسبت به سایر نواحی افزایش یابد. در نتیجه چگالی شار مغناطیسی افزایش می یابد .

[۱] D. J. Griffiths, introduction to electrodynamics

[۲] Cheng, David Keun. Field and wave electromagnetics. Vol. 2. New York: Addison-wesley, 1989.

دانلود جزوه

دانلود ویدئو

(۱۷۷)

امین خواصی
درباره نویسنده
- عضو هیئت علمی دانشگاه صنعتی شریف

یک دیدگاه