Magnetiserings orbital og spinn magnetisk moment, eksempler

De magnetisering Det er en vektormengde som beskriver magnetisk status for et materiale og er definert som mengden dipol magnetiske momenter per volum enhet. Et magnetisk materiale kan betraktes -There eller Nickel for eksempel -som om det ble konstituert av mange små magneter kalt dipoler.

Normalt er disse dipolene, som igjen har nord- og sørmagnetiske stolper, distribuert med en viss grad av lidelse innenfor volumet av materialet. Forstyrrelsen er lavere i materialer med sterke magnetiske egenskaper som jern og større hos andre med mindre åpenbar magnetisme.

Figur 1. Magnetiske dipoler er tilfeldig anordnet inne i et materiale. Kilde: f. Zapata.

Når du plasserer materialet midt i et eksternt magnetfelt, for eksempel det som oppstår inne i en magnetventil, er dipolene orientert i henhold til feltet og materialet er i stand til å oppføre seg som en magnet (figur 2).

Figur 2. Plasser et materiale som et stykke jern for eksempel, inne i en magnetventil som en strøm jeg passerer gjennom, justerer magnetfeltet til dette dipolene i materialet. Kilde: f. Zapata.

Være M Magnetiseringsvektoren, som er definert som:

Hvor m_Yo Det er igjen en annen vektor, kalt Dipolar magnetisk øyeblikk. Opprinnelsen til denne vektoren er i atomet og vil være tydelig i følgende avsnitt.

Nå er intensiteten av magnetisering i materialet, som et resultat av å bli nedsenket i det ytre feltet H, Det er derfor proporsjonalt med dette:

M ∝ H

Proporsjonalitetskonstanten avhenger av materialet, kalles magnetisk følsomhet og betegner som χ:

M =χ. H

Enhetene til M I det internasjonale systemet er de ampere/meter, så vel som de av H, Derfor er χ dimensjonsløs.

[TOC]

Orbital og spinn magnetisk øyeblikk

Magnetisme oppstår ved å bevege elektriske belastninger, derfor for å bestemme atomets magnetisme, må vi ta hensyn til bevegelsene til de ladede partiklene som utgjør den.

Kan tjene deg: Varmekapasitet Figur 3. Elektronbevegelsen rundt kjernen bidrar til magnetisme med det orbitale magnetiske øyeblikket. Kilde: f. Zapata.

Å starte med elektronet, som blir vurdert ved å krettere atomkjernen, er som en liten spiral (lukket krets eller lukket strømsløyfe). Denne bevegelsen bidrar til atomets magnetisme takket være den orbitale magnetiske momentvektoren m, hvis størrelse er:

m = i.TIL

Hvor Yo Det er den nåværende intensiteten og TIL Det er området låst av løkken. Derfor enhetene til m I det internasjonale systemet (SI) er de Amps x kvadratmeter.

Vektoren m Det er vinkelrett på spaseplanet, som vist i figur 3 og er rettet som indikert av høyre tommelfingerregel.

Tommelen er orientert i retning av strømmen, og de resterende fire fingrene rulles rundt løkken og peker opp. Denne lille kretsen tilsvarer en stangmagnet, som indikert i figur 3.

Spin's Magnetic Moment

Bortsett fra det orbitale magnetiske øyeblikket, oppfører elektronet seg som om han slår på seg selv. Det skjer ikke nøyaktig på denne måten, men den resulterende effekten er den samme, så det er et annet bidrag som må tas med i betraktningen for nettet magnetisk øyeblikk av et atom.

Faktisk er Espíns magnetiske øyeblikk mer intenst enn orbitalmomentet og er den viktigste ansvarlig for nettmagnetismen til et stoff.

Figur 4. Espíns magnetiske øyeblikk er det som bidrar mest til nettmagnetiseringen av et materiale. Kilde: f. Zapata.

Espíns øyeblikk er justert i nærvær av et eksternt magnetfelt og skaper en fosseffekt, og justeres suksessivt med naboøyeblikk.

Ikke alle materialer viser magnetiske egenskaper. Disse skyldes det faktum at motsatte spinnelektroner danner par og avbryter sine respektive magnetiske øyeblikk av espín.

Det kan tjene deg: moderne fysikk: studiefelt, filialer og applikasjoner

Bare hvis noen blir forsvunnet, er det bidrag til det totale magnetiske øyeblikket. Derfor er det bare atomer med rart antall elektroner som har muligheten til å være magnetisk.

Protonene i atomkjernen gir også et lite bidrag til atomets totale magnetiske øyeblikk, fordi de også har spinn og derfor et tilknyttet magnetisk moment.

Men dette avhenger omvendt med deigen, og protonen er mye større enn elektronet.

Eksempler

Inne i en spole, som en elektrisk strøm passerer, opprettes et jevnt magnetfelt.

Og som beskrevet i figur 2, når de plasserer et materiale der, er de magnetiske momentene til dette på linje med spiralfeltet. Nettoeffekten er å produsere et mer intenst magnetfelt.

Transformatorene, enheter som øker eller reduserer alternative spenninger, er gode eksempler. De består av to spoler, grunnskole- og videregående skole, overveldet på en søt jernkjerne.

Figur 5. I kjernen av transformatoren oppstår en nettmagnetisering. Kilde: Wikimedia Commons.

Primærspolen er laget av en skiftende strøm som vekselvis endrer magnetfeltlinjene i kjernen, som igjen induserer en strøm i sekundærspolen.

Frekvensen av svingning er den samme, men størrelsen er forskjellig. På denne måten kan det oppnås store eller mindre spenninger.

I stedet for å vikle spolene til en solid jernkjerne, er det å foretrekke.

Årsaken skyldes tilstedeværelsen av Foucaults strømmer i kjernen, som har effekten av å oppvarme den sterkt, men strømningene som er indusert i arkene er lavere, og derfor er oppvarmingen av enheten minimert minimert.

Trådløse lastere

En mobiltelefon eller en elektrisk tannbørste kan lades ved magnetisk induksjon, som er kjent som trådløs belastning eller induktiv belastning.

Det fungerer som følger: det er en base eller et lastestasjon, som har en hovedmagnet eller spole, noe som gjør et skiftende strømpass. I børstehåndtaket er en annen spole plassert (sekundær).

Kan tjene deg: Hva er en isotermisk prosess? (Eksempler, øvelser)

Strømmen i primærspolen induserer på sin side en strøm i mangospolen når børsten er plassert i lastestasjonen, og den tar seg av å laste batteriet som også finnes i håndtaket.

Størrelsen på den induserte strømmen øker når en kjerne av ferromagnetisk materiale plasseres i hovedspolen, som kan være jern.

For at primærspolen skal oppdage nærheten til sekundærspolen, avgir systemet et periodisk signal. Når responsen er mottatt, er den beskrevne mekanismen aktivert og strømmen begynner å bli indusert uten behov for kabler.

Ferrofluid

En annen interessant anvendelse av magnetiske egenskaper til materie er ferrofluid. Disse består av små magnetiske partikler av en ferrittforbindelse, suspendert i flytende medium, som kan være organisk eller til og med vann.

Partiklene er dekket med et stoff som forhindrer deres agglomerering, og som dermed forblir fordelt i væsken.

Tanken er at evnen til å strømme fra væsken kombineres med magnetismen til ferrittpartiklene, som ikke er sterkt magnetisk, men tilegner seg en magnetisering i nærvær av et ytre felt, som beskrevet før.

Den ervervede magnetiseringen forsvinner så snart det ytre feltet er fjernet.

Ferrofluider ble opprinnelig utviklet av NASA for å mobilisere drivstoff i et skip uten tyngdekraft, noe som ga impuls ved hjelp av et magnetfelt.

For øyeblikket har ferrofluider mange applikasjoner, noen fremdeles i en eksperimentell fase, for eksempel:

- Reduser friksjon hos høyttalere av høyttalere og hodetelefoner (unngå etterklang).

- Tillat separasjon av materialer med forskjellig tetthet.

- Fungere som frimerker på aksene på harddisker og avviser skitten.

- Som kreftbehandling (i eksperimentell fase). Ferrofluid blir injisert i kreftceller og et magnetfelt påføres som produserer små elektriske strømmer. Varmen generert av disse angrepene ondartede celler og ødelegger dem.

Referanser

1. Brazilian Journal of Physics. Ferrofluider: Egenskaper og applikasjoner. Gjenopprettet fra: sbfisica.org.Br
2. Figueroa, d. (2005). Serier: Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 6. Elektromagnetisme. Redigert av Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, d.  2006. Fysikk: Prinsipper med applikasjoner. 6.Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, l. 2007. Fysikk: En titt på verden. 6. forkortet utgave. Cengage Learning. 233.
5. Shipman, J. 2009. Introduksjon til fysisk vitenskap. Cengage Learning. 206-208.