Mıknatıslanma - Magnetization - Wikipedia

Hakkında makaleler
Elektromanyetizma
Elektrik Manyetizma Tarih Ders kitapları
Elektrostatik Elektrik şarjı Coulomb yasası Orkestra şefi Yük yoğunluğu Geçirgenlik Elektrik çift kutuplu moment Elektrik alanı Elektrik potansiyeli Elektrik akımı  / potansiyel enerji Elektrostatik deşarj Gauss yasası İndüksiyon Yalıtkan Polarizasyon yoğunluğu Statik elektrik Triboelektrik
Manyetostatik Ampère yasası Biot-Savart yasası Gauss'un manyetizma yasası Manyetik alan Manyetik akı Manyetik dipol moment Manyetik geçirgenlik Manyetik skaler potansiyel Mıknatıslanma Manyetomotor kuvvet Sağ el kuralı
Elektrodinamik Lorentz kuvvet yasası Elektromanyetik indüksiyon Faraday yasası Lenz yasası Deplasman akımı Manyetik vektör potansiyeli Maxwell denklemleri Elektromanyetik alan Elektromanyetik nabız Elektromanyetik radyasyon Maxwell tensörü Poynting vektör Liénard-Wiechert potansiyeli Jefimenko denklemleri Eddy akımı Londra denklemleri Elektromanyetik alanın matematiksel açıklamaları
Elektrik ağı Alternatif akım Kapasite Doğru akım Elektrik akımı Elektroliz Mevcut yoğunluk Joule ısıtma Elektrik hareket gücü İç direnç İndüktans Ohm kanunu Paralel devre Direnç Rezonans boşlukları Seri devre Voltaj Dalga kılavuzları
Kovaryant formülasyon Elektromanyetik tensör (stres-enerji tensörü ) Dört akım Elektromanyetik dört potansiyel
Bilim insanları Amper Biot Coulomb Davy Einstein Faraday Fizeau Gauss Heaviside Henry Hertz Joule Lenz Lorentz Maxwell Ørsted Ohm Ritchie Savart Şarkıcı Tesla Volta Weber

İçinde klasik elektromanyetizma, mıknatıslanma veya manyetik polarizasyon ... Vektör alanı ifade eden yoğunluk kalıcı veya uyarılmış manyetik dipol momentleri manyetik bir malzemede. Mıknatıslanmadan sorumlu manyetik momentlerin kaynağı mikroskobik olabilir. elektrik akımları hareketinden kaynaklanan elektronlar içinde atomlar, ya da çevirmek elektronların veya çekirdeklerin. Net mıknatıslanma, bir malzemenin harici bir manyetik alan. Paramanyetik malzemeler, manyetik bir alanda zayıf indüklenmiş bir manyetizasyona sahiptir ve manyetik alan kaldırıldığında kaybolur. Ferromanyetik ve ferrimanyetik malzemeler bir manyetik alanda güçlü bir manyetizasyona sahiptir ve mıknatıslanmış bir dış alanın yokluğunda manyetizasyona sahip olmak, kalıcı mıknatıs. Mıknatıslanma bir malzeme içinde zorunlu olarak tek tip değildir, ancak farklı noktalar arasında değişebilir. Mıknatıslanma, bir malzemenin uygulanan bir malzemeye nasıl tepki verdiğini de tanımlar. manyetik alan yanı sıra malzemenin manyetik alanı değiştirmesi ve hesaplamak için kullanılabilir kuvvetler bu etkileşimlerden kaynaklanır. Karşılaştırılabilir elektrik polarizasyonu, bir malzemenin bir malzemeye karşılık gelen yanıtının ölçüsüdür. Elektrik alanı içinde elektrostatik. Fizikçiler ve mühendisler genellikle manyetizasyonu, manyetik moment birim hacim başına.^[1]Bir ile temsil edilir sözde hareket eden kimse M.

Tanım

Mıknatıslanma alanı veya M-field aşağıdaki denkleme göre tanımlanabilir:

${ displaystyle mathbf {M} = { frac { mathrm {d} mathbf {m}} { mathrm {d} V}}}$

Nerede ${ displaystyle mathrm {d} mathbf {m}}$ temeldir manyetik moment ve ${ displaystyle mathrm {d} V}$ ... hacim öğesi; başka bir deyişle M-field, bölgedeki manyetik momentlerin dağılımı veya manifold endişeli. Bu, aşağıdaki ilişkiyle daha iyi açıklanabilir:

${ displaystyle mathbf {m} = iiint mathbf {M} , mathrm {d} V}$

nerede m sıradan bir manyetik momenttir ve üçlü integral, bir hacim üzerindeki entegrasyonu belirtir. Bu, M-field tamamen benzer alan elektrik polarizasyon alanı veya P-field, belirlemek için kullanılır elektrik dipol momenti p böyle bir polarizasyona sahip benzer bir bölge veya manifold tarafından üretilir:

${ displaystyle mathbf {P} = { mathrm {d} mathbf {p} over mathrm {d} V}, quad mathbf {p} = iiint mathbf {P} , mathrm { d} V}$

Nerede ${ displaystyle mathrm {d} mathbf {p}}$ temel elektrik dipol momentidir.

Bu tanımları P ve M "birim hacim başına moment" olarak yaygın bir şekilde benimsenir, ancak bazı durumlarda belirsizliklere ve paradokslara yol açabilir.^[1]

M-field ölçülür amper başına metre (A / m) içinde Sİ birimleri.^[2]

Fizik uygulaması

Mıknatıslanma, genellikle ticari olarak temin edilebilen ferromıknatıslar için bir malzeme parametresi olarak listelenmez. Bunun yerine listelenen parametre artık akı yoğunluğu, belirtilen ${ displaystyle scriptstyle mathbf {B} _ {r}}$. Fizikçiler, bir ferromıknatısın momentini hesaplamak için genellikle manyetizasyona ihtiyaç duyar. Dipol momentini hesaplamak için m (A⋅m²) formülü kullanarak:

${ displaystyle mathbf {m} ; = ; mathbf {M} V}$,

bizde var

${ displaystyle mathbf {M} = { frac {1} { mu _ {0}}} mathbf {B} _ { mathrm {r}}}$,

Böylece

${ displaystyle mathbf {m} = { frac {1} { mu _ {0}}} mathbf {B} _ { mathrm {r}} V}$,

nerede:

• ${ displaystyle scriptstyle mathbf {B} _ { mathrm {r}}}$ kalıntı akı yoğunluğudur, olarak ifade edilir Tesla (T).
• ${ displaystyle scriptstyle V}$ hacim (m³) mıknatıs.
• ${ displaystyle scriptstyle mu _ {0} ; = ; 4 pi cdot 10 ^ {- 7}}$ H / m, vakumun geçirgenliğidir.^[3]

Maxwell denklemlerinde

Davranışı manyetik alanlar (B, H), elektrik alanları (E, D), yük yoğunluğu (ρ), ve akım yoğunluğu (J) tarafından tanımlanmaktadır Maxwell denklemleri. Mıknatıslanmanın rolü aşağıda açıklanmıştır.

B, H ve M arasındaki ilişkiler

Mıknatıslanma, yardımcı manyetik alanı tanımlar H gibi

${ displaystyle mathbf {B} = mu _ {0} ( mathbf {H + M})}$ (SI birimleri )

${ displaystyle mathbf {B} = mathbf {H} +4 pi mathbf {M}}$ (Gauss birimleri )

çeşitli hesaplamalar için uygundur. vakum geçirgenliği μ₀ tanımı gereği, 4π×10⁻⁷ V ·s /(Bir ·m ) (SI birimlerinde).

Arasında bir ilişki M ve H birçok malzemede mevcuttur. İçinde diamagnets ve paramagnets ilişki genellikle doğrusaldır:

${ displaystyle mathbf {M} = chi mathbf {H}, , mathbf {B} = mu mathbf {H} = mu _ {0} (1+ chi) mathbf {H} ,}$

nerede χ denir hacimsel manyetik duyarlılık ve μ denir manyetik geçirgenlik malzemenin. manyetik potansiyel enerji birim hacim başına (yani manyetik enerji yoğunluğu ) manyetik alandaki paramagnet (veya diamagnet):

${ displaystyle - mathbf {M} cdot mathbf {B} = - chi mathbf {H} cdot mathbf {B} = - { frac { chi} {1+ chi}} { frac { mathbf {B} ^ {2}} { mu _ {0}}},}$

negatif gradyanı manyetik kuvvet birim hacim başına (yani kuvvet yoğunluğu) paramagnet (veya çapmıknatıs) üzerinde.

Diamagnets olarak (${ displaystyle chi <0}$) ve paramagnetler (${ displaystyle chi> 0}$), genelde ${ displaystyle | chi | ll 1}$, ve bu nedenle ${ displaystyle mathbf {M} yaklaşık chi { frac { mathbf {B}} { mu _ {0}}}}$.

İçinde ferromıknatıslar arasında bire bir yazışma yok M ve H yüzünden manyetik histerezis.

Mıknatıslanma akımı

Mıknatıslanmanın neden olduğu mikroskobik akımlar (siyah oklar) dengelenmediğinde, ortamda bağlı hacim akımları (mavi oklar) ve bağlı yüzey akımları (kırmızı oklar) belirir.

Mıknatıslanma M katkıda bulunur akım yoğunluğu J, olarak bilinir mıknatıslanma akımı.^[4]

${ displaystyle mathbf {J} _ { mathrm {m}} = nabla times mathbf {M}}$

ve için bağlı yüzey akımı:

${ displaystyle mathbf {K} _ { mathrm {m}} = mathbf {M} times mathbf { hat {n}}}$

böylece Maxwell denklemlerine giren toplam akım yoğunluğu şu şekilde verilir:

${ displaystyle mathbf {J} = mathbf {J} _ { mathrm {f}} + nabla times mathbf {M} + { frac { parsiyel mathbf {P}} { kısmi t} }}$

nerede J_f serbest yüklerin elektrik akımı yoğunluğudur (aynı zamanda serbest akım), ikinci terim manyetizasyonun katkısıdır ve son terim, elektrik polarizasyonu P.

Manyetostatik

Serbest elektrik akımlarının ve zamana bağlı etkilerin yokluğunda, Maxwell denklemleri manyetik büyüklüklerin tanımlanması

${ displaystyle { begin {align} mathbf { nabla times H} & = 0 mathbf { nabla cdot H} & = - nabla cdot mathbf {M} end {hizalı}} }$

Bu denklemler şununla benzer şekilde çözülebilir: elektrostatik nerede sorunlar

${ displaystyle { begin {align} mathbf { nabla times E} & = 0 mathbf { nabla cdot E} & = { frac { rho} { epsilon _ {0}}} end {hizalı}}}$

Bu anlamda −∇⋅M benzer hayali bir "manyetik yük yoğunluğu" rolünü oynar. elektrik yükü yoğunluğu ρ; (Ayrıca bakınız manyetikliği giderme alanı ).

Dinamikler

Nano ölçekli ve nanosaniye zaman ölçeğinde mıknatıslanma düşünüldüğünde mıknatıslanmanın zamana bağlı davranışı önemli hale gelir. Uygulanan bir alanla basitçe hizalamaktan ziyade, bir malzemedeki bireysel manyetik momentler uygulanan alanın etrafında hareket etmeye başlar ve enerji kafese aktarılırken gevşeme yoluyla hizalanmaya başlar.

Ters çevirme

Mıknatıslanma tersine çevrilmesi, aynı zamanda anahtarlama olarak da bilinir, manyetizasyonun 180 ° (ark) yeniden yönlendirilmesine yol açan süreci ifade eder. vektör başlangıç ​​yönüne göre, bir sabit yönden karşı yöne. Teknolojik olarak bu, dünyadaki en önemli süreçlerden biridir. manyetizma manyetik ile bağlantılı olan veri depolama modernde kullanılan gibi süreç sabit disk sürücüleri.^[5] Bugün bilindiği gibi, metalik bir mıknatısın manyetizasyonunu tersine çevirmenin yalnızca birkaç olası yolu vardır:

1. uygulamalı manyetik alan^[5]
2. spin enjeksiyonu bir parçacık demeti aracılığıyla çevirmek^[5]
3. dairesel polarize ışıkla manyetizasyonun tersine çevrilmesi;^[6] yani olay elektromanyetik radyasyon dairesel polarize

Demanyetizasyon

Demanyetizasyon, manyetizasyonun azaltılması veya ortadan kaldırılmasıdır.^[7] Bunu yapmanın bir yolu, nesneyi kendi Curie sıcaklığı termal dalgalanmaların üstesinden gelmek için yeterli enerjiye sahip olduğu değişim etkileşimleri, ferromanyetik düzenin kaynağı ve bu düzeni yok et. Başka bir yol, içinden alternatif akım akan bir elektrik bobinden çekerek mıknatıslanmaya karşı çıkan alanlara yol açmaktır.^[8]

Manyetikliği gidermenin bir uygulaması, istenmeyen manyetik alanları ortadan kaldırmaktır. Örneğin, manyetik alanlar, cep telefonları veya bilgisayarlar gibi elektronik cihazlara ve makineyle işlemeye, ana parçalarına yapışan kesimler yaparak müdahale edebilir.^[8]

Ayrıca bakınız

• Manyetometre
• Yörünge mıknatıslanma

Referanslar