कजाकिस्तान गणराज्य के शिक्षा और विज्ञान मंत्रालय

कोस्टाने स्टेट यूनिवर्सिटी का नाम . के नाम पर रखा गया अख्मेत बैतरसिनोव

विषय पर सार:

"पदार्थ के चुंबकीय गुण"

पूर्ण : समूह ०८-१०१-३१ के छात्र

विशेषता 050718

लिट्विनेंको आर.वी.

द्वारा जांचा गया: Sapa V.Yu.

कोस्तानय 2009-2010।

योजना।

1) चुंबकीय गुणों द्वारा पदार्थों का वर्गीकरण।

2) चुंबकीय सामग्री का वर्गीकरण।

3) सामग्री के लिए बुनियादी आवश्यकताएं।

4) फेरोमैग्नेट।

5) चुंबकीय क्षेत्र में प्रतिचुम्बक और अनुचुम्बक।

६) साहित्य।

चुंबकीय गुणों द्वारा पदार्थों का वर्गीकरण

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की प्रतिक्रिया और आंतरिक चुंबकीय क्रम की प्रकृति के अनुसार, प्रकृति के सभी पदार्थों को पांच समूहों में विभाजित किया जा सकता है: हीरामैग्नेट, पैरामैग्नेट, फेरोमैग्नेट, एंटीफेरोमैग्नेट और फेरिमैग्नेट। सूचीबद्ध प्रकार के चुम्बक पाँच . के अनुरूप हैं अलग - अलग प्रकारपदार्थ की चुंबकीय अवस्था: प्रतिचुंबकत्व, अनुचुम्बकत्व, लौहचुम्बकत्व, प्रतिलौहचुंबकत्व और लौहचुम्बकत्व।

Diamagnets में ऐसे पदार्थ शामिल होते हैं जिनमें चुंबकीय संवेदनशीलता नकारात्मक होती है और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की ताकत पर निर्भर नहीं करती है। Diamagnets में अक्रिय गैस, हाइड्रोजन, नाइट्रोजन, कई तरल पदार्थ (पानी, तेल और इसके डेरिवेटिव), कई धातुएं (तांबा, चांदी, सोना, जस्ता, पारा, गैलियम, आदि), अधिकांश अर्धचालक (सिलिकॉन, जर्मेनियम, यौगिक AZ) शामिल हैं। बी 5, ए 2 बी 6) और कार्बनिक यौगिक, क्षार-हलाइड क्रिस्टल, अकार्बनिक चश्मा, आदि। डायमैग्नेट सभी पदार्थ एक सहसंयोजक रासायनिक बंधन और एक अतिचालक अवस्था में पदार्थ हैं।

पैरामैग्नेट में सकारात्मक चुंबकीय संवेदनशीलता वाले पदार्थ शामिल होते हैं, जो बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की ताकत से स्वतंत्र होते हैं। पैरामैग्नेट में ऑक्सीजन, नाइट्रिक ऑक्साइड, क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातु, कुछ संक्रमण धातु, लोहे के लवण, कोबाल्ट, निकल और दुर्लभ पृथ्वी तत्व शामिल हैं।

फेरोमैग्नेट्स में उच्च सकारात्मक चुंबकीय संवेदनशीलता (10 6) तक के पदार्थ शामिल होते हैं, जो चुंबकीय क्षेत्र और तापमान की ताकत पर दृढ़ता से निर्भर करता है।

एंटीफेरोमैग्नेट ऐसे पदार्थ होते हैं जिनमें एक निश्चित तापमान से नीचे, क्रिस्टल जाली के समान परमाणुओं या आयनों के प्राथमिक चुंबकीय क्षणों का एक समानांतर समानांतर अभिविन्यास अनायास होता है। गर्म होने पर, एंटीफेरोमैग्नेट एक पैरामैग्नेटिक अवस्था में एक चरण संक्रमण से गुजरता है। क्रोमियम, मैंगनीज और कई दुर्लभ पृथ्वी तत्वों (सीई, एनडी, एसएम, टीएम, आदि) में एंटीफेरोमैग्नेटिज्म पाया गया था। विशिष्ट एंटीफेरोमैग्नेट संक्रमण समूह धातुओं जैसे ऑक्साइड, हैलाइड, सल्फाइड, कार्बोनेट आदि पर आधारित सबसे सरल रासायनिक यौगिक हैं।

फेरिमैग्नेट्स में ऐसे पदार्थ शामिल होते हैं जिनके चुंबकीय गुण अप्रतिस्पर्धी एंटीफेरोमैग्नेटिज्म के कारण होते हैं। फेरोमैग्नेट्स की तरह, उनके पास उच्च चुंबकीय संवेदनशीलता होती है, जो चुंबकीय क्षेत्र और तापमान की ताकत पर काफी निर्भर करती है। इसके साथ ही, फेरिमैग्नेट को फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों से कई महत्वपूर्ण अंतरों की विशेषता है।

कुछ आदेशित धातु मिश्र धातुओं में फेरिमैग्नेट के गुण होते हैं, लेकिन मुख्य रूप से विभिन्न ऑक्साइड यौगिक होते हैं, जिनमें से फेराइट सबसे बड़े व्यावहारिक हित के होते हैं।

चुंबकीय सामग्री का वर्गीकरण

इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग में प्रयुक्त चुंबकीय सामग्री को दो मुख्य समूहों में बांटा गया है: चुंबकीय रूप से कठोरतथा चुंबकीय रूप से नरम... सामग्री को एक अलग समूह में प्रतिष्ठित किया जाता है। विशेष प्रयोजन .

सेवा मेरे चुंबकीय रूप से कठोरएक उच्च जबरदस्त बल एच सी के साथ सामग्री शामिल करें। वे केवल बहुत मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों में पुन: चुम्बकित होते हैं और निर्माण के लिए उपयोग किए जाते हैं स्थायी चुम्बक.

सेवा मेरे चुंबकीय रूप से नरमकम जबरदस्ती बल और उच्च चुंबकीय पारगम्यता वाली सामग्री शामिल करें। उनके पास कमजोर चुंबकीय क्षेत्रों में संतृप्ति को चुम्बकित करने की क्षमता है, एक संकीर्ण हिस्टैरिसीस लूप और चुंबकीयकरण उत्क्रमण के कारण कम नुकसान की विशेषता है। नरम चुंबकीय सामग्री का उपयोग मुख्य रूप से विभिन्न चुंबकीय सर्किटों के रूप में किया जाता है: चोक के कोर, ट्रांसफार्मर, इलेक्ट्रोमैग्नेट, विद्युत मापने वाले उपकरणों की चुंबकीय प्रणाली आदि।

परंपरागत रूप से नरम चुंबकीय सामग्री को ऐसी सामग्री माना जाता है जिसमें एच सी< 800 А/м, а магнитотвердыми - с Н с >4 केए / एम। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि सबसे अच्छा नरम चुंबकीय सामग्री में जबरदस्ती बल 1 ए / एम से कम हो सकता है, और सर्वोत्तम कठोर चुंबकीय सामग्री में इसका मूल्य 500 केए / एम से अधिक हो सकता है। इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग में आवेदन के पैमाने के संदर्भ में, विशेष प्रयोजन सामग्री के बीच, एक आयताकार हिस्टैरिसीस लूप (आरएचएल), माइक्रोवेव उपकरणों के लिए फेराइट्स, और मैग्नेटोस्ट्रिक्टिव सामग्री के साथ सामग्री को बाहर करना चाहिए।

प्रत्येक समूह के भीतर, जीनस और प्रजातियों द्वारा चुंबकीय सामग्री का विभाजन उनकी संरचना और रासायनिक संरचना में अंतर को दर्शाता है, तकनीकी विशेषताओं और कुछ विशिष्ट गुणों को ध्यान में रखता है।

चुंबकीय सामग्री के गुण चुंबकीयकरण वक्र और हिस्टैरिसीस लूप के आकार से निर्धारित होते हैं। उच्च चुंबकीय प्रवाह मान प्राप्त करने के लिए नरम चुंबकीय सामग्री का उपयोग किया जाता है। चुंबकीय प्रवाह का परिमाण सामग्री के चुंबकीय संतृप्ति द्वारा सीमित है, और इसलिए उच्च-वर्तमान इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स में चुंबकीय सामग्री की मुख्य आवश्यकता एक उच्च संतृप्ति प्रेरण है। चुंबकीय पदार्थों के गुण उनके पर निर्भर करते हैं रासायनिक संरचना, प्रयुक्त कच्चे माल और उत्पादन तकनीक की शुद्धता पर। फीडस्टॉक और उत्पादन तकनीक के आधार पर, नरम चुंबकीय सामग्री को तीन समूहों में विभाजित किया जाता है: अखंड धातु सामग्री, पाउडर धातु सामग्री (मैग्नेटोडायइलेक्ट्रिक) और ऑक्साइड चुंबकीय सामग्री, जिसे संक्षेप में फेराइट कहा जाता है।

सामग्री के लिए बुनियादी आवश्यकताएं

उच्च चुंबकीय पारगम्यता और कम जबरदस्ती बल के अलावा, नरम चुंबकीय सामग्री में उच्च संतृप्ति प्रेरण होना चाहिए, अर्थात। चुंबकीय सर्किट के दिए गए क्रॉस-सेक्शनल क्षेत्र के माध्यम से अधिकतम चुंबकीय प्रवाह पारित करने के लिए। इस आवश्यकता की पूर्ति चुंबकीय प्रणाली के समग्र आयामों और वजन को कम करना संभव बनाती है।

वैकल्पिक क्षेत्रों में उपयोग की जाने वाली चुंबकीय सामग्री में संभवतः कम चुंबकीयकरण उत्क्रमण नुकसान होना चाहिए, जिसमें मुख्य रूप से हिस्टैरिसीस और एड़ी वर्तमान नुकसान शामिल हैं।

ट्रांसफार्मर में एडी करंट के नुकसान को कम करने के लिए, बढ़ी हुई प्रतिरोधकता वाली नरम चुंबकीय सामग्री को चुना जाता है। आमतौर पर चुंबकीय कोर को एक दूसरे से अलग अलग पतली चादरों से इकट्ठा किया जाता है। ढांकता हुआ वार्निश से बने इंटरटर्न इन्सुलेशन के साथ पतली टेप से रिबन कोर घाव व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। उच्च प्लास्टिसिटी की आवश्यकता शीट और स्ट्रिप सामग्री पर लगाई जाती है, जिसके कारण उनसे उत्पादों के निर्माण की प्रक्रिया को सुविधाजनक बनाया जाता है।

नरम चुंबकीय सामग्री के लिए एक महत्वपूर्ण आवश्यकता समय में और बाहरी प्रभावों, जैसे तापमान और यांत्रिक तनाव के संबंध में, उनके गुणों की स्थिरता सुनिश्चित करना है। सभी चुंबकीय विशेषताओं में से, सामग्री के संचालन के दौरान सबसे बड़ा परिवर्तन चुंबकीय पारगम्यता (विशेषकर कमजोर क्षेत्रों में) और जबरदस्ती बल हैं।

लौह चुम्बक।

डाया-, पैरा- और फेरोमैग्नेट्स में पदार्थों का विभाजन काफी हद तक मनमाना है, क्योंकि पहले दो प्रकार के पदार्थ वैक्यूम से चुंबकीय गुणों में 0.05% से कम भिन्न होते हैं। व्यवहार में, सभी पदार्थों को आमतौर पर फेरोमैग्नेटिक (फेरोमैग्नेट्स) और नॉन-फेरोमैग्नेटिक में विभाजित किया जाता है, जिसके लिए सापेक्ष चुंबकीय पारगम्यता m को 1.0 के बराबर लिया जा सकता है।

फेरोमैग्नेट्स में लोहा, कोबाल्ट, निकल और उनके मिश्र धातु शामिल हैं। उनके पास एक चुंबकीय पारगम्यता है जो वैक्यूम की तुलना में कई हजार गुना अधिक है। इसलिए, उपयोग करने वाले सभी विद्युत उपकरण चुंबकीय क्षेत्रऊर्जा रूपांतरण के लिए, उनके पास होना चाहिए फेरोमैग्नेटिक सामग्री से बने संरचनात्मक तत्व और चुंबकीय प्रवाह का संचालन करने के लिए डिज़ाइन किया गया ... ऐसे तत्वों को कहा जाता है चुंबकीय कोर .

उच्च चुंबकीय पारगम्यता के अलावा, फेरोमैग्नेट्स में प्रेरण की दृढ़ता से स्पष्ट गैर-रेखीय निर्भरता होती है खचुंबकीय क्षेत्र के बल पर एच, और चुंबकीयकरण उत्क्रमण पर, के बीच संबंध खतथा एचअस्पष्ट हो जाता है। कार्यों ख (एच) विशेष महत्व के हैं क्योंकि केवल उनकी मदद से सर्किट में विद्युत चुम्बकीय प्रक्रियाओं का अध्ययन करना संभव है जिसमें ऐसे तत्व होते हैं जिनमें चुंबकीय प्रवाह फेरोमैग्नेटिक माध्यम में गुजरता है। ये कार्य दो प्रकार के होते हैं: चुंबकीयकरण वक्र और हिस्टैरिसीस लूप .

फेरोमैग्नेट के चुंबकीयकरण उत्क्रमण की प्रक्रिया पर विचार करें। मान लीजिए कि यह मूल रूप से पूरी तरह से विचुंबकीय था। सबसे पहले, इस तथ्य के कारण प्रेरण तेजी से बढ़ता है कि चुंबकीय द्विध्रुव क्षेत्र के बल की रेखाओं के साथ उन्मुख होते हैं, उनके चुंबकीय प्रवाह को बाहरी में जोड़ते हैं। फिर इसकी वृद्धि धीमी हो जाती है क्योंकि अनियंत्रित द्विध्रुवों की संख्या घट जाती है और अंत में, जब उनमें से लगभग सभी बाहरी क्षेत्र द्वारा उन्मुख होते हैं, तो प्रेरण की वृद्धि रुक ​​जाती है और शासन शुरू हो जाता है परिपूर्णता (चित्र .1)।

यदि, चुंबकीयकरण की प्रक्रिया में, क्षेत्र की ताकत एक निश्चित मूल्य पर लाई जाती है, और फिर घटने लगती है, तो चुंबकीयकरण के दौरान प्रेरण में कमी अधिक धीरे-धीरे होगी और नया वक्र प्रारंभिक से अलग होगा। पहले से पूरी तरह से विचुंबकित पदार्थ के लिए बढ़ती क्षेत्र की ताकत के साथ प्रेरण में परिवर्तन की वक्र को कहा जाता है प्रारंभिक चुंबकीयकरण वक्र ... अंजीर में। 1 यह एक मोटी रेखा द्वारा दिखाया गया है।

तनाव के कई (लगभग 10) चक्रों के बाद सकारात्मक से नकारात्मक अधिकतम मूल्यों में परिवर्तन होता है, निर्भरता ख =एफ (एच) खुद को दोहराना और हासिल करना शुरू कर देगा विशेषता उपस्थितिसममित बंद वक्र कहा जाता है हिस्टैरिसीस पाश . हिस्टैरिसीस चुंबकीय क्षेत्र की ताकत से प्रेरण में परिवर्तन का अंतराल है ... हिस्टैरिसीस की घटना सामान्य रूप से सभी प्रक्रियाओं के लिए विशेषता है जिसमें न केवल वर्तमान स्थिति में, बल्कि पिछली स्थिति में भी कुछ मात्रा की निर्भरता दूसरे के मूल्य पर होती है। ख 2 =एफ (एच 2 ,एच१) - जहां एच 2 और एच 1 - तनाव के वर्तमान और पिछले मूल्य, क्रमशः।

अधिकतम बाहरी क्षेत्र शक्ति के विभिन्न मूल्यों पर हिस्टैरिसीस लूप प्राप्त किए जा सकते हैं एच म(रेखा चित्र नम्बर 2)। सममित हिस्टैरिसीस चक्रों के शीर्ष बिंदुओं के स्थान को कहा जाता है मुख्य चुंबकीयकरण वक्र ... मुख्य चुंबकीयकरण वक्र व्यावहारिक रूप से प्रारंभिक वक्र के साथ मेल खाता है।

अधिकतम क्षेत्र शक्ति पर प्राप्त सममित हिस्टैरिसीस लूप एच म(चित्र 2), लौह चुम्बक की संतृप्ति के अनुरूप, कहलाता है सीमा चक्र .

सीमा चक्र के लिए, प्रेरण के मान भी निर्धारित हैं ख आरपर एच= 0, जिसे कहा जाता है अवशिष्ट प्रेरण , और मूल्य एच सीपर ख= 0, कहा जाता है ज़बरदस्ती बल ... जबरदस्ती (होल्डिंग) बल दर्शाता है कि अवशिष्ट प्रेरण को शून्य करने के लिए पदार्थ पर बाहरी क्षेत्र की कितनी तीव्रता लागू की जानी चाहिए।

सीमा चक्र के आकार और विशेषता बिंदु लौह चुंबक के गुणों को निर्धारित करते हैं। बड़े अवशिष्ट प्रेरण, जबरदस्ती बल और हिस्टैरिसीस लूप क्षेत्र वाले पदार्थ (चित्र 3 में वक्र 1) कहलाते हैं चुंबकीय रूप से कठोर ... इनका उपयोग स्थायी चुम्बक बनाने के लिए किया जाता है। कम अवशिष्ट प्रेरण और हिस्टैरिसीस लूप के क्षेत्र (चित्र 3 में वक्र 2) वाले पदार्थ कहलाते हैं नरम चुंबकीय और विद्युत उपकरणों के चुंबकीय सर्किट के निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से वे जो समय-समय पर बदलते चुंबकीय प्रवाह के साथ काम करते हैं।

जब किसी लौह चुम्बक के चुम्बकत्व को उलट दिया जाता है, तो उसमें ऊर्जा का ऊष्मा में अपरिवर्तनीय परिवर्तन होता है।

मान लीजिए कि एक घुमावदार द्वारा एक चुंबकीय क्षेत्र बनाया जाता है जिसके माध्यम से एक धारा प्रवाहित होती है मैं... फिर चुंबकीय प्रवाह में प्राथमिक परिवर्तन पर खर्च किए गए घुमावदार शक्ति स्रोत का कार्य बराबर है

ग्राफिक रूप से, यह कार्य हिस्टैरिसीस लूप की एक प्राथमिक पट्टी के क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है (चित्र 4 ए))।

किसी पदार्थ के एक इकाई आयतन के चुंबकीयकरण उत्क्रमण पर पूरा कार्य हिस्टैरिसीस लूप के समोच्च के साथ एक अभिन्न के रूप में निर्धारित किया जाता है

इंटीग्रेशन कंटूर को इंडक्शन में परिवर्तन के अनुरूप दो वर्गों में विभाजित किया जा सकता है - ख मइससे पहले ख मऔर से बदलें ख मइससे पहले - ख म... इन वर्गों में समाकलन अंजीर में छायांकित क्षेत्रों के अनुरूप हैं। 4 ए) और बी)। प्रत्येक खंड में, क्षेत्र का एक हिस्सा नकारात्मक कार्य से मेल खाता है, और इसे सकारात्मक भाग से घटाकर, दोनों खंडों में हम हिस्टैरिसीस लूप वक्र (चित्र। 4c) से घिरा क्षेत्र प्राप्त करते हैं।

एक पूर्ण सममित चक्र में चुम्बकत्व उत्क्रमण पर खर्च किए गए पदार्थ की प्रति इकाई आयतन ऊर्जा को निरूपित करते हुए डब्ल्यू " एच =ए "प्राप्त

चुंबकीयकरण उत्क्रमण के लिए विशिष्ट ऊर्जा हानि की गणना के लिए एक अनुभवजन्य निर्भरता है

जहाँ h पदार्थ के आधार पर एक गुणांक है; ख म- प्रेरण का अधिकतम मूल्य; नहीं- घातांक पर निर्भर करता है ख मऔर आमतौर पर स्वीकार किया जाता है

नहीं= 1.6 0.1T . पर< ख म < 1,0 Тл и नहीं= 2 0 . पर<ख म < 0,1 Тл или 1,0 Тл <ख म < 1,6 Тл.

हिस्टैरिसीस और संबंधित ऊर्जा हानियों की घटना को प्राथमिक चुम्बकों की परिकल्पना द्वारा समझाया जा सकता है। पदार्थ में प्राथमिक चुम्बक चुंबकीय क्षण वाले कण होते हैं। ये कक्षाओं में घूमते हुए इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय क्षेत्र, साथ ही साथ उनके स्पिन चुंबकीय क्षण भी हो सकते हैं। इसके अलावा, उत्तरार्द्ध चुंबकीय घटना में सबसे महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

सामान्य तापमान पर, एक फेरोमैग्नेट के पदार्थ में एक निश्चित दिशा में अनायास चुम्बकित क्षेत्र (डोमेन) होते हैं, जिसमें प्राथमिक चुम्बक एक दूसरे के लगभग समानांतर स्थित होते हैं और इस स्थिति में चुंबकीय बलों और विद्युत संपर्क के बलों द्वारा आयोजित किए जाते हैं।

बाह्य अंतरिक्ष में अलग-अलग क्षेत्रों के चुंबकीय क्षेत्र का पता नहीं लगाया जाता है, क्योंकि वे सभी अलग-अलग दिशाओं में चुम्बकित होते हैं। सहज डोमेन चुंबकीयकरण की तीव्रता जेतापमान पर निर्भर करता है और पूर्ण शून्य पर पूर्ण संतृप्ति की तीव्रता के बराबर होता है। थर्मल आंदोलन आदेशित संरचना को नष्ट कर देता है और एक निश्चित तापमान q पर, किसी दिए गए पदार्थ की विशेषता, आदेशित व्यवस्था पूरी तरह से नष्ट हो जाती है। इस तापमान को कहा जाता है क्यूरी पॉइंट ... क्यूरी बिंदु के ऊपर, पदार्थ में एक अनुचुंबकीय गुण होते हैं।

बाह्य क्षेत्र के प्रभाव में किसी पदार्थ की अवस्था दो प्रकार से बदल सकती है। चुंबकीयकरण या तो डोमेन के पुनर्विन्यास के कारण बदल सकता है, या एक छोटे चुंबकीयकरण घटक के साथ क्षेत्र की दिशा में उनकी सीमाओं के विस्थापन के कारण, जो बाहरी क्षेत्र के साथ दिशा में मेल खाता है। डोमेन सीमा का विस्थापन केवल एक निश्चित सीमा तक उलटा होता है, जिसके बाद डोमेन का हिस्सा या पूरा हिस्सा अपरिवर्तनीय रूप से पुनर्व्यवस्थित हो जाता है। डोमेन के तेजी से कूदने की तरह पुनर्विन्यास के साथ, एड़ी धाराएं बनाई जाती हैं, जो चुंबकीयकरण उत्क्रमण के दौरान ऊर्जा हानि का कारण बनती हैं।

अध्ययनों से पता चलता है कि अभिविन्यास बदलने का दूसरा तरीका चुंबकीयकरण वक्र के खड़ी हिस्से की विशेषता है, और पहला - संतृप्ति क्षेत्र के हिस्से के लिए।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की ताकत को शून्य तक कम करने के बाद, कुछ डोमेन प्रमुख चुंबकीयकरण की नई दिशा बनाए रखते हैं, जो स्वयं को शेष चुंबकीयकरण के रूप में प्रकट करता है।

चुंबकीय क्षेत्र में प्रतिचुम्बक और अनुचुम्बक

एक चुंबकीय पदार्थ में सूक्ष्म धारा घनत्व अत्यंत जटिल होते हैं और एक परमाणु की सीमा के भीतर भी बहुत भिन्न होते हैं। लेकिन कई व्यावहारिक समस्याओं में ऐसा विस्तृत विवरण अनावश्यक है, और हम बड़ी संख्या में परमाणुओं द्वारा बनाए गए औसत चुंबकीय क्षेत्रों में रुचि रखते हैं।

जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, चुम्बकों को तीन मुख्य समूहों में विभाजित किया जा सकता है: प्रतिचुम्बक, अनुचुम्बक और लौह चुम्बक।

प्रतिचुम्बकत्व (ग्रीक से। दीया -विचलन और चुंबकत्व) - लागू चुंबकीय क्षेत्र की ओर चुम्बकित करने के लिए पदार्थों की संपत्ति।

Diamagnets पदार्थ कहलाते हैं, परमाणुओं के चुंबकीय क्षण जिनके बाह्य क्षेत्र की अनुपस्थिति में शून्य के बराबर होते हैं, क्योंकि एक परमाणु के सभी इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय क्षणों की पारस्परिक रूप से क्षतिपूर्ति की जाती है(डायमेग्नेट द्वारा बनाया गया आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र जब इसे बाहरी क्षेत्र में चुंबकित किया जाता है, आदि।

पदार्थ के चुंबकीय गुण

2. दीया- और पैरामैग्नेट।

1. पदार्थ का चुंबकीय क्षेत्र। एम्पीयर की परिकल्पना।

प्रयोगों से पता चलता है कि चुंबकीय क्षेत्र में रखे गए सभी पदार्थ चुम्बकित होते हैं और स्वयं एक अतिरिक्त चुंबकीय क्षेत्र के स्रोत बन जाते हैं।

आकर्षणविद्या- पदार्थ जिन्हें चुंबकीय क्षेत्र में चुम्बकित किया जा सकता है।

पिंडों के चुम्बकत्व की व्याख्या करने के लिए एम्पीयर ने सुझाव दिया ( एम्पीयर की परिकल्पना) कि वृत्ताकार धाराएँ पदार्थ के अणुओं में परिचालित होती हैं। ये धाराएँ तब उत्पन्न होती हैं जब इलेक्ट्रॉन परमाणुओं के नाभिक के चारों ओर कक्षाओं में घूमते हैं और अपना चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं। एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र का उन पर एक उन्मुख प्रभाव पड़ता है।

प्राथमिक धारा पर बाहरी चुंबकीय क्षेत्र का प्रभाव निर्धारित होता है धारा का चुंबकीय क्षण:

, , (1)

प्राथमिक धारा की शक्ति कहाँ है, धारा द्वारा सुव्यवस्थित क्षेत्र है, और इसका सामान्य सदिश है। वेक्टर प्राथमिक धारा के तल के लंबवत है।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, प्राथमिक धाराएं, और, परिणामस्वरूप, उनके चुंबकीय क्षण, बेतरतीब ढंग से व्यवस्थित होते हैं। ऐसा पदार्थ एक अतिरिक्त चुंबकीय क्षेत्र नहीं बनाता है:

यदि किसी पदार्थ को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाता है, तो अणुओं के चुंबकीय क्षण एक दिशा में प्रमुख अभिविन्यास प्राप्त कर लेते हैं। पदार्थ एक निश्चित कुल चुंबकीय क्षण (चुंबकीय) प्राप्त करता है और अंतरिक्ष में एक अतिरिक्त चुंबकीय क्षेत्र बनाता है।

परिणामी फ़ील्ड में बाहरी और अतिरिक्त फ़ील्ड जुड़ते हैं:

चुंबकत्व वेक्टर का उपयोग चुंबक के चुंबकीयकरण की डिग्री की विशेषता के रूप में किया जाता है।

चुंबकत्व के वेक्टर द्वारा, इस पदार्थ को इकाई आयतन का चुंबकीय क्षण कहा जाता है:

एक व्यक्तिगत अणु का चुंबकीय क्षण कहाँ होता है, और आयतन में सभी अणुओं पर योग किया जाता है वी.

चुंबकीयकरण वेक्टर इकाई:

,

जो चुंबकीय क्षेत्र की ताकत की इकाई के साथ मेल खाता है।

अनुभव से पता चलता है कि चुंबकीयकरण वेक्टर आइसोट्रोपिक मीडिया मेंचुंबकीय क्षेत्र की ताकत के वेक्टर के लिए आनुपातिक:

जहाँ विमाहीन मात्रा कहलाती है चुंबकीय सुग्राह्यता पदार्थों.

प्रेरण और बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की ताकत समानता से संबंधित हैं:। गणना से पता चलता है कि अतिरिक्त चुंबकीय क्षेत्र की ताकत चुंबकीयकरण वेक्टर के बराबर है:। इसलिए, एक अतिरिक्त चुंबकीय क्षेत्र को शामिल करने के लिए, हमारे पास है:

तब सूत्र (2) रूप लेगा:

(4) का प्रयोग करते हुए, हम प्राप्त करते हैं:

आयामहीन मात्रा

प्रतिनिधित्व करता है पदार्थ की चुंबकीय पारगम्यता... (६) को (५) में प्रतिस्थापित करने पर, हम संबंध पर पहुंचते हैं

जो हमने पहले तय किया था।

फॉर्मूला (6) चुंबक की दो विशेषताओं को जोड़ता है: चुंबकीय पारगम्यता और चुंबकीय संवेदनशीलता।

2. दीया- और पैरामैग्नेट।

चुम्बकत्व की प्रकृति से सभी पदार्थों को तीन वर्गों में बांटा गया है - प्रतिचुंबकीय, अनुचुम्बकतथा लौह चुम्बक.

प्रतिचुंबकीय- नकारात्मक संवेदनशीलता वाले पदार्थ और तदनुसार, चुंबकीय पारगम्यता के साथ।

इसमे शामिल है: हाइड्रोजन, पानी, कांच, जस्ता, चांदी, सोना, तांबा, विस्मुट।

चूँकि प्रतिचुम्बक में, यह सूत्र (4) से अनुसरण करता है कि बाह्य चुंबकीय क्षेत्र के विपरीत दिशा में अतिरिक्त चुंबकीय क्षेत्र और परिणामी चुंबकीय क्षेत्र थोड़ा कमजोर होता है.

जब एक प्रतिचुंबक को चुंबकीय क्षेत्र में पेश किया जाता है, तो इसे सबसे बड़े तनाव के क्षेत्र से बाहर धकेल दिया जाता है और बल की रेखाओं के लंबवत सेट किया जाता है।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में प्रतिचुंबकीय परमाणुओं का अपना चुंबकीय क्षण नहीं होता है। बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में, परमाणु क्षेत्र के विपरीत एक प्रेरित (प्रेरित) चुंबकीय क्षण प्राप्त करते हैं।

पैरामैग्नेटिक्स- सकारात्मक संवेदनशीलता और चुंबकीय पारगम्यता वाले पदार्थ।

इसमे शामिल है: नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, वायु, एबोनाइट, एल्युमिनियम, टंगस्टन, प्लेटिनम।

पैरामैग्नेट्स में, अतिरिक्त चुंबकीय क्षेत्र बाहरी के साथ दिशा में मेल खाता है, क्योंकि, तथा परिणामी चुंबकीय क्षेत्र थोड़ा बढ़ जाता है.

जब एक अनुचुम्बक को चुंबकीय क्षेत्र में पेश किया जाता है, तो इसे अधिक तनाव वाले क्षेत्र में खींचा जाता है और बल की रेखाओं के साथ स्थापित किया जाता है।

बाहरी क्षेत्र की अनुपस्थिति में पैरामैग्नेट्स के परमाणुओं का अपना चुंबकीय क्षण होता है, और ये क्षण पूरी तरह से यादृच्छिक रूप से उन्मुख होते हैं। बाहरी क्षेत्र की उपस्थिति में, क्षेत्र के साथ चुंबकीय क्षणों की एक निश्चित क्रमबद्ध व्यवस्था उत्पन्न होती है।

डाया- और पैरामैग्नेट के लिए चुंबकीय संवेदनशीलता का निरपेक्ष मान बहुत छोटा है (), इसलिए, उनके लिए चुंबकीय पारगम्यता एकता से थोड़ी भिन्न होती है। दीया- तथा अनुचुम्बक कहलाते हैं कमजोर चुंबकीय पदार्थ.

3. फेरोमैग्नेट। हिस्टैरिसीस।

लौह चुम्बक- जोरदार चुंबकीय पदार्थ, जिसमें चुंबकीय पारगम्यता 1 से बहुत अधिक होती है और (.

इसमे शामिल है: लोहा, कोबाल्ट, निकल, कुछ दुर्लभ पृथ्वी धातु, बड़ी संख्या में मिश्र धातु।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की ताकत पर चुंबकीय पारगम्यता की निर्भरता।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की ताकत पर चुंबकीयकरण वेक्टर की निर्भरता।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की ताकत पर चुंबकीय प्रेरण की निर्भरता।

फेरोमैग्नेट्स की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता उनकी संपत्ति है हिस्टैरिसीस(पीछे छूटना)।

हिस्टैरिसीस घटनाफेरोमैग्नेट के चुंबकीयकरण और विचुंबकीयकरण के घटता के बीच विसंगति में शामिल हैं।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के शून्य में प्रेरण में कमी के साथ, चुंबकीयकरण गायब नहीं होता है, यह एक अवशिष्ट प्रेरण द्वारा विशेषता है ख ततैया .

जबरदस्ती (पकड़ना) बलविपरीत क्षेत्र के प्रेरण का परिमाण है (खंड ओएस) अवशिष्ट चुंबकत्व को खत्म करने के लिए आवश्यक है।

लौहएक बड़े जबरदस्त बल के साथ कहा जाता है मुश्किल, और एक छोटे से जबरदस्ती बल के साथ - मुलायम.

चुंबकीय विरूपण- चुम्बकत्व के दौरान लौह चुम्बक का विरूपण।

सभी लौह चुम्बक गर्म होने पर अपने विशेष चुंबकीय गुण खो देते हैं और अनुचुम्बक बन जाते हैं।

क्यूरी तापमानलौहचुंबकीय अवस्था से अनुचुंबकीय अवस्था में संक्रमण का तापमान है।

क्यूरी तापमान: 770 º से(लोहा);

1150 º से(कोबाल्ट);

360 º से(निकल)।

क्यूरी तापमान से नीचे के लौह चुम्बकों में संपूर्ण चुम्बकित क्षेत्र होते हैं - डोमेन, जिसके आकार तक पहुँचते हैं। फेरोमैग्नेट्स पर अभिनय करने वाला एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र डोमेन के चुंबकीय क्षणों को उन्मुख करता है।

जब सभी डोमेन के चुंबकीय क्षणों के वैक्टर बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर सेट होते हैं, चुंबकीय संतृप्ति.

नियंत्रण प्रश्न

1. चुम्बक किसे कहते हैं?

2. एम्पीयर की परिकल्पना तैयार करें।

3. पदार्थ की चुंबकीय पारगम्यता और चुंबकीय संवेदनशीलता की परिभाषा दें। इन मूल्यों के बीच संबंध लिखिए।

4. प्रतिचुम्बक क्या होते हैं? पैरामैग्नेट? उनके चुंबकीय गुणों में क्या अंतर है?

5. लौहचुम्बक किसे कहते हैं?

6. फेरोमैग्नेट के हिस्टैरिसीस लूप की व्याख्या करें। मैग्नेटोस्ट्रिक्शन क्या है?

7. लौह चुम्बक के लिए किस तापमान को क्यूरी तापमान कहा जाता है?

8. लौह चुम्बक के चुम्बकत्व की क्रियाविधि क्या है?

मैग्नेट चुंबकीय गुणों वाले पदार्थ हैं। सभी पदार्थ चुंबकीय हैं, क्योंकि एम्पीयर की परिकल्पना के अनुसार, चुंबकीय गुण प्राथमिक धाराओं (एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की गति) द्वारा निर्मित होते हैं।

एक बंद कक्षा में घूमने वाला इलेक्ट्रॉन एक करंट होता है जिसकी दिशा इलेक्ट्रॉन की गति के विपरीत होती है। तब यह गति एक चुंबकीय क्षेत्र बनाती है, चुंबकीय पलकिसको पी एम = आईएस कक्षा के तल के लंबवत दाहिने हाथ के नियम के अनुसार निर्देशित।

इसके अलावा, कक्षीय गति की परवाह किए बिना, इलेक्ट्रॉनों के पास है खुद का चुंबकीय क्षण (स्पिन) इस प्रकार, परमाणुओं का चुंबकत्व दो कारणों से होता है: कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों की गति और उनका अपना चुंबकीय क्षण।

जब एक चुंबक को प्रेरण के साथ बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में पेश किया जाता है बी 0 यह चुम्बकित होता है, अर्थात यह प्रेरण के साथ अपना चुंबकीय क्षेत्र बनाता है में", जो बाहरी को जोड़ता है:

बी = बी 0 + में"

आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र का प्रेरण बाहरी क्षेत्र और दोनों पर निर्भर करता है चुंबकीय सुग्राह्यता χ पदार्थ:

बी "= χ बी 0

फिर बी = बी 0 + χ बी 0 = बी 0 (1 + χ)

लेकिन चुंबक के अंदर चुंबकीय प्रेरण वस्तु की चुंबकीय पारगम्यता पर निर्भर करता है:

बी = μ बी 0

यहां से μ = 1 + χ.

किसी पदार्थ के ढांकता हुआ स्थिरांक के विपरीत, जो हमेशा एकता से बड़ा होता है, चुंबकीय पारगम्यता एक से अधिक या कम हो सकती है। प्रतिचुम्बक में अंतर कीजिए (μ < 1) , पैरामैग्नेट (μ> 1) और लौह चुम्बक (μ >> 1) .

प्रतिचुंबकीय

Diamagnets वे पदार्थ हैं जो बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण वेक्टर की दिशा के विपरीत दिशा में चुंबकित होते हैं।

Diamagnets में वे पदार्थ शामिल होते हैं जिनके परमाणुओं, अणुओं या आयनों के चुंबकीय क्षण बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में शून्य होते हैं। Diamagnets अक्रिय गैस, आणविक हाइड्रोजन और नाइट्रोजन, जस्ता, तांबा, सोना, बिस्मथ, पैराफिन और कई अन्य कार्बनिक और अकार्बनिक यौगिक हैं।

एक चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, प्रतिचुंबकीय गैर-चुंबकीय है, क्योंकि इस मामले में इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय क्षणों को पारस्परिक रूप से मुआवजा दिया जाता है, और परमाणु का कुल चुंबकीय क्षण शून्य होता है।

चूंकि प्रतिचुंबकीय प्रभाव किसी पदार्थ के परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनों पर बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की क्रिया के कारण होता है, तो प्रतिचुंबकत्व सभी पदार्थों में निहित होता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हीरे की चुंबकीय पारगम्यता µ < 1 ... उदाहरण के लिए, सोने के लिए µ = 0.999961, तांबे के लिए µ = 0.9999897, आदि।

एक चुंबकीय क्षेत्र में, प्रतिचुंबक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाओं के लंबवत स्थित होते हैं।

पैरामैग्नेटिक्स

पैरामैग्नेटिक्स – पदार्थ क्षेत्र की दिशा में बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में चुम्बकित होते हैं।

अनुचुंबकीय पदार्थों में, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय क्षण एक दूसरे की भरपाई नहीं करते हैं, और पैरामैग्नेट के परमाणुओं (अणुओं) में हमेशा एक चुंबकीय क्षण होता है। हालांकि, अणुओं की तापीय गति के कारण, उनके चुंबकीय क्षण बेतरतीब ढंग से उन्मुख होते हैं; इसलिए, अनुचुंबकीय पदार्थों में चुंबकीय गुण नहीं होते हैं। जब पैरामैग्नेट्स को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में पेश किया जाता है, तो क्षेत्र के साथ परमाणुओं के चुंबकीय क्षणों का प्रमुख अभिविन्यास स्थापित होता है (परमाणुओं की तापीय गति से पूर्ण अभिविन्यास को रोका जाता है)।

इस प्रकार, पैरामैग्नेट को चुंबकित किया जाता है, जिससे अपना चुंबकीय क्षेत्र बनता है, जो बाहरी क्षेत्र के साथ दिशा में मेल खाता है और मजबूतउसके।

जब बाहरी चुंबकीय क्षेत्र शून्य से कमजोर हो जाता है, तो थर्मल गति के कारण चुंबकीय क्षणों का उन्मुखीकरण बाधित हो जाता है और पैरामैग्नेट विचुंबकित हो जाता है।

कुछ अनुचुंबकीय पदार्थ हैं: aल्यूमिनियम µ = १.००००२३; मेंवायु µ = 1,00000038.

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में, पैरामैग्नेट बल की रेखाओं के साथ स्थित होते हैं।

लौह चुम्बक

लौह चुम्बकऐसे ठोस पदार्थ कहलाते हैं जिनमें बहुत अधिक तापमान पर सहज (सहज) चुंबकत्व नहीं होता है, जो बाहरी प्रभावों के प्रभाव में बहुत बदल जाता है - एक चुंबकीय क्षेत्र, विरूपण, तापमान परिवर्तन।

फेरोमैग्नेट, कमजोर चुंबकीय व्यास और पैरामैग्नेट के विपरीत, अत्यधिक चुंबकीय मीडिया हैं:

उनमें आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र बाहरी क्षेत्र से सैकड़ों और हजारों गुना अधिक हो सकता है।

फेरोमैग्नेटिक सामग्री चुंबकीय अनिसोट्रॉपी को अधिक या कम हद तक प्रदर्शित करती है, अर्थात। अलग-अलग दिशाओं में कठिनाई की अलग-अलग डिग्री के साथ चुम्बकित होने का गुण।

लौहचुम्बकीय पदार्थों के चुंबकीय गुणों को तब तक बनाए रखा जाता है जब तक कि उनका तापमान क्यूरी बिंदु नामक मान तक नहीं पहुंच जाता। क्यूरी बिंदु से ऊपर के तापमान पर, एक फेरोमैग्नेट बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में एक अनुचुंबकीय पदार्थ के रूप में व्यवहार करता है। यह न केवल अपने लौहचुंबकीय गुणों को खो देता है, बल्कि इसकी ऊष्मा क्षमता, विद्युत चालकता और कुछ अन्य भौतिक विशेषताओं में परिवर्तन होता है।

विभिन्न सामग्रियों के लिए क्यूरी पॉइंट अलग है:

लौह चुंबकत्व की प्रकृति:

वीस (1865-1940) के विचारों के अनुसार, फेरोमैग्नेटिज्म के उनके वर्णनात्मक सिद्धांत, क्यूरी पॉइंट से नीचे के तापमान पर फेरोमैग्नेट्स में बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति की परवाह किए बिना सहज चुंबकीयकरण होता है। हालाँकि, इसने किसी प्रकार का विरोधाभास पेश किया, क्योंकि कई लौहचुम्बकीय पदार्थ क्यूरी बिंदु से नीचे के तापमान पर चुम्बकित नहीं होते हैं।

इस अंतर्विरोध को समाप्त करने के लिए, वीस ने एक परिकल्पना प्रस्तुत की जिसके अनुसार क्यूरी बिंदु के नीचे लौह चुम्बक को बड़ी संख्या में छोटे सूक्ष्म (लगभग 10 -3 - 10 -2 सेमी) क्षेत्रों में विभाजित किया गया है - डोमेनसंतृप्ति के लिए अनायास चुम्बकित।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, व्यक्तिगत परमाणुओं के चुंबकीय क्षण बेतरतीब ढंग से उन्मुख होते हैं और एक दूसरे की भरपाई करते हैं; इसलिए, फेरोमैग्नेट का परिणामी चुंबकीय क्षण शून्य है, अर्थात। फेरोमैग्नेट चुम्बकित नहीं होता है।

एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र क्षेत्र के साथ-साथ व्यक्तिगत परमाणुओं के चुंबकीय क्षणों को नहीं, जैसा कि एक पैरामैग्नेट में होता है, बल्कि सहज चुंबकीयकरण के पूरे क्षेत्रों में होता है। इसलिए, वृद्धि के साथ एच आकर्षण संस्कार जेऔर चुंबकीय प्रेरण खपहले से ही कमजोर क्षेत्रों में यह तेजी से बढ़ता है।

विभिन्न लौहचुंबकीय पदार्थों में चुंबकीय प्रवाह को संचालित करने की अलग-अलग क्षमता होती है। लौहचुम्बकीय पदार्थ की मुख्य विशेषता है चुंबकीय हिस्टैरिसीस लूप बी (एच)... यह निर्भरता चुंबकीय प्रेरण के मूल्य को निर्धारित करती है, जो एक निश्चित क्षेत्र की ताकत के संपर्क में आने पर किसी दिए गए सामग्री से बने चुंबकीय कोर में उत्साहित होगी।

फेरोमैग्नेट के चुंबकीयकरण उत्क्रमण की प्रक्रिया पर विचार करें। मान लीजिए कि यह मूल रूप से पूरी तरह से विचुंबकीय था। सबसे पहले, इस तथ्य के कारण प्रेरण तेजी से बढ़ता है कि चुंबकीय द्विध्रुवक्षेत्र के बल की रेखाओं के साथ उन्मुख, अपने स्वयं के चुंबकीय प्रवाह को बाहरी में जोड़ते हैं। फिर इसकी वृद्धि धीमी हो जाती है क्योंकि अनियंत्रित द्विध्रुवों की संख्या घट जाती है और अंत में, जब उनमें से लगभग सभी बाहरी क्षेत्र द्वारा उन्मुख होते हैं, तो प्रेरण की वृद्धि रुक ​​जाती है और शासन शुरू हो जाता है संतृप्ति

हिस्टैरिसीसचुंबकीय क्षेत्र की ताकत से प्रेरण में परिवर्तन के अंतराल को कहा जाता है.

अधिकतम क्षेत्र शक्ति पर प्राप्त सममित हिस्टैरिसीस लूप एच एमलौहचुम्बक की संतृप्ति के संगत कहलाती है सीमा चक्र.

सीमा चक्र के लिए, प्रेरण के मान भी निर्धारित हैं बी आरपर एच= 0, जिसे कहा जाता है अवशिष्ट प्रेरण , और मूल्य एच सीपर ख= 0, कहा जाता है ज़बरदस्ती बल ... जबरदस्ती (होल्डिंग) बल दर्शाता है कि अवशिष्ट प्रेरण को शून्य करने के लिए पदार्थ पर बाहरी क्षेत्र की कितनी तीव्रता लागू की जानी चाहिए।

सीमा चक्र के आकार और विशेषता बिंदु लौह चुंबक के गुणों को निर्धारित करते हैं। उच्च अवशिष्ट प्रेरण, जबरदस्ती बल और हिस्टैरिसीस लूप क्षेत्र वाले पदार्थ कहलाते हैं चुंबकीय रूप से कठोर .

इनका उपयोग स्थायी चुम्बक बनाने के लिए किया जाता है। कम अवशिष्ट प्रेरण और हिस्टैरिसीस लूप के क्षेत्र (चित्र 8 में वक्र 2) वाले पदार्थ कहलाते हैं नरम चुंबकीय और विद्युत उपकरणों के चुंबकीय सर्किट के निर्माण के लिए उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से वे जो समय-समय पर बदलते चुंबकीय प्रवाह के साथ काम करते हैं।

हिस्टैरिसीस लूप का क्षेत्र उस कार्य की विशेषता है जो फेरोमैग्नेट के चुंबकीयकरण को उलटने के लिए किया जाना चाहिए। यदि, परिचालन स्थितियों के अनुसार, एक फेरोमैग्नेट को चुम्बकित किया जाना चाहिए, तो यह एक चुंबकीय रूप से नरम सामग्री से बना होना चाहिए, जिसमें हिस्टैरिसीस लूप का क्षेत्र छोटा होता है। ट्रांसफॉर्मर कोर सॉफ्ट फेरोमैग्नेट से बने होते हैं।

स्थायी चुम्बक कठोर लौह चुम्बक (स्टील और उसके मिश्रधातु) से बनाए जाते हैं।

3.5 पदार्थ के चुंबकीय गुण

3.5.1 चुंबक। पदार्थों के चुंबकीय गुण

पिछले अध्याय में, यह माना गया था कि चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए जिन तारों से धाराएँ प्रवाहित होती हैं, वे निर्वात में हैं। यदि धारावाही तार किसी वातावरण में हों तो चुंबकीय क्षेत्र बदल जाता है। यह इस तथ्य के कारण है कि कोई भी पदार्थ चुंबकीय होता है, अर्थात वह चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में एक चुंबकीय क्षण (चुंबकीयकरण) प्राप्त करने में सक्षम होता है। चुंबकीय पदार्थ एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है में " , जो धाराओं के कारण मैदान पर आरोपित है में 0 ... दोनों फ़ील्ड परिणामी फ़ील्ड में जुड़ते हैं

इस घटना की खोज सबसे पहले एम्पीयर ने की थी, जिन्होंने पाया कि एक परिनालिका में एक लोहे की कोर डालना उस परिनालिका के एम्पीयर-मोड़ की संख्या में वृद्धि के समान था। बाद में यह पाया गया कि प्रेरण में किसी पदार्थ में चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण से अधिक और कम दोनों हो सकता है ख 0 निर्वात में एक ही क्षेत्र। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि प्रत्येक पदार्थ, अधिक या कम हद तक, उसका अपना चुंबकीय होता है में ".

चुंबकीय क्षेत्र के मापदंडों को बदलने में सक्षम पदार्थ आमतौर पर कहलाते हैं चुम्बक पदार्थों के चुंबकीय गुणों को चिह्नित करने के लिए, मूल्य पेश किया जाता है μ = ख/ ख 0 , बुला हुआ चुम्बकीय भेद्यताइस पदार्थ का। चुंबकीय पारगम्यता के मूल्य के अनुसार, सभी चुम्बकों को तीन समूहों में विभाजित किया जाता है।

a) चूँकि प्रतिचुंबक में आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र बाहरी क्षेत्र के विरुद्ध निर्देशित होता है, प्रतिचुंबक में परिणामी क्षेत्र का प्रेरण मापांक निर्वात में क्षेत्र प्रेरण के मापांक से कम होता है, अर्थात। में<में 0 . इसलिये पदार्थ जिसमें μ<. मैं, कहा जाता है हीरा चुम्बक. इनमें शामिल हैं, उदाहरण के लिए, तत्व Bi, Cu, Ag, Au, Hg, Be, CI, अक्रिय गैसें और अन्य पदार्थ। चुम्बकीय भेद्यता μ प्रतिचुम्बक प्रेरण पर निर्भर नहीं करता है में 0 बाहरी चुंबकीय क्षेत्र।

b) अनुचुंबकीय पदार्थों में परमाणु होते हैं जिनमें इलेक्ट्रॉनों के कक्षीय चुंबकीय क्षणों की भरपाई नहीं होती है। इसलिए, हीरे के परमाणुओं में गैर-चुंबकीय क्षण होते हैं। हालांकि, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, परमाणुओं की ऊष्मीय गति उनके चुंबकीय क्षणों की एक अराजक व्यवस्था की ओर ले जाती है, जिसके परिणामस्वरूप पैरामैग्नेट के किसी भी आयतन में चुंबकीय क्षण नहीं होता है।

जब एक पैरामैग्नेट को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में पेश किया जाता है, तो उसके परमाणुओं को अधिक या कम सीमा तक (इस क्षेत्र के शामिल होने के आधार पर) व्यवस्थित किया जाता है ताकि उनके चुंबकीय क्षण बाहरी क्षेत्र की दिशा में उन्मुख हों। नतीजतन, पैरामैग्नेट में एक आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होता है, जिसका प्रेरण बी बाहरी क्षेत्र के प्रेरण बी के साथ दिशा में मेल खाता है। इसलिए, प्रेरण मापांक मेंपैरामैग्नेट में परिणामी चुंबकीय क्षेत्र प्रेरण मापांक से अधिक होता है में 0 निर्वात में क्षेत्र, अर्थात्। बी> बी 0 . इसलिये अनुचुम्बकवे पदार्थ कहलाते हैं जिनके लिए μ> 1. इनमें शामिल हैं, विशेष रूप से, Na, Mg, K, Ca, Al, Mn, Pt, ऑक्सीजन और कई अन्य तत्व, साथ ही कुछ लवणों के घोल। चुम्बकीय भेद्यता μ एक पैरामैग्नेट, एक हीरे की तरह, प्रेरण पर निर्भर नहीं करता है में 0 बाहरी चुंबकीय क्षेत्र।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि मूल्य μ दीया- और पैरामैग्नेट में यह एकता से बहुत कम भिन्न होता है, केवल 10 -5 - 10 -6 के क्रम की मात्रा से, इसलिए दीया- और पैरामैग्नेट कमजोर चुंबकीय पदार्थों से संबंधित होते हैं।

ग) डाया- और पैरामैग्नेट्स के विपरीत, जिसमें चुंबकीय गुण परमाणु इलेक्ट्रॉनों के कक्षीय चुंबकीय क्षणों द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, फेरोमैग्नेट्स के चुंबकीय गुण इलेक्ट्रॉनों के स्पिन चुंबकीय क्षणों के कारण होते हैं। फेरोमैग्नेटिक पदार्थ (हमेशा एक क्रिस्टलीय संरचना वाले) में ऐसे परमाणु होते हैं जिनमें सभी इलेक्ट्रॉनों के स्पिन चुंबकीय क्षणों को पारस्परिक रूप से मुआवजा नहीं दिया जाता है।

लौह चुम्बक में स्वतःस्फूर्त क्षेत्र होते हैं (स्वाभाविक ) चुंबकीयकरण, जिसे कहा जाता है डोमेन. (डोमेन का आकार 10 -4 - 10 -7 मीटर के क्रम का है।) प्रत्येक डोमेन में, परमाणु इलेक्ट्रॉनों के स्पिन चुंबकीय क्षणों में एक ही अभिविन्यास होता है, जिसके परिणामस्वरूप डोमेन संतृप्ति अवस्था में चुंबकित होता है . चूंकि, बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में, डोमेन के चुंबकीय क्षण बेतरतीब ढंग से उन्मुख होते हैं, ऐसी परिस्थितियों में लौहचुंबकीय नमूना आमतौर पर चुंबकित नहीं होता है।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, डोमेन के चुंबकीय क्षण इस क्षेत्र की दिशा में उन्मुख होते हैं। नतीजतन, फेरोमैग्नेट में चुंबकीय प्रेरण के साथ एक मजबूत आंतरिक चुंबकीय क्षेत्र दिखाई देता है में"बाहरी क्षेत्र के चुंबकीय प्रेरण के साथ दिशा में मेल खाना में 0 . इसलिए, प्रेरण मापांक मेंफेरोमैग्नेट में परिणामी चुंबकीय क्षेत्र बहुत बड़ा होता है, क्षेत्र निर्वात में होता है, अर्थात। बी »बी 0 . जब बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की कार्रवाई के तहत डोमेन के सभी चुंबकीय क्षण क्षेत्र के साथ उन्मुख होते हैं, तो फेरोमैग्नेटिक नमूने की संतृप्ति शुरू हो जाती है।

प्रत्येक पदार्थ के लिए कुछ तापमान बिंदुओं तक पहुंचने पर, जिसे ऊपर क्यूरी बिंदु कहा जाता है, डोमेन संरचना ढह जाती है, और फेरोमैग्नेट अपने अंतर्निहित गुणों को खो देता है।

इस प्रकार, μ »1 वाले पदार्थ कहलाते हैं लौह चुम्बक इनमें Fe, Co, Ni, Gd और कई मिश्र धातु तत्व शामिल हैं। एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में, एक लौहचुंबकीय नमूना एक अनुचुंबक की तरह व्यवहार करता है। हालांकि, फेरोमैग्नेट की चुंबकीय पारगम्यता μ ताकत पर निर्भर करती है एचबाहरी चुंबकीय क्षेत्र और काफी विस्तृत श्रृंखला में भिन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप निर्भरता बी =एफ(एच) अरैखिक है . कुछ मिश्र धातुओं का μ मान दसियों हज़ार तक पहुँच जाता है। इसलिए, फेरोमैग्नेट अत्यधिक चुंबकीय पदार्थ हैं।

प्रत्येक फेरोमैग्नेट के लिए एक निश्चित तापमान होता है, जिसे कहा जाता है क्यूरी पॉइंट, जब ऊपर गर्म किया जाता है तो दिया गया पदार्थ अपने लौहचुंबकीय गुणों को खो देता है और एक अनुचुंबक में बदल जाता है। उदाहरण के लिए, Fe के लिए, क्यूरी बिंदु 1043 K है, और Ni के लिए - 631 K है।

पिंडों के चुंबकीयकरण की प्रक्रिया को समझाने के लिए, एम्पीयर ने सुझाव दिया कि किसी पदार्थ के अणुओं में वृत्ताकार धाराएँ (आणविक धाराएँ) परिचालित होती हैं। ऐसे प्रत्येक करंट में एक चुंबकीय क्षण होता है और यह आसपास के स्थान में एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता है। बाहरी क्षेत्र की अनुपस्थिति में, आणविक धाराएं यादृच्छिक रूप से उन्मुख होती हैं, जिसके परिणामस्वरूप उनके कारण परिणामी क्षेत्र शून्य के बराबर होता है। व्यक्तिगत अणुओं के चुंबकीय क्षणों के अराजक अभिविन्यास के कारण, शरीर का कुल चुंबकीय क्षण भी शून्य होता है। क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, अणुओं के चुंबकीय क्षण एक दिशा में एक प्रमुख अभिविन्यास प्राप्त करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप चुंबक चुंबकित होता है - इसका कुल चुंबकीय क्षण गैर-शून्य हो जाता है। इस मामले में, व्यक्तिगत आणविक धाराओं के चुंबकीय क्षेत्र अब एक दूसरे की भरपाई नहीं करते हैं और एक क्षेत्र दिखाई देता है में"... एक इकाई आयतन के चुंबकीय क्षण द्वारा चुंबक के चुंबकत्व को चिह्नित करना स्वाभाविक है। इस मान को कहा जाता है आकर्षण संस्कारऔर पत्र द्वारा निरूपित जे... चुंबकत्व आमतौर पर चुंबकीय प्रेरण से नहीं, बल्कि क्षेत्र की ताकत से जुड़ा होता है। ऐसा माना जाता है कि प्रत्येक बिंदु पर

ढांकता हुआ संवेदनशीलता के विपरीत, जिसमें केवल सकारात्मक मूल्य हो सकते हैं (ध्रुवीकरण आरएक आइसोट्रोपिक ढांकता हुआ हमेशा क्षेत्र के साथ निर्देशित होता है इ), चुंबकीय सुग्राह्यता χ सकारात्मक और नकारात्मक दोनों हो सकते हैं। इसलिए, चुंबकीय पारगम्यता μ यह एक से अधिक या कम हो सकता है।

कमजोर चुंबकीय पदार्थों का चुंबकीयकरण क्षेत्र की ताकत के साथ रैखिक रूप से बदलता है। लौह चुम्बक s का चुम्बकत्व किस पर निर्भर करता है? एचजटिल तरीके से। चित्र में - 3.39 दिया गया है चुंबकीयकरण वक्रफेरोमैग्नेट, जिसका चुंबकीय क्षण शुरू में शून्य के बराबर था। पहले से ही कई ओर्स्टेड (~ 100 ए / एम) के क्रम के क्षेत्र में, चुंबकत्व जे संतृप्ति तक पहुँचता है। आरेख में मूल चुंबकीयकरण वक्र बी - एचचित्र में दिखाया गया है 59.2 (वक्र 0-1). संतृप्ति तक पहुँचने पर मेंतब से बढ़ता जा रहा है एचरैखिक रूप से। यदि हम चुम्बकत्व को संतृप्ति में लाते हैं (बिंदु 1 चित्र में - ३.४०) और फिर चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति को कम करें, फिर प्रेरण मेंमूल वक्र का पालन नहीं करता 0-1, वक्र के अनुसार परिवर्तन 1-2. नतीजतन, जब बाहरी क्षेत्र की ताकत शून्य हो जाती है (बिंदु 2), चुंबकीयकरण गायब नहीं होता है और मूल्य द्वारा विशेषता है में आर , जिसे कहा जाता है अवशिष्ट प्रेरण... इस मामले में, चुंबकीयकरण महत्वपूर्ण है जे आरअवशेष कहा जाता है।

अधिष्ठापन मेंकेवल क्षेत्र की कार्रवाई के तहत गायब हो जाता है एच से , उस क्षेत्र के विपरीत दिशा होना जो चुम्बकत्व का कारण बनता है। तनाव एच से बुला हुआ ज़बरदस्ती बल.

अवशेष चुम्बकत्व का अस्तित्व स्थायी चुम्बकों का निर्माण करना संभव बनाता है, अर्थात, पिंड, जो बिना ऊर्जा व्यय के मैक्रोस्कोपिक धाराओं को बनाए रखने के लिए एक चुंबकीय क्षण रखते हैं और आसपास के अंतरिक्ष में एक चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं। एक स्थायी चुंबक अपने गुणों को बेहतर बनाए रखता है, जिस सामग्री से इसे बनाया जाता है, उसका बल उतना ही अधिक होता है।

जब एक फेरोमैग्नेट पर एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र कार्य करता है, तो वक्र के अनुसार प्रेरण बदल जाता है / - 2 -3-4-5-1 (आकृति - 3.40), जिसे कहा जाता है हिस्टैरिसीस पाश(एक समान लूप आरेख में प्राप्त होता है जे- एच). यदि अधिकतम मान एचऐसे हैं कि चुम्बकत्व संतृप्ति तक पहुँच जाता है, तथाकथित अधिकतम हिस्टैरिसीस लूप प्राप्त होता है (आकृति में ठोस लूप - 3.40)। यदि आयाम मानों पर एचसंतृप्ति नहीं होती है, एक लूप प्राप्त होता है, जिसे आंशिक लूप (आकृति में धराशायी लूप) कहा जाता है। अनंत संख्या में निजी चक्र हैं, वे सभी अधिकतम हिस्टैरिसीस लूप के भीतर स्थित हैं। हिस्टैरिसीस इस तथ्य की ओर जाता है कि फेरोमैग्नेट का चुंबकीयकरण एक स्पष्ट कार्य नहीं है एच,यह काफी हद तक नमूने के प्रागितिहास पर निर्भर करता था - यह पहले किन क्षेत्रों में था।

निर्भरता की अस्पष्टता के कारण मेंसे एचपारगम्यता की अवधारणा केवल मूल चुंबकीयकरण वक्र पर लागू होती है। फेरोमैग्नेट्स की चुंबकीय पारगम्यता μ इसलिए, चुंबकीय संवेदनशीलता भी क्षेत्र की ताकत का एक कार्य है। चित्र में - 3.41 ,लेकिन अचुंबकीयकरण का मुख्य वक्र दिखाया गया है। (हम मूल से वक्र के एक मनमाना बिंदु से गुजरने वाली एक सीधी रेखा खींचते हैं। ढलान की स्पर्शरेखा: सीधी रेखा अनुपात के समानुपाती होती है बी / एच, टी।ई. चुंबकीय पारगम्यता μ, संबंधित तनाव मूल्य के लिए एनजब बढ़ रहा है एचशून्य से झुकाव का कोण (और इसलिए μ ) पहले बढ़ता है। बिंदु पर 2 यह अपने अधिकतम (सीधे) तक पहुँच जाता है के बारे मेंवक्र के स्पर्शरेखा है) और फिर घट जाती है। चित्र में - 3.41, खनिर्भरता ग्राफ दिया गया है μ से एनयह इस आंकड़े से देखा जा सकता है कि अधिकतम पारगम्यता मान संतृप्ति से कुछ पहले पहुंच गया है। असीमित वृद्धि के साथ एचपारगम्य रूप से स्पर्शोन्मुख रूप से एकता के करीब पहुंचता है यह तथ्य / अभिव्यक्ति में इस प्रकार है μ = 1 - जे/ एच मान 1 से अधिक नहीं हो सकता।

मात्रा में आर (या जे आर ), हो से तथा μ लौह चुंबक की मुख्य विशेषताएं हैं। अगर जबरदस्ती एच से एक महान है लौह चुम्बक का परिमाण कहलाता है कठोर... यह एक विस्तृत हिस्टैरिसीस लूप की विशेषता है। छोटे . के साथ फेरोमैग्नेट एच से (और, तदनुसार, एक संकीर्ण हिस्टैरिसीस लूप) कहा जाता है मुलायम... उद्देश्य के आधार पर, एक या किसी अन्य विशेषता वाले फेरोमैग्नेट को लिया जाता है। इसलिए, स्थायी चुम्बकों के लिए मैंने कठोर फेरोमैग्नेट का उपयोग किया, और ट्रांसफार्मर कोर के लिए नरम। फेरोमैग्नेटिक्स में क्यूरी बिंदु की उपस्थिति को ध्यान में रखते हुए समझा जा सकता है कि परमाणु थर्मल गति में भाग लेते हैं: जबकि तापमान कम होता है, परमाणु डोमेन के भीतर अपने चुंबकीय क्षणों के समानांतर अभिविन्यास को बनाए रखते हैं। लेकिन जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, थर्मल गति भी बढ़ जाती है। जब कोई पदार्थ किसी दिए गए पदार्थ के लिए एक निश्चित तापमान तक पहुँच जाता है, तो थर्मल गति इस अभिविन्यास को नष्ट कर देती है - डोमेन गायब हो जाता है। इसके अलावा, फेरोमैग्नेटिक्स एक पैरामैग्नेट की तरह व्यवहार करता है।

फेरोमैग्नेटिज्म के सिद्धांत की नींव 1928 में Ya. I. Frenkel और W. Heisenberg द्वारा बनाई गई थी। हमारे समय में, मैग्नेट, उनके चुंबकीय गुणों का व्यापक रूप से विज्ञान और प्रौद्योगिकी में उपयोग किया जाता है।

चुंबकीय गुण और पदार्थों की संरचना

मैग्नेटोकेमिस्ट्री रसायन विज्ञान की एक शाखा है जो पदार्थों के चुंबकीय गुणों के साथ-साथ अणुओं की संरचना के साथ उनके संबंधों का अध्ययन करती है। विज्ञान के रूप में इसके गठन का श्रेय 20वीं शताब्दी की शुरुआत को दिया जा सकता है, जब चुंबकत्व के बुनियादी नियमों की खोज की गई थी।

पदार्थों के चुंबकीय गुण

चुंबकत्व पदार्थ का एक मौलिक गुण है। लोहे की वस्तुओं को आकर्षित करने के लिए स्थायी चुम्बकों की संपत्ति प्राचीन काल से जानी जाती है। विद्युत चुम्बकत्व के विकास ने ऐसे विद्युत चुम्बक बनाना संभव बनाया जो प्रकृति में विद्यमान स्थिरांकों से अधिक प्रबल होते हैं। सामान्य तौर पर, विद्युत चुम्बकीय घटनाओं के उपयोग पर आधारित विभिन्न उपकरण और उपकरण इतने व्यापक हैं कि अब उनके बिना जीवन की कल्पना करना असंभव है।

हालांकि, न केवल स्थायी चुंबक चुंबकीय क्षेत्र के साथ बातचीत करते हैं, बल्कि अन्य सभी पदार्थ भी। चुंबकीय क्षेत्र, पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करता है, निर्वात की तुलना में अपना मान बदलता है (इसके बाद, सभी सूत्र SI प्रणाली में लिखे गए हैं):

जहां 0 चुंबकीय स्थिरांक 4p 10 -7 H / m के बराबर है, μ पदार्थ की चुंबकीय पारगम्यता है, B चुंबकीय प्रेरण (T में) है, H चुंबकीय क्षेत्र की ताकत (A / m में) है। अधिकांश पदार्थों के लिए, एम एकता के बहुत करीब है; इसलिए, मैग्नेटोकेमिस्ट्री में, जहां मुख्य वस्तु एक अणु है, सी के मूल्य का उपयोग करना अधिक सुविधाजनक है, जिसे चुंबकीय संवेदनशीलता कहा जाता है। इसे किसी पदार्थ के आयतन, द्रव्यमान या मात्रा की इकाई के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है, फिर इसे क्रमशः वॉल्यूमेट्रिक (आयाम रहित) कहा जाता है। सीवी, विशिष्ट सीडी(सेमी3 / ग्राम में) या दाढ़ से। मी(सेमी 3 / मोल में) चुंबकीय संवेदनशीलता।

पदार्थों को दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: वे जो चुंबकीय क्षेत्र को कमजोर करते हैं (c< 0), называются диамагнетиками, те, которые усиливают (c >०), - पैरामैग्नेट। कोई कल्पना कर सकता है कि एक अमानवीय चुंबकीय क्षेत्र में एक बल एक हीरेग्नेट पर कार्य करता है, इसे क्षेत्र से बाहर धकेलता है, एक पैरामैग्नेट पर, इसके विपरीत, इसे अंदर खींचता है। नीचे वर्णित पदार्थों के चुंबकीय गुणों को मापने की विधियाँ इसी पर आधारित हैं। Diamagnets (और यह कार्बनिक और उच्च-आणविक यौगिकों का भारी बहुमत है) और मुख्य रूप से पैरामैग्नेट मैग्नेटोकेमिस्ट्री के अध्ययन की वस्तुएं हैं।

Diamagne- बाहरी क्षेत्र के प्रभाव को कम करने के लिए। इस मामले में, इलेक्ट्रॉनिक पूर्वसर्ग को परिपत्र धाराओं के रूप में माना जा सकता है। प्रतिचुंबकत्व परमाणु हाइड्रोजन को छोड़कर सभी पदार्थों में निहित है, क्योंकि सभी पदार्थों में युग्मित इलेक्ट्रॉन और भरे हुए इलेक्ट्रॉन कोश होते हैं।

अनुचुंबकत्व अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के कारण होता है, जिन्हें ऐसा इसलिए कहा जाता है क्योंकि उनका अपना चुंबकीय क्षण (स्पिन) किसी भी तरह से संतुलित नहीं होता है (क्रमशः, युग्मित इलेक्ट्रॉनों के स्पिन विपरीत दिशाओं में निर्देशित होते हैं और एक दूसरे को रद्द कर देते हैं)। एक चुंबकीय क्षेत्र में, स्पिन क्षेत्र की दिशा में पंक्तिबद्ध होते हैं, इसे मजबूत करते हैं, हालांकि इस क्रम का उल्लंघन अराजक थर्मल गति से होता है। इसलिए, यह स्पष्ट है कि अनुचुंबकीय संवेदनशीलता तापमान पर निर्भर करती है - तापमान जितना कम होगा, संवेदनशीलता का मूल्य उतना ही अधिक होगा।

इस प्रकार की चुंबकीय संवेदनशीलता को ओरिएंटल पैरामैग्नेटिज्म भी कहा जाता है, क्योंकि इसका कारण बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में प्राथमिक चुंबकीय क्षणों का उन्मुखीकरण है।

एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय गुणों का दो तरह से वर्णन किया जा सकता है। पहली विधि में, यह माना जाता है कि इलेक्ट्रॉन का आंतरिक (स्पिन) चुंबकीय क्षण कक्षीय (नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉनों की गति के कारण) क्षण को प्रभावित नहीं करता है, या इसके विपरीत। अधिक सटीक रूप से, ऐसा पारस्परिक प्रभाव हमेशा मौजूद होता है (स्पिन-ऑर्बिट इंटरैक्शन), लेकिन 3 डी आयनों के लिए यह छोटा होता है, और चुंबकीय गुणों को दो क्वांटम संख्या एल (कक्षीय) और एस (स्पिन) द्वारा पर्याप्त सटीकता के साथ वर्णित किया जा सकता है। भारी परमाणुओं के लिए, यह सन्निकटन अस्वीकार्य हो जाता है और कुल चुंबकीय क्षण J की एक और क्वांटम संख्या पेश की जाती है, जो इससे मान ले सकती है | एल + एस | पहले | एल - एस |

चुंबकीय संपर्क की ऊर्जा के परिमाण की लघुता पर ध्यान दिया जाना चाहिए (कमरे के तापमान और प्रयोगशाला में सामान्य चुंबकीय क्षेत्रों के लिए, चुंबकीय बातचीत की ऊर्जा अणुओं की तापीय गति की ऊर्जा से कम परिमाण के तीन से चार क्रम है) .

कुछ पदार्थ ऐसे होते हैं जो जब तापमान कम करते हैं, तो पहले पैरामैग्नेट के रूप में व्यवहार करते हैं, और फिर, एक निश्चित तापमान पर पहुंचने पर, वे अपने चुंबकीय गुणों को काफी बदल देते हैं। सबसे प्रसिद्ध उदाहरण फेरोमैग्नेट्स और वह पदार्थ है जिसके द्वारा उन्हें अपना नाम मिला - लोहा, जिसके परमाणु चुंबकीय क्षण क्यूरी तापमान के नीचे एक दिशा में संरेखित होते हैं, जिससे सहज चुंबकत्व होता है। हालांकि, एक क्षेत्र की अनुपस्थिति में कोई मैक्रोस्कोपिक चुंबकीयकरण नहीं होता है, क्योंकि नमूना अनायास क्षेत्रों में लगभग 1 माइक्रोन आकार में विभाजित हो जाता है, जिसे डोमेन कहा जाता है, जिसके भीतर प्राथमिक चुंबकीय क्षणों को उसी तरह निर्देशित किया जाता है, लेकिन विभिन्न डोमेन के चुंबकीयकरण होते हैं बेतरतीब ढंग से उन्मुख और, औसतन, एक दूसरे को रद्द कर दें। लौहचुम्बकीय संक्रमण उत्पन्न करने वाली शक्तियों को केवल क्वांटम यांत्रिकी के नियमों द्वारा ही समझाया जा सकता है।

एंटीफेरोमैग्नेट्स को इस तथ्य की विशेषता है कि एंटीफेरोमैग्नेटिक ट्रांजिशन (नील तापमान टीएन) के तापमान पर स्पिन चुंबकीय क्षणों का आदेश दिया जाता है ताकि वे एक दूसरे को रद्द कर दें।

यदि चुंबकीय आघूर्णों की क्षतिपूर्ति अधूरी है, तो ऐसे पदार्थ फेरिमैग्नेट कहलाते हैं, उदाहरण के लिए, Fe2O3 और FeCr2O4। यौगिकों के अंतिम तीन वर्ग ठोस होते हैं और मुख्य रूप से भौतिकविदों द्वारा अध्ययन किए जाते हैं। पिछले दशकों में, भौतिकविदों और रसायनज्ञों ने नई चुंबकीय सामग्री बनाई है।

एक अणु में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है, शेष (युग्मित) इलेक्ट्रॉन चुंबकीय क्षेत्र को कमजोर करते हैं, लेकिन उनमें से प्रत्येक का योगदान परिमाण के दो से तीन क्रम छोटा होता है। हालांकि, अगर हम अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय गुणों को बहुत सटीक रूप से मापना चाहते हैं, तो हमें तथाकथित प्रतिचुंबकीय सुधारों को पेश करना चाहिए, विशेष रूप से बड़े कार्बनिक अणुओं के लिए, जहां वे दसियों प्रतिशत तक पहुंच सकते हैं। एक अणु में परमाणुओं की प्रतिचुंबकीय संवेदनशीलता पास्कल-लैंग्विन योगात्मकता नियम के अनुसार एक दूसरे से जुड़ जाती है। इसके लिए, प्रत्येक प्रकार के परमाणुओं की प्रतिचुंबकीय संवेदनशीलता को अणु में ऐसे परमाणुओं की संख्या से गुणा किया जाता है, और फिर संरचनात्मक विशेषताओं (डबल और ट्रिपल बॉन्ड, एरोमैटिक रिंग्स, आदि) के लिए संवैधानिक सुधार पेश किए जाते हैं। आइए हम इस बात पर विचार करें कि प्रयोगात्मक रूप से पदार्थों के चुंबकीय गुणों का अध्ययन कैसे किया जाता है।

चुंबकीय संवेदनशीलता का प्रायोगिक माप

चुंबकीय संवेदनशीलता को निर्धारित करने के लिए मुख्य प्रयोगात्मक तरीके पिछली शताब्दी में बनाए गए थे। गॉय विधि किसी भी क्षेत्र की तुलना में चुंबकीय क्षेत्र में नमूने के वजन में परिवर्तन को मापती है।

फैराडे विधि एक अमानवीय चुंबकीय क्षेत्र में एक नमूने पर अभिनय करने वाले बल को मापती है।

गाय की विधि और फैराडे की विधि के बीच मुख्य अंतर यह है कि पहले मामले में, (विस्तारित) नमूने के साथ और दूसरे में चुंबकीय क्षेत्र के साथ असमानता बनाए रखी जाती है।

क्विन्के विधि का उपयोग केवल तरल पदार्थ और समाधान के लिए किया जाता है। यह एक चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में एक केशिका में तरल स्तंभ की ऊंचाई में परिवर्तन को मापता है

उसी समय, प्रतिचुंबकीय तरल पदार्थों के लिए, स्तंभ की ऊंचाई कम हो जाती है, अनुचुंबकीय तरल पदार्थों के लिए, यह बढ़ जाती है।

जब चुंबकीय क्षेत्र चालू (tH) और बंद (t0) होता है, तो विस्कोमीटर विधि एक छोटे छेद के माध्यम से द्रव प्रवाह के समय को मापती है। चुंबकीय क्षेत्र में अनुचुंबकीय द्रवों के बहिर्वाह का समय क्षेत्र की अनुपस्थिति की तुलना में काफी कम होता है; प्रतिचुंबकीय तरल पदार्थ के लिए, इसके विपरीत।

एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर का उपयोग करके चुंबकीय संवेदनशीलता को भी मापा जा सकता है। नोट: एनएमआर सिग्नल के रासायनिक बदलाव का परिमाण सामान्य मामलान केवल स्क्रीनिंग स्थिरांक द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो अध्ययन के तहत नाभिक पर इलेक्ट्रॉन घनत्व का एक माप है, बल्कि नमूने की चुंबकीय संवेदनशीलता द्वारा भी निर्धारित किया जाता है।

पैरामैग्नेट्स के लिए चुंबकीय संवेदनशीलता का प्राप्त मूल्य अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या (एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन के लिए) द्वारा निर्धारित किया जाता है।

मैग्नेटोकेमिकल अध्ययन संक्रमण धातु यौगिकों के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास को स्थापित करना संभव बनाता है, जो समन्वय (जटिल) यौगिकों के रसायन विज्ञान का आधार बनाते हैं।

चुंबकीय संवेदनशीलता को मापकर, कोई भी आसानी से परिसर में पहले समन्वय क्षेत्र के ऑक्सीकरण राज्य और ज्यामिति का न्याय कर सकता है।

यह ज्ञात है कि अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाएं जो व्यवहार में महत्वपूर्ण हैं, समाधान में आगे बढ़ती हैं, और जटिल प्रतिक्रियाएं भी उनसे संबंधित होती हैं; इसलिए, अगले भाग में, हम उन समाधानों के चुंबकीय गुणों पर विचार करेंगे जिनमें संक्रमण धातु यौगिकों का एहसास होता है परिसरों का रूप।

समाधान की चुंबकीय संवेदनशीलता

से चलते समय ठोससमाधान के लिए, विलायक और सभी विलेय की चुंबकीय संवेदनशीलता को ध्यान में रखा जाना चाहिए। इस मामले में, इस तरह के लेखांकन का सबसे सरल तरीका योगात्मकता नियम के अनुसार समाधान के सभी घटकों के योगदान का योग है। एडिटिविटी सिद्धांत प्रायोगिक डेटा के प्रसंस्करण में मूलभूत सिद्धांतों में से एक है। इससे कोई भी विचलन अधिक बार इस तथ्य से जुड़ा होता है कि एडिटिविटी का सिद्धांत स्वयं पूरा होता है, और समाधान के घटक अपने गुणों को बदलते हैं। इसलिए, यह माना जाता है कि समाधान की चुंबकीय संवेदनशीलता व्यक्तिगत घटकों की चुंबकीय संवेदनशीलता के योग के बराबर है, एकाग्रता को ध्यान में रखते हुए

विभिन्न सॉल्वैंट्स में एक ही पदार्थ के चुंबकीय गुणों के अध्ययन से पता चलता है कि वे विलायक की प्रकृति पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर हो सकते हैं। इसे पहले समन्वय क्षेत्र में विलायक अणुओं के प्रवेश और क्रमशः, कॉम्प्लेक्स की इलेक्ट्रॉनिक संरचना में बदलाव, डी-ऑर्बिटल्स (डी) की ऊर्जा, और सॉल्वेट कॉम्प्लेक्स के अन्य गुणों द्वारा समझाया जा सकता है। इस प्रकार, मैग्नेटोकेमिस्ट्री भी सॉल्वैंट्स का अध्ययन करना संभव बनाता है, अर्थात एक विलायक के साथ एक विलेय की बातचीत।

यदि एक चुंबकीय क्षेत्र एक समाधान के गुणों को प्रभावित करता है, और कई प्रयोगात्मक तथ्य (घनत्व, चिपचिपाहट, विद्युत चालकता, प्रोटॉन एकाग्रता, चुंबकीय संवेदनशीलता के माप) इंगित करते हैं कि ऐसा है, तो यह माना जाना चाहिए कि व्यक्तिगत घटकों की बातचीत ऊर्जा एक समाधान और पानी के अणुओं का एक समूह काफी अधिक है, फिर समाधान में कणों की थर्मल गति की ऊर्जा के बराबर या उससे अधिक है, जो समाधान पर किसी भी प्रभाव को औसत करता है। याद रखें कि एक कण (अणु) के चुंबकीय संपर्क की ऊर्जा थर्मल गति की ऊर्जा की तुलना में कम होती है। इस तरह की बातचीत संभव है अगर यह मान लिया जाए कि पानी के अणुओं के बड़े बर्फ जैसे संरचनात्मक समूह हाइड्रोजन बांड की सहकारी प्रकृति के कारण पानी और जलीय घोल में महसूस किए जाते हैं, जो कि विलेय के प्रभाव में कठोर या नष्ट हो सकते हैं। गठन की ऊर्जा इस तरह के "पहनावा" की तुलना थर्मल गति की ऊर्जा से की जाती है और चुंबकीय प्रभाव के तहत, समाधान इसे याद कर सकता है और नए गुण प्राप्त कर सकता है, लेकिन ब्राउनियन गति या तापमान में वृद्धि कुछ समय के लिए इस "स्मृति" को समाप्त कर देगी।

एक प्रतिचुंबकीय विलायक में अनुचुंबकीय पदार्थों की सांद्रता को ठीक से चुनकर, एक गैर-चुंबकीय तरल बनाना संभव है, जो कि शून्य की औसत चुंबकीय संवेदनशीलता वाला है या जिसमें चुंबकीय क्षेत्र उसी तरह से फैलता है जैसे निर्वात में। इस दिलचस्प संपत्ति को अभी तक प्रौद्योगिकी में आवेदन नहीं मिला है।