ขั้วแม่เหล็กฝั่งตรงข้ามจะดึงดูดกัน ขั้วแม่เหล็กตรงข้าม การวัดคุณสมบัติแม่เหล็ก
คุณสมบัติของแม่เหล็กถาวร 1. ขั้วแม่เหล็กฝั่งตรงข้ามจะดึงดูดกัน เช่นเดียวกับขั้วแม่เหล็กที่ผลักกัน 2. เส้นแม่เหล็กเป็นเส้นปิด ด้านนอกแม่เหล็ก เส้นแม่เหล็กจะปล่อย "N" และเข้าสู่ "S" โดยปิดอยู่ภายในแม่เหล็ก ในปี 1600 แพทย์ชาวอังกฤษ G.H. Gilbert ได้สรุปคุณสมบัติพื้นฐานของแม่เหล็กถาวร
สไลด์ 9จากการนำเสนอ “แม่เหล็กถาวร สนามแม่เหล็กโลก”- ขนาดของไฟล์เก็บถาวรพร้อมการนำเสนอคือ 2149 KBฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8
สรุปการนำเสนออื่น ๆ“การถ่ายเทความร้อนสามประเภท” - Aerostats การแลกเปลี่ยนความร้อน จะอธิบายการพาความร้อนได้อย่างไรจากมุมมองของโครงสร้างโมเลกุลของก๊าซ พลังงานแสงอาทิตย์ ตารางเปรียบเทียบค่าการนำความร้อนของสารต่างๆ จงสรุปผลจากภาพ ของเหลว. แผ่นระบายความร้อน การใช้กรอบหน้าต่างคู่ การนำความร้อน ประเภทของการถ่ายเทความร้อน เราจะอธิบายการนำความร้อนที่ดีของโลหะได้อย่างไร การถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี เหตุใดการพาความร้อนจึงเป็นไปไม่ได้ ของแข็ง.
"กระบวนการเดือด" - ความดัน สูตร. ความร้อนจำเพาะของการกลายเป็นไอ เป็นไปได้ไหมที่จะทำให้น้ำเดือดโดยไม่ทำให้ร้อน? ถาม=ลม. อุณหภูมิของของไหล การทำอาหาร. ก๊าซและของแข็ง เดือดดาลในชีวิตประจำวันและอุตสาหกรรม คำนิยาม. แอปพลิเคชัน. ความเหมือนและความแตกต่าง สาร. เดือด. กระบวนการทำความร้อน แก้ไขปัญหา กระบวนการต้ม จุดเดือด. จุดเดือดของของเหลว กระบวนการทำความร้อนและการเดือด การกลายเป็นไอ
ฟิสิกส์ “อุปกรณ์เกี่ยวกับแสง” - การใช้กล้องจุลทรรศน์ การใช้กล้องโทรทรรศน์ โครงสร้างของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ตัวหักเห. เนื้อหา. ประเภทของกล้องโทรทรรศน์ กล้องจุลทรรศน์. เครื่องฉายภาพ การสร้างกล้องจุลทรรศน์ โครงสร้างของกล้องโทรทรรศน์ อุปกรณ์เกี่ยวกับสายตา: กล้องโทรทรรศน์ กล้องจุลทรรศน์ กล้อง กล้องโทรทรรศน์. กล้อง. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ประวัติความเป็นมาของการถ่ายภาพ แผ่นสะท้อนแสง
“สร้างภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก” - การปฏิวัติทางการแพทย์ การเปลี่ยนแปลง หลุยส์ ปาสเตอร์. เจ้าแห่งสายฟ้า เรเน่ ลาเน็ก. นักชีววิทยาชาวรัสเซียและฝรั่งเศส นักจุลชีววิทยาชาวเยอรมัน วิทยาศาสตร์: การสร้างภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก เจมส์ คาร์ล แม็กซ์เวลล์. วิลเฮล์ม คอนราด เรินต์เกน ความรู้สึกดำเนินต่อไป เฮนดริก แอนตัน ลอเรนซ์. นักวิทยาศาสตร์กำลังศึกษาปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี ไฮน์ริช รูดอล์ฟ เฮิรตซ์. รัฐประหาร. เอ็ดเวิร์ด เจนเนอร์. การปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ รังสีทะลุผ่านวัตถุต่างๆ
“ฟิสิกส์ชั้นประถมศึกษาปีที่ 8 “ปรากฏการณ์ความร้อน”” - การวางแผนเฉพาะเรื่องบทเรียนจากหัวข้อ “ปรากฏการณ์ความร้อน” การพัฒนาบทเรียน การสร้างแบบจำลองระบบบทเรียนหัวข้อ “ปรากฏการณ์ความร้อน” วิธีการสอน. คำอธิบายทางจิตวิทยาและการสอนเกี่ยวกับการรับรู้และพัฒนาการ สื่อการศึกษา- พัฒนาความรู้ของนักศึกษาเกี่ยวกับพลังงานต่อไป ทั่วไป ผลลัพธ์ของวิชา- ผลลัพธ์ส่วนบุคคล การวิเคราะห์การดำเนินการ งานวินิจฉัย- ความซับซ้อนทางการศึกษาและระเบียบวิธี
“แม่เหล็กถาวร” - ศึกษาคุณสมบัติของแม่เหล็กถาวร ความผิดปกติของแม่เหล็ก สนามแม่เหล็ก โลก- กำเนิดของสนามแม่เหล็ก คุณสมบัติทางแม่เหล็กของร่างกาย การกระทำของแม่เหล็กของขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้า การปิดสายไฟ สนามแม่เหล็กโลก ขั้วโลกเหนือ. แม่เหล็กถาวร การดึงดูดเหล็ก ขั้วแม่เหล็กตรงข้าม สนามแม่เหล็กบนดวงจันทร์ การกระทำของแม่เหล็ก แม่เหล็กที่มีขั้วเดียว เส้นแรงแม่เหล็ก
“การเคลื่อนที่ของอนุภาคในสนามแม่เหล็ก” - การแสดงพลังลอเรนซ์ การทำซ้ำ เรื่องระหว่างดวงดาว ทิศทางของแรงลอเรนซ์ สเปกโตรกราฟมวล การประยุกต์ใช้แรงลอเรนซ์ ไซโคลตรอน การเปลี่ยนพารามิเตอร์ การเคลื่อนที่ของอนุภาคในสนามแม่เหล็ก หลอดรังสีแคโทด. สเปกโตรกราฟ ความหมาย. ลอเรนซ์ ฟอร์ซ. คำถามเพื่อความปลอดภัย- การกำหนดขนาดของแรงลอเรนซ์
“สนามแม่เหล็กและการแสดงภาพของมัน” - ชีวมาตรวิทยา เส้นแม่เหล็ก ไฟขั้วโลก วงกลมศูนย์กลาง. สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร ขั้วแม่เหล็กตรงข้าม สนามแม่เหล็ก ภายในแถบแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กโลก สนามแม่เหล็กและการแสดงกราฟิก แม่เหล็กถาวร สมมติฐานของแอมแปร์ เสาแม่เหล็ก
“พลังงานสนามแม่เหล็ก” - ช่วงเวลาแห่งการผ่อนคลาย กระบวนการชั่วคราว ความหนาแน่นของพลังงาน ปริมาณสเกลาร์ ไฟฟ้ากระแส. ความหนาแน่นของพลังงานสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กคงที่ พลังงานคอยล์ กระแสเกินในวงจรที่มีความเหนี่ยวนำ สนามแม่เหล็กพัลส์ การเหนี่ยวนำตนเอง การคำนวณความเหนี่ยวนำ ความหมายของการเหนี่ยวนำ วงจรการสั่น
“ลักษณะของสนามแม่เหล็ก” - เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กตั้งฉากกับระนาบ เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก สูตรนี้ใช้ได้ที่ความเร็วของอนุภาคที่มีประจุ แรงที่กระทำต่อ ค่าไฟฟ้า- จุดที่ตรวจพบสนามแม่เหล็ก แม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กของกระแสวงกลม สามวิธีในการตั้งค่าเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก
“สนามแม่เหล็ก เส้นแม่เหล็ก” - มีประสบการณ์ในการตรวจจับสนามแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า แม่เหล็กมีแรงดึงดูดที่แตกต่างกันในแต่ละพื้นที่ เส้นแม่เหล็กของโซลินอยด์ เส้นแม่เหล็กของตัวนำตรงที่ส่งกระแสไฟฟ้า การจัดเรียงตะไบโลหะรอบๆ ตัวนำตรง จบประโยค. การเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้า
“การหาสนามแม่เหล็ก” – อุปกรณ์ ภาพสะท้อนยามเย็น เรากรอกข้อมูลลงในตารางโดยใช้ข้อมูลที่ได้รับระหว่างการทดลอง งานทดลอง. ซีราโน เดอ เบอร์เชอรัก. เจ.เวิร์น. การแสดงกราฟิกของสนามแม่เหล็ก แม่เหล็กมีสองขั้ว: เหนือและใต้ การกระทำของกระแสไฟฟ้า ทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็ก
มีการนำเสนอทั้งหมด 20 รายการ
มีแม่เหล็กอยู่สองตัว ประเภทต่างๆ- บางชนิดเรียกว่าแม่เหล็กถาวร ซึ่งทำจากวัสดุ "แม่เหล็กแข็ง" คุณสมบัติทางแม่เหล็กไม่เกี่ยวข้องกับการใช้แหล่งหรือกระแสภายนอก อีกประเภทหนึ่งประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่าแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีแกนทำจากเหล็ก "แม่เหล็กอ่อน" สนามแม่เหล็กที่พวกเขาสร้างขึ้นส่วนใหญ่เกิดจากการที่ลวดของขดลวดที่อยู่รอบแกนกลางผ่านไป กระแสไฟฟ้า.
ขั้วแม่เหล็กและสนามแม่เหล็ก
คุณสมบัติทางแม่เหล็กของแม่เหล็กแท่งจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนที่สุดเมื่อใกล้ถึงปลายของมัน หากแม่เหล็กดังกล่าวแขวนไว้ที่ส่วนตรงกลางเพื่อให้สามารถหมุนได้อย่างอิสระในระนาบแนวนอน มันจะอยู่ในตำแหน่งที่สอดคล้องกับทิศทางโดยประมาณจากเหนือลงใต้ ปลายไม้เรียวที่ชี้ไปทางเหนือเรียกว่าขั้วโลกเหนือ และปลายอีกด้านเรียกว่าขั้วโลกใต้ ขั้วตรงข้ามแม่เหล็กสองตัวดึงดูดกัน และแม่เหล็กก็ผลักกันเหมือนกัน
ถ้านำแท่งเหล็กที่ไม่เป็นแม่เหล็กเข้าใกล้ขั้วหนึ่งของแม่เหล็ก ขั้วหลังจะกลายเป็นแม่เหล็กชั่วคราว ในกรณีนี้ ขั้วของแท่งแม่เหล็กที่อยู่ใกล้กับขั้วแม่เหล็กมากที่สุดจะมีชื่อตรงกันข้าม และขั้วที่อยู่ไกลจะมีชื่อเดียวกัน แรงดึงดูดระหว่างขั้วของแม่เหล็กกับขั้วตรงข้ามที่เกิดจากแม่เหล็กในแท่งอธิบายการกระทำของแม่เหล็ก วัสดุบางชนิด (เช่น เหล็ก) จะกลายเป็นแม่เหล็กถาวรแบบอ่อนหลังจากอยู่ใกล้แม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้า แท่งเหล็กสามารถทำให้เกิดแม่เหล็กได้เพียงแค่ผ่านปลายแท่งแม่เหล็กถาวรไปตามปลายแท่งเหล็ก
ดังนั้นแม่เหล็กจะดึงดูดแม่เหล็กอื่นและวัตถุที่ทำจากวัสดุแม่เหล็กโดยไม่ต้องสัมผัสกับพวกมัน การกระทำในระยะไกลนี้อธิบายได้จากการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กในอวกาศรอบแม่เหล็ก แนวคิดบางประการเกี่ยวกับความเข้มและทิศทางของสนามแม่เหล็กนี้สามารถหาได้โดยการเทตะไบเหล็กลงบนแผ่นกระดาษแข็งหรือแก้วที่วางบนแม่เหล็ก ขี้เลื่อยจะเรียงกันเป็นโซ่ตามทิศทางของสนาม และความหนาแน่นของเส้นขี้เลื่อยจะสอดคล้องกับความเข้มของสนามนี้ (ส่วนปลายของแม่เหล็กจะหนาที่สุด โดยที่ความเข้มของสนามแม่เหล็กจะมากที่สุด)
เอ็ม. ฟาราเดย์ (พ.ศ. 2334-2410) ได้นำเสนอแนวคิดเรื่องเส้นเหนี่ยวนำแบบปิดสำหรับแม่เหล็ก เส้นเหนี่ยวนำขยายเข้าไปในพื้นที่โดยรอบจากแม่เหล็กที่ขั้วเหนือของมัน เข้าไปในแม่เหล็กที่ขั้วใต้ของมัน และผ่านเข้าไปในวัสดุแม่เหล็กจากขั้วใต้กลับไปทางทิศเหนือ ก่อให้เกิดวงปิด จำนวนเส้นเหนี่ยวนำที่เกิดจากแม่เหล็กทั้งหมดเรียกว่าฟลักซ์แม่เหล็ก ความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กหรือการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ( ใน) เท่ากับจำนวนเส้นเหนี่ยวนำที่ผ่านไปตามเส้นปกติผ่านพื้นที่เบื้องต้นของขนาดหน่วย
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะกำหนดแรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ในนั้น ถ้าเป็นตัวนำที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ฉันตั้งอยู่ตั้งฉากกับเส้นเหนี่ยวนำ จากนั้นตามกฎของแอมแปร์จะมีแรง เอฟซึ่งกระทำต่อตัวนำจะตั้งฉากกับทั้งสนามและตัวนำ และเป็นสัดส่วนกับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ความแรงของกระแสไฟฟ้า และความยาวของตัวนำ ดังนั้นสำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก บีคุณสามารถเขียนนิพจน์ได้
ที่ไหน เอฟ– แรงเป็นนิวตัน ฉัน– กระแสเป็นแอมแปร์ ล– ความยาวเป็นเมตร หน่วยวัดสำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือเทสลา (T)
กัลวาโนมิเตอร์
กัลวาโนมิเตอร์เป็นเครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนในการวัดกระแสอ่อน กัลวาโนมิเตอร์ใช้แรงบิดที่เกิดจากอันตรกิริยาของแม่เหล็กถาวรรูปเกือกม้ากับขดลวดนำกระแสไฟฟ้าขนาดเล็ก (แม่เหล็กไฟฟ้าชนิดอ่อน) ที่แขวนอยู่ในช่องว่างระหว่างขั้วของแม่เหล็ก แรงบิดและการโก่งตัวของขดลวดจะเป็นสัดส่วนกับกระแสและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กทั้งหมดในช่องว่างอากาศ ดังนั้นสเกลของอุปกรณ์จึงเกือบจะเป็นเส้นตรงสำหรับการโก่งตัวของขดลวดเล็กน้อย
แรงแม่เหล็กและความแรงของสนามแม่เหล็ก
ต่อไปเราควรแนะนำปริมาณอื่นที่แสดงถึงผลทางแม่เหล็กของกระแสไฟฟ้า สมมติว่ากระแสไฟฟ้าไหลผ่านลวดขดลวดยาว ซึ่งภายในมีวัสดุที่สามารถเป็นแม่เหล็กได้ แรงแม่เหล็กเป็นผลคูณของกระแสไฟฟ้าในขดลวดและจำนวนรอบของขดลวด (แรงนี้วัดเป็นแอมแปร์ เนื่องจากจำนวนรอบเป็นปริมาณที่ไม่มีมิติ) ความแรงของสนามแม่เหล็ก เอ็นเท่ากับแรงแม่เหล็กต่อความยาวหน่วยของขดลวด จึงเกิดคุณค่า เอ็นวัดเป็นแอมแปร์ต่อเมตร จะกำหนดแรงดึงดูดที่ได้จากวัสดุภายในขดลวด
ในการเหนี่ยวนำแม่เหล็กสุญญากาศ บีแปรผันตามความแรงของสนามแม่เหล็ก เอ็น:
ที่ไหน ม 0 – ที่เรียกว่า ค่าคงที่แม่เหล็กมีค่าสากลเท่ากับ 4 พีสูง 10 –7 ชม./ม. ในวัสดุหลายชนิดมีคุณค่า บีได้สัดส่วนโดยประมาณ เอ็น- อย่างไรก็ตาม ในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก อัตราส่วนระหว่าง บีและ เอ็นค่อนข้างซับซ้อนกว่า (ดังที่จะกล่าวถึงด้านล่าง)
ในรูป รูปที่ 1 แสดงแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างง่ายที่ออกแบบมาเพื่อรับน้ำหนัก แหล่งพลังงานคือแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ ดี.ซี- รูปนี้ยังแสดงเส้นสนามของแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสามารถตรวจจับได้โดยวิธีการตะไบเหล็กตามปกติ
แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่มีแกนเหล็กและจำนวนแอมแปร์เทิร์นจำนวนมากซึ่งทำงานในโหมดต่อเนื่องมีแรงแม่เหล็กขนาดใหญ่ พวกเขาสร้างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กสูงถึง 6 เทสลาในช่องว่างระหว่างขั้ว การเหนี่ยวนำนี้ถูกจำกัดโดยความเค้นเชิงกล การให้ความร้อนของขดลวด และความอิ่มตัวของแม่เหล็กของแกนกลางเท่านั้น แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดยักษ์ระบายความร้อนด้วยน้ำจำนวนหนึ่ง (ไม่มีแกน) รวมถึงการติดตั้งสำหรับสร้างสนามแม่เหล็กแบบพัลส์ได้รับการออกแบบโดย P.L. Kapitsa (1894–1984) ในเคมบริดจ์และที่สถาบันปัญหาทางกายภาพของ USSR Academy of Sciences และ F. Bitter (1902–1967) ในสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ ด้วยแม่เหล็กดังกล่าวจึงสามารถเหนี่ยวนำได้ถึง 50 เทสลา แม่เหล็กไฟฟ้าขนาดค่อนข้างเล็กที่สร้างสนามไฟฟ้าได้มากถึง 6.2 เทสลา ใช้พลังงานไฟฟ้า 15 กิโลวัตต์ และระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนเหลว ได้รับการพัฒนาที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโลซาลามอส ได้รับสาขาที่คล้ายกันที่อุณหภูมิแช่แข็ง
การซึมผ่านของแม่เหล็กและบทบาทในแม่เหล็ก
การซึมผ่านของแม่เหล็ก มคือปริมาณที่แสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุ โลหะเฟอร์โรแมกเนติก Fe, Ni, Co และโลหะผสมมีความสามารถในการซึมผ่านสูงสุดที่สูงมาก - ตั้งแต่ 5,000 (สำหรับ Fe) ถึง 800,000 (สำหรับซูเปอร์มัลลอย) ในวัสดุดังกล่าวที่มีความแรงของสนามค่อนข้างต่ำ ชมมีการเหนี่ยวนำขนาดใหญ่เกิดขึ้น บีแต่ความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณเหล่านี้ โดยทั่วไปแล้ว ไม่เป็นเชิงเส้นเนื่องจากปรากฏการณ์ความอิ่มตัวและฮิสเทรีซิส ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง วัสดุเฟอร์โรแมกเนติกถูกแม่เหล็กดึงดูดอย่างแรง พวกมันสูญเสียคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดกูรี (770° C สำหรับ Fe, 358° C สำหรับ Ni, 1120° C สำหรับ Co) และประพฤติตนเหมือนพาราแมกเนติก ซึ่งทำให้เกิดการเหนี่ยวนำ บีจนถึงค่าแรงดึงที่สูงมาก ชมเป็นสัดส่วนกับมัน - เหมือนกับที่อยู่ในสุญญากาศทุกประการ ธาตุและสารประกอบหลายชนิดมีพาราแมกเนติกอยู่ที่ทุกอุณหภูมิ สารพาราแมกเนติกมีลักษณะเฉพาะคือพวกมันกลายเป็นแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กภายนอก หากปิดสนามนี้ สารพาราแมกเนติกจะกลับสู่สถานะที่ไม่ใช่แม่เหล็ก การดึงดูดแม่เหล็กในเฟอร์โรแมกเนติกจะยังคงอยู่แม้หลังจากปิดสนามแม่เหล็กภายนอกแล้วก็ตาม
ในรูป รูปที่ 2 แสดงวงฮิสเทรีซิสทั่วไปสำหรับของแข็งแม่เหล็ก (ด้วย การสูญเสียครั้งใหญ่) วัสดุเฟอร์โรแมกเนติก มันเป็นลักษณะการพึ่งพาที่ไม่ชัดเจนของการดึงดูดของวัสดุที่เรียงลำดับทางแม่เหล็กกับความแรงของสนามแม่เหล็ก โดยเพิ่มความแรงของสนามแม่เหล็กจากจุดเริ่มต้น (ศูนย์) ( 1 ) แรงดึงดูดเกิดขึ้นตามเส้นประ 1 –2 และค่า มเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อแรงดึงดูดของตัวอย่างเพิ่มขึ้น ตรงจุด 2 ความอิ่มตัวเกิดขึ้นได้เช่น เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอีก แรงแม่เหล็กจะไม่เพิ่มขึ้นอีกต่อไป หากตอนนี้เราค่อยๆลดมูลค่าลง ชมเป็นศูนย์ ตามด้วยเส้นโค้ง บี(ชม) ไม่เป็นไปตามเส้นทางเดิมอีกต่อไป แต่ผ่านจุดนั้นไป 3 เผยให้เห็น "ความทรงจำ" ของเนื้อหาเกี่ยวกับ "ประวัติศาสตร์ในอดีต" ดังนั้นจึงเรียกว่า "ฮิสเทรีซิส" เห็นได้ชัดว่าในกรณีนี้ยังมีสนามแม่เหล็กที่หลงเหลืออยู่ (ส่วน 1 –3 - หลังจากเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็กเป็นเส้นโค้งไปในทิศทางตรงกันข้าม ใน (เอ็น) ผ่านจุดนั้น 4 และส่วน ( 1 )–(4 ) สอดคล้องกับแรงบีบบังคับที่ป้องกันการล้างอำนาจแม่เหล็ก มูลค่าเพิ่มขึ้นอีก (- ชม) นำเส้นโค้งฮิสเทรีซิสไปที่จตุภาคที่สาม - ส่วน 4 –5 - มูลค่าที่ลดลงตามมา (- ชม) ให้เป็นศูนย์แล้วเพิ่มค่าบวก ชมจะนำไปสู่การปิดลูปฮิสเทรีซิสผ่านจุดต่างๆ 6 , 7 และ 2 .
วัสดุแม่เหล็กแข็งนั้นมีลักษณะเป็นวงฮิสเทรีซีสที่กว้างซึ่งครอบคลุมพื้นที่สำคัญบนแผนภาพดังนั้นจึงสอดคล้องกับค่าแม่เหล็กคงเหลือจำนวนมาก (การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก) และแรงบีบบังคับ วงฮิสเทรีซิสแคบ (รูปที่ 3) เป็นคุณลักษณะของวัสดุแม่เหล็กอ่อน เช่น เหล็กอ่อนและโลหะผสมพิเศษที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูง โลหะผสมดังกล่าวถูกสร้างขึ้นโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อลดการสูญเสียพลังงานที่เกิดจากฮิสเทรีซิส โลหะผสมพิเศษเหล่านี้ส่วนใหญ่ เช่น เฟอร์ไรต์ มีความต้านทานไฟฟ้าสูง ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยลดการสูญเสียทางแม่เหล็กเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการสูญเสียทางไฟฟ้าที่เกิดจากกระแสไหลวนด้วย
วัสดุแม่เหล็กที่มีการซึมผ่านสูงเกิดจากการหลอมซึ่งดำเนินการโดยการคงไว้ที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 ° C ตามด้วยการแบ่งเบาบรรเทา (เย็นลงอย่างค่อยเป็นค่อยไป) จนถึงอุณหภูมิห้อง ในกรณีนี้ การบำบัดเชิงกลและเชิงความร้อนเบื้องต้น รวมถึงการไม่มีสิ่งเจือปนในตัวอย่างถือเป็นสิ่งสำคัญมาก สำหรับแกนหม้อแปลงเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 เหล็กซิลิกอนได้รับการพัฒนาให้มีคุณค่า มซึ่งเพิ่มขึ้นตามปริมาณซิลิกอนที่เพิ่มขึ้น ระหว่างปี 1915 ถึง 1920 เปอร์มัลลอย (โลหะผสมของ Ni และ Fe) ปรากฏขึ้นพร้อมกับวงฮิสเทรีซีสที่แคบและเกือบเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า ค่าการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงเป็นพิเศษ มที่มีค่าน้อย ชมโลหะผสมต่างกันในไฮเปอร์นิก (50% Ni, 50% Fe) และ mu-metal (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) ในขณะที่อยู่ในเพอร์มินวาร์ (45% Ni, 30% Fe, 25% ค่าร่วม) มเกือบจะคงที่ตลอดการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามที่หลากหลาย ในบรรดาวัสดุแม่เหล็กสมัยใหม่ ควรกล่าวถึงซูเปอร์มัลลอย ซึ่งเป็นโลหะผสมที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กสูงที่สุด (ประกอบด้วย 79% Ni, 15% Fe และ 5% Mo)
ทฤษฎีแม่เหล็ก
นับเป็นครั้งแรกที่การเดาว่าปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กจะลดลงจนกลายเป็นปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าในที่สุดเกิดขึ้นจากแอมแปร์ในปี 1825 เมื่อเขาแสดงแนวคิดเรื่องกระแสน้ำขนาดเล็กภายในแบบปิดที่หมุนเวียนอยู่ในแต่ละอะตอมของแม่เหล็ก อย่างไรก็ตามหากไม่มีการยืนยันเชิงทดลองเกี่ยวกับการมีอยู่ของกระแสดังกล่าวในสสาร (เจ. ทอมสันค้นพบอิเล็กตรอนในปี พ.ศ. 2440 เท่านั้นและรัทเทอร์ฟอร์ดและบอร์ให้คำอธิบายโครงสร้างของอะตอมในปี พ.ศ. 2456) ทฤษฎีนี้ "จางหายไป ” ในปี พ.ศ. 2395 ดับเบิลยู. เวเบอร์ ได้เสนอแนะว่าทุกอะตอม สารแม่เหล็กเป็นแม่เหล็กขนาดเล็กหรือไดโพลแม่เหล็ก เพื่อให้เกิดความเป็นแม่เหล็กโดยสมบูรณ์ของสสารได้เมื่อแม่เหล็กอะตอมแต่ละตัวอยู่ในแนวเดียวกันในลำดับที่แน่นอน (รูปที่ 4, ข- เวเบอร์เชื่อว่า "แรงเสียดทาน" ของโมเลกุลหรืออะตอมช่วยให้แม่เหล็กพื้นฐานเหล่านี้รักษาลำดับของมันได้ แม้ว่าจะได้รับอิทธิพลรบกวนจากการสั่นสะเทือนจากความร้อนก็ตาม ทฤษฎีของเขาสามารถอธิบายความเป็นแม่เหล็กของวัตถุเมื่อสัมผัสกับแม่เหล็ก เช่นเดียวกับการล้างอำนาจแม่เหล็กเมื่อกระแทกหรือได้รับความร้อน ในที่สุดก็อธิบาย "การสืบพันธุ์" ของแม่เหล็กเมื่อตัดเข็มแม่เหล็กหรือแท่งแม่เหล็กเป็นชิ้น ๆ ด้วยเช่นกัน อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีนี้ไม่ได้อธิบายทั้งต้นกำเนิดของแม่เหล็กมูลฐานเอง หรือปรากฏการณ์ของความอิ่มตัวและฮิสเทรีซิส ทฤษฎีของเวเบอร์ได้รับการปรับปรุงในปี พ.ศ. 2433 โดย J. Ewing ซึ่งแทนที่สมมติฐานของเขาเกี่ยวกับแรงเสียดทานของอะตอมด้วยแนวคิดเรื่องแรงกักขังระหว่างอะตอมที่ช่วยรักษาลำดับของไดโพลเบื้องต้นที่ประกอบเป็นแม่เหล็กถาวร
แนวทางแก้ไขปัญหาซึ่งครั้งหนึ่งแอมแปร์เสนอนั้นได้รับชีวิตที่สองในปี 1905 เมื่อ P. Langevin อธิบายพฤติกรรมของวัสดุพาราแมกเนติกโดยการให้กระแสอิเล็กตรอนภายในที่ไม่มีการชดเชยแก่แต่ละอะตอม ตามข้อมูลของ Langevin กระแสน้ำเหล่านี้ก่อตัวเป็นแม่เหล็กขนาดเล็กที่จะถูกวางแบบสุ่มเมื่อไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอก แต่จะวางแนวอย่างเป็นระเบียบเมื่อถูกนำไปใช้ ในกรณีนี้ วิธีการในการเรียงลำดับให้สมบูรณ์สอดคล้องกับความอิ่มตัวของสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้ Langevin ยังแนะนำแนวคิดเรื่องโมเมนต์แม่เหล็ก ซึ่งสำหรับแม่เหล็กอะตอมแต่ละตัวจะเท่ากับผลคูณของ "ประจุแม่เหล็ก" ของขั้วหนึ่งและระยะห่างระหว่างขั้วทั้งสอง ดังนั้นสนามแม่เหล็กที่อ่อนแอของวัสดุพาราแมกเนติกจึงเกิดจากโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยกระแสอิเล็กตรอนที่ไม่มีการชดเชย
ในปี 1907 P. Weiss ได้นำเสนอแนวคิดเรื่อง "โดเมน" ซึ่งต่อมาได้กลายเป็นส่วนสำคัญสำหรับ ทฤษฎีสมัยใหม่แม่เหล็ก ไวส์จินตนาการว่าโดเมนเป็น "อาณานิคม" เล็กๆ ของอะตอม ซึ่งด้วยเหตุผลบางประการ โมเมนต์แม่เหล็กของอะตอมทั้งหมดถูกบังคับให้รักษาทิศทางเดียวกัน เพื่อให้แต่ละโดเมนถูกดึงดูดให้อิ่มตัว โดเมนที่แยกจากกันสามารถมีขนาดเชิงเส้นของลำดับ 0.01 มม. และตามลำดับ ปริมาตรของลำดับ 10–6 มม. 3 . โดเมนถูกคั่นด้วยสิ่งที่เรียกว่าผนังโบลช ซึ่งมีความหนาไม่เกิน 1,000 ขนาดอะตอม “กำแพง” และโดเมนสองโดเมนที่มีการวางแนวตรงกันข้ามถูกแสดงไว้ในแผนผังในรูปที่. 5. ผนังดังกล่าวเป็นตัวแทนของ "ชั้นการเปลี่ยนแปลง" ซึ่งทิศทางของโดเมนแม่เหล็กเปลี่ยนไป
ในกรณีทั่วไป สามารถแยกแยะได้สามส่วนบนเส้นโค้งสนามแม่เหล็กเริ่มต้น (รูปที่ 6) ในส่วนเริ่มต้น ผนังภายใต้อิทธิพลของสนามภายนอกจะเคลื่อนผ่านความหนาของสารจนเกิดข้อบกพร่อง ตาข่ายคริสตัลซึ่งหยุดเธอ ด้วยการเพิ่มความแรงของสนามแม่เหล็ก คุณสามารถบังคับกำแพงให้เคลื่อนที่ต่อไปได้ โดยผ่านส่วนตรงกลางระหว่างเส้นประ หากหลังจากนี้ความแรงของสนามแม่เหล็กลดลงเหลือศูนย์อีกครั้ง ผนังจะไม่กลับสู่ตำแหน่งเดิมอีกต่อไป ดังนั้นตัวอย่างจะยังคงถูกดึงดูดด้วยแม่เหล็กบางส่วน สิ่งนี้จะอธิบายฮิสเทรีซิสของแม่เหล็ก ที่ส่วนสุดท้ายของเส้นโค้ง กระบวนการจะสิ้นสุดลงด้วยความอิ่มตัวของสนามแม่เหล็กของตัวอย่าง เนื่องจากการเรียงลำดับของสนามแม่เหล็กภายในโดเมนที่ไม่เป็นระเบียบสุดท้าย กระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้เกือบทั้งหมด ความแข็งของแม่เหล็กนั้นแสดงโดยวัสดุเหล่านั้นซึ่งมีโครงตาข่ายอะตอมที่มีข้อบกพร่องมากมายที่ขัดขวางการเคลื่อนที่ของผนังระหว่างโดเมน ซึ่งสามารถทำได้โดยการบำบัดทางกลและทางความร้อน เช่น โดยการบีบอัดและการเผาวัสดุที่เป็นผงในภายหลัง ในโลหะผสมอัลนิโกและสารอะนาล็อก ผลลัพธ์เดียวกันนี้ทำได้โดยการหลอมโลหะให้เป็นโครงสร้างที่ซับซ้อน
นอกจากวัสดุพาราแมกเนติกและเฟอร์โรแมกเนติกแล้ว ยังมีวัสดุที่เรียกว่าคุณสมบัติต้านเฟอร์โรแมกเนติกและเฟอร์ริแมกเนติกอีกด้วย ความแตกต่างระหว่างแม่เหล็กประเภทนี้อธิบายไว้ในรูปที่ 1 7. ตามแนวคิดเรื่องโดเมน พาราแมกเนติกถือได้ว่าเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการมีอยู่ของไดโพลแม่เหล็กกลุ่มเล็ก ๆ ในวัสดุ ซึ่งไดโพลแต่ละตัวมีปฏิกิริยาต่อกันอย่างอ่อนมาก (หรือไม่โต้ตอบเลย) ดังนั้น ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอกให้ใช้การวางแนวแบบสุ่มเท่านั้น ( รูปที่ 7, ก- ในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก ภายในแต่ละโดเมนจะมีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างไดโพลแต่ละตัว ซึ่งนำไปสู่การจัดเรียงแบบขนานที่ได้รับคำสั่ง (รูปที่ 7, ข- ในทางกลับกัน ในวัสดุต้านเฟอร์โรแมกเนติก ปฏิสัมพันธ์ระหว่างไดโพลแต่ละตัวจะนำไปสู่การจัดตำแหน่งที่ต้านขนานกัน ดังนั้นโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดของแต่ละโดเมนจะเป็นศูนย์ (รูปที่ 7, วี- ในที่สุด ในวัสดุเฟอร์ริแมกเนติก (เช่น เฟอร์ไรต์) มีทั้งการเรียงลำดับแบบขนานและแบบต้านขนาน (รูปที่ 7, ช) ส่งผลให้สนามแม่เหล็กอ่อน
มีการยืนยันเชิงทดลองที่น่าเชื่อสองประการเกี่ยวกับการมีอยู่ของโดเมน อย่างแรกคือเอฟเฟกต์ที่เรียกว่า Barkhausen ส่วนอย่างที่สองคือวิธีการสร้างรูปผง ในปี 1919 G. Barkhausen ได้กำหนดไว้ว่าเมื่อมีการใช้สนามภายนอกกับตัวอย่างของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก การทำให้เกิดแม่เหล็กของมันจะเปลี่ยนแปลงไปในส่วนเล็กๆ ที่แยกจากกัน จากมุมมองของทฤษฎีโดเมน นี่ไม่ใช่อะไรมากไปกว่าความก้าวหน้าอย่างกะทันหันของกำแพงระหว่างโดเมน โดยต้องเผชิญกับข้อบกพร่องส่วนบุคคลที่ทำให้เกิดความล่าช้า โดยปกติจะตรวจพบผลกระทบนี้โดยใช้ขดลวดซึ่งมีแท่งเฟอร์โรแมกเนติกหรือลวดวางอยู่ หากคุณสลับแม่เหล็กแรงเข้าและออกจากตัวอย่าง ตัวอย่างจะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กและถูกสร้างเป็นแม่เหล็กใหม่ การเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันในการดึงดูดของการเปลี่ยนแปลงตัวอย่าง ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านขดลวดและมีกระแสเหนี่ยวนำตื่นเต้นอยู่ในนั้น แรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นในคอยล์จะถูกขยายและป้อนเข้ากับอินพุตของหูฟังอะคูสติกคู่หนึ่ง การคลิกที่ได้ยินผ่านหูฟังบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันของการดึงดูด
เพื่อระบุตัวตน โครงสร้างโดเมนแม่เหล็กโดยใช้วิธีรูปผง จะหยดสารแขวนลอยคอลลอยด์ของผงเฟอร์โรแมกเนติก (ปกติคือ Fe 3 O 4) ลงบนพื้นผิวที่ขัดเงาอย่างดีของวัสดุแม่เหล็ก อนุภาคผงจะจับตัวอยู่ในบริเวณที่มีความไม่สม่ำเสมอสูงสุดของสนามแม่เหล็ก - ที่ขอบเขตของโดเมน โครงสร้างนี้สามารถศึกษาได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ มีการเสนอวิธีการที่อาศัยการส่งผ่านแสงโพลาไรซ์ผ่านวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกโปร่งใส
ทฤษฎีแม่เหล็กดั้งเดิมของ Weiss ในลักษณะหลักยังคงมีความสำคัญมาจนถึงทุกวันนี้ อย่างไรก็ตาม ได้รับการตีความที่อัปเดตตามแนวคิดของการหมุนของอิเล็กตรอนที่ไม่ได้รับการชดเชยซึ่งเป็นปัจจัยกำหนดแม่เหล็กของอะตอม สมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของโมเมนตัมของอิเล็กตรอนถูกหยิบยกขึ้นมาในปี 1926 โดย S. Goudsmit และ J. Uhlenbeck และในปัจจุบันอิเล็กตรอนเป็นพาหะของการหมุนซึ่งถือเป็น "แม่เหล็กพื้นฐาน"
เพื่ออธิบายแนวคิดนี้ ให้พิจารณา (รูปที่ 8) อะตอมของเหล็กอิสระ ซึ่งเป็นวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกทั่วไป มันสองเปลือกหอย ( เคและ ล) อิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียสมากที่สุดจะเต็มไปด้วยอิเล็กตรอน โดยตัวแรกมีอิเล็กตรอน 2 ตัว และตัวที่สองมีอิเล็กตรอน 8 ตัว ใน เค- เปลือก การหมุนของอิเล็กตรอนตัวหนึ่งเป็นบวก และอีกตัวหนึ่งเป็นลบ ใน ล- เปลือก (หรือเจาะจงกว่านั้นคือในเปลือกย่อย 2 ชั้น) อิเล็กตรอน 4 ใน 8 ตัวมีการหมุนเป็นบวก และอีก 4 ตัวมีการหมุนเป็นลบ ในทั้งสองกรณี การหมุนของอิเล็กตรอนภายในเปลือกเดียวจะได้รับการชดเชยอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นโมเมนต์แม่เหล็กทั้งหมดจึงเป็นศูนย์ ใน ม- เปลือก สถานการณ์แตกต่างออกไป เนื่องจากจากอิเล็กตรอนหกตัวที่อยู่ในเปลือกย่อยที่สาม มีอิเล็กตรอนห้าตัวหมุนไปในทิศทางเดียว และมีเพียงอิเล็กตรอนตัวที่หกเท่านั้นในอีกทิศทางหนึ่ง เป็นผลให้เหลือการหมุนที่ไม่มีการชดเชยสี่ครั้งซึ่งจะกำหนดคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอมเหล็ก (ภายนอก เอ็น-เปลือกมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพียงสองตัวเท่านั้น ซึ่งไม่ได้มีส่วนช่วยในการเป็นแม่เหล็กของอะตอมเหล็ก) แม่เหล็กของเฟอร์โรแมกเนติกอื่นๆ เช่น นิกเกิลและโคบอลต์ ได้รับการอธิบายในลักษณะเดียวกัน เนื่องจากอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงในตัวอย่างเหล็กมีปฏิกิริยาต่อกันอย่างรุนแรง และอิเล็กตรอนของพวกมันก็รวมตัวกันเป็นบางส่วน คำอธิบายนี้จึงควรพิจารณาเป็นเพียงแผนภาพของสถานการณ์จริงที่มองเห็นได้ แต่เรียบง่ายมาก
ทฤษฎีแม่เหล็กอะตอมโดยคำนึงถึงการหมุนของอิเล็กตรอน ได้รับการสนับสนุนจากการทดลองไจโรแมกเนติกที่น่าสนใจ 2 การทดลอง การทดลองหนึ่งดำเนินการโดย A. Einstein และ W. de Haas และอีกการทดลองหนึ่งดำเนินการโดย S. Barnett ในการทดลองครั้งแรก กระบอกของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกถูกแขวนไว้ดังแสดงในรูป 9. ถ้ากระแสไหลผ่านลวดขดลวด กระบอกจะหมุนรอบแกนของมัน เมื่อทิศทางของกระแส (และสนามแม่เหล็กด้วย) เปลี่ยนแปลง มันจะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม ในทั้งสองกรณี การหมุนของกระบอกสูบเกิดจากการเรียงลำดับการหมุนของอิเล็กตรอน ในการทดลองของ Barnett ในทางกลับกัน กระบอกแขวนลอยซึ่งถูกทำให้เข้าสู่สถานะการหมุนอย่างรวดเร็ว กลายเป็นแม่เหล็กในกรณีที่ไม่มีสนามแม่เหล็ก ผลกระทบนี้อธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่อแม่เหล็กหมุน โมเมนต์ไจโรสโคปิกจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งมีแนวโน้มที่จะหมุนโมเมนต์การหมุนในทิศทางของแกนหมุนของมันเอง
หากต้องการคำอธิบายที่สมบูรณ์ยิ่งขึ้นเกี่ยวกับธรรมชาติและที่มาของแรงระยะสั้นที่สั่งแม่เหล็กอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงและต่อต้านอิทธิพลที่ทำให้เกิดความวุ่นวายของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน เราควรหันไปใช้กลศาสตร์ควอนตัม คำอธิบายทางกลควอนตัมเกี่ยวกับธรรมชาติของแรงเหล่านี้ถูกเสนอในปี พ.ศ. 2471 โดยดับเบิลยู. ไฮเซนเบิร์ก ผู้ตั้งสมมุติฐานการมีอยู่ของการแลกเปลี่ยนอันตรกิริยาระหว่างอะตอมข้างเคียง ต่อมา G. Bethe และ J. Slater แสดงให้เห็นว่าแรงแลกเปลี่ยนเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อระยะห่างระหว่างอะตอมลดลง แต่เมื่อถึงระยะห่างระหว่างอะตอมขั้นต่ำที่แน่นอน แรงเหล่านั้นจะลดลงเหลือศูนย์
คุณสมบัติทางแม่เหล็กของสาร
หนึ่งในครั้งแรกที่กว้างขวางและ การวิจัยอย่างเป็นระบบพี. กูรีศึกษาคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสาร เขากำหนดว่าตามคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสารทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทได้ ประเภทแรกประกอบด้วยสารที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กเด่นชัดคล้ายกับคุณสมบัติของเหล็ก สารดังกล่าวเรียกว่าเฟอร์โรแมกเนติก สนามแม่เหล็กสามารถสังเกตได้ชัดเจนในระยะไกลมาก ( ซม. สูงกว่า- ชั้นที่สองประกอบด้วยสารที่เรียกว่าพาราแมกเนติก โดยทั่วไปคุณสมบัติทางแม่เหล็กจะคล้ายกับวัสดุที่เป็นแม่เหล็กไฟฟ้า แต่จะอ่อนกว่ามาก ตัวอย่างเช่น แรงดึงดูดต่อขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังสูงสามารถฉีกค้อนเหล็กออกจากมือของคุณได้ และในการตรวจจับแรงดึงดูดของสารพาราแมกเนติกกับแม่เหล็กอันเดียวกัน คุณมักจะต้องใช้เครื่องชั่งเชิงวิเคราะห์ที่มีความละเอียดอ่อนมาก ชั้นสุดท้ายและชั้นที่สามรวมถึงสารที่เรียกว่าไดแมกเนติก พวกมันถูกผลักด้วยแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น แรงที่กระทำต่อวัสดุไดแมกเนติกนั้นอยู่ตรงข้ามกับแรงที่กระทำกับวัสดุเฟอร์โรและพาราแมกเนติก
การวัดคุณสมบัติของแม่เหล็ก
เมื่อศึกษาสมบัติทางแม่เหล็ก การวัดสองประเภทมีความสำคัญที่สุด อย่างแรกคือการวัดแรงที่กระทำต่อตัวอย่างใกล้กับแม่เหล็ก นี่คือวิธีการกำหนดแรงดึงดูดของตัวอย่าง ประการที่สองรวมถึงการวัดความถี่ "เรโซแนนซ์" ที่เกี่ยวข้องกับการทำให้เป็นแม่เหล็กของสสาร อะตอมเป็น "ไจโร" เล็กๆ และอยู่ในสนามแม่เหล็ก (เหมือนยอดปกติภายใต้อิทธิพลของแรงบิดที่เกิดจากแรงโน้มถ่วง) ในความถี่ที่สามารถวัดได้ นอกจากนี้ แรงยังกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุอิสระซึ่งเคลื่อนที่เป็นมุมฉากกับเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เช่นเดียวกับกระแสอิเล็กตรอนในตัวนำ มันทำให้อนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงโคจรเป็นวงกลมซึ่งมีรัศมีกำหนดไว้
ร = MV/อีบี,
ที่ไหน ม– มวลอนุภาค โวลต์– ความเร็วของมัน จเป็นค่าใช้จ่ายของมัน และ บี– การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก ความถี่ของการเคลื่อนที่แบบวงกลมดังกล่าวคือ
ที่ไหน ฉวัดเป็นเฮิรตซ์ จ– ในจี้ ม– เป็นกิโลกรัม บี- ในเทสลา ความถี่นี้เป็นลักษณะการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในสารที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก การเคลื่อนที่ทั้งสองประเภท (การเคลื่อนไปข้างหน้าและการเคลื่อนที่ตามวงโคจรเป็นวงกลม) สามารถถูกกระตุ้นได้โดยการสลับสนามที่มีความถี่เรโซแนนซ์เท่ากับลักษณะเฉพาะของความถี่ "ธรรมชาติ" ของวัสดุนี้- ในกรณีแรกการสั่นพ้องเรียกว่าแม่เหล็กและในกรณีที่สอง - ไซโคลตรอน (เนื่องจากความคล้ายคลึงกับการเคลื่อนที่แบบวงกลมของอนุภาคย่อยของอะตอมในไซโคลตรอน)
เมื่อพูดถึงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอมจำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับโมเมนตัมเชิงมุมของพวกมัน สนามแม่เหล็กกระทำต่อไดโพลอะตอมที่กำลังหมุน โดยมีแนวโน้มที่จะหมุนและวางไว้ขนานกับสนาม ในทางกลับกัน อะตอมจะเริ่มเคลื่อนที่ไปรอบๆ ทิศทางของสนามแม่เหล็ก (รูปที่ 10) โดยมีความถี่ขึ้นอยู่กับโมเมนต์ไดโพลและความแรงของสนามแม่เหล็กที่ใช้
พรีเซสชั่นของอะตอมไม่สามารถสังเกตได้โดยตรง เนื่องจากอะตอมทั้งหมดในพรีเซสชั่นของตัวอย่างอยู่ที่เฟสอื่น หากเราใช้สนามไฟฟ้ากระแสสลับขนาดเล็กที่ตั้งฉากกับสนามการเรียงลำดับคงที่ ความสัมพันธ์ของเฟสบางอย่างจะถูกสร้างขึ้นระหว่างอะตอมที่อยู่ข้างหน้าและโมเมนต์แม่เหล็กรวมของพวกมันจะเริ่มเคลื่อนที่ด้วยความถี่เท่ากับความถี่พรีเซสชั่นของโมเมนต์แม่เหล็กแต่ละโมเมนต์ สำคัญมีความเร็วเชิงมุมของพรีเซชั่น ตามกฎแล้ว ค่านี้จะอยู่ในลำดับ 10 10 Hz/T สำหรับการทำให้เกิดแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอน และอยู่ในลำดับ 10 7 Hz/T สำหรับการทำให้เกิดแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับประจุบวกในนิวเคลียสของอะตอม
แผนผังของการตั้งค่าสำหรับการสังเกตด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กนิวเคลียร์ (NMR) จะแสดงไว้ในรูปที่ 1 11. สารที่กำลังศึกษาจะถูกนำเข้าสู่สนามคงที่สม่ำเสมอระหว่างขั้วทั้งสอง หากสนามความถี่วิทยุถูกตื่นเต้นโดยใช้ขดลวดเล็กๆ รอบหลอดทดลอง ก็จะสามารถได้รับเสียงสะท้อนที่ความถี่เฉพาะเท่ากับความถี่พรีเซสชันของ "ไจโร" นิวเคลียร์ทั้งหมดในตัวอย่าง การวัดจะคล้ายกับการปรับเครื่องรับวิทยุให้เป็นความถี่ของสถานีเฉพาะ
วิธีการเรโซแนนซ์แม่เหล็กทำให้สามารถศึกษาไม่เพียงแต่คุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอมและนิวเคลียสเฉพาะเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคุณสมบัติของสภาพแวดล้อมด้วย ความจริงก็คือสนามแม่เหล็กในของแข็งและโมเลกุลนั้นไม่เป็นเนื้อเดียวกัน เนื่องจากถูกบิดเบือนโดยประจุของอะตอม และรายละเอียดของเส้นโค้งเรโซแนนซ์การทดลองจะถูกกำหนดโดยสนามท้องถิ่นในภูมิภาคที่นิวเคลียสที่อยู่ข้างหน้าตั้งอยู่ ทำให้สามารถศึกษาคุณลักษณะเชิงโครงสร้างของตัวอย่างเฉพาะโดยใช้วิธีเรโซแนนซ์ได้
การคำนวณคุณสมบัติทางแม่เหล็ก
การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กโลกคือ 0.5 x 10 –4 T ในขณะที่สนามแม่เหล็กระหว่างขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังสูงมีค่าประมาณ 2 T หรือมากกว่า
สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยการกำหนดค่ากระแสใดๆ สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร Biot-Savart-Laplace สำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามที่สร้างขึ้นโดยองค์ประกอบกระแส การคำนวณสนามที่สร้างโดยรูปทรง รูปร่างที่แตกต่างกันและขดลวดทรงกระบอก ในหลายกรณีมีความซับซ้อนมาก ด้านล่างนี้เป็นสูตรสำหรับกรณีง่ายๆ หลายกรณี การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (ในหน่วยเทสลาส) ของสนามที่สร้างขึ้นโดยลวดเส้นตรงยาวที่พากระแสไฟ ฉัน
สนามของแท่งเหล็กที่เป็นแม่เหล็กนั้นคล้ายคลึงกับสนามภายนอกของโซลินอยด์ยาว โดยมีจำนวนแอมแปร์รอบต่อหน่วยความยาวซึ่งสอดคล้องกับกระแสในอะตอมบนพื้นผิวของแท่งแม่เหล็ก เนื่องจากกระแสภายในแท่งแม่เหล็กหักล้าง กันและกัน (รูปที่ 12) กระแสพื้นผิวดังกล่าวเรียกว่าแอมแปร์โดยใช้ชื่อแอมแปร์ ความแรงของสนามแม่เหล็ก ฮาที่สร้างโดยกระแสแอมแปร์ เท่ากับโมเมนต์แม่เหล็กต่อหน่วยปริมาตรของแท่ง ม.
หากเสียบแท่งเหล็กเข้าไปในโซลินอยด์แล้วกระแสโซลินอยด์ยังสร้างสนามแม่เหล็กอีกด้วย ชมการเรียงลำดับไดโพลของอะตอมในวัสดุแท่งแม่เหล็กจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก ม- ในกรณีนี้ ฟลักซ์แม่เหล็กทั้งหมดจะถูกกำหนดโดยผลรวมของกระแสจริงและกระแสแอมแปร์ ดังนั้น บี = ม 0(ชม + ฮา), หรือ บี = ม 0(เอช+เอ็ม- ทัศนคติ ม/ชมเรียกว่า ความไวต่อแม่เหล็กและถูกกำหนดไว้ อักษรกรีก ค; ค– ปริมาณไร้มิติที่แสดงถึงความสามารถของวัสดุที่จะทำให้เกิดแม่เหล็กในสนามแม่เหล็ก
ขนาด บี/ชมซึ่งแสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุเรียกว่าการซึมผ่านของแม่เหล็กและเขียนแทนด้วย ม, และ ม = ม 0ม, ที่ไหน ม- แน่นอนและ ม– การซึมผ่านสัมพัทธ์
ในสารเฟอร์โรแมกเนติกคือปริมาณ คอาจมีมาก ค่าขนาดใหญ่– มากถึง 10 4 е 10 6 . ขนาด ควัสดุพาราแมกเนติกมีค่ามากกว่าศูนย์เล็กน้อย และวัสดุไดอะแมกเนติกมีค่าน้อยกว่าเล็กน้อย เฉพาะในสุญญากาศและในสนามขนาดที่อ่อนแอมาก คและ มมีความคงที่และเป็นอิสระจากสนามภายนอก การพึ่งพาการเหนี่ยวนำ บีจาก ชมมักจะไม่เป็นเชิงเส้น และกราฟของมันก็เรียกว่า เส้นโค้งสนามแม่เหล็กสำหรับวัสดุที่แตกต่างกันและแม้แต่ในอุณหภูมิที่แตกต่างกันอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (ตัวอย่างของเส้นโค้งดังกล่าวแสดงในรูปที่ 2 และ 3)
คุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสารนั้นซับซ้อนมากและสำหรับพวกมัน ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์โครงสร้างของอะตอมอย่างละเอียด, ปฏิสัมพันธ์ในโมเลกุล, การชนกันในก๊าซและอิทธิพลร่วมกันในของแข็งและของเหลว คุณสมบัติทางแม่เหล็กของของเหลวยังคงมีการศึกษาน้อยที่สุด
ที่บ้าน ที่ทำงาน ในรถของคุณเองหรือใน การขนส่งสาธารณะเราถูกรายล้อมไปด้วยแม่เหล็กประเภทต่างๆ โดยให้พลังงานกับมอเตอร์ เซ็นเซอร์ ไมโครโฟน และสิ่งทั่วไปอื่นๆ อีกมากมาย นอกจากนี้ในแต่ละพื้นที่มีการใช้อุปกรณ์ที่มีคุณสมบัติและคุณสมบัติที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปแล้ว แม่เหล็กประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่น:
แม่เหล็กมีกี่ประเภท?
แม่เหล็กไฟฟ้าการออกแบบผลิตภัณฑ์ดังกล่าวประกอบด้วยแกนเหล็กซึ่งมีการพันขดลวด ด้วยการใช้กระแสไฟฟ้าที่มีพารามิเตอร์ขนาดและทิศทางต่างกัน จึงเป็นไปได้ที่จะได้รับสนามแม่เหล็กที่มีความแรงและขั้วที่ต้องการ
ชื่อของแม่เหล็กกลุ่มนี้เป็นคำย่อของชื่อของส่วนประกอบต่างๆ ได้แก่ อะลูมิเนียม นิกเกิล และโคบอลต์ ข้อได้เปรียบหลักของโลหะผสมอัลนิโกคือความเสถียรของอุณหภูมิที่ไม่มีใครเทียบได้ของวัสดุ แม่เหล็กประเภทอื่นไม่สามารถอวดได้ว่าสามารถใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง +550 ⁰ C ในขณะเดียวกันวัสดุน้ำหนักเบานี้มีลักษณะเป็นแรงบีบบังคับที่อ่อนแอ ซึ่งหมายความว่าสามารถล้างอำนาจแม่เหล็กได้อย่างสมบูรณ์เมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็กภายนอกที่มีกำลังแรงสูง ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากราคาที่เอื้อมถึง อัลนิโกจึงเป็นโซลูชั่นที่ขาดไม่ได้ในภาคส่วนวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมจำนวนมาก
ผลิตภัณฑ์แม่เหล็กสมัยใหม่
ดังนั้นเราจึงแยกโลหะผสมออก มาดูกันว่ามีแม่เหล็กประเภทใดบ้างและมีประโยชน์อะไรบ้างในชีวิตประจำวัน ในความเป็นจริงมีตัวเลือกมากมายสำหรับผลิตภัณฑ์ดังกล่าว:
3) แม่เหล็กสำนักงานกระดานแม่เหล็กใช้สำหรับการนำเสนอและการวางแผนการประชุม ซึ่งช่วยให้คุณสามารถนำเสนอข้อมูลได้อย่างชัดเจนและละเอียด นอกจากนี้ยังพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์อย่างยิ่งในห้องเรียนของโรงเรียนและห้องเรียนของมหาวิทยาลัย
ขั้วแม่เหล็ก (แรงดึงดูดและแรงผลักระหว่างขั้วแม่เหล็ก)
ขั้วแม่เหล็ก (การดึงดูดและการเบี่ยงเบนระหว่างขั้วแม่เหล็ก)
เช่นเดียวกับขั้วแม่เหล็กที่ผลักกัน ขั้วตรงข้ามจะดึงดูดกัน คุณสามารถตรวจสอบสิ่งนี้ได้อย่างง่ายดายหากคุณนำแม่เหล็กสองอันแล้วลองนำมารวมกันโดยมีด้านต่างกัน เมื่อมองแวบแรก เนื่องจากคุณสมบัติของขั้วแม่เหล็กที่มีชื่อเดียวกันในการขับไล่ จึงเป็นไปได้ที่จะทำการทดลองเกี่ยวกับการลอยตัวของแม่เหล็ก: เมื่อแม่เหล็กตัวหนึ่งแขวนอยู่ในอากาศเหนือแม่เหล็กอีกตัวหนึ่ง (เนื่องจากความจริงที่ว่าแรงผลักระหว่างแม่เหล็ก ชดเชยแรงดึงดูดของแม่เหล็กชั้นบนที่โลก)
การลอยด้วยแม่เหล็กเป็นการทดลองที่รู้จักกันดี หลายคนคงเคยเห็น (อย่างน้อยก็ในภาพถ่าย) ว่าชิ้นส่วนของตัวนำยิ่งยวดลอยอยู่เหนือแม่เหล็กอย่างไร หรือหยดน้ำหรือแม้แต่กบที่ลอยอยู่ระหว่างขั้วแม่เหล็กอันทรงพลัง
ตัวนำยิ่งยวดเป็นวัสดุแม่เหล็ก (เช่นเดียวกับน้ำหรือกบ) ด้วยแม่เหล็กถาวรสองตัว (เช่นเฟอร์โรแมกเนติก) อนิจจากลอุบายเช่นนี้จะไม่ได้ผล แม่เหล็กจะผลักและออกจากทรงกลมของการโต้ตอบ หรือหมุนด้วยขั้วตรงข้ามแล้วดึงดูดกัน ความสมดุลที่มั่นคงเป็นไปไม่ได้ที่นี่ ขออ้างอิงจากหนังสือนะครับ Nurbey Vladimirovich Gulia - ฟิสิกส์ที่น่าทึ่ง: สิ่งที่หนังสือเรียนเงียบเกี่ยวกับ- บท โลงศพของโมฮัมเหม็ดบินได้หรือไม่? :
"...ในปี ค.ศ. 1842 ศาสตราจารย์ เอส เอิร์นชอว์ ตีพิมพ์บทความในรายงานการประชุมของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ซึ่งเขาพิสูจน์ว่าตัวเฟอร์โรแมกเนติกที่อยู่ในสนามแม่เหล็กถาวรไม่สามารถอยู่ในสภาวะสมดุลที่เสถียรได้ นั่นคือ Earnshaw ทำ ด้วยความช่วยเหลือของคณิตศาสตร์สิ่งที่ฮิลเบิร์ตแสดงออกมาเป็นคำพูด - เขาสั่งห้ามการลอยตัวของแม่เหล็กและโลหะที่ดึงดูดโดยพวกมัน และหากไม่มีการรวมกันของแม่เหล็กและชิ้นเหล็กก็เป็นไปได้ที่จะระงับอย่างใดอย่างหนึ่งเพื่อที่พวกเขา อย่าสัมผัสร่างกายอื่นใด"
กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในการสังเกตการลอยของแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับเฟอร์ริกแม่เหล็กเพียงอย่างเดียว หนึ่งในนั้นจำเป็นต้องสัมผัสกับวัตถุอื่น ตัวอย่างเช่น เฟอร์โรแม่เหล็กตัวใดตัวหนึ่งสามารถผูกติดกับเกลียวได้ แน่นอนว่านี่ไม่ใช่การลอยตัวที่แท้จริง แม้ว่ามันอาจจะดูน่าประทับใจก็ตาม
ฉันเจอแม่เหล็กสองตัวที่มีรูปร่างเหมือนแหวนรองและมีรูอยู่ตรงกลาง เส้นผ่านศูนย์กลางของรูนั้นทำให้แม่เหล็กติดเข้ากับแท่งแก้วได้อย่างอิสระ วางไม้ในแนวตั้ง ฉันพันเทปไว้รอบๆ ด้านล่างของแท่งไม้ เพื่อไม่ให้แม่เหล็กด้านล่างหลุดหรือหลุดลงมา ฉันติดแม่เหล็กไว้ที่แท่ง หากแม่เหล็กสัมผัสกับขั้วเดียวกัน แม่เหล็กด้านบนจะถูกดันขึ้นและ "แขวน" ไว้บนแท่ง แน่นอนว่านี่ไม่ใช่การลอยตัวแบบเต็มตัว เพราะ... ถ้าไม่ใช่เพราะแท่งแม่เหล็ก แม่เหล็กก็จะหมุนขั้วตรงข้ามเข้าหากันและติดกัน เพื่อสาธิตสิ่งนี้ คุณต้องถอดแม่เหล็กด้านบนออก พลิกกลับด้านแล้วใส่กลับเข้าไปบนด้ามสแกน แม่เหล็กจะถูกดึงดูด