பொருட்களின் காந்த பண்புகள்

பொருட்களின் காந்த பண்புகள்

திசைகாட்டிகள், மின் மோட்டார்கள், ஒலிபெருக்கிகள் மற்றும் தரவு சேமிப்பு அட்டைகள் என அன்றாட வாழ்க்கையுடன் மிகவும் நெருங்கிய தொடர்புடைய இயற்பியல் நிகழ்வுகளில் காந்தவியலும் ஒன்றாகும். இந்தப் பரவலான பயன்பாடுகளுக்குப் பின்னால், பொருட்களின் காந்தப் பண்புகள் எனப்படும் ஒரு முக்கியக் கருத்து உள்ளது; இது ஒரு பொருள் காந்தப்புலத்திற்கு எவ்வாறு பதிலளிக்கிறது என்பதைக் குறிக்கிறது. இந்தப் பதிலளிப்பு பொருட்களுக்கு ஏற்ப மாறுபடும்: சில வலுவாக ஈர்க்கப்படுகின்றன, மற்றவை பலவீனமாக ஈர்க்கப்படுகின்றன, இன்னும் சில விலக்கப்படுகின்றன. இந்த வேறுபாடு, அணு அமைப்பு, எலக்ட்ரான் கட்டமைப்பு மற்றும் பொருளுக்குள் உள்ள காந்தத் திருப்புத்திறன்களுக்கு இடையிலான இடைவினைகளால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது.

1. அணு மட்டத்தில் காந்தவியலின் அடிப்படைகள்

காந்தத்தன்மையின் முக்கிய ஆதாரம் எலக்ட்ரான்களிலிருந்து வருகிறது. காந்தத் திருப்புத்திறனுக்கு எலக்ட்ரான்கள் இரண்டு பங்களிப்புகளைச் செய்கின்றன:

1. அணுக்கருவைச் சுற்றி எலக்ட்ரான்களின் சுற்று இயக்கம்.
2. எலக்ட்ரான் சுழற்சி என்பது எலக்ட்ரான்களின் உள்ளார்ந்த பண்பாகும், இதனை ஒரு குவாண்டம் "சுழற்சி" எனக் கருதலாம்.

ஒவ்வொரு தனித்த எலக்ட்ரானும் ஒரு நிகர காந்தத் திருப்புத்திறனை உருவாக்க முனைகிறது. ஒரு அணுவில் உள்ள அனைத்து எலக்ட்ரான்களும் ஜோடியாக இருந்தால், அவற்றின் காந்தத் திருப்புத்திறன்கள் ஒன்றையொன்று சமன்செய்து, அந்த அணுவைக் காந்த நடுநிலைத்தன்மை உடையதாக ஆக்குகின்றன. மேலும், திண்மங்களில், பல அணுக்களின் காந்தத் திருப்புத்திறன்கள் ஒன்றோடொன்று இடைவினை புரிந்து குறிப்பிட்ட வடிவங்களை உருவாக்குகின்றன, அவையே பின்னர் அப்பொருளின் காந்தப் பண்புகளைத் தீர்மானிக்கின்றன.

2. முக்கிய அளவுருக்கள்: காந்தமாக்கல் மற்றும் காந்த ஏற்புத்திறன்

வெளிப்புற காந்தப்புலங்களுக்குப் பொருட்கள் காட்டும் எதிர்வினையைப் புரிந்துகொள்ள , பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் இரண்டு அளவுகள் ஆவன:

– காந்தமாக்கல் (M): ஒரு பொருளில் ஓரலகு கனஅளவிற்கு எவ்வளவு மொத்த காந்தத் திருப்புத்திறன் உருவாகிறது என்பதன் அளவீடு.
– காந்த ஏற்புத்திறன் (χ): ஒரு காந்தப்புலத்திற்கு (H) உட்படுத்தப்படும்போது, ​​ஒரு பொருள் காந்தமாகும் போக்கின் அளவீடு. இதற்கான எளிய தொடர்பு:
M = χH

χ நேர்மறையாக இருந்தால், அந்தப் பொருள் காந்தப்புலத்தால் ஈர்க்கப்படும். χ எதிர்மறையாக இருந்தால், அந்தப் பொருள் விலக்கப்படும்.

3. பொருட்களின் காந்தப் பண்புகளின் வகைப்பாடு

பொதுவாக, பொருட்கள் அவற்றின் காந்தப் பண்பின் அடிப்படையில் டயாகாந்தம், பாராகாந்தம், ஃபெர்ரோகாந்தம், ஆன்டிஃபெர்ரோகாந்தம் மற்றும் ஃபெர்ரிகாந்தம் எனப் பல வகைகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன.

A. டயாமேக்னடிக்

டயாகாந்தத்தன்மை அனைத்துப் பொருட்களிலும் காணப்படுகிறது, ஆனால் அது பொதுவாக மிகவும் பலவீனமாக இருக்கும், மேலும் மற்ற வகை காந்தத்தன்மைகள் இருந்தால், அவற்றால் மறைக்கப்பட்டுவிடும். ஒரு தூய டயாகாந்தப் பொருளில், அனைத்து எலக்ட்ரான்களும் ஜோடியாக இருப்பதால், அங்கு நிரந்தர காந்தத் திருப்புத்திறன் இருப்பதில்லை. ஒரு வெளிப்புற காந்தப்புலம் செலுத்தப்படும்போது, ​​ஒரு சிறிய மின்னோட்டம் உருவாகிறது, இது வெளிப்புறப் புலத்திற்கு எதிர் திசையில் ஒரு தூண்டப்பட்ட காந்தத் திருப்புத்திறனை உருவாக்குகிறது. இதன் விளைவாக, டயாகாந்தப் பொருட்கள் காந்தங்களால் சிறிதளவு விலக்கப்படுகின்றன.

முக்கிய அம்சங்கள்:
– χ ஒரு எதிர்மறை மதிப்பைக் கொண்டுள்ளது (சிறியது).
– நிரந்தர காந்தமயமாக்கல் இல்லை.
– இந்த விளைவு வெப்பநிலையைப் பெரிதும் சார்ந்திருப்பதில்லை.

டயாகாந்தப் பொருட்களுக்கான எடுத்துக்காட்டுகள்:
– பிஸ்மத் (Bi), தாமிரம் (Cu), வெள்ளி (Ag), தங்கம் (Au)
– நீர், கண்ணாடி, மரம், நெகிழி (பொதுவாக வலிமை குறைந்த காந்தப் பண்பு அற்றவை)

இயற்பியல் செயல்விளக்கங்களில், மற்றப் பொருட்களுடன் ஒப்பிடும்போது பிஸ்மத்தின் டயாகாந்தப் பண்புகள் ஒப்பீட்டளவில் அதிகமாக இருப்பதால், அது வலிமையான காந்தப்புலங்களில் மெலிதாக "மிதப்பதாக" அடிக்கடி காட்டப்படுகிறது.

B. பாரா காந்தம்

பாரா காந்தப் பொருட்களில் இணையற்ற எலக்ட்ரான்கள் இருப்பதால், நிரந்தர அணு காந்தத் திருப்புத்திறன்கள் ஏற்படுகின்றன. இருப்பினும், வெளிப்புறப் புலம் இல்லாதபோது, ​​வெப்ப இயக்கத்தின் காரணமாக இந்தத் திருப்புத்திறன்கள் சீரற்ற முறையில் அமைந்து, ஒரு சிறிய நிகர காந்தமயமாக்கலை விளைவிக்கின்றன. ஒரு காந்தப்புலத்திற்கு உட்படுத்தப்படும்போது, ​​இந்தத் திருப்புத்திறன்கள் புலத்துடன் சீரமைக்க முனைகின்றன, இதனால் அப்பொருள் பலவீனமாக ஈர்க்கப்படுகிறது.

முக்கிய அம்சங்கள்:
– χ ஒரு சிறிய நேர்மறை மதிப்பைக் கொண்டுள்ளது.
வெளிப்புறப் புலம் இருக்கும்போது மட்டுமே காந்தமாக்கல் தோன்றும்.
– வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது துலங்கலின் வலிமை குறைகிறது (பெரும்பாலான சந்தர்ப்பங்களில் கியூரியின் விதியைப் பின்பற்றி).

பாரா காந்தப் பொருட்களுக்கான எடுத்துக்காட்டுகள்:
– அலுமினியம் (Al), மக்னீசியம் (Mg), பிளாட்டினம் (Pt)
– உப்பில் உள்ள Fe³⁺, Mn²⁺ போன்ற சில அயனிகள்

பாரா காந்தவியல் தொழில்நுட்பத்திலும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது; உதாரணமாக, உணரிகளுக்கான சில பொருட்கள் மற்றும் பொருள் ஆராய்ச்சியில் இது காணப்படுகிறது.

C. ஃபெரோகாந்தம்

ஃபெரோகாந்தவியல் என்பது காந்தவியலின் மிகவும் அறியப்பட்ட வகையாகும், ஏனெனில் அதனால் நிரந்தரக் காந்தங்களை உருவாக்க முடியும். ஃபெரோகாந்தப் பொருட்களில், அணுக்களின் காந்தத் திருப்புத்திறன்கள் வலுவாக இடைவினை புரிகின்றன, இதனால் அவை வெளிப்புறப் புலம் இல்லாமலேயே தன்னிச்சையாக ஒருங்கிணைகின்றன. ஃபெரோகாந்தப் பொருட்கள், காந்தத் திருப்புத்திறன்கள் ஒருங்கிணையும் சிறிய பகுதிகளான காந்தக் களங்களாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன. ஒரு காந்தப்புலம் செலுத்தப்படும்போது, ​​புலத்தின் அதே திசையில் ஒருங்கிணையும் களங்கள் விரிவடைந்து, மிகப் பெரிய காந்தமயமாக்கலை உருவாக்குகின்றன.

முக்கிய அம்சங்கள்:
– χ என்பது மிகப் பெரிய மற்றும் நேர்மறையான மதிப்பாகும்.
– நிரந்தர காந்தமாக இருக்கலாம்.
– இதில் பின்னடைவு உள்ளது, அதாவது, காந்தமாக்கமானது காந்தமாக்கல் வரலாற்றைச் சார்ந்துள்ளது (இது B–H வளைவில் காணப்படுகிறது).
– இதற்கு ஒரு கியூரி வெப்பநிலை (Tc) உள்ளது: இந்த வெப்பநிலைக்கு மேல், ஃபெரோகாந்தப் பண்புகள் இழக்கப்பட்டு, பாராகாந்தப் பண்புகளாக மாறுகின்றன.

ஃபெரோகாந்தப் பொருட்களுக்கான எடுத்துக்காட்டுகள்:
– இரும்பு (Fe), கோபால்ட் (Co), நிக்கல் (Ni)
– எஃகு, அல்நிகோ மற்றும் சில நவீன காந்தங்கள் போன்ற குறிப்பிட்ட உலோகக் கலவைகள்.

மின் மோட்டார்கள் , மின்னாக்கிகள், மின்மாற்றிகள் மற்றும் காந்த சேமிப்பு சாதனங்களில் ஃபெரோகாந்தவியல் இன்றியமையாதது .

D. எதிர் காந்தம்

எதிர் காந்தப் பொருட்களில், அருகருகே உள்ள அணுக்களின் காந்தத் திருப்புத்திறன்கள் சம அளவுடன் எதிர் திசைகளில் சீரமைக்க முனைகின்றன, இதனால் மொத்த காந்தமாக்கம் பூஜ்ஜியத்தை நெருங்குகிறது. இந்த அமைப்பு, நீல் வெப்பநிலை (TN) எனப்படும் ஒரு குறிப்பிட்ட வரம்பு வரை குறைந்த வெப்பநிலைகளில் நிலையானதாக உள்ளது. நீல் வெப்பநிலைக்கு மேல், எதிர் காந்தப் பொருட்கள் பொதுவாக பாரா காந்தப் பொருட்களாக மாறுகின்றன.

முக்கிய அம்சங்கள்:
– அவை ஒன்றையொன்று சமன் செய்வதால் நிகர காந்தமயமாக்கல் குறைவாக உள்ளது.
– நீல் வெப்பநிலையை ஒரு நிலைமாற்றப் புள்ளியாகக் கொண்டுள்ளது.
காந்தப்புலங்களுக்கான எதிர்வினை பொதுவாக பலவீனமாக இருக்கும்.

எதிர் காந்தப் பொருட்களுக்கான எடுத்துக்காட்டுகள்:
– மாங்கனீசு ஆக்சைடு (MnO), நிக்கல் ஆக்சைடு (NiO), குரோமியம் (Cr)

இது ஒரு நிரந்தர காந்தம் இல்லையென்றாலும், இந்தப் பொருள் ஸ்பின்ட்ரானிக் தொழில்நுட்பத்திலும், காந்த உணரிகளில் உள்ள பூட்டுதல் அடுக்கிலும் (பரிமாற்றச் சாய்வு) மிகவும் முக்கியத்துவம் வாய்ந்தது.

E. ரெசெரிமேக்னடிக்

அருகருகே உள்ள காந்தத் திருப்புத்திறன்களும் எதிர் திசைகளில் இருப்பதால், ஃபெர்ரி காந்தவியல் என்பது ஆன்டிஃபெர்ரோ காந்தவியலைப் போன்றதே ஆகும். இதில் உள்ள வேறுபாடு என்னவென்றால், திருப்புத்திறன்களின் அளவுகள் சமமாக இருப்பதில்லை, எனவே ஒரு நிகர காந்தமயமாக்கல் காணப்படுகிறது. இதன் விளைவாக, ஃபெர்ரி காந்தப் பொருட்களின் இயங்குமுறை ஃபெர்ரோ காந்தவியலிலிருந்து வேறுபட்டிருந்தாலும், அவை மிகவும் வலுவான காந்தமயமாக்கலை வெளிப்படுத்த முடியும்.

முக்கிய அம்சங்கள்:
திருப்புத்திறன்களின் சமநிலையின்மையால் நிகர காந்தமயமாக்கல் ஏற்படுகிறது.
– பெரும்பாலும் காந்த பீங்கான் பொருட்களில் காணப்படுகிறது.
– சுழல் மின்னோட்ட இழப்புகள் குறைவாக இருப்பதால், உயர் அதிர்வெண்களில் இது பரந்த பயன்பாட்டைக் கொண்டுள்ளது.

ஃபெர்ரிமேக்னடிக் பொருட்களின் எடுத்துக்காட்டுகள்:
– மேக்னடைட் (Fe₃O₄)
– Mn-Zn ஃபெரைட் மற்றும் Ni-Zn ஃபெரைட் போன்ற ஃபெரைட்டுகள்

ஃபெரைட்டுகள் உயர் அதிர்வெண் மின்மாற்றி உள்ளகங்கள், ஆன்டெனாக்கள் மற்றும் பிற மின்னணு பாகங்களில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

4. காந்தப் பண்புகளைப் பாதிக்கும் காரணிகள்

பொருட்களின் காந்தப் பண்புகள், தனிமத்தின் வகையை மட்டும் சார்ந்து இல்லாமல், பின்வரும் காரணிகளாலும் தீர்மானிக்கப்படுகின்றன:

1. படிக அமைப்பு: அணுக்களுக்கு இடையேயான தூரம் மற்றும் வடிவியல் ஆகியவை காந்தத் திருப்புத்திறன்களின் இடைவினையைப் பாதிக்கின்றன.
2. வெப்பநிலை: வெப்பநிலை அதிகரிப்பதால் வெப்பக் குறுக்கீடு அதிகரித்து, காந்தத் திருப்புத்திறன்களைச் சீரமைப்பது கடினமாகிறது.
3. கலவை மற்றும் கலப்புலோகம்: கலவையில் ஏற்படும் சிறிய மாற்றங்கள் காந்த நிலையை பெருமளவில் மாற்றக்கூடும் (எ.கா. காந்த எஃகு மற்றும் கலப்புலோகங்களில்).
4. துகள் அளவு மற்றும் நுண் கட்டமைப்பு: காந்தப் புலங்கள் துகள் அளவால் பாதிக்கப்படுகின்றன; நானோபொருட்கள் மீப்பரகாந்தப் பண்பை வெளிப்படுத்தக்கூடும்.
5. வெளிப்புற காந்தப்புலம் மற்றும் காந்தமாக்கல் வரலாறு: குறிப்பாக ஃபெரோகாந்த மற்றும் ஃபெர்ரிகாந்தப் பொருட்களில், அப்பொருள் எளிதில் காந்தமாக்கப்படுமா என்பதையும், காந்தப்புலம் அகற்றப்பட்ட பிறகும் காந்தமாக்கல் நீடிக்குமா என்பதையும் ஹிஸ்டெரிசிஸ் விளைவுகள் தீர்மானிக்கின்றன.

5. உயிரின் வாழ்வில் காந்தப் பண்புகளின் பயன்பாடுகள்

பொருட்களின் காந்தப் பண்புகளைப் புரிந்துகொள்வது, பின்வருவன உள்ளிட்ட நவீன தொழில்நுட்பங்களின் வளர்ச்சிக்கு வழிவகுக்கிறது:
– மோட்டார்கள் மற்றும் மின்னாக்கிகள் (காந்த உள்ளகங்கள் மற்றும் சுழலிகள்/நிலைப்படுத்திகளைப் பயன்படுத்துபவை).
– மின்மாற்றி (குறைந்த பின்னடைவு கொண்ட ஃபெரோகாந்த உள்ளகம்).
– தரவு சேமிப்பகம் (வன்வட்டு, காந்த நாடா, டொமைன் அடிப்படையிலான தொழில்நுட்பம்).
– காந்த உணர்விகள் (டிஜிட்டல் திசைகாட்டி, ஹால் சென்சார், காந்த எதிர்ப்பு).
– உயர் அதிர்வெண் மின்னணு சாதனங்கள் (சுழல் மின்னோட்ட இழப்புகளைக் குறைக்க ஃபெரைட்).
– மருத்துவம் (எம்.ஆர்.ஐ கான்ட்ராஸ்ட் ஏஜென்ட்களாகச் செயல்படும் சில பாரா காந்தப் பொருட்கள், அத்துடன் சிகிச்சை ஆராய்ச்சிக்கான காந்த நானோ துகள்கள்).

முடிவுரை

பொருட்களின் காந்தப் பண்புகள் என்பவை, அணு மட்டத்தில் நிகழும் சிக்கலான இடைவினைகள்—குறிப்பாக எலக்ட்ரான்களின் சுழற்சி மற்றும் இயக்கம்—மற்றும் ஒரு பொருளுக்குள் இருக்கும் காந்தத் திருப்புத்திறன்களின் வரிசைமுறை ஆகியவற்றின் விளைவாகும். டயாகாந்தப் பொருட்கள் பலவீனமாக விலக்கப்படுகின்றன, பாராகாந்தப் பொருட்கள் பலவீனமாக ஈர்க்கப்படுகின்றன, அதேசமயம் ஃபெர்ரோகாந்தப் பொருட்கள் வலுவான காந்தமயமாக்கலுடன் நிரந்தரக் காந்தங்களாக மாறக்கூடும். ஆன்டிஃபெர்ரோகாந்த மற்றும் ஃபெர்ரிகாந்தப் பொருட்கள் எதிர் திசையில் அமைந்த திருப்புத்திறன் வரிசையைக் காட்டுகின்றன, ஆனால் அவற்றின் நிகர காந்தமயமாக்கல்கள் வேறுபட்டவை. காந்தத்தன்மையைப் பாதிக்கும் வகைப்பாடுகளையும் காரணிகளையும் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், எளிய மின் சாதனங்கள் முதல் ஸ்பின்ட்ரானிக்ஸ் மற்றும் மருத்துவப் படமாக்கல் அமைப்புகள் போன்ற மேம்பட்ட தொழில்நுட்பங்கள் வரையிலான பரந்த அளவிலான பயன்பாடுகளுக்குச் சரியான பொருட்களை நாம் தேர்ந்தெடுக்க முடியும்.

நீங்கள் விரும்பினால், நான் ஒரு எளிய செய்முறைப் பகுதியை (உதாரணமாக, வீட்டிலோ அல்லது பள்ளி ஆய்வகத்திலோ டயா/பாரா/ஃபெரோகாந்தப் பண்புகளை எவ்வாறு சோதிப்பது) சேர்க்கலாம் அல்லது ஹிஸ்டெரிசிஸ் வளைவுகள் மற்றும் காந்தக் களங்கள் மீது அதிக கவனம் செலுத்தும் கட்டுரையின் ஒரு பதிப்பை உருவாக்கலாம்.