מאַגנעטישע אייגנשאַפטן פון מאַטעריאַלן

מאַגנעטישע אייגנשאַפטן פון מאַטעריאַלן

מאַגנעטיזם איז איינע פון ​​די פיזישע דערשיינונגען וואָס זענען מערסט פֿאַרבונדן מיטן וואָכעדיקן לעבן - פֿון קאָמפּאַסן און עלעקטרישע מאָטאָרן ביז רעדנערס און אפילו דאַטן סטאָרידזש קאַרטלעך. הינטער די ברייטע אַפּליקאַציעס ליגט אַ וויכטיקער באַגריף גערופֿן די מאַגנעטישע אייגנשאַפֿטן פֿון מאַטעריאַלן, וואָס איז ווי אַ מאַטעריאַל רעאַגירט צו אַ מאַגנעטישן פֿעלד. די רעאַקציע ווערייִרט צווישן מאַטעריאַלן: עטלעכע ווערן שטאַרק אָנגעצויגן, אַנדערע ווערן שוואַך אָנגעצויגן, און נאָך אַנדערע ווערן אָפּגעשטויסן. דער אונטערשייד ווערט באַשטימט דורך דער אַטאָמישער סטרוקטור, עלעקטראָן קאָנפיגוראַציע, און די אינטעראַקציעס צווישן מאַגנעטישע מאָמענטן אין דעם מאַטעריאַל.

1. די גרונטפּרינציפּן פון מאַגנעטיזם אויף דער אַטאָמישער מדרגה

די הויפּט מקור פון מאַגנעטיזם קומט פון עלעקטראָנען. עלעקטראָנען האָבן צוויי ביישטייערונגען צום מאַגנעטישן מאָמענט:

1. די אָרביטאַל באַוועגונג פון עלעקטראָנען אַרום דעם אַטאָם קערן.
2. עלעקטראָן ספּין, וואָס איז אַן אינעווייניקסטע אייגנשאַפט פון עלעקטראָנען וואָס קען באַטראַכט ווערן ווי אַ קוואַנטום "ספּין".

יעדער אומגעפארטער עלעקטראן טענדירט צו פראדוצירן א נעץ מאגנעטישן מאמענט. אויב אלע עלעקטראנען אין אן אטאם זענען געפארט, מבטל'ן זייערע מאגנעטישע מאמענטן איינער דעם אנדערן אויס, מאכנדיג דעם אטאם מאגנעטיש נייטראל. דערצו, אין פעסטע שטאפן, קענען די מאגנעטישע מאמענטן פון פילע אטאמען אינטעראקטירן און שאפן ספעציפישע מוסטערן, וואס באשטימען דאן די מאגנעטישע אייגנשאפטן פון דעם מאטעריאל.

2. וויכטיגע פאראמעטערס: מאַגנעטיזאַציע און סאַסעפּטאַביליטי

צו פֿאַרשטיין די רעאַקציע פֿון מאַטעריאַלן צו עקסטערנע מאַגנעטישע פֿעלדער, ווערן אָפֿט גענוצט צוויי קוואַנטיטעטן:

– מאַגנעטיזאַציע (M): אַ מאָס פון וויפיל גאַנץ מאַגנעטיש מאָמענט פּער איינהייט באַנד ווערט געשאפן אין אַ מאַטעריאַל.
– מאַגנעטישע סאַסעפּטאַבילאַטי (χ): אַ מאָס פון דער טענדענץ פון אַ מאַטעריאַל צו ווערן מאַגנעטיזירט ווען עס ווערט אונטערטעניק צו אַ מאַגנעטישן פעלד (H). די פּשוטע באַציִונג איז:
M = χH

אויב χ איז פּאָזיטיוו, טענדירט דער מאַטעריאַל צו ווערן אָנגעצויגן צום מאַגנעטישן פעלד. אויב χ איז נעגאַטיוו, טענדירט דער מאַטעריאַל צו ווערן אָפּגעשטויסן.

3. קלאַסיפֿיקאַציע פֿון מאַגנעטישע אייגנשאַפֿטן פֿון מאַטעריאַלן

בכלל, מאַטעריאַלן ווערן קלאַסיפֿיצירט אין עטלעכע טיפּן באַזירט אויף זייער מאַגנעטישע רעאַקציע: דיאַמאַגנעטיש, פּאַראַמאַגנעטיש, פעראָמאַגנעטיש, אַנטיפעראָמאַגנעטיש, און פערימאַגנעטיש.

א. דיאַמאַגנעטיש

דיאַמאַגנעטיזם קומט פאר אין אלע מאַטעריאַלן, אָבער עס איז געוויינטלעך זייער שוואַך און ווערט איבערגעשאָטנט דורך אַנדערע טיפּן מאַגנעטיזם, אויב זיי זענען פאַראַן. אין אַ ריינעם דיאַמאַגנעטישן מאַטעריאַל, זענען אַלע עלעקטראָנען געפּאָרט, אַזוי עס איז נישטאָ קיין שטענדיקער מאַגנעטישער מאָמענט. ווען מען לייגט אָן אַן אויסערלעכן מאַגנעטישן פעלד, ווערט אַ קליינער שטראָם גענערירט, וואָס שאַפט אַן אינדוצירטן מאַגנעטישן מאָמענט אין דער פאַרקערטער ריכטונג צום אויסערלעכן פעלד. דער רעזולטאַט איז אַז דיאַמאַגנעטישע מאַטעריאַלן ווערן אַ ביסל אָפּגעשטויסן דורך מאַגנעטן.

הויפּט פֿעיִקייטן:
– χ האט אַ נעגאַטיוון ווערט (קליין).
– האט נישט קיין שטענדיקע מאַגנעטיזאַציע.
– דער עפֿעקט איז נישט שטאַרק אָפּהענגיק פֿון טעמפּעראַטור.

ביישפילן פון דיאַמאַגנעטישע מאַטעריאַלן:
– ביסמוט (Bi), קופּער (Cu), זילבער (Ag), גאָלד (Au)
– וואַסער, גלאָז, האָלץ, פּלאַסטיק (געווענליך שוואַך דיאַמאַגנעטיש)

אין פיזיק דעמאנסטראציעס, ווערט אָפט געוויזן אַז ביסמוט "שוועבט" שוואַך אין שטאַרקע מאַגנעטישע פעלדער ווײַל זייַנע דיאַמאַגנעטישע אייגנשאַפטן זענען רעלאַטיוו גרויס קאַמפּערד צו אַנדערע מאַטעריאַלן.

ב. פּאַראַמאַגנעטיש

פּאַראַמאַגנעטישע מאַטעריאַלן האָבן אַנפּאָרטע עלעקטראָנען, וואָס רעזולטירט אין שטענדיקע אַטאָמישע מאַגנעטישע מאָמענטן. אָבער, אָן אַן עקסטערנעם פעלד, זענען די מאָמענטן ראַנדאָם אָרגאַניזירט צוליב טערמישער באַוועגונג, וואָס רעזולטירט אין אַ קליינער נעץ מאַגנעטיזאַציע. ווען זיי ווערן אונטערטעניק צו אַ מאַגנעטישן פעלד, טענדירן די מאָמענטן צו זיך אויסגלייכן מיטן פעלד, וואָס פאַראורזאַכט אַז דער מאַטעריאַל זאָל שוואַך אָנגעצויגן ווערן.

הויפּט פֿעיִקייטן:
– χ האט אַ קליינעם פּאָזיטיוון ווערט.
– מאַגנעטיזאַציע ערשיינט נאָר ווען עס איז דאָ אַן עקסטערנאַל פעלד.
– די שטאַרקייט פון דער רעאַקציע פאַרקלענערט זיך ווען די טעמפּעראַטור וואַקסט (נאָכפאָלגנדיק קירי'ס געזעץ אין רובֿ פאַלן).

ביישפילן פון פּאַראַמאַגנעטיק מאַטעריאַלן:
– אַלומינום (Al), מאַגנעזיום (Mg), פּלאַטינום (Pt)
– געוויסע יאָנען ווי Fe³⁺, Mn²⁺ אין זאַלץ

פאראמאגנעטיזם איז אויך וויכטיג אין טעכנאלאגיע, למשל אין געוויסע מאטעריאלן פאר סענסארן און מאטעריאלן פארשונג.

C. פעראָמאַגנעטישע

פעראָמאַגנעטיזם איז די מערסט באַקאַנטע טיפּ מאַגנעטיזם, ווײַל עס קען פּראָדוצירן שטענדיקע מאַגנעטן. אין פעראָמאַגנעטישע מאַטעריאַלן, ינטעראַקטירן די מאַגנעטישע מאָמענטן פון אַטאָמען שטאַרק, וואָס פירט זיי צו ספּאָנטאַן אויסריכטן, אפילו אָן אַן עקסטערנאַל פעלד. פעראָמאַגנעטישע מאַטעריאַלן זענען צעטיילט אין מאַגנעטישע דאָמעינען, קליינע געגנטן וואו די מאָמענטן אויסריכטן זיך. ווען אַ מאַגנעטיש פעלד ווערט געווענדט, יקספּאַנדירן די דאָמעינען אויסריכטן אין דער זעלבער ריכטונג ווי דאָס פעלד, וואָס פּראָדוצירט אַ זייער גרויסע מאַגנעטיזאַציע.

הויפּט פֿעיִקייטן:
– χ איז זייער גרויס און פּאָזיטיוו.
– קען זיין אַ שטענדיקער מאַגנעט.
– האט היסטערעזיס, דאס הייסט, מאַגנעטיזאַציע איז אָפּהענגיק פון דער מאַגנעטיזאַציע געשיכטע (געזען אין דער B–H קורווע).
– האט אַ קירי טעמפּעראַטור (Tc): העכער דעם טעמפּעראַטור, גייען די פעראָמאַגנעטיק אייגנשאַפטן פאַרלוירן און טוישן זיך צו פּאַראַמאַגנעטיק.

ביישפילן פון פעראָמאַגנעטישע מאַטעריאַלן:
– אייַזן (Fe), קאָבאַלט (Co), ניקעל (Ni)
– געוויסע צומישן ווי שטאָל, אַלניקאָ, און עטלעכע מאָדערנע מאַגנעטן.

פעראָמאַגנעטיזם איז וויכטיק אין עלעקטרישע מאָטאָרן, גענעראַטאָרן, טראַנספאָרמאַטאָרן און מאַגנעטישע סטאָרידזש דעוויסעס.

ד. אַנטיפֿעראָמאַגנעטישע

אין אַנטי-פֿעראָמאַגנעטישע מאַטעריאַלן, די מאַגנעטישע מאָמענטן פון שכנים אַטאָמען טענדירן צו אויסגלייכן אין פאַרקערטע ריכטונגען מיט גלייכער מאַגניטוד, אַזוי אַז די גאַנצע מאַגנעטיזאַציע דערנענטערט זיך צו נול. די אָרדענונג איז סטאַביל ביי נידעריקע טעמפּעראַטורן ביז אַ געוויסן גרענעץ גערופן די ניל טעמפּעראַטור (TN). העכער TN, ווערן אַנטי-פֿעראָמאַגנעטישע מאַטעריאַלן געוויינטלעך פּאַראַמאַגנעטיש.

הויפּט פֿעיִקייטן:
– נעץ מאַגנעטיזאַציע איז קליין ווײַל זיי מבטלים זיך איינער דעם אַנדערן.
– האט די נייל טעמפּעראַטור ווי אַן איבערגאַנג פונקט.
– די רעאַקציע צו מאַגנעטישע פעלדער איז בכלל שוואַך.

ביישפילן פון אַנטי-פעראָמאַגנעטישע מאַטעריאַלן:
– מאַנגאַן אָקסייד (MnO), ניקעל אָקסייד (NiO), קראָום (Cr)

כאָטש נישט קיין שטענדיקער מאַגנעט, איז דאָס מאַטעריאַל זייער וויכטיק אין ספּינטראָנישער טעכנאָלאָגיע און די שלאָס־שיכט (אויסטויש־בייאַס) אין מאַגנעטישע סענסאָרן.

E. פערימאַגנעטיש

פערימאַגנעטיזם איז ענלעך צו אַנטיפעראָמאַגנעטיזם, ווייל די שכנותדיקע מאָמענטן זענען אויך אין פאַרקערטע ריכטונגען. דער חילוק איז אַז די מאַגניטודעס פון די מאָמענטן זענען נישט די זעלבע, אַזוי עס איז נאָך אַ נעץ מאַגנעטיזאַציע. ווי אַ רעזולטאַט, קענען פערימאַגנעטישע מאַטעריאַלן ווייַזן גאַנץ שטאַרקע מאַגנעטיזאַציע, כאָטש דער מעכאַניזם איז אַנדערש ווי דעם פון פעראָמאַגנעטיזם.

הויפּט פֿעיִקייטן:
– נעץ מאַגנעטיזאַציע עקזיסטירט צוליב דעם אומבאַלאַנס פון מאָמענטן.
– אָפט געפֿונען אין מאַגנעטישע קעראַמישע מאַטעריאַלן.
– האט ברייטע אנווענדונג ביי הויכע פרעקווענצן ווייל עדי-קראַנט פארלוסטן זענען קלענער.

ביישפילן פון פערימאַגנעטישע מאַטעריאַלן:
– מאַגנעטיט (Fe₃O₄)
– פעריטן ווי למשל Mn-Zn פעריט און Ni-Zn פעריט

פעריטן ווערן ברייט גענוצט אין הויך-פרעקווענץ טראַנספאָרמאַטאָר קערנס, אַנטענעס און אַנדערע עלעקטראָנישע קאָמפּאָנענטן.

4. פאַקטאָרן וואָס האָבן אַן השפּעה אויף מאַגנעטישע אייגנשאַפטן

די מאַגנעטישע אייגנשאַפטן פון מאַטעריאַלן ווערן באַשטימט ניט נאָר דורך דעם טיפּ עלעמענט, נאָר אויך דורך די פאלגענדע פאַקטאָרן:

1. קריסטאַל סטרוקטור: די דיסטאַנץ צווישן אַטאָמען און געאָמעטריע אַפעקטירט די ינטעראַקציע פון ​​מאַגנעטישע מאָמענטן.
2. טעמפּעראַטור: העכערע טעמפּעראַטור פאַרגרעסערט טערמישע ינטערפיראַנס, מאַכנדיג עס שווער צו גלייַכן די מאַגנעטישע מאָמענטן.
3. קאמפאזיציע און צומישן: קליינע ענדערונגען אין קאמפאזיציע קענען דראסטיש ענדערן די מאגנעטישע פאזע (למשל אין מאגנעטישע שטאל און צומישן).
4. קערל גרייס און מיקראָסטרוקטור: מאַגנעטישע דאָמעינען ווערן באַאיינפלוסט דורך פּאַרטיקל גרייס; נאַנאָמאַטעריאַלן קענען ווייַזן סופּערפּאַראַמאַגנעטישע נאַטור.
5. עקסטערנער מאַגנעטישער פעלד און מאַגנעטיזאַציע געשיכטע: ספּעציעל אין פעראָמאַגנעטישע און פערימאַגנעטישע מאַטעריאַלן, באַשטימען היסטערעזיס עפֿעקטן צי דער מאַטעריאַל ווערט לייכט מאַגנעטיזירט און צי מאַגנעטיזאַציע בלייבט נאָך דעם ווי דער פעלד ווערט אַוועקגענומען.

5. אַפּליקאַציעס פון מאַגנעטישע אייגנשאַפטן אין לעבן

פֿאַרשטיין די מאַגנעטישע אייגנשאַפֿטן פֿון מאַטעריאַלן ערמעגליכט די אַנטוויקלונג פֿון מאָדערנע טעכנאָלאָגיעס, אַרײַנגערעכנט:
– מאָטאָרן און גענעראַטאָרן (ניצנדיק פעראָמאַגנעטישע קערנס און ראָטאָרן/סטאַטאָרן).
– טראַנספאָרמאַטאָר (פעראָמאַגנעטישע קערן מיט נידעריקע היסטערעזיס).
– דאַטן סטאָרידזש (האַרט דיסק, מאַגנעטיש טייפּ, דאָמעין-באַזירט טעכנאָלאָגיע).
– מאַגנעטישע סענסאָרן (דיגיטאַלער קאָמפּאַס, האַלל סענסאָר, מאַגנעטאָריזיסטענץ).
– הויך-פרעקווענץ עלעקטראָנישע דעוויסעס (פעריט צו רעדוצירן עדי-קראַנט פארלוסטן).
– מעדיציניש (געוויסע פּאַראַמאַגנעטיק מאַטעריאַלן ווי MRI קאָנטראַסט אגענטן, ווי אויך מאַגנעטישע נאַנאָפּאַרטיקלען פֿאַר טעראַפּעווטישער פאָרשונג).

קעסימפּולאַן

די מאַגנעטישע אייגנשאַפטן פון מאַטעריאַלן זענען דער רעזולטאַט פון קאָמפּלעקסע אינטעראַקציעס אויף דער אַטאָמישער מדרגה - ספּעציעל די ספּין און באַוועגונג פון עלעקטראָנען - און די סדר פון מאַגנעטישע מאָמענטן אין אַ מאַטעריאַל. דיאַמאַגנעטישע מאַטעריאַלן ווערן שוואַך אָפּגעשטויסן, פּאַראַמאַגנעטישע מאַטעריאַלן ווערן שוואַך אָנגעצויגן, בשעת פעראָמאַגנעטישע מאַטעריאַלן קענען ווערן שטענדיקע מאַגנעטן מיט שטאַרקער מאַגנעטיזאַציע. אַנטיפעראָמאַגנעטישע און פערימאַגנעטישע מאַטעריאַלן ווייַזן אַ פאַרקערט-אָריענטירטע מאָמענט סדר, אָבער מיט פאַרשידענע נעץ מאַגנעטיזאַציעס. דורך פֿאַרשטיין די קלאַסיפֿיקאַציעס און פאַקטאָרן וואָס השפּעה האָבן אויף מאַגנעטיזם, קענען מיר אויסקלײַבן די ריכטיקע מאַטעריאַלן פֿאַר אַ ברייט קייט פון אַפּליקאַציעס, פֿון פּשוטע עלעקטרישע דעוויסעס ביז אַוואַנסירטע טעכנאָלאָגיעס ווי ספּינטראָניקס און מעדיצינישע בילדגעבונג סיסטעמען.

אויב איר ווילט, קען איך צולייגן א פשוטע עקספערימענטאלע סעקציע (למשל ווי אזוי צו טעסטן דיא/פארא/פעראמאגנעטישע אין שטוב אדער אין א שולע לאבאראטאריע) אדער מאכן א ווערסיע פון ​​דעם ארטיקל וואס פאקוסירט מער אויף היסטערעזיס קורוועס און מאגנעטישע דאמעינען.