17-маъруза Мавзу: Магнит майдон индукцияси векторининг циркуляцияси. Магнитиклар. Магнит майдонда токли ўтказгичлар

Ферромагнетик моддалар

Ферромагнетик моддалар кучли магнит хоссаларига эга бўлган моддалар бўлади. Уларнинг асосий хоссалари қуйидагилардан иборат:

1. Ферромагнетикларнинг  магнит сингдирувчанлиги ёки магнит қабул қилувчанлиги x майдон кучланганлигига боғлиқ бўлади (149 - расм);

10 – расм. Ферромагнитлар магнит қабул қилувчанлигининг майдон кучланганлигига боғлиқ ўзгариши

2. Ферромагнетиклар қолдиқ магнетизмга эга бўлади, яъни улар ташқи магнит майдон бўлмаганда ҳам магнитланган ҳолатда бўла олади. Қолдиқ магнетизм модда қайта магнитланганда В магнит индукциясининг Н магнит майдон кучланганлигининг ўзгаришидан орқада қолиш мумкин ёки магнит гистерезис сабабчиси бўлади (11 - расм).

11 – расм. Феромагнитларда гистерезис ходисаси

Ферромагнетик хоссаларига эга бўлган металлар (темир, никель ва кобальт) Кюри нуқтаси деб аталадиган T_k температурадан юқорида парамагнетикка айланиб қолади ва унинг магнит қабул қилувчанлиги

, (30)
қонунга бўйсунади. Масалан, кобальт ва темир учун Кюри нуқталари, мос равишда, 150 ⁰C ва 770 ⁰C бўлади.
Одатда, ферромагнетикларнинг натижавий магнит моменти электронлар спин магнит моментларининг бетартиб йўналганлиги билан аниқланади. Ферромагнетизм мавжуд бўлишлигининг зарурий шарти ферромагнетизм атомларида спинлари компенсациялашмаган электронлар бор бўлишидадир. Масалан, компенсациялашмаган спинлар никельда – иккита, кобальтда – учта, темирда – тўртта, марганец ва хромда – бештадандир.
Ферромагнетик кристаллар микроскопик ўлчамларга эга бўлган кичик соҳалар – доменлардан ташкил топгандир. Ҳар бир домен соҳасида барча атомлар магнит моментлари бир хил йўналган бўлади.
Доменлар ўзларининг тўйинган катта магнит моментига эга бўлгани билан, айрим доменлар магнит моментлари ҳар хил йўналган бўлади, бу ҳолда, ташқи магнит майдони бўлмаганда ферромагнетикнинг тўла магнит моменти нолга тенг бўлиши мумкин.
Квант механикасига асосан, ўз-ўзидан магнитланиш ходисаси алмашув ўзаро таъсири натижасида содир бўлади. Компенсациялашмаган спинли электрон орбитали диаметри (2R) кристалл панжара доимийсидан 1,5 мартадан ортиқ кичик бўлганда , бу ҳолда ўзаро таъсирлашувчи электронлар спинлари бир-бирига параллел бўлишга интилади ва доменлар ҳосил бўлиш эҳтимоли ошади. Демак, ферромагнит ҳолати ўринли бўлади.
Шундай қилиб, атомлари доимий магнит моментига эга бўлган жисмлар парамагнит, ферромагнит, антиферромагнит ва ферримагнит бўлишлари мумкин:

• 
  агарда атомлар магнит моментлари ўзаро таъсири кучсиз ёки нолга тенг бўлса, бундай жисм парамагнит бўлади (11а - расм);
  

агарда қўшни магнит моментлар бир-бирига параллел бўлишга интилсалар, бундай жисм ферромагнит бўлади (11б - расм);

• 
  агарда қўшни магнит моментлар бир-бирига антипараллел бўлишга интилсалар, бундай жисм антиферромагнит бўлади (11в - расм);
  
• 
  агарда қўшни магнит моментлар бир-бирига нисбатан антипараллел жойлашиб миқдор жиҳатдан бир хил бўлмасалар, бундай жисм ферримагнит бўлади (11г - расм), бундай жисмлардан тайёрланган магнитларни ферритлар деб аташади.
  

				а)
				б)
				в)
				г)

11 – расм. Моддаларда магнит моментлари йўналишларининг жойлашиш турлари

Ферримагнетикларга темир окислари бирикмаси, магнетитлар мисол бўлиши мумкин.

Кислороднинг манфий ионлари томонлари марказлашган куб кўринишдаги панжарани ҳосил қилади, бу панжарада ҳар бир молекулага битта икки валентли ва иккита уч валентли темир ионлари тўғри келади. Икки валентли темир иони ўрнини икки валентли металлар Mg, Ni, Co, Mn, Cu ва бошқалар эгаллаши мумкин. Натижада, мураккаб панжара бир-бирига киришган, уч валентли темир иони панжараси ва икки валентли темир ёки унинг ўрнига жойлашувчи металлар ионлари панжарасидан иборат бўлади. Бир-бирига киришган панжаралар магнит моментлари бир-бирига антипараллел бўлади. Шу сабабли уч валентли темир ионлари магнит моментлари компенсациялашади ва ўз - ўзидан магнитланиш иккивалентли металл ионлари магнит моментларидан қўзғотилади.
Ферритлар кучли магнит сингдирувчанлик, кичик коэрцитив куч, катта электрик қаршиликли магнит тўйинишнинг қийматига эга бўлади. Шу сабабли, ферритлар юқори ва жуда юқори частотали техникада ва доимий магнитлар ишлаб чиқишда ишлатилади.
Магнетиклар атомларининг таркибидаги электронга ташқи магнит майдон таъсир кўрсатади. Орбита бўйлаб айланма ҳаракат қилаётган электрон ташқи магнит майдон таъсирида В векторга қарама-қарши йўналган қўшимча магнит момент ΔР_орб га эришади. Бу ҳодиса диамагнит эффект деб аталади. Диамагнит эффект атомларнинг магнит моментлари нолга тенг бўлган моддаларда намаён бўлади.
Бунда магнит моменти ўзини вужудга келтираётган ташқи майдонга қарама-қарши йўналган бўлиб, уни сусайтиради. Бундай моддаларнинг магнит қабул қилувчанлиги манфий бўлиб, уларни диамагнетиклар дейилади.
Ташқи майдон таъсирида парамагнит эффект деб аталувчи ҳодиса ҳам рўй беради. Парамагнит эффект содир бўладиган моддаларда ташқи магнит майдонининг кучайиши содир бўлиб, бу кучайиш температурага тескари пропорционал бўлади. Парамагнетиклар магнит қабул қилувчанлигининг температурага боғлиқлиги Кюри қонуни деб аталувчи қуйидаги формула билан ифодаланади:
(31)
Бунда с – айни модда учун ўзгармас бўлиб, Кюри доимийси дейилади. Жуда паст температураларда Кюри қонунидан четлашиш содир бўлади.
Металларда атом билан боғлиқ бўлган электронлардан ташқари эркин электронлар ҳам мавжуд бўлиб, улар қўшимча диамагнитизмни вужудга келтиради.
Бу диамагнитизмни Ландау диамагнитизми деб аталади. Эркин электронларни спин магнит моментига эга бўлиши натижасида қўшимча парамагнетизм Паули парамагнетизми ҳосил бўлади.

Табиатда антиферромагнитик моддалар мавжуд бўлиб, уларнинг кристалл панжарасини бир-бирини ичига кирган икки панжаранинг йиғиндиси деб қараб, ҳар бир панжара таркибидаги ионларнинг спинлари параллел жойлашган бўлади. Ташқи майдон таъсирида бир қисм спинлар йўналишини ўзгартириши натижасида антифферомагнетикнинг магнитланиши содир бўлади. Антифферомагнетикларнинг хусусиятлари бирор температурадан юқори температураларда йўқолади. Бу температурани антифферомагнетикларнинг Кюри нуқтаси дейилади.
Агар антифферомагнетикнинг айрим панжараларининг магнит моменти нолдан фарқли бўлиб, унинг қиймати ферромагнитик магнит моментини қийматига яқинлашиб қолади. Бундай моддаларни ферромагнетиклар ёки оддийгина ферритлар деб аталади.
Ферритлар яримўтказгичлар бўлиб, уларнинг солиштирма электр қаршилиги металл ферромагнитикларникига қараганда анча катта бўлади.
Масалан:Темирнинг солиштирма қаршилиги 8,5∙10^-8 Омм бўлса, ферритларнинг солиштирма қаршилиги 10⁴ дан 10⁷ Омм гача ўзгаради. Ҳозирда ферритларнинг бу ҳусусиятидан техниканинг турли соҳаларида кенг фойдаланилади.


НАЗОРАТ САВОЛЛАРИ

1. 
   Моддаларнинг магнитланишини тушунтиринг?
   
2. 
   Орбитал магнит момент нима?
   
3. 
   Магнит қабул қилувчанлик нима?
   
4. 
   Диамагнит нима?
   
5. 
   Парамагнит нима?
   
6. 
   Ферромагнит нима?
   
7. 
   Кюри қонунини тушунтиринг?
   
8. 
   Ферритлар нима?