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

Моддаларнинг магнит хоссалари

Ташқи магнит майдонида магнитланиш хусусиятига эга бўлган ва атроф - муҳитдаги натижавий магнит майдоннинг ўзгартира оладиган моддалар – магнетиклар деб аталади. Магнетикларнинг магнитланишини Ампернинг молекуляр токлар тўғрисидаги гипотезаси орқали тушуниш мумкин. Классик физика тушунчасига асосан, атомлардаги электронлар айлана шаклидаги траектория – орбита бўйлаб ҳаракатланади ва орбитал токни ҳосил қиладилар Магнит майдонига бирор модда (темир ўзак) олиб кирсак, бу модда магнитланиб хусусий магнит майдон – В^’ ни вужудга келтиради. Шу сабабли текширилаётган моддадаги натижавий магнит индукцияси – В ташқи майдон индукцияси – В_о ва модданинг хусусий майдон индукцияси - В^’ нинг йиғиндисидан иборат бўлади.

(1)
Кўпинча В^’ – ни ички майдон индукцияси деб ҳам аталади.
Магнетикнинг вектор билан ифодаланадиган хусусий майдони бир йўналишга йўналтирилган молекуляр токларнинг магнит моменти билан аниқланади. Фараз қилайлик, индукцияли ташқи бир жинсли магнит майдонида цилиндр
кўринишда, кўндаланг кесим юзаси S ва узунлиги L бўлган бир
жинсли магнетик жойлашган бўлсин (1 - расм).

Атом ва молекулалар орбитал магнит моментлари магнетикда ҳосил қилган индукцияли ички магнит майдони,ташқи магнит майдон индукция вектори йўналиши билан мос тушади (2 - расм).	1 - расм. Индукцияли бир жинсли магнит майдонида магнетик
Ҳозирда ҳамма моддий жисмлар ташқи магнит майдон таъсирида озроқ ёки кўпроқ магнитланиши исботларган. Шу сабабли моддаларнинг магнит хусусиятларини ўрганишда барча моддалар учун “магнетик” деган термин ишлатилади.		2 - расм. Атомлар орбитал магнит моментлари ички майдони индукция векторининг йўналиши

Магнетикларнинг хоссалари уларнинг атомлари таркибида мавжуд бўлган элементар заррачалар-электронлар, протонлар, нейтронлар билан аниқланади. Ҳар қандай атом мусбат зарядланган ядро ва унинг атрофида берк орбита бўйлаб, бу электроннинг бурчак тезлиги!
(2)
га тенг.Бунда r – орбита радиуси. v – электрон тезлиги.
Бу электрон 1 сек давомида ядро атрофида марта айланаётган бўлса, электроннинг бу ҳаракатидан ҳосил бўлган ток кучи:
(3)
га тенг бўлади.
Бунда: е – электрон заряди. I – ток кучи.

Магнит хусусиятларига асосан, ҳар бир атом ёки молекулани, ёпиқ электрон токлар тизими – молекуляр токлар деб аташади. Ҳар бир электрон орбитал ток Pme магнит моменти билан характерланади (76 - расм). Бундай микро айланма токнинг магнит моменти: (4) га тенгдир

3 - расм. Электроннинг орбитал ток магнит моменти

Бу магнит момент электроннинг орбита бўйлаб ҳаракати туфайли вужудга келаётган учун уни орбитал магнит моменти деб аталади ва уни Р_орб ҳарфи билан белгиланади.
r– радиусли орбита бўйлаб v – тезлик билан ҳаракат қилаётган электрон:
(5)
га тенг бўлган орбитал механик моментга ҳам эга бўлади.
Бунда m – электрон массаси.
Р_орб ва L_орб ларнинг йўналишлари қарама-қарши бўлиб, уларнинг нисбат орбитал гиромагнит нисбат деб аталиб, уни Г_орб ҳарфи билан белгиланади.
(6)
га тенг.
Электрон хусусий механик момент-спин (L_cп) га ҳамда унга мос равишда хусусий магнит моменти (Р_сп) га ҳам эга. Эектрон спинининг абсалют қиймати:
(7)
га тенг бўлиб, бунда h-планк доимийси бўлиб, га тенг.
Электроннинг хусусий магнит моменти (магнит момент спини)нинг абсалют қиймати:
(8)
тенг бўлади. Бундаги μ_Б –Бор магнетони деб аталиб у га тенгдир.
Электроннинг спин гиромагнит нисбати, орбитал гиромагнит нисбатидан икки марта каттадир:
(9)

Цилиндрик магнетик ўқига перпендикуляр бўлган S кўндаланг кесимида барча молекуляр токлар ўзаро компенсациялашади.(4-расм) 4 - расм. Цилиндрик магнетик кўндаланг кесимидаги молекуляр токлар.

Магнетикнинг ён сиртида, кўндаланг кесимнинг периметрида токлар нолдан фарқли бўлади (5 - расм). 5 - расм. Магнетикнинг ён сиртидаги молекуляр токлар.

Натижада, цилиндрик магнетикни соленоидга ўхшатиш мумкин ва унинг ташқи сиртининг бирлик узунлигида ўтказгичнинг I₀ токли битта ўрами бор деб ҳисоблаш мумкин. Бу ток магнетикнинг молекуляр токларига эквивалент бўлганлиги учун Н′ кучланганликли ва индукцияли ички магнит майдонини ҳосил қилади.

Атомнинг магнит моменти атом таркибидаги электронларнинг орбитал ва спин магнит моментларининг вектор йиғиндисидан иборатдир.
(10)
Ташқи магнит момент таъсирига учрамаган магнетик атомларнинг магнит моментлари тартибсиз бўлгани учун магнетик парчасининг йиғинди магнит моменти нолга тенг бўлади.
Ташқи майдон айрим атомлар магнит моментларининг йўналишларини тартибга солади, натижада магнетик бирор натижавий магнит моментга эга бўлиб қолади, яъни магнитланади. Ташқи майдон таъсирида магнетиклар турлича магнитланади. Магнетикларнинг магнитланганлик даражасини ҳарактерлаш учун магнитланиш вектори – J дан фойдаланилади:
(11)
Бунда: Δν – магнетиканинг магнетик вектори аниқланадиган нуқтаси атрофидаги элементар ҳажим.

Магнетиклардаги магнит майдонини ўрганишда икки хил ток билан иш кўрилади.

1. 
   Ўтказувчанлик токи бўлиб, уни макроток деб аталиб уни – J билан белгиланади.
   
2. 
   Микроток деб аталиб, уни J_m билан белгиланади. Вакуумда J=0 бўлганлиги учун
   

(12)
га тенг бўлиб, вакуумдаги магнит майдон кучланганлик вектори магнит индукция вектори билан бир хил йўналадиган, лекин ундан μ_о марта фарқ қиладиган вектордир. (12) ифодадан
(13)
келиб чиқади.
Тажрибалардан бир жинсли муҳитдан иборат бўлган магнетиклардан ихтиёрий нуқтасидан J ва Н векторлари қуйидагича боғланишга эга.
(14)
Бунда _м – магнетикнинг магнит хусусиятларини ифодаловчи катталик бўлиб, уни магнит қабул қилувчанлик дейилади.
(15)
тенг бўлиб, бундаги 1+ _м=μ – муҳитнинг магнит сингдирувчанлиги дейилади. Буни ҳисобга олиб (15) ифодани:
(16)
кўринишда ёзиш мумкин.
μ – ўлчовсиз катталик бўлиб, у магнитикдаги магнит майдон вакуумдагига нисбатан неча марта фарқланишини кўрсатади.
Барча магнетиклар ўзларининг магнит қабул қилувчанликларининг ишораси ва қийматларига қараб уч синфга бўлинади.

1. 
   Диамагнетиклар.
   
2. 
   Парамагнетиклар.
   
3. 
   Ферромагнетиклар.
   

1. Диамагнетикларда _м<0 бўлади. Бу синфга оид бўлган моддаларда фосфор олтингугурт, сурьма, углерод, симоб, олтин, кумиш мис каби элементлар, сув ва органик бирикмаларда магнит майдони бир оз сусаяди. бўлади.
2. Парамагнетикларда _м>0 бўлади. Бу синфга кирувчи кислород, азот, алюминий, платина, вольфрам каби элементларда магнит майдон бир оз кучаяди. бўлади.
3. Ферромагнетикларда _м>>0 бўлади. Бу синфга кирувчи темир, никель, кобальт каби металларда ва уларнинг қотишмаларида магнит майдон жуда зўрайиб кетади.