O‘quv materiallari ma’ruzalar matni 1 – ma’ruza

DIAMAGNIT, PARAMAGNIT VA
FERROMAGNIT MODDALAR

Atom yadrosi atrofida doiraviy orbita bo‘yicha harakatlanadigan elektron doi raviy tokka teng qiymatlidir; shu sababli atom va molekulalar ichida zaryad langan zarrachaldr. harakatlangani tufayli barcha moddalar magnit xossalarga ega bo‘ladi. Moddalarning atom va molekulalari ichida go‘yo doiraviy toklar («Amperning molekulyar toklari») bo‘ladi.

2.2 – rasm. Tok o‘tadigan g’altakdagi

po‘lat sterjen.

Har bir shunday tok ma’lum maydonni vujudga keltiradi. Lekin moddalarda bu ichki toklarning yo‘nalishi tartibsiz bo‘ladi, shu sababli ularda tashqi magnit maydon bo‘lmaydi.

Moddalar tashqi magnit maydonlardagi (masalan, tokli sim g’altakning ichida vujudga kelgan maydondagi) moddaning tabiatiga qarab paramagnet va diamagnit moddalarga bo‘linadi. Paramagnit moddalar tashqi magnit maydon ta’sirida o‘z nagnit maydonini hosil qiladi, bu maydon tashqi maydon yo‘nalishi tomonga yo‘nalgan bo‘lib, uni kuchaytiradi. Diamagnit moddalar ham tashqi magnitlanishda o‘z magnit maydonini hosil qiladi, lekin u tashqi maydon yo‘nalishiga qarama-qarshi yo‘nalgan bo‘ldi va binobarin, bu asosiy maydonni birmuncha susaytiradi. Nisbiy magnit singdiruvchanlik paramagnit jismlarda _r>1 va diamagnit jismlarda _r<1 bo‘ladi.
Lekin ko‘p paramagnit va diamagnit jismlarda magnit singdiruvchanligi birdan kam farq qiladi, shuning uchun amalda elektrotexnik hisoblashlarda bu farqni e’tiborga olmasdan barcha jismlarning magnit singdiruvchanligini birga teng, deb hisoblash mumkin. Masalan, paramagnet alyuminiyda =1,000023, diamagnit misda =0,99991.
Paramagnetiklarning alohida, oz sonli, lekin amalda juda muhim gruppasini ferromagnetiklar (lat. “ferrum”-temir) tashkil etadi –bular temir, kobalt, nikel’, ba’zi siyrak –yer elementlari (gadoliniy va hokazo) hamda ferromagnitmas elementlardan tarkib topgan ferromagnit qotishmalardir. Ferromagnetliklardan magnit singdiruvchanlik katta o‘zgaruvchan.
Ferromagnit materiallar elektr mashinalar, transfarmatorlar va turli elektromagnit apparatlar hamda priborlar ishlab chiqarishda ishlatiladi.



2.3- rasm. Tok o‘tadigan g’altakning magnit
maydonidagi qirindilar.

Ular magnit maydoni kuchaytirish va unga zarur konfigurasiya berish uchun xizmat qiladi. Bu materiallar magnit maydonda magnitlanadi. Masalan, tok o‘tadigan g’altakka joylashtirilgan po‘lat sterjen (2.2-rasm) magnitlanib qoladi. Uning bir uchida shimoliy qutb N (magnit strelkasi yordamida bunga ishonch hosil qilishmumkin), ikkinchi uchida esa – janubiy qutb S vujudga keladi. Shundan keyin tok uzilsa yoki sterjen g’altakdan olinsa qoldiq magnitlanish ta’sirida sterjenda ma’lum darajada magnit xossalar saqlanib qoladi. Transfarmatorlar va elektr mashina hamda apparatlarning ko‘p qismlarini yasashda ishlatiladigan elektrotexnik po‘latda qoldiq magnitlanish kam bo‘ladi; bu po‘lat – magnit yumshoq materialdir. Lekin doimiy magnitlar tayyorlash uchun ishlatiladigan magnit qattiq materiallarda (masalan, temirning kobalt bilan qotishmalarida) qoldiq magnetezm ancha kuchli bo‘ladi. Shuni takidlab o‘tamizki, magnit maydonda ferromagnetiklar bo‘lmaganda magnit doimiysi µ_o ni kuchlanganlik bilan induksiya orasidagi o‘zgarmas proporsionallik koeffisienti, deb hisoblash mumkin, yani B=µ_o va µ_a=µ_o.

SI da B bilan H birliklari elektromagnetizmning ikkkta turli qonuni asosida bevosita aniqlangan, shu sababli magnit doimiysiga aniq son qiymat be-riladi µ=4π •10^-7 Gn/m.
Elektrotexnik qurilmalar magnit maydonnning tasvirini ancha yaqqol ko‘rsatish uchun magnit chiziqlarning ish modeli keng qo‘llatsiladi. 2.3- rasmda g’altak maydonining po‘lat qirindilar yordamida hosil qilingan tasviri ko‘rsa-tilgan. Magnit chiziqlirnining yo‘nalishi sifatida kompas strelkasining — magnit maydoniga kiritilgan magnit strelkasining shimoliy uchi ko‘rsatgan yo‘nalishini hisoblash shartli qabul qilingan. Magnit maydon zich joylashtirilgan cho‘zilgan elastik naylar sifatida tasvirlanadi: naylarning yo‘nalishi induksiya vektorlari bilan ustma-ust tushadi. Magnit chiziqlari shu naylarning o‘qi sifatida qaraladi va magnit maydon tasvirida magnit chiziqlari bilan faqat ana shu o‘qlar tasvirlanadi. Shu tzsvirdan (rasmdan) foydalanib, magnit induksiyani magnit chiziqlarining zichligi sifatida, ya'ni magnit maydon yo‘nalishiga perpendikulyar, binobarin, magnit chiziqlari yo‘nalishiga perpendikulyar yuza birligi (1 m² yoki 1 sm²) orqali o‘tadigan magnit chiziqlarining soni sifatida yaqqol aniqlash mumkin. Magnit maydon induktsiyasi va kuchlanganligi. magnit maydonning ayrim nuqtalaridagi sharoitni ko‘rsatadi. Magnit maydonni xarakterlaydigan yig’indi kattalik magnit oqimi F dir (magnit induksiyasi vektorining oqimi). Barcha nuqtalarida induktsiya bir xil bo‘ladigan tekis maydonda F=BS, bunda S— oqim o‘tib ketadigan va uning yo‘nalishiga perpendikulyar bo‘lgan sirt yuzasi. Agar magnit maydon tekis bo‘lmasa, u holda oqim F, uning hosil qiluvchisi kichik yuzalardan ∆S_k o‘tadigan, magnit oqimlarining yig’indisi ∆F_k sifatida aniqlanadi va yuzalarda induktsiyatni o‘zgarmas deyish mumkin: F= ΔF_k= _kΔS_k. Magnit oqimini ma'lum yuzadan o‘tib ketadigan barcha magiit chiziqlarinin yig’indisi sifatida qarash mumkin. Magnit chiziqlarinnng muhim xossasi — ularning berkligidir, ya'ni ular shu chiziqlarni vujudga keltiradigan (uyg’otuvchi) elektr toki chiziqlarini qamrab oladi.
Elektrotexnik hisoblashlar uchun ferromagnetik magnit induktsiyasi B ning magnit maydon kuchlanganligigi H ga bog’liqligi muhim ahamiyatga ega.

2.4- rasm. Turli xil ferromagnit materiallarning
magnilanish egri chiziqlari.

2.5-rasm. Dastlabki magnitlanish egri chizig’i
vi gisterezis sirtmog’i.

Bu bog’liqlik nisbatan murakkab va uni biror oddiy formula bilan ifodalab bo‘lmaydi. Shuning uchun hiroblashlarda standart ferromagtnit materiallar uchun tuzilgan B ning H ga bog’liqlik jadvallaridan yoki shu bog’liqlikning grafik tasviridar — magnitlanish egri chizig’idan foydalaniladi. 2.4 - rasmda keng ko‘lamda ishlatiladigan bir necha ferromagnit materiallarning magnitlanish egri chiziqlalari ko‘rsatilgan. Bunday egri chiziqning shakli materialning magnit xossalari bilan aniqlanadi. Uning pastki tarmog’i to‘yinmagan holatga, bukilgan joyi («tirsagi» xam deyiladi) - to‘yingan xolatga o‘tshiga muvofiq keladi. Bu «tirsak» ayniqsa permalloyda — o‘lchash asboblari, magnitli ekranlar, rele va hokazolarda ishlatiladigan temir bilan nikeldan tarkib topgan qotishmada yaqqol ifodalangan.

Ko‘p xollarda magnit gisterezisining ta'sirini hisobga olish zarur, ferromag-nekdagi magnit induktsiya gisterezis tufayli faqat maydonnning berilgan kuch-langanligi balan emas, balki jismning oldingi magnit holati bilan ham aliq-lanadi. Gisterezis (grekcha kechikish ma'nosini bildiradigan so‘zdan) — qoldiq manitlanish bilan uzviy bog’liq bo‘lgan hodisa; ferromagnetikda tashqi maydon vujudga keltirgan magnit siljishlar ma'lum darajada qaytmasdir. Ferromag-netikning magnitlanmagan boshlang’ich xolatini tiklash uchun ichki tortishish kuchlari yetarli emas. Tashqi maydon susayganida kuchlanglikning bir xil qiymatlarida induktsiya magnit maydon kuchlanganligi ortib borgan vaqtdgidan katta bo‘ladi. Magnitlovchi tok va u hosll qilgan kuchlanganlik H kamayganda gisterezis tufayli magnit induktsiya oldin magnitsizlangan namuna uchun olingan, koordinata boshidan boshlanadigai dastlabki magnitlanish egri chizig’i bo‘yicha emas, balki bir oz yuqoridan o‘tgan egri chiziq bo‘yicha kamayadi (2.5- rasm). Tashqi mandon yo‘qolgandan (magnitlovchi tok uzilgandan) keyin ferromagnetikda ma'lum daryajada qoldiq induktsiya B_o bo‘ladi. Induktsiyani nolga qadar kamaytirish, ya'ni ferromagetikni batamom magnitsizlash uchun manitsizlovchi tashqi maydon vujudga keltirish (g’altakdagi tokning yo‘nalishini o‘zgartirish) zarur; qoldiq magnitlanish yo‘qotish uchun bu maydonning kuchlanganligi koertsitiv kuch deyiladagin H_c qiymatga yetishi kerak.
Teskari yo‘nalishdagi maydon yanada kuchayganida ferromagnetikda teskari yo‘nalishli induktsiya vujudga keladi. Teskari maydonni asta-sekin kuchaytira borib (magnitlovchi tokni oshira borib) yana magnitga to‘yinish sharoitini yaratish mumkin, unga induktsiyaning maksimal qiymati B_m muvofiq keladi. So‘ngra asta-seknn H ni kamaytirib, teskari yo‘nalishdagi qoldiq induktiya B_o ni olish mumkin. Magnitlovchi maydonning yo‘nalishi yana o‘zgartirilsa (magnitlovchi tokning yo‘nalishini o‘zgartirib), induktsiyani dastlabki maksimal qiymatga B_m qadar ko‘paytirish mumkin. Shu yo‘l bilan gisterezis sirtmog’i deyiladigan berk egri chiziq hosil qilish mumkin. Uning yuzasl ferromapgnit materialning hajm birligini qayta magnitlashning bitta sikliga sarflangan energiyaga proportsional bo‘ladi.
Agar gisterezis sirtmog’ini yasashda magnit induktsiyasi T_l=B•c/m² da kuchlanganlik esa A/m da ifodalangan bo‘lsa, u holda sirtmoq yuzasining birligi B•c/m²•A/m=B•A•c/m²=J/m³ bo‘ladi.



2.6- rasm. Magnit yumshoq (1) va manit qattiq (2) materiallarning gisterezis sirtmog’i.

Transfopmatorlarning o‘zaklari, o‘zgaruvchan tok mashina va apparatlari siklik qayta magnitlanish sharoitida ishlaydi. Ularda gisterezis tufayli bo‘ladigan isroflar iloji boricha kam bo‘lishi uchun gisterezis sirtmog’i nisbatan, juda tor bo‘lgan ferromagnit materiallar ishlatgan ma'qul (31-rasm, egrichiziq 1). Bundau materiallarga elektrotexnik po‘lat list kiradi. Lekin doimiy magnitlar uchun koertsitiv kuchi va qoldiq induktsiyasi katta, binobarin, gistorezis sirtmog’i keng magnit qattiq material ishlatgan ma'qul (2.61-rasm, egri chiziq 2).