Parsell E., Elektrichestvo I magnetizm [per s angl.], M., 1971

MAGNITLANISH NAZARIYALARI.

Birinchi marta, magnit hodisalari oxir -oqibat elektrga aylanadi, degan fikr 1825 yilda Amperda paydo bo'lgan, u har bir magnit atomida aylanib yuradigan yopiq ichki toklar g'oyasini ifoda etganida. Biroq, materiyada bunday oqimlar borligini hech qanday eksperimental tasdiqlamasdan (elektronni 1897 yilda J. Tomson kashf etgan va atom tuzilishi ta'rifini Rezerford va Bor 1913 yilda bergan), bu nazariya "so'nib qoldi". ". 1852 yilda V.Veber har bir atomni taklif qildi magnit materiya bu kichik magnit yoki magnit dipol, shuning uchun moddaning to'liq magnitlanishiga hamma atom magnitlari ma'lum tartibda joylashganda erishiladi (4 -rasm, b). Viber, molekulyar yoki atomli "ishqalanish" bu termal tebranishlarning bezovta qiluvchi ta'siriga qaramay, bu oddiy magnitlarga o'z tartibini saqlashga yordam beradi deb ishongan. Uning nazariyasi magnit bilan aloqa qilayotgan jismlarning magnitlanishini, shuningdek zarba yoki qizib ketganda ularning magnitlanishini tushuntira oldi; nihoyat, magnitlangan "igna" yoki magnit tayoq bo'laklarga bo'linib ketganda, magnitlarning "ko'payishi" ham tushuntirildi. Shunga qaramay, bu nazariya na boshlang'ich magnitlarning kelib chiqishini, na to'yinganlik va histerez hodisalarini tushuntirmadi. Viber nazariyasi 1890 yilda J. Ewing tomonidan takomillashtirildi, u atom ishqalanishi haqidagi gipotezasini atomlararo chegaralovchi kuchlar g'oyasi bilan almashtirdi, bu esa doimiy magnitni tashkil etuvchi elementar dipollarning tartibini saqlashga yordam beradi.
Bir paytlar Amper taklif qilgan muammoga yondashuvga ikkinchi hayot berilgan, 1905 yilda P. Langevin har bir atomga ichki kompensatsiyalanmagan elektron oqimi bilan bog'lanib, paramagnit materiallarning xatti -harakatini tushuntirgan. Langevinning so'zlariga ko'ra, aynan shu oqimlar kichik magnitlarni hosil qiladi, ular tashqi maydon bo'lmaganida tasodifiy yo'naltiriladi, lekin u qo'llanilgandan keyin tartibli yo'nalishga ega bo'ladi. Bunday holda, to'liq buyurtma berishga yondashuv magnitlanishning to'yinganligiga mos keladi. Bundan tashqari, Langevin qutblar orasidagi masofa bo'yicha qutbning "magnit zaryadi" mahsulotiga teng bo'lgan har bir atom magnitiga teng bo'lgan magnit moment tushunchasini kiritdi. Shunday qilib, paramagnit materiallarning kuchsiz magnitlanishi kompensatsiyalanmagan elektron oqimlari tomonidan yaratilgan umumiy magnit momentga bog'liq.
1907 yilda P. Vayss "domen" tushunchasini kiritdi, bu esa unga muhim hissa qo'shdi zamonaviy nazariya magnitlanish. Vayss atomlarning kichik "koloniyalari" ko'rinishidagi maydonlarni tasavvur qilar edi, ular ichida hamma atomlarning magnit momentlari negadir bir xil yo'nalishni saqlashga majbur bo'ladi, shuning uchun har bir domen to'yinganlikka magnitlanadi. Alohida domen 0,01 mm o'lchamdagi chiziqli o'lchamlarga va mos ravishda 10–6 mm 3 hajmli hajmga ega bo'lishi mumkin. Domenlar qalinligi 1000 atom o'lchovdan oshmaydigan Bloch devorlari bilan ajratilgan. "Devor" va qarama -qarshi yo'naltirilgan ikkita domen sxematik tarzda ko'rsatilgan. 5. Bunday devorlar "o'tish qatlamlari" bo'lib, unda domen magnitlanishining yo'nalishi o'zgaradi.
Umuman olganda, dastlabki magnitlanish egri chizig'ida uchta bo'limni ajratish mumkin (6 -rasm). Dastlabki bo'limda, tashqi maydon ta'siridagi devor, nuqsonga uchraguncha, moddaning qalinligi bo'ylab harakatlanadi. kristall panjara bu uni to'xtatadi. Dala kuchini oshirib, siz devorni kesilgan chiziqlar orasidagi o'rta bo'lak orqali oldinga siljishga majbur qilishingiz mumkin. Agar maydon kuchi yana nolga tushirilsa, devorlar asl holatiga qaytmaydi, shunda namuna qisman magnitlangan bo'lib qoladi. Bu magnitning histerezisini tushuntiradi. Eğrilik oxirida, jarayon oxirgi tartibsiz domenlar ichida magnitlanish tartibiga bog'liq bo'lgan namunaning magnitlanishining to'yinganligi bilan tugaydi. Bu jarayon deyarli butunlay teskari. Magnit qattiqlik atom panjarasida domenlararo devorlarning harakatiga to'sqinlik qiladigan ko'plab nuqsonlar bo'lgan materiallar bilan namoyon bo'ladi. Bunga mexanik va termik ishlov berish orqali erishish mumkin, masalan, kukunli materialni siqish va keyinchalik sinterlash. Alniko qotishmalarida va ularning analoglarida xuddi shunday natijaga metallarni murakkab tuzilishga birlashtirish orqali erishiladi.
Paramagnit va ferromagnit materiallardan tashqari antiferromagnit va ferrimagnit xususiyatlarga ega bo'lgan materiallar mavjud. Ushbu turdagi magnitlanish o'rtasidagi farq rasmda ko'rsatilgan. 7. Domenlar kontseptsiyasidan kelib chiqqan holda, paramagnetizmni materialda individual dipollar bir -biri bilan juda zaif ta'sir qiladigan (yoki umuman o'zaro ta'sir qilmaydigan) magnit dipollarning kichik guruhlari mavjudligi natijasida yuzaga keladigan hodisa deb hisoblash mumkin. , tashqi maydon bo'lmasa, faqat tasodifiy yo'nalishlarni qabul qiling (7 -rasm, a). Biroq, ferromagnit materiallarda, har bir sohada, alohida dipollar o'rtasida kuchli o'zaro ta'sir mavjud bo'lib, ular tartibli parallel hizalanishga olib keladi (7 -rasm, b). Antiferromagnit materiallarda, aksincha, individual dipollarning o'zaro ta'siri ularning parallel parallel tartiblanishiga olib keladi, shuning uchun har bir domenning umumiy magnit momenti nolga teng bo'ladi (7 -rasm, v). Nihoyat, ferrimagnit materiallarda (masalan, ferritlar) parallel va antiparallel tartib bor (7 -rasm, G), bu kuchsiz magnitlanishga olib keladi.
Ikkita majburiy narsa bor eksperimental tasdiqlash domenlarning mavjudligi. Ulardan birinchisi-Barxauzen effekti, ikkinchisi-kukunli shakl. 1919 yilda G. Barxauzen ferromagnit material namunasiga tashqi maydon qo'llanilganda uning magnitlanishi kichik diskret qismlarda o'zgarishini aniqladi. Domen nazariyasi nuqtai nazaridan, bu domenlararo devorning keskin oldinga siljishidan boshqa narsa emas, bu uning yo'lini kechiktiradigan individual nuqsonlarga duch keladi. Bu ta'sir, odatda, ferromagnit tayoq yoki sim qo'yilgan lasan bilan aniqlanadi. Agar kuchli magnit navbat bilan namunaga olib kelinsa va undan olib tashlansa, namuna magnitlanadi va qayta magnitlanadi. Namuna magnitlanishining keskin o'zgarishi lasan orqali magnit oqimini o'zgartiradi va unda indüksiyon oqimi qo'zg'aladi. Ushbu lasan ichida hosil bo'ladigan kuchlanish kuchaytiriladi va bir juft akustik minigarnituraning kiritilishiga beriladi. Eshitish vositasi orqali eshitiladigan sekin urish magnitlanishning keskin o'zgarishini ko'rsatadi.
Magnitning domen tuzilishini kukunli shakllar yordamida ochish uchun magnitlangan materialning yaxshi sayqallangan yuzasiga ferromagnit kukunining kolloid suspenziyasi (odatda Fe 3 O 4) tomchisi qo'llaniladi. Kukun zarralari asosan magnit maydonining bir hil bo'lmagan joylarida - domenlar chegarasida to'planadi. Bu tuzilmani mikroskop ostida o'rganish mumkin. Qutblangan nurni shaffof ferromagnit material orqali uzatishga asoslangan usul ham taklif qilingan.
Vayssning asl magnit nazariyasi asosiy xususiyatlarida hozirgi kungacha o'z ahamiyatini saqlab qoldi, ammo atom magnitlanishini belgilovchi omil sifatida kompensatsiyalanmagan elektron aylanish tushunchasiga asoslangan yangilangan talqinni oldi. Elektronning ichki momenti borligi haqidagi gipotezani 1926 yilda S. Goudsmit va J. Uhlenbek ilgari surishgan va hozirgi vaqtda elektronlar "elementar magnitlar" deb hisoblanadigan spinning tashuvchisi hisoblanadi.
Ushbu kontseptsiyaga aniqlik kiritish uchun (8 -rasm) erkin temir atomini - odatdagi ferromagnit materialni ko'rib chiqing. Uning ikkita qobig'i ( K va L), yadroga eng yaqin, elektronlar bilan to'ldirilgan va ularning birinchisi ikkita, ikkinchisi sakkiz elektronni o'z ichiga oladi. V K-qobiq, elektronlardan birining aylanishi musbat, ikkinchisi manfiy. V L-qobiq (aniqrog'i, uning ikkita pastki qobig'ida), sakkizta elektronning to'rttasida musbat, qolgan to'rttasida manfiy spin bor. Ikkala holatda ham bitta qobiq ichidagi elektronlarning aylanishlari to'liq kompensatsiyalanadi, shuning uchun umumiy magnit moment nolga teng bo'ladi. V M-qobiq, vaziyat boshqacha, chunki uchinchi pastki qavatdagi oltita elektrondan beshtasi bitta yo'nalishga yo'naltirilgan, ikkinchisida oltinchi elektron. Natijada, temir atomining magnit xususiyatlarini aniqlaydigan to'rtta kompensatsiyalanmagan spin qoladi. (Tashqi tomondan N.-qobiq, faqat ikkita valentli elektron bor, ular temir atomining magnitlanishiga hissa qo'shmaydi.) Nikel va kobalt kabi boshqa ferromagnitlarning magnitlanishi ham xuddi shunday izohlanadi. Temir namunadagi qo'shni atomlar bir -biri bilan kuchli ta'sir o'tkazganligi va ularning elektronlari qisman kollektivlashgani uchun, bu tushuntirishni faqat real vaziyatning tasviriy, lekin juda soddalashtirilgan diagrammasi sifatida ko'rib chiqish kerak.
Elektron aylanishini hisobga olishga asoslangan atom magnitlanish nazariyasi ikkita qiziqarli giromagnit tajribalar bilan tasdiqlangan, ulardan biri A.Eynshteyn va V. de Xaas, ikkinchisi S.Barnett. Ushbu tajribalarning birinchisida, rasmda ko'rsatilgandek, ferromagnit materialdan yasalgan silindr to'xtatildi. 9. Agar o'rash simidan oqim o'tkazilsa, silindr o'z o'qi atrofida aylanadi. Oqim yo'nalishi (va shuning uchun magnit maydoni) o'zgarganda, u teskari tomonga buriladi. Ikkala holatda ham, silindrning aylanishi elektronlarning aylanishining tartiblanishi bilan bog'liq. Barnet tajribasida, aksincha, keskin aylanishga olib kelingan, to'xtatilgan tsilindr magnit maydoni bo'lmaganda magnitlanadi. Bu ta'sir, magnit aylanayotganda, aylanish momentlarini o'z aylanish o'qi yo'nalishi bo'yicha aylantirishga moyil bo'lgan giroskopik moment hosil bo'lishi bilan izohlanadi.
Qisqa masofali kuchlarning tabiati va kelib chiqishini qo'shni atom magnitlariga buyurtma berish va issiqlik harakatining buzilish ta'siriga qarshi to'liqroq tushuntirish uchun quyidagilarga murojaat qilish kerak. kvant mexanikasi... Bu kuchlarning mohiyatini kvant-mexanik tushuntirishni 1928 yilda V. Xeyzenberg taklif qilgan, u qo'shni atomlar o'rtasida almashinuv o'zaro ta'sirining mavjudligini tasdiqlagan. Keyinchalik G. Bet va J. Sleyter atomlar orasidagi masofaning kamayishi bilan almashinuv kuchlari sezilarli darajada oshishini ko'rsatdilar, lekin ma'lum minimal atomlararo masofaga etib borgach, ular nolga tushadilar.