东方出台规定问责甩手干部 细化规范40种问责情形
Magnetyzm (z gr. μαγν?τι? λ?θο? magnētis líthos ?magnetyt”) – zespó? zjawisk fizycznych zwi?zanych z polem magnetycznym, które mo?e by? wytwarzane zarówno przez pr?d elektryczny, jak i przez materia?y magnetyczne.
Podstawy fizyczne magnetyzmu
[edytuj | edytuj kod]W skali makroskopowej
[edytuj | edytuj kod]Si?y magnetyczne s? jednymi z podstawowych si? w naturze. Oddzia?ywania magnetyczne odbywaj? si? za po?rednictwem pola magnetycznego, które w skali makroskopowej wytwarzane jest na skutek ruchu ?adunków elektrycznych lub pr?du elektrycznego. Sta?y pr?d elektryczny wywo?uje statyczne pole magnetyczne, natomiast zmienny pr?d elektryczny powoduje powstanie nierozerwalnie zwi?zanego z nim zmiennego pola magnetycznego i elektrycznego (takie podwójne pole nosi nazw? pola elektromagnetycznego).
Magnetyzm makroskopowy jest przyczyn? istnienia ziemskiego pola magnetycznego. We wn?trzu Ziemi istnieje roztopione j?dro, w którym wyst?puj? pr?dy konwekcyjne. Pr?dy takie unosz? ze sob? olbrzymie ilo?ci wolnych elektronów, które s? równowa?ne z pr?dem elektrycznym, który z kolei (jak opisano powy?ej) skutkuje powstaniem otaczaj?cego pola magnetycznego.
W skali makroskopowej powstawanie i zachowanie pola magnetycznego oraz si? z nim zwi?zanych opisane s? równaniami Maxwella oraz prawem Biota-Savarta.
W skali mikroskopowej
[edytuj | edytuj kod]W skali mikroskopowej pole magnetyczne powstaje g?ównie na skutek ruchu elektronów: orbitalnego oraz obrotowego (tzw. spin), przy czym ten ostatni jest efektem dominuj?cym. Ruch orbitalny elektronu (dooko?a j?dra atomowego) jest efektem wtórnym i tylko nieznacznie modyfikuje spinowe pole magnetyczne. W niewielkim stopniu pole magnetyczne wytwarzane jest równie? przez moment magnetyczny protonów i neutronów.
Wypadkowy moment magnetyczny atomu jest sum? wszystkich momentów magnetycznych elektronów (a tak?e w bardzo niewielkim, zazwyczaj pomijanym stopniu równie? i protonów i neutronów). Z uwagi na d??enie w przyrodzie do minimalnego stanu energetycznego pojedyncze momenty magnetyczne elektronów maj? tendencj? do ustawiania si? w przeciwnych kierunkach (zarówno momenty orbitalne jak i spinowe) czym powoduj? znoszenie udzia?u magnetycznego takich sparowanych elektronów. Dlatego te?, dla atomu z ca?kowicie wype?nionymi pow?okami i podpow?okami elektronowymi wewn?trzne magnetyczne momenty znosz? si? ca?kowicie. Tylko atomy z cz??ciowo wype?nionymi pow?okami elektronowymi posiadaj? wypadkowy moment magnetyczny, którego warto?? zale?y g?ównie od ilo?ci niesparowanych elektronów.
Dla przyk?adu:
- W materia?ach diamagnetycznych wszystkie elektrony w atomie s? sparowane, wobec czego atom nie wykazuje zewn?trznego momentu magnetycznego. Tak samo zachowuje si? cia?o z?o?one z diamagnetycznych atomów. Diamagnetyki nieznacznie os?abiaj? zewn?trzne pole magnetyczne.
- Paramagnetyki z kolei posiadaj? co najmniej jeden niesparowany elektron, który skutkuje zewn?trznym momentem magnetycznym dla danego atomu. Jednak?e uporz?dkowanie takich elementarnych momentów w materiale paramagnetycznym jest chaotyczne, co prowadzi do zerowego wypadkowego momentu dla ca?ego cia?a. Paramagnetyki nieznacznie wzmacniaj? zewn?trzne pole magnetyczne, poniewa? poszczególne momenty magnetyczne d??? do ustawienia si? wzd?u? linii takiego pola. Teoretycznie przy bardzo du?ych polach powinno nast?pi? nasycenie magnetyczne materia?u paramagnetycznego. Niemniej obecnie nie uda?o si? tego jednoznacznie potwierdzi? nawet w polach magnetycznych o bardzo du?ej warto?ci (np. 100 T – zobacz opis ferromagnetyków poni?ej).
- Je?li chodzi o ferromagnetyzm, to co prawda wyst?puje on tylko dla okre?lonych pierwiastków i zwi?zków chemicznych, jednak ferromagnetyzm jest zjawiskiem jakie wyst?puje dla ca?ej grupy atomów z uwagi na tzw. oddzia?ywania wymienne pomi?dzy s?siednimi atomami. W ferromagnetykach wyst?puje zjawisko nasycenia magnetycznego – wyst?puje ono w chwili kiedy wszystkie elementarne dipole magnetyczne ustawi? si? w kierunku zewn?trznego pola magnetycznego. Najwy?sza znana polaryzacja nasycenia 2,3 T istnieje dla stopu VACODUR Co(49%)Fe(48%)V(1,9%).
Dlatego te?, ró?nice w konfiguracji elektronowej w ró?nych pierwiastkach chemicznych determinuj? wielko?? i typ atomowych momentów magnetycznych, które z kolei determinuj? w?asno?ci magnetyczne wszystkich materia?ów (ró?ne typy magnetyzmów).
Rodzaje magnetyzmów
[edytuj | edytuj kod]Znanych jest trzyna?cie typów magnetyzmów:
- antyferromagnetyzm
- aspereomagnetyzm
- diamagnetyzm
- ferrimagnetyzm
- ferromagnetyzm
- ferromagnetyzm zarodkowy
- helimagnetyzm
- metamagnetyzm
- mikromagnetyzm
- paramagnetyzm
- sperimagnetyzm
- superparamagnetyzm
- szk?o spinowe
?adunek elektryczny w ruchu
[edytuj | edytuj kod]Je?li cz?stka o ?adunku elektrycznym q porusza si? z pr?dko?ci? v w polu indukcji magnetycznej B to oddzia?uje na ni? si?a F:
Poniewa? w równaniu wyst?puje iloczyn wektorowy, si?a jest skierowana prostopadle zarówno do kierunku ruchu cz?stki jak i kierunku linii indukcji magnetycznej. Pole magnetyczne (czy te? raczej indukcja magnetyczna, tak jak w równaniu powy?ej) dzia?aj?ce na na?adowan? cz?stk?, pomimo tego, ?e powoduje powstanie si?y, nie wykonuje ?adnej pracy. Tor cz?stki mo?e zosta? tylko zakrzywiony, ale cz?stka nie mo?e zosta? ani przyspieszona ani zwolniona. W?a?ciwo?? ta jest wykorzystana w cyklotronach.
Materia?y magnetyczne
[edytuj | edytuj kod]Wszystkie znane pierwiastki, zwi?zki chemiczne i materia?y mog? zosta? sklasyfikowane na podstawie ich w?asno?ci magnetycznych. Co wi?cej, ka?dy pierwiastek chemiczny wykazuje jeden z czterech podstawowych typów magnetyzmu: diamagnetyzm, paramagnetyzm, ferromagnetyzm lub ferrimagnetyzm.
Najwi?ksze znaczenie praktyczne maj? ferromagnetyki, które mo?na podzieli? na materia?y magnetycznie twarde (u?ywane jako magnesy trwa?e), mi?kkie (magnetyczne rdzenie transformatorów i silników) oraz pó?twarde (magnetyczne no?niki analogowych i cyfrowych danych).
Inne oddzia?ywania
[edytuj | edytuj kod]Dla oddzia?ywań z nieabelowymi grupami cechowania mo?na rozdzieli? tensor nat??enia pola na cz??? "elektryczn?" (nat??enie pola elektrycznego ) i "magnetyczn?" (nat??enie pola magnetycznego ) analogicznie, jak dla oddzia?ywania elektromagnetycznego:[1].
"Silne oddzia?ywania magnetyczne" odpowiadaj? za du?? zale?no?? mas hadronów od spinu kwarków.
Zobacz te?
[edytuj | edytuj kod]Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ Valerij Anatol'evi? Rubakov: Classical theory of gauge fields. Princeton, N.J.: Princeton University Press, 2002, s. 54-55, 207-208. ISBN 0-691-05927-6.