Magnetisatie orbitaal en spin magnetisch moment, voorbeelden

De magnetisatie Het is een vectorhoeveelheid die de magnetische status van een materiaal beschrijft en wordt gedefinieerd als de hoeveelheid dipoolmagnetische momenten per volume -eenheid. Een magnetisch materiaal kan worden overwogen -er of nikkel bijvoorbeeld -zoals of het zou worden gevormd door veel kleine magneten die dipolen worden genoemd.

Normaal gesproken worden deze dipolen, die op hun beurt Noord- en Zuid -magnetische polen hebben, verdeeld met een bepaalde mate van wanorde binnen het volume van het materiaal. De aandoening is lager in materialen met sterke magnetische eigenschappen zoals ijzer en groter in andere met minder voor de hand liggende magnetisme.

Figuur 1. Magnetische dipolen zijn willekeurig gerangschikt in een materiaal. Bron: f. Zapata.

Bij het plaatsen van het materiaal in het midden van een extern magnetisch veld, zoals die in een solenoïde, zijn de dipolen volgens het veld georiënteerd en kan het materiaal zich als een magneet gedragen (figuur 2).

Figuur 2. Een materiaal als een stuk ijzer plaatsen, bijvoorbeeld, in een solenoïde waardoor een stroom ik passeert, richt het magnetische veld van dit de dipolen in het materiaal uit. Bron: f. Zapata.

Zijn M De magnetisatievector, die wordt gedefinieerd als:

Waar M_Je Het is op zijn beurt een andere vector, genoemd Dipolair magnetisch moment. De oorsprong van deze vector bevindt zich in het atoom en zal in de volgende sectie duidelijk zijn.

Nu, de intensiteit van magnetisatie in het materiaal, als gevolg van ondergedompeld in het externe veld H, Het is daarom evenredig:

M ∝ H

De evenredigheidsconstante hangt af van het materiaal, wordt magnetische gevoeligheid genoemd en geeft aan als χ:

M =χ. H

De eenheden van M In het internationale systeem zijn ze ampère/meter, evenals die van H, Daarom is χ dimensieloos.

[TOC]

Orbitaal en spin magnetisch moment

Magnetisme komt voort uit het verplaatsen van elektrische belastingen, daarom moeten we om het magnetisme van het atoom te bepalen, rekening houden.

Kan u van dienst zijn: warmtecapaciteit figuur 3. De elektronenbeweging rond de kern draagt ​​bij aan magnetisme met het orbitale magnetische moment. Bron: f. Zapata.

Beginnen met het elektron, dat wordt beschouwd door de atoomkern in een baan te draaien, is als een kleine spiraal (gesloten circuit of gesloten stroomlus). Deze beweging draagt ​​bij aan het magnetisme van het atoom dankzij de orbitale magnetische moment vector M, wiens omvang is:

M = i.NAAR

Waar Je Het is de huidige intensiteit en NAAR Het is het gebied dat wordt vergrendeld door de lus. Daarom de eenheden van M In het International System (SI) zijn ze Versterkers x vierkante meter.

De vector M Het staat loodrecht op het spasevlak, zoals getoond in figuur 3 en wordt aangegeven zoals aangegeven door de rechterduimregel.

De duim is georiënteerd in de richting van de stroom en de resterende vier vingers worden rond de lus gerold, wijzend op. Dit kleine circuit is gelijk aan een staafmagneet, zoals aangegeven door figuur 3.

Spin's magnetische moment

Afgezien van het orbitale magnetische moment, gedraagt ​​het elektron zich alsof hij zichzelf aanzet. Het gebeurt niet precies op deze manier, maar het resulterende effect is hetzelfde, dus het is een andere bijdrage waarmee rekening moet worden gehouden voor het netto magnetische moment van een atoom.

In feite is het magnetische moment van Espín intenser dan het orbitale moment en is de belangrijkste verantwoordelijk voor het netto magnetisme van een stof.

Figuur 4. Het magnetische moment van Espín is het moment dat het meest bijdraagt ​​aan de netto magnetisatie van een materiaal. Bron: f. Zapata.

De momenten van Espín zijn uitgelijnd in aanwezigheid van een extern magnetisch veld en creëren een watervaleffect, achtereenvolgens in lijn met aangrenzende momenten.

Niet alle materialen vertonen magnetische eigenschappen. Deze zijn te wijten aan het feit dat tegengestelde spin -elektronen paren vormen en hun respectieve magnetische momenten van Espín annuleren.

Het kan u van dienst zijn: hedendaagse fysica: studieveld, takken en toepassingen

Alleen als iemand is verdwenen, is er een bijdrage aan het totale magnetische moment. Daarom hebben alleen atomen met een oneven aantal elektronen de mogelijkheid om magnetisch te zijn.

De protonen in de atomaire kern leveren ook een kleine bijdrage aan het totale magnetische moment van het atoom, omdat ze ook spin hebben en daarom een ​​bijbehorend magnetisch moment.

Maar dit hangt omgekeerd af van het deeg, en dat van het proton is veel groter dan dat van het elektron.

Voorbeelden

In een spoel, waardoor een elektrische stroom voorbijgaat, wordt een uniform magnetisch veld gemaakt.

En zoals beschreven in figuur 2, bij het plaatsen van een materiaal daar, zijn de magnetische momenten hiervan uitgelijnd met het spoelveld. Het netto -effect is om een ​​intens meer magnetisch veld te produceren.

De transformatoren, apparaten die alternatieve spanningen verhogen of verminderen, zijn goede voorbeelden. Ze bestaan ​​uit twee spoelen, de basisschool, overweldigd op een zoete ijzeren kern.

Figuur 5. In de kern van de transformator treedt een netto magnetisatie op. Bron: Wikimedia Commons.

De primaire spoel wordt gemaakt door een veranderende stroom die afwisselend de magnetische veldlijnen in de kern wijzigt, die op zijn beurt een stroom in de secundaire spoel induceert.

De frequentie van oscillatie is hetzelfde, maar de grootte is anders. Op deze manier kunnen grote of kleine spanningen worden verkregen.

In plaats van de spoelen te wikkelen op een vaste ijzeren kern, heeft deze de voorkeur.

De reden is te wijten aan de aanwezigheid van de stromingen van Foucault in de kern, die het effect hebben om het sterk te verwarmen, maar de in de lakens veroorzaakte stromingen zijn lager en daarom wordt de verwarming van het apparaat geminimaliseerd.

Draadloze laders

Een mobiele telefoon of een elektrische tandenborstel kan worden opgeladen door magnetische inductie, die bekend staat als draadloze belasting of inductieve belasting.

Het werkt als volgt: er is een basis of vrachtstation, met een hoofdmagneet of spoel, die een veranderende huidige pass maakt. In de borstelgreep wordt een andere spoel geplaatst (secundair).

Kan u van dienst zijn: wat is een isotherme proces? (Voorbeelden, oefeningen)

De stroom in de primaire spoel veroorzaakt op zijn beurt een stroom in de mango -spoel wanneer de borstel in het laadstation wordt geplaatst, en het zorgt voor het laden van de batterij die ook in de handvat wordt gevonden.

De grootte van de geïnduceerde stroom neemt toe wanneer een kern van ferromagnetisch materiaal in de hoofdspoel wordt geplaatst, die ijzer kan zijn.

Voor de primaire spoel om de nabijheid van de secundaire spoel te detecteren, zendt het systeem een ​​intermitterend signaal uit. Zodra de respons is ontvangen, wordt het beschreven mechanisme geactiveerd en begint de stroom te worden geïnduceerd zonder de noodzaak van kabels.

Ferrofluid

Een andere interessante toepassing van de magnetische eigenschappen van materie zijn ferrofluid. Deze bestaan ​​uit kleine magnetische deeltjes van een ferrietverbinding, gesuspendeerd in vloeibaar medium, die organisch of zelfs water kunnen zijn.

De deeltjes zijn bedekt met een stof die hun agglomeratie voorkomt en zo verdeeld blijven in de vloeistof.

Het idee is dat het vermogen om uit de vloeistof te stromen wordt gecombineerd met het magnetisme van de ferrietdeeltjes, die niet sterk magnetisch zijn, maar een magnetisatie verwerven in aanwezigheid van een extern veld, zoals eerder beschreven.

De verworven magnetisatie verdwijnt zodra het externe veld is verwijderd.

Ferrofluïden werden oorspronkelijk ontwikkeld door NASA om brandstof te mobiliseren in een schip zonder zwaartekracht, wat impuls gaf met behulp van een magnetisch veld.

Momenteel hebben ferrofluïden veel toepassingen, sommige nog in een experimentele fase, zoals:

- Verminder wrijving in sprekers van sprekers en koptelefoons (vermijd galm).

- Laat de scheiding van materialen met verschillende dichtheid toe.

- Fungeer als postzegels op de assen van harde schijven en stoot het vuil af.

- Als behandeling van kanker (in experimentele fase). Ferrofluid wordt geïnjecteerd in kankercellen en een magnetisch veld wordt toegepast dat kleine elektrische stromen produceert. De hitte gegenereerd door deze aanvallen kwaadaardige cellen en vernietigt ze.

Referenties

1. Braziliaans Journal of Physics. Ferrofluids: eigenschappen en toepassingen. Hersteld van: sbfisica.borg.BR
2. Figueroa, D. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Deel 6. Elektromagnetisme. Uitgegeven door Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, D.  2006. Fysica: principes met toepassingen. 6e.Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, l. 2007. Natuurkunde: een blik op de wereld. 6e afgekort editie. Cengage leren. 233.
5. Shipman, J. 2009. Inleiding tot fysieke wetenschap. Cengage leren. 206-208.