MAGNETIZATION: ORBITAL AT PAIKUTIN ANG MAGNETIC MOMENT, MGA HALIMBAWA - PISIKAL - 2024

Ang magnetization ay isang dami ng vector na naglalarawan sa magnetic state ng isang materyal at tinukoy bilang ang dami ng dipolar magnetic moment bawat yunit ng dami. Ang isang magnetic material - iron o nikel halimbawa - ay maaaring isaalang-alang na binubuo ng maraming maliliit na magnet na tinatawag na dipoles.

Karaniwan ang mga dipoles na ito, na kung saan ay may hilaga at timog na mga magnetic pole, ay ipinamamahagi sa isang tiyak na antas ng kaguluhan sa loob ng dami ng materyal. Ang karamdaman ay hindi gaanong sa mga materyales na may malakas na magnetic properties tulad ng iron at mas malaki sa iba na may mas halata na magnetism.

Larawan 1. Magnetic dipoles ay nakaayos nang random sa loob ng isang materyal. Pinagmulan: F. Zapata.

Gayunpaman, sa pamamagitan ng paglalagay ng materyal sa gitna ng isang panlabas na magnetic field, tulad ng ginawa sa loob ng isang solenoid, ang mga dipoles ay nakatuon ayon sa larangan at ang materyal ay magagawang kumilos tulad ng isang magnet (Larawan 2).

Larawan 2. Ang paglalagay ng isang materyal tulad ng isang piraso ng bakal na halimbawa, sa loob ng isang solenoid kung saan ipinapasa ang isang kasalukuyang ipinasa, ang magnetic field na ito ay nakahanay sa mga dipoles sa materyal. Pinagmulan: F. Zapata.

Hayaan ang M na ang magnetization vector, na kung saan ay tinukoy bilang:

Ngayon, ang intensity ng magnetization sa materyal, produkto ng paglubog sa panlabas na larangan H , ay proporsyonal sa ito, samakatuwid:

M ∝ H

Ang pare-pareho ng proporsyonalidad ay nakasalalay sa materyal, ito ay tinatawag na magnetikong pagkamaramdamin at tinukoy bilang χ:

M = χ. H

Ang mga yunit ng M sa International System ay ampere / meter, tulad ng mga H , samakatuwid χ ay walang sukat.

Orbital at paikutin ang magnetic moment

Ang magneto ay lumitaw mula sa paglipat ng mga de-koryenteng singil, samakatuwid upang matukoy ang magnetism ng atom, dapat nating isaalang-alang ang mga paggalaw ng mga sisingilin na mga particle na bumubuo nito.

Larawan 3. Ang paggalaw ng elektron sa paligid ng nucleus ay nag-aambag sa magnetism na may orbital magnetic moment. Pinagmulan: F. Zapata.

Simula sa elektron, na kung saan ay itinuturing na orbiting ang atomic nucleus, ito ay tulad ng isang maliit na loop (sarado na circuit o sarado ang kasalukuyang loop). Ang kilusang ito ay nag-aambag sa magnetism ng atom salamat sa orbital magnetic moment vector m, na ang magnitude ay:

Kung saan ako ang kasalukuyang intensity at A ay ang lugar na nakapaloob sa pamamagitan ng loop. Samakatuwid, ang mga yunit ng m sa International System (SI) ay amps x square meter.

Ang Vector m ay patayo sa eroplano ng loop, tulad ng ipinapakita sa Figure 3, at itinuturo tulad ng ipinahiwatig ng patakaran ng kanang hinlalaki.

Ang hinlalaki ay nakatuon sa direksyon ng kasalukuyang at ang apat na natitirang mga daliri ay nakabalot sa paligid, na tumuturo paitaas. Ang maliit na circuit na ito ay katumbas ng isang bar magnet, tulad ng ipinapakita sa Larawan 3.

Spin magnetic moment

Bukod sa orbital magnetic moment, ang elektron ay kumikilos na parang umiikot sa sarili. Hindi ito nangyayari nang eksakto sa ganitong paraan, ngunit ang nagreresultang epekto ay pareho, kaya ito ay isa pang kontribusyon na kailangang isaalang-alang para sa net magnetic moment ng isang atom.

Sa katunayan, ang pag-ikot ng magnetic moment ay mas matindi kaysa sa orbital moment at pangunahing responsable para sa net magnetism ng isang sangkap.

Larawan 4. Ang umiikot na magnetic moment ay ang isa na nag-aambag sa net magnetization ng isang materyal. Pinagmulan: F. Zapata.

Ang mga umiikot na sandali ay nakahanay sa pagkakaroon ng isang panlabas na magnetic field at lumikha ng isang epekto ng kaskad, sunud-sunod na nakahanay sa mga kalapit na sandali.

Hindi lahat ng mga materyales ay nagpapakita ng magnetic properties. Ito ay dahil ang mga electron na may kabaligtaran ng mga pares ng form na magkakabit at kanselahin ang kani-kanilang mga sandali na umiikot na magnet.

Kung mayroon man ay hindi bayad, mayroong isang kontribusyon sa kabuuang magnetic moment. Samakatuwid, ang mga atom lamang na may kakaibang bilang ng mga electron ay may pagkakataon na maging magnetic.

Ang mga proton sa atomic nucleus ay gumagawa din ng isang maliit na kontribusyon sa kabuuang magnetic moment ng atom, dahil mayroon din silang pag-ikot at samakatuwid ay isang kaugnay na magnetic moment.

Ngunit hindi umaasa ito sa masa, at ng proton ay mas malaki kaysa sa elektron.

Mga halimbawa

Sa loob ng isang coil, kung saan ipinapasa ang isang electric kasalukuyang, isang pantay na patlang na magnetic ay nilikha.

At tulad ng inilarawan sa figure 2, kapag naglalagay ng isang materyal doon, ang mga magnetic moment na ito ay nakahanay sa larangan ng coil. Ang net epekto ay upang makabuo ng isang mas malakas na magnetic field.

Ang mga transpormer, mga aparato na nagpapataas o nagpapababa ng mga alternatibong boltahe, ay mabuting halimbawa. Binubuo sila ng dalawang coil, ang pangunahin at pangalawa, na sugat sa isang malambot na bakal na bakal.

Larawan 5. Sa core ng transpormer isang net magnetization ang nangyayari. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang isang pagbabago ng kasalukuyang ay dumaan sa pangunahing likid na kahaliling nagbabago ng mga linya ng magnetic field sa loob ng core, na kung saan ay nagpapahiwatig ng isang kasalukuyang sa pangalawang likid.

Ang dalas ng pag-oscillation ay pareho, ngunit naiiba ang laki. Sa ganitong paraan, maaaring makuha ang mas mataas o mas mababang boltahe.

Sa halip na paikot-ikot ang mga coil sa isang solidong bakal na bakal, mas mabuti na maglagay ng isang pagpuno ng mga sheet ng metal na natatakpan ng barnisan.

Ang dahilan ay dahil sa pagkakaroon ng eddy currents sa loob ng core, na may epekto ng sobrang pag-init nito nang labis, ngunit ang mga alon na sapilitan sa mga sheet ay mas mababa, at samakatuwid ang pag-init ng aparato ay nabawasan.

Mga wireless charger

Ang isang cell phone o isang electric toothbrush ay maaaring singilin ng magnetic induction, na kilala bilang wireless charging o inductive charging.

Gumagana ito sa sumusunod na paraan: mayroong isang base o charging station, na mayroong solenoid o pangunahing coil, kung saan ipinapasa ang pagbabago ng kasalukuyang. Ang isa pang (pangalawang) likid ay nakakabit sa hawakan ng brush.

Ang kasalukuyang sa pangunahing likid naman ay nagpapahiwatig ng isang kasalukuyang sa likid ng hawakan kapag ang brush ay inilalagay sa singil ng istasyon, at inaalagaan ang singilin ang baterya na nasa hawakan din.

Ang kadakilaan ng sapilitan kasalukuyang nadagdagan kapag ang isang pangunahing materyal ng ferromagnetic, na maaaring bakal, ay inilalagay sa pangunahing likid.

Para sa pangunahing likid na makita ang kalapitan ng pangalawang likid, ang sistema ay nagpapalabas ng isang magkakasunod na signal. Kapag natanggap ang isang tugon, ang mekanismo na inilarawan ay isinaaktibo at ang kasalukuyang nagsisimula na ma-impluwensyahan nang hindi nangangailangan ng mga kable.

Ferrofluids

Ang isa pang kagiliw-giliw na aplikasyon ng mga magnetic na katangian ng bagay ay ferrofluids. Ang mga ito ay binubuo ng mga maliliit na magnetic particle ng isang ferrite compound, nasuspinde sa isang likidong daluyan, na maaaring maging organikong o kahit tubig.

Ang mga particle ay pinahiran ng isang sangkap na pumipigil sa kanilang pag-iipon, at sa gayon ay mananatiling ipinamamahagi sa likido.

Ang ideya ay ang daloy ng likido ay pinagsama sa pang-akit ng mga partikulo ng ferrite, na sa kanilang sarili ay hindi malakas na magnetic, ngunit kumuha ng magnetization sa pagkakaroon ng isang panlabas na larangan, tulad ng inilarawan sa itaas.

Ang nakuha na magnetization ay nawawala sa sandaling bawiin ang panlabas na larangan.

Ang Ferrofluids ay orihinal na binuo ng NASA upang mapakilos ang gasolina sa loob ng isang spacecraft nang walang gravity, na nagbibigay ng salpok sa tulong ng isang magnetic field.

Sa kasalukuyan, ang mga ferrofluids ay may maraming mga aplikasyon, ang ilan ay nasa yugto pa rin ng eksperimentong, tulad ng:

- Bawasan ang pagkikiskisan sa mga muffler ng mga nagsasalita at headphone (maiwasan ang pagsamba).

- Payagan ang paghihiwalay ng mga materyales na may iba't ibang density.

- Kumilos bilang mga tatak sa mga shaft ng hard drive at magtapon ng dumi.

- Bilang isang paggamot sa kanser (sa pang-eksperimentong yugto). Ang Ferrofluid ay iniksyon sa mga selula ng kanser at ang isang magnetic field ay inilalapat na gumagawa ng maliit na mga de-koryenteng alon. Ang init na nabuo ng mga pag-atake na ito ay mga malignant cells at sinisira ang mga ito.

Mga Sanggunian

1. Journal of Physics ng Brazil. Ferrofluids: Mga Katangian at aplikasyon. Nabawi mula sa: sbfisica.org.br
2. Figueroa, D. (2005). Serye: Physics para sa Science at Engineering. Dami 6. Electromagnetism. Na-edit ni Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, D. 2006. Pisika: Mga Prinsipyo na may Aplikasyon. Ika-6 na Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, L. 2007. Physics: Isang Tumingin sa Mundo. Ika-6 na minutong edisyon. Pag-aaral ng Cengage. 233.
5. Shipman, J. 2009. Pagpapakilala sa Physical Science. Pag-aaral ng Cengage. 206-208.