Namagnesowanie

Namagnesowanie Magnes stały ma namagnesowanie skierowane od bieguna południowego do bieguna północnego. Kluczowe dane

Jednostki SI	amper na metr
Wymiar	L-1ja{\ displaystyle {\ mathsf {l}} ^ {- 1} {\ mathsf {I}}}
Baza SI	A m -1
Natura	Rozmiar Vector intensywny
Zwykły symbol	M
Link do innych rozmiarów	Moment magnetyczny / objętość

W języku potocznym , namagnesowanie obiektu jest fakt, że jest on namagnesowany - że zachowuje się jak magnes  - lub inny proces, w którym staje się namagnesowane . W fizyce namagnesowanie jest przede wszystkim wielkością wektorową, która w skali makroskopowej charakteryzuje orientację i intensywność jej namagnesowania w pierwszym z dwóch poprzedzających zmysłów. Pochodzi on z mikroskopijnymi prądu wynikające z ruchu elektronów w atomie ( orbitalny moment magnetyczny elektronów), jak i w momencie podziału magnetycznego z elektronami i jądrami atomowymi . Jest mierzona w amperach na metr lub czasami w teslach na µ 0 .

Definicje

Namagnesowanie, zwykle oznaczane symbolem M (wielkimi literami), jest definiowane jako gęstość objętościowa momentu magnetycznego . Innymi słowy,

M=remreV,{\ Displaystyle \ mathbf {M} = {\ Frac {\ mathrm {d} \ mathbf {m.}} {\ mathrm {d} V}},}

gdzie d m jest moment magnetyczny zawarte w elementarnej objętości o V .

Namagnesowanie można również wywnioskować z opisu mikroskopowego: jeśli modelujemy materiał jako zespół dyskretnych dipoli magnetycznych, z których każdy ma moment magnetyczny m , namagnesowanie jest określone wzorem

M=nie⟨m⟩,{\ Displaystyle \ mathbf {M} = n \ langle \ mathbf {m.} \ rangle,}

gdzie n oznacza gęstością dipoli i ⟨ m ⟩ średnia wartość ich moment magnetyczny.

Interakcje z polem magnetycznym

Z magnetycznego punktu widzenia materię charakteryzuje wytwarzane przez nią pole magnetyczne oraz sposób, w jaki reaguje na zewnętrzne pole magnetyczne.

Wpływ namagnesowania na pole magnetyczne

Materia magnetyczna, wraz z prądem elektrycznym, jest jednym z dwóch sposobów wytwarzania statycznego pola magnetycznego. Indukcja B i pole H wytwarzane przez namagnesowanie M są rozwiązaniami równań

∇⋅b=0{\ Displaystyle \ nabla \ cdot \ mathbf {B} = 0} ∇×b=μ0∇×M.{\ Displaystyle \ nabla \ times \ mathbf {B} = \ mu _ {0} \ nabla \ times \ mathbf {M}.} ∇⋅H.=-∇⋅M{\ Displaystyle \ nabla \ cdot \ mathbf {H} = - \ nabla \ cdot \ mathbf {M}} ∇×H.=0{\ displaystyle \ nabla \ times \ mathbf {H} = 0}

Magnes trwały wytwarza na zewnątrz linie pola magnetycznego, które biegną od bieguna północnego do południowego.

Wpływ pola magnetycznego na namagnesowanie

Zewnętrzne pole magnetyczne może wywierać moment obrotowy na namagnesowanie. Jeśli jest wystarczająco silny, ten moment obrotowy może zmienić orientację magnetyzacji, a nawet doprowadzić do odwrócenia magnetyzacji . Może również powodować mechaniczny obrót namagnesowanego obiektu, jeśli może się swobodnie obracać. Ten efekt jest używany w kompasach .

Pole magnetyczne wytwarza również siłę na namagnesowanych obiektach. W ten sposób obiekty namagnesowane pod wpływem pola są przyciągane przez magnesy, a magnesy przyciągają się lub odpychają w zależności od orientacji biegunów.

Magnetyczny rodzaj materiałów

Materiały są ogólnie charakteryzowane z magnetycznego punktu widzenia tym, w jaki sposób ich namagnesowanie zależy od przyłożonego do nich pola magnetycznego . W ten sposób wyróżniamy:

• Materiały paramagnetyczne, które po przyłożeniu zewnętrznego pola magnetycznego widzą moment magnetyczny swoich elektronów, orientują się równolegle do pola. Jeśli usuniemy zewnętrzne pole magnetyczne, momenty magnetyczne powrócą do nieuporządkowanej orientacji. To właśnie to zjawisko odpowiada za przyciąganie przedmiotów żelaznych lub stalowych (między innymi) przez magnesy.
• Materiały ferromagnetyczne, które po przyłożeniu zewnętrznego pola magnetycznego widzą moment magnetyczny swoich elektronów, ustawiają się równolegle do pola magnetycznego. Jednak w przeciwieństwie do materiałów paramagnetycznych, kiedy usuwamy zewnętrzne pole magnetyczne, momenty magnetyczne będą miały tendencję do utrzymywania swojej orientacji, a zatem utrzymują namagnesowanie (zwane magnetyzacją remanentną) z powodu interakcji między tymi momentami magnetycznymi. Stosowane są w magnesach trwałych i do zapisu magnetycznego ( taśmy i dyski twarde );

• Materiały diamagnetyczne widzą momenty magnetyczne ich elektronów poruszających się w przeciwnym kierunku, co powoduje słabe namagnesowanie przeciwne temu zewnętrznemu polu magnetycznemu (źródło zewnętrznego pola magnetycznego i materiał diamagnetyczny są zatem odpychane). Momenty magnetyczne wracają do swojej pierwotnej orientacji po usunięciu zewnętrznego pola magnetycznego.
• materiał ferrimagnetyczne i antyferromagnetyczne podobny makroskopowo do ferromagnetycznymi paramagnetyczny (odpowiednio), a ma inny mikroskopową strukturę magnetyczną.
• te magnesy jednocząsteczkowe , które wykazują zachowanie superparamagnetyczne poniżej pewnej temperatury blokującego .

Remanentne namagnesowanie (tj. To, co pozostaje przy braku przyłożonego pola) jest, obok pola koercyjnego , jednym z głównych parametrów charakteryzujących magnesy trwałe.

Demagnetyzacja

W przypadku materiałów nieferromagnetycznych rozmagnesowanie zachodzi w sposób naturalny, gdy zewnętrzne pole magnetyczne zostaje zniesione. W takich przypadkach krzywa rozmagnesowania przebiega tą samą drogą, co krzywa namagnesowania, a wartość namagnesowania staje się zerowa w tym samym czasie, co pole magnetyczne. Jednak w przypadku materiałów ferromagnetycznych krzywa rozmagnesowania nie przebiega tą samą drogą, co krzywa magnesowania (ma cykl histerezy ). Tak więc, gdy wartość pola magnetycznego spada do zera, pozostaje niezerowe namagnesowanie remanentne. Istnieje kilka metod rozmagnesowywania tych materiałów. Pierwsza polega na podgrzaniu: rzeczywiście istnieje wartość progowa temperatury, temperatura Curie , dla której fluktuacje termiczne są wystarczające do zniesienia magnesowania resztkowego. Inna metoda polega na przeprowadzeniu kilku cykli namagnesowania / rozmagnesowania o coraz słabszych intensywnościach, aż do zniesienia magnesowania.

Uwagi i odniesienia

1. Reis M. (2013) Fundamentals of Magnetism ( ISBN  978-0-12-405545-2 )
2. Cyrot M., Décorps M., Dieny B., Geoffroy O., Gignoux D., Lacroix C., Laforest J., Lethuillier P., Molho P., Peuzin JC, Pierre J., Porteseil JL, Rochette P., Rossignol MF, Schlenker M., Segebarth C., Souche Y., du Trémolet de Lacheisserie E., Yonnet JP (2001) Magnetism - Foundations ( ISBN  2-86883-463-9 )
3. Abrahams E. i Keffer F. (2019). Paramagnetyzm. AccessScience. Pobrano 23 listopada 2020 r. Ze strony https://doi.org/10.1036/1097-8542.487500
4. Abrahams E., Keffer F. i Herbst JF (2020). Ferromagnetyzm. AccessScience. Pobrano 1 grudnia 2020 r. Z https://doi.org/10.1036/1097-8542.254600
5. Abrahams E. i Keffer F. (2020). Diamagnetyzm. AccessScience. Pobrano 1 grudnia 2020 r. Z https://doi.org/10.1036/1097-8542.190700
6. Hummel RE (2011) Electronic Properties of Materials, wydanie czwarte ( ISBN  978-1-4419-8163-9 )

Powiązane artykuły

• Elektrodynamika ośrodków ciągłych , których magnetyzacja jest jedną z podstawowych wielkości
• Magnetyzm
• Magnetostatyczny
• Podatność magnetyczna  : stała proporcjonalności, dla materiału liniowego, między namagnesowaniem a polem magnetycznym H.
•  Temperatura Curie : temperatura, w której materiał ferromagnetyczny traci samorzutnie namagnesowanie
• Histereza magnetyczna  : histeretyczne zachowanie namagnesowania
• Zastosowania magnetyzmu