manyetizasyon - Magnetization

Olarak klasik elektromanyetizma , mıknatıslanma olan vektör alanı ifade yoğunluğu sürekli ya da neden olduğu bir manyetik dipol momentleri bir manyetik malzeme. Bu alandaki hareket yön ile tanımlanır ve Eksenel veya Çapsaldır. Manyetik özelliklerinden sorumlu Manyetik anlar üzerinde orijini mikroskopik olabilir elektrik akımları hareketinden kaynaklanan elektron içinde atomu ya da bir dönüş elektron veya çekirdeklerin. Net manyetizasyon, bir malzemenin harici bir manyetik alana tepkisinden kaynaklanır . Paramanyetik malzemeler, manyetik alan kaldırıldığında kaybolan, manyetik alanda zayıf indüklenmiş bir manyetizasyona sahiptir. Ferromanyetik ve ferrimanyetik malzemeler, bir manyetik alanda güçlü bir manyetizasyona sahiptir ve harici bir alanın yokluğunda manyetizasyona sahip olacak şekilde manyetize edilebilir ve kalıcı bir mıknatıs haline gelebilir . Mıknatıslanma, bir malzeme içinde mutlaka tek tip değildir, ancak farklı noktalar arasında değişebilir. Manyetizasyon ayrıca, bir malzemenin uygulanan bir manyetik alana nasıl tepki verdiğini ve malzemenin manyetik alanı nasıl değiştirdiğini açıklar ve bu etkileşimlerden kaynaklanan kuvvetleri hesaplamak için kullanılabilir . Bu karşılaştırılabilir elektrik polarizasyon bir bir malzemenin karşılık gelen tepki ölçüsüdür, elektrik alanı içinde elektrostatik . Fizikçiler ve mühendisler genellikle manyetizasyonu birim hacim başına manyetik moment miktarı olarak tanımlarlar . Bir yalancı vektör M ile temsil edilir .

Tanım

Manyetizasyon alanı veya M- alanı aşağıdaki denkleme göre tanımlanabilir:

Burada temel olan manyetik momenti ve bir hacim elemanı ; başka bir deyişle, M alanı, ilgili bölge veya manifolddaki manyetik momentlerin dağılımıdır . Bu, aşağıdaki ilişki ile daha iyi gösterilmiştir:

burada m sıradan bir manyetik momenttir ve üçlü integral bir hacim üzerindeki entegrasyonu gösterir. Bu, M- alanını , böyle bir polarizasyona sahip benzer bir bölge veya manifold tarafından üretilen elektrik dipol momentini p belirlemek için kullanılan elektrik polarizasyon alanına veya P- alanına tamamen benzer kılar :

Temel elektrik dipol momenti nerede .

P ve M'nin "birim hacim başına moment" olarak tanımlanan bu tanımları, bazı durumlarda belirsizliklere ve paradokslara yol açabilse de, yaygın olarak benimsenmiştir.

M -Tarla ölçülür amper başına metre (A / m) ' SI birimleri.

Maxwell denklemlerinde

Manyetik alanların ( B , H ), elektrik alanlarının ( E , D ), yük yoğunluğunun ( ρ ) ve akım yoğunluğunun ( J ) davranışı Maxwell denklemleriyle tanımlanır . Manyetizasyonun rolü aşağıda açıklanmıştır.

B, H ve M arasındaki ilişkiler

Manyetizasyon, yardımcı manyetik alanı H olarak tanımlar.

( SI birimleri )
( Gauss birimleri )

çeşitli hesaplamalar için uygundur. Vakum geçirgenliği μ 0 , tanımı gereği, bir× 10 −7 V · s /( A · m ) (SI birimlerinde).

Birçok malzemede M ve H arasında bir ilişki vardır. Gelen diamagnets ve paramagnets , ilişki genellikle doğrusaldır:

burada χ , hacimsel manyetik duyarlılık olarak adlandırılır ve μ, malzemenin manyetik geçirgenliği olarak adlandırılır . Manyetik potansiyel enerji birim hacmi (yani manyetik başına enerji yoğunluğu, manyetik alanda paramanyet (veya diamagnet) arasında) aşağıdaki gibidir:

negatif gradyan, birim hacim (yani kuvvet yoğunluğu) başına paramagnet (veya diamagnet) üzerindeki manyetik kuvvettir .

Diamagnetlerde ( ) ve paramagnetlerde ( ), genellikle ve bu nedenle .

Gelen ferromagnets arasında bire bir karşılık vardır M ve H nedeniyle manyetik histerezis .

manyetik polarizasyon

Manyetizasyona alternatif olarak, manyetik polarizasyon , I (genellikle J sembolü kullanılır, akım yoğunluğu ile karıştırılmamalıdır).

( SI birimleri ).

Bu doğrudan benzetme gereğidir elektrik kutuplaşma , . Böylece manyetik polarizasyon, manyetizasyondan μ 0 faktörü kadar farklıdır :

( SI birimleri ).

Manyetizasyon tipik olarak amper/metre cinsinden ölçülürken, manyetik polarizasyon teslas cinsinden ölçülür.

manyetizasyon akımı

Mıknatıslanmanın neden olduğu mikroskobik akımlar (siyah oklar) dengelenmediğinde, ortamda bağlı hacim akımları (mavi oklar) ve bağlı yüzey akımları (kırmızı oklar) görünür.

Mıknatıslanma M , mıknatıslanma akımı olarak bilinen akım yoğunluğuna J katkıda bulunur .

ve bağlı yüzey akımı için :

böylece Maxwell denklemlerine giren toplam akım yoğunluğu şu şekilde verilir:

burada J f (ayrıca serbest yüklerinin elektrik akım yoğunluğu serbest akım ), ikinci terim mıknatıslanma katkısıdır ve son terim ile ilgilidir elektrik polarizasyon P .

manyetostatik

Serbest elektrik akımlarının ve zamana bağlı etkilerin yokluğunda, Maxwell'in manyetik nicelikleri tanımlayan denklemleri ,

Bu denklemler, elektrostatik problemlere benzer şekilde çözülebilir.

Bu anlamda −∇⋅ M , elektrik yükü yoğunluğuna ρ benzeyen hayali bir "manyetik yük yoğunluğu" rolünü oynar ; (ayrıca demanyetizasyon alanına bakınız ).

dinamikler

Nano ölçekli ve nanosaniye zaman ölçeğinde manyetizasyon düşünüldüğünde, manyetizasyonun zamana bağlı davranışı önemli hale gelir. Uygulanan bir alanla basitçe hizalanmak yerine, bir malzemedeki bireysel manyetik momentler uygulanan alanın etrafında ilerlemeye başlar ve enerji kafese aktarılırken gevşeme yoluyla hizaya gelir.

tersine çevirme

Anahtarlama olarak da bilinen manyetizasyonun tersine çevrilmesi, manyetizasyon vektörünün başlangıç ​​yönüne göre bir sabit yönelimden karşı yöne 180° (yay) yeniden yönelimine yol açan süreci ifade eder . Teknolojik olarak, bu, modern sabit disk sürücülerinde kullanıldığı gibi manyetik veri depolama işlemiyle bağlantılı manyetizmadaki en önemli işlemlerden biridir . Bugün bilindiği gibi, metalik bir mıknatısın manyetizasyonunu tersine çevirmenin yalnızca birkaç olası yolu vardır:

  1. uygulanan bir manyetik alan
  2. sıkma, enjeksiyon ile bir parçacık ışın demeti vasıtasıyla bir dönüş
  3. dairesel polarize ışıkla manyetizasyonun tersine çevrilmesi ; yani, dairesel polarize gelen elektromanyetik radyasyon

demanyetizasyon

Demanyetizasyon, manyetizasyonun azaltılması veya ortadan kaldırılmasıdır. Bunu yapmanın bir yolu, cismi , termal dalgalanmaların ferromanyetik düzenin kaynağı olan değişim etkileşimlerinin üstesinden gelmek için yeterli enerjiye sahip olduğu Curie sıcaklığının üzerine ısıtmak ve bu düzeni yok etmektir. Başka bir yol, içinden alternatif akım geçen bir elektrik bobininden çekerek, manyetizasyona karşı çıkan alanlara yol açmaktır.

Demanyetizasyonun bir uygulaması, istenmeyen manyetik alanları ortadan kaldırmaktır. Örneğin, manyetik alanlar, cep telefonları veya bilgisayarlar gibi elektronik cihazlara ve ana parçalarına yapışan kesimler yaparak işlemeye müdahale edebilir.

Ayrıca bakınız

Referanslar