磁気は、電荷の移動によって生成される自然な力です。これらの動きの一部は微視的であり、磁性材料の一種である磁石内で発生します。電荷または磁石自体の移動によって生成される磁場は、他の磁石を引き付けたり反発したり、他の荷電粒子の動きを変更したりする能力があります。
磁場:
磁場とは、磁石を取り囲む仮想的な力線であり、他の強磁性体がその磁気特性に応じて反発したり引き付けられたりすることを可能にします。
磁力線は、電子の軌道運動や導体を流れる電流など、さまざまな理由で形成されます。
磁力線には特定の特徴があります。
慣習によれば、磁力線は南極を通って地球に入り、北極を通って出ます。
磁石の極に近づくと、磁力線が特に強くなります。
この環境では、磁力線が互いに交差する可能性はありません。
磁石の強さは、それらの間の磁力線の近さに比例します。
磁場の大きさ
通電コイルが文字 H で表される磁場を生成した場合を考えてみましょう。
H =nI/L(A/m) nI/L(A/m)
ソレノイドに関しては、n は巻数を表し、l はシリンダーの長さを表します。
磁束密度は、磁場 (B) に存在する磁束の量の尺度です。物質が磁場 H にさらされたとき、それは磁束密度として知られています。物質が磁場 H にさらされたときに、1 平方メートルあたりの物質を通過する磁力線の密度が測定されます。 P>
B =X H (テスラまたはウェーバー/m2) は力の単位です。
透磁率と呼ばれ、物質が磁化できる程度として定義されます。
真空中の透磁率の値は、次の式を使用して計算できます
m =4px 10-7(H/m) m =4px 10-7(H/m)
磁気双極子
電流ループには磁気双極子の動きが存在します。原子内の各電子の軌道運動の結果として、各電子は磁気モーメントを持ちます。それとは別に、静止している各電子は、測定可能なスピン角運動量と呼ばれる不変の角運動量を持っています。この磁気モーメントは、s =9.285*10-24 J/T の固定された大きさと固定された回転方向を持っています。
したがって、原子によって生成される磁気モーメントは、軌道運動とスピン角運動量によって生成される磁気モーメントのベクトル和です。
原子内の電子の磁気モーメントは、ペアで相殺される傾向があり、これはペア キャンセルとして知られています。ヘリウムを例にとると、原子の磁気モーメントは互いに打ち消し合います。
この相殺が起こらないと、原子の磁気モーメントがゼロにならない場合があります。磁気双極子を使用して、これらのタイプの原子を表すことができます。
原則として、原子の磁気モーメントはランダムに分布しており、数十万個の原子を含む物質の体積には正味の磁気モーメントはありません。ただし、材料が外部磁場に保持されると、原子双極子にトルクが作用し、これらのトルクにより、原子双極子が磁場に平行に整列します。印加電場の強さを増すことによって、また印加電場の温度を下げることによって、整列度を高めることが可能である。十分に強い磁場が適用されると、整列はほぼ完璧になり、これを材料が磁気的に飽和していると呼びます。
原子双極子が、部分的または完全に、材料の小さな体積で整列すると、磁場の方向に正味の磁気モーメントが生じます。
磁化ベクトル I は、磁化ベクトルの単位体積あたりの磁気モーメントとして定義されます。これは、磁化の強さ、またはいくつかの円では単に磁化と呼ばれます。
その結果、I =M/V となります。
ここで、M はアンペアメートルで測定された磁気モーメントです。
2 V は容器の容積です。
I のアンペア/メートル単位が使用されます。
磁石はその磁気特性に従って分類されます。
磁石は、上記の特性に基づいて次のカテゴリに分類できます。
- 反磁性
- 常磁性
- 強磁性
- フェリ磁性
- 反強磁性体
反磁性物質
反磁性を持つ物質
反磁性物質は、磁場にさらされると負の磁化を生成するため、磁石によって反発されます。反磁性体には正味の磁気モーメントはありません。これは、外部磁場が印加されると、電子の磁気モーメントが印加された磁場の反対方向に整列するためです。これにより、正味の磁気モーメントがゼロになります。周期表のすべての元素は反磁性の性質を持っていますが、Cu、Al2O3、Si、Zn などの少数の元素だけが他の元素よりも強い反磁性を持っています.
常磁性物質
常磁性を持つ物質
正味の磁気モーメントは常磁性材料では完全に打ち消されないため、材料には小さな磁気モーメントが存在します。常磁性体では、磁気モーメントはランダムに整列し、外部磁場にさらされると、これらの磁気モーメントは適用された磁場 H の方向に整列します。これは分極効果として知られています。アルミニウム、Cr、Mo、Ti、Zr は常磁性体の例です。
強磁性物質
強磁性特性を持つ物質
強磁性は、反磁性体や常磁性体とは対照的に、磁場が取り除かれても磁性を保持する傾向がある材料の特性です。この現象はヒステリシスとも呼ばれ、磁気と磁場の変化の関係を表したグラフをヒステリシスループと呼びます。ただし、強磁性材料は、特定の点または温度で磁気特性を失う傾向があります。キュリー点またはキュリー温度は、キュリーの実験が完了した温度または点です。
フェリ磁性体
フェリ磁性を持つ物質
強磁性材料とフェリ磁性材料を比較すると、最も重要な違いは、フェリ磁性材料の一部の磁区が他の磁区と同じ方向を向いているのに対し、他の磁区は反対方向を向いていることです。対照的に、強磁性体のすべての磁区は、互いに同じ方向を向いています。
反強磁性体
反強磁性体
通常は電子のスピンに関連する反強磁性体の原子または分子の磁気モーメントは、反対方向の隣接するスピンと規則的なパターンで整列し、整列の規則的なパターンになります。
MnO は、まれな現象である反強磁性を示します。
キュリーの法則
常磁性体の磁化率が絶対温度に反比例することは、キュリーの法則として知られています。
常磁性材料の磁化率は、材料の温度が上昇するにつれて減少し、その逆も成り立ちます。強磁性体の磁化率は温度によって変化しません。
χ =C/T
ここで、C はキュリー定数を表し、
キュリーの法則に従って
定義 キュリー温度 (T) またはキュリー温度 (T) は、強磁性体の挙動が常磁性体の挙動に似ていることが観察される温度です。キュリー温度として知られているのは、強磁性体が常磁性体に変換される絶対最低温度です。その値は、Ni、Fe、Co などの強磁性体によって異なります。
Fe の場合は 358℃、CO の場合は 770℃、1120℃ である。この温度に達すると、物質の強磁性は急激に消失する。
結論 –
磁力線は、電子の軌道運動や導体を流れる電流など、さまざまな理由で形成されます。磁石の強さは、それらの間の磁力線の近さに比例します。原子内の各電子の軌道運動の結果として、各電子は磁気モーメントを持ちます。原子内の電子の磁気モーメントは、ペアで相殺される傾向があり、これはペア キャンセルとして知られています。反磁性物質には正味の磁気モーメントはありません。これは、外部磁場が印加されると、電子の磁気モーメントが印加された磁場の反対方向に整列するためです。
