자기 모멘트는 물질의 자기 특성을 특징짓는 주요 벡터량입니다. 자기의 근원은 폐쇄 전류이기 때문에 자기 모멘트의 값은 중현재 강도의 곱으로 정의 나전류 회로에 의해 커버되는 영역으로 에스:
M = I×S A × m2 .
원자와 분자의 전자 껍질에는 자기 모멘트가 있습니다. 전자 및 기타 소립자자신의 기계적 모멘트인 스핀의 존재에 의해 결정되는 스핀 자기 모멘트가 있습니다. 전자의 스핀 자기 모멘트는 강도 벡터 방향에 대한 모멘트의 동일하고 반대 방향인 두 개의 투영만이 가능한 방식으로 외부 자기장에서 배향될 수 있습니다. 자기장, 동일 보어 마그네톤- 9.274 × 10 -24A × m2.
자화 - 제이-물질의 단위 부피당 총 자기 모멘트는 다음과 같습니다.
물질의 자기 감수성, א V-단위 부피당 자기장의 세기에 대한 물질의 자화 비율:
אv = ,무차원량.
특정 자화율, א – 물질의 밀도에 대한 자화율의 비율, 즉 m 3 /kg으로 측정된 단위 질량당 자기 민감도.
투자율, μ – 이것은 물리량자기장의 영향으로 자기 유도의 변화를 특성화 . 등방성 매체의 경우 투자율은 매체의 유도 비율과 같습니다. 에외부 자기장의 세기에 시간그리고 자기 상수 μ 0 :
투자율은 무차원 양입니다. 특정 매체에 대한 값은 동일한 매체의 자화율보다 1 더 큽니다.
μ = אv+1, B \u003d μ 0 (H + J) 이후.
자기 구조와 투자율(감수성) 값에 따라 재료는 다음과 같이 나뉩니다.
다이아몬드 μ< 1 (재료는 자기장에 "저항"합니다);
상자성체 μ > 1(재료가 자기장을 약하게 감지함);
강자성체 μ >> 1(재료의 자기장이 증폭됨);
페리자석 μ >> 1(재료의 자기장은 증가하지만 재료의 자기 구조는 강자성체의 구조와 다릅니다);
반강자성체 μ ≈ 1(자기 구조가 페리 자석과 유사하지만 재료는 자기장에 약하게 반응합니다).
반자성은 물질에 작용하는 외부 자기장의 방향으로 자화되는 물질의 특성입니다(전자기 유도 법칙 및 렌츠 법칙에 따라). 반자성은 모든 물질의 특징이지만 "순수한 형태"로 반자성체로 나타납니다. 반자성체는 분자 자체에 자기 모멘트가 없는 물질(전체 자기 모멘트는 0)이므로 반자성 외에 다른 특성이 없습니다. 다이아몬드의 예:
수소, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.
물, א = - 0.7×10 -9 m3/kg.
다이아몬드, א = - 0.5×10 -9 m3/kg.
흑연, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.
구리 = - 0.09×10 -9 m3/kg.
아연, א = - 0.17×10 -9 m 3 /kg.
은 = - 0.18×10 -9 m3/kg.
금, א = - 0.14×10 -9 m 3 /kg.
43. 상자성의 성질을 설명하십시오.
상자성(paramagnetism)은 상자성체(paramagnets)라고 불리는 물질의 특성으로, 외부 자기장에 배치될 때 이 자기장의 방향과 일치하는 자기 모멘트를 얻습니다. 상자성체의 원자와 분자는 반자성체와 달리 자기 모멘트가 있습니다. 장이 없을 때 이러한 모멘트의 방향은 무질서하고(열 운동으로 인해) 물질의 총 자기 모멘트는 0입니다. 외부 자기장이 인가되면 자기장 방향으로 입자의 자기 모멘트의 부분 배향이 발생하고 외부 자기장 H의 강도에 자화 J가 추가됩니다. B = μ 0 (H+J). 물질의 유도가 향상됩니다. 상자성체의 예:
산소, א = 108×10 -9 m 3 /kg.
티탄 = 3×10 -9 m 3 /kg.
알루미늄, א = 0.6×10 -9 m 3 /kg.
플래티넘, א = 0.97×10 -9 m 3 /kg.
44. 강자성의 성질을 설명하십시오.
강자성은 특정 부피의 물질(도메인)에 있는 원자의 모든 자기 모멘트가 평행하여 도메인의 자발적 자화를 일으키는 자기적으로 정렬된 물질 상태입니다. 자기 질서의 출현은 정전기적 성질(쿨롱의 법칙)인 전자의 교환 상호작용과 관련이 있습니다. 외부 자기장이 없는 경우 서로 다른 영역의 자기 모멘트 방향은 임의적일 수 있으며 고려 중인 물질의 부피는 일반적으로 약하거나 0인 자화를 가질 수 있습니다. 자기장이 가해지면 도메인의 자기 모멘트가 자기장을 따라 배향될수록 자기장 강도가 높아집니다. 이 경우 강자성체의 투자율 값이 변하고 물질의 유도가 증가합니다. 강자성체의 예:
철, 니켈, 코발트, 가돌리늄
및 그들 자신과 다른 금속(Al, Au, Cr, Si 등) 사이의 이러한 금속의 합금. μ ≈ 100…100000.
45. 페리자성의 성질을 설명하십시오.
Ferrimagnetism은 원자 또는 이온의 자기 모멘트가 서로 동일하지 않고 방향이 반대인 총 자기 모멘트를 갖는 원자 또는 이온의 특정 부피의 물질(도메인) 자기 하위 격자에서 형성되는 자기적으로 정렬된 물질 상태입니다. Ferrimagnetism은 가장 중요한 것으로 간주 될 수 있습니다. 일반적인 경우자기적으로 정렬된 상태, 그리고 하나의 부격자가 있는 경우의 강자성. 페리자성체의 구성은 반드시 강자성체의 원자를 포함합니다. 페리자석의 예:
Fe 3 O 4 ; MgFe2O4; CuFe 2 O 4 ; MnFe 2 O 4 ; NiFe 2 O 4 ; CoFe2O4 …
페리자성체의 투자율은 강자성체와 같은 차수입니다. μ ≈ 100…100000.
46. 반강자성의 성질을 설명하시오.
반강자성은 물질의 자기적으로 정렬된 상태로, 물질의 이웃 입자의 자기 모멘트가 반대 방향으로 향하고 외부 자기장이 없을 때 물질의 총 자화가 0이라는 사실을 특징으로 합니다. 자기 구조와 관련하여 반강자성체는 다음과 같이 간주될 수 있습니다. 특별한 경우부격자의 자기 모멘트가 절대값이 같고 반평행인 페리자성체. 반강자성체의 투자율은 1에 가깝습니다. 반강자성체의 예:
Cr2O3; 망간; FeSi; Fe 2 O 3 ; 니오....... μ ≈ 1.
47. 초전도 상태에서 물질의 투자율 값은 얼마입니까?
초전이 온도 이하의 초전도체는 이상적인 반자성체입니다.
א= - 1; μ = 0.
투자율이라고 함 . 절대 자기침투성환경은 B와 H의 비율입니다. 국제 단위계에 따르면 미터당 1헨리라는 단위로 측정됩니다.
그 수치는 진공의 투자율 값에 대한 값의 비율로 표시되며 μ로 표시됩니다. 이 값을 상대 자기침투성(또는 단순히 자기 투자율) 매체의. 상대적인 수량이므로 측정 단위가 없습니다.
따라서 상대 투자율 μ는 주어진 매질의 자기장 유도가 진공 자기장 유도보다 몇 배나 더 작은지를 나타내는 값입니다.
물질이 외부 자기장에 노출되면 자화됩니다. 어떻게 이런 일이 발생합니까? Ampere의 가설에 따르면, 미세한 전류는 궤도에서 전자의 움직임과 자체 V의 존재로 인해 모든 물질에서 끊임없이 순환합니다. 정상 조건이 움직임은 무질서하고 필드는 서로 "진화"(보상)합니다. 본체를 넣을 때 외부 필드전류의 순서가 있고 몸체가 자화됩니다(즉, 자체 필드를 가짐).
모든 물질의 투자율은 다릅니다. 크기에 따라 물질은 세 가지로 나뉩니다. 대규모 그룹.
~에 다이아몬드투자율 µ의 값은 1보다 약간 작습니다. 예를 들어, 비스무트는 µ = 0.9998입니다. 다이아몬드에는 아연, 납, 석영, 구리, 유리, 수소, 벤젠 및 물이 포함됩니다.
투자율 상자성체 1보다 약간 더 큽니다(알루미늄의 경우 µ = 1.000023). 상자성 자석의 예로는 니켈, 산소, 텅스텐, 에보나이트, 백금, 질소, 공기가 있습니다.
마지막으로, 세 번째 그룹에는 투자율이 1을 훨씬 초과하는 많은 물질(주로 금속 및 합금)이 포함됩니다. 이러한 물질은 강자성체.여기에는 주로 니켈, 철, 코발트 및 그 합금이 포함됩니다. 강철의 경우 μ = 8∙10^3, 니켈-철 합금의 경우 μ=2.5∙10^5. 강자성체는 다른 물질과 구별되는 특성을 가지고 있습니다. 첫째, 잔류 자기가 있습니다. 둘째, 투자율은 외부 필드의 유도 크기에 따라 달라집니다. 셋째, 각각에 대해 특정 온도 임계 값이 있습니다. 퀴리 포인트, 강자성 특성을 잃고 상자성체가 됩니다. 니켈의 경우 퀴리점은 360°C, 철의 경우 770°C입니다.
강자성체의 특성은 투자율뿐만 아니라 I의 값에 의해 결정됩니다. 자화이 물질의. 이것은 자기 유도의 복잡한 비선형 함수이며, 자화의 성장은 자화 곡선. 이 경우 특정 지점에 도달하면 자화가 실제로 성장을 멈 춥니 다. 자기 포화). 증가하는 외부 자기장 유도 값으로부터 강자성체의 자화 값의 지연을 자기 히스테리시스. 이 경우 강자성체의 자기 특성은 현재 상태뿐만 아니라 이전 자화에도 의존합니다. 이 종속성의 곡선을 그래픽으로 표현한 것을 히스테리시스 루프.
그 특성으로 인해 강자성체는 엔지니어링에 널리 사용됩니다. 발전기 및 전기 모터의 회전자, 변압기 코어 제조 및 전자 컴퓨터 부품 생산에 사용됩니다. 강자성체는 녹음기, 전화기, 자기 테이프 및 기타 매체에 사용됩니다.
물질의 투자율 결정. 자기장 설명에서의 역할
탄도 검류계에 연결된 솔레노이드로 실험을 수행하면 솔레노이드에 전류가 켜지면 검류계 바늘의 거부에 비례하는 자속 Ф의 값을 결정할 수 있습니다. 두 번 실험을 하고 검류계의 전류(I)를 동일하게 설정하지만 첫 번째 실험에서는 솔레노이드에 코어가 없고 두 번째 실험에서는 전류를 켜기 전에 솔레노이드에 철심을 도입합니다. 두 번째 실험에서 자속은 첫 번째(코어가 없는 경우)보다 훨씬 더 큰 것으로 나타났습니다. 코어로 실험을 반복할 때 다른 두께, 솔레노이드 전체가 철로 채워져 있을 때, 즉 철심에 권선이 팽팽하게 감겨 있을 때 최대의 흐름이 얻어짐을 알 수 있다. 다양한 코어로 실험할 수 있습니다. 결과는 다음과 같습니다.
여기서 $Ф$는 코어가 있는 코일의 자속이고 $Ф_0$은 코어가 없는 코일의 자속입니다. 코어가 솔레노이드에 도입될 때 자속의 증가는 지향성 암페어 분자 전류의 조합에 의해 생성된 자속이 솔레노이드 권선에 전류를 생성하는 자속에 추가되었다는 사실에 의해 설명됩니다. 자기장의 영향으로 분자 전류가 지향되고 총 자기 모멘트가 0이되지 않고 추가 자기장이 발생합니다.
정의
매질의 자기적 특성을 나타내는 $\mu $ 값을 투자율(또는 상대 투자율)이라고 합니다.
이것은 물질의 무차원 특성입니다. 자속 Ф가 $\mu $ 배 (1) 증가한다는 것은 코어의 자기 유도 $\overrightarrow(B)$가 솔레노이드의 동일한 전류에서 진공보다 몇 배 더 크다는 것을 의미합니다. 따라서 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
\[\overrightarrow(B)=\mu (\overrightarrow(B))_0\left(2\right),\]
여기서 $(\overrightarrow(B))_0$는 진공에서의 자기장 유도입니다.
자기장의 주력 특성인 자기유도와 함께 자기장 세기($\overrightarrow(H)$)와 같은 보조 벡터량을 사용하는데, 이는 $\overrightarrow(B)$에 의해 다음 관계:
\[\overrightarrow(B)=\mu \overrightarrow(H)\left(3\right).\]
코어가 있는 실험에 공식 (3)을 적용하면 코어가 없을 때 다음을 얻습니다.
\[(\overrightarrow(B))_0=(\mu )_0\overrightarrow(H_0)\left(4\right),\]
여기서 $\mu$=1. 코어가 있는 경우 다음을 얻습니다.
\[\overrightarrow(B)=\mu (\mu )_0\overrightarrow(H)\left(5\right).\]
그러나 (2)가 만족되므로 다음과 같이 밝혀집니다.
\[\mu (\mu )_0\overrightarrow(H)=(\mu m)_0\overrightarrow(H_0)\to \overrightarrow(H)=\overrightarrow(H_0)\left(6\right)\]
자기장의 세기는 공간을 채우는 균질한 물질의 종류에 의존하지 않는다는 것을 알게 되었습니다. 대부분의 물질의 투자율은 강자성체를 제외하고 거의 1입니다.
일반적으로 자화 벡터($\overrightarrow(J)$)는 자석의 각 지점에서 강도 벡터와 연결됩니다.
\[\overrightarrow(J)=\varkappa \overrightarrow(H)\left(7\right),\]
여기서 $\varkappa $는 무차원량인 자화율입니다. 비 강자성 물질 및 작은 필드의 경우 $\varkappa $는 강도에 의존하지 않고 스칼라 양입니다. 등방성 매질에서 $\varkappa$는 텐서이고 $\overrightarrow(J)$와 $\overrightarrow(H)$의 방향이 일치하지 않습니다.
(8)에 자화 벡터 (7)에 대한 식을 대입하면 다음을 얻습니다.
\[\overrightarrow(H)=\frac(\overrightarrow(B))((\mu )_0)-\overrightarrow(H)\left(9\right).\]
긴장을 표현하면 다음을 얻습니다.
\[\overrightarrow(H)=\frac(\overrightarrow(B))((\mu )_0\left(1+\varkappa \right))\to \overrightarrow(B)=(\mu )_0\left( 1+\varkappa \right)\overrightarrow(H)\left(10\right).\]
식 (5)와 (10)을 비교하면 다음을 얻습니다.
\[\mu =1+\varkappa \left(11\right).\]
자화율은 양수 또는 음수일 수 있습니다. (11)에서 투자율은 1보다 크고 1보다 작을 수 있습니다.
실시예 1
과제: 액체 산소에 잠겨 있는 경우 I=2A의 전류로 반경 R=0.1m인 원형 코일의 중심에서의 자화를 계산하십시오. 액체 산소의 자화율은 $\varkappa =3.4\cdot (10)^(-3)입니다.$
문제를 해결하기 위한 기초로 자기장 강도와 자화 사이의 관계를 반영하는 식을 취합니다.
\[\overrightarrow(J)=\varkappa \overrightarrow(H)\left(1.1\right).\]
이 지점에서 자화를 계산해야 하므로 전류가 흐르는 코일의 중심에서 필드를 찾자.
전류가 흐르는 도체의 기본 섹션(그림 1)을 선택하여 문제를 해결하기 위한 기초로 전류가 있는 코일 요소의 강도 공식을 사용합니다.
여기서 $\ \overrightarrow(r)$는 현재 요소에서 고려 중인 점까지 그린 반경 벡터이고, $\overrightarrow(dl)$는 전류가 있는 도체의 요소입니다(방향은 전류의 방향으로 지정됨 ), $\vartheta$는 $ \overrightarrow(dl)$와 $\overrightarrow(r)$ 사이의 각도입니다. 그림을 기반으로 1 $\vartheta=90()^\circ $, 따라서 (1.1)은 단순화되며, 또한 전류가 있는 도체 요소의 원 중심(자계를 찾는 지점)으로부터의 거리 일정하고 코일의 반지름(R)과 같으므로 다음을 얻습니다.
자기장 세기의 결과 벡터는 X축을 따라 향하며, 모든 전류 요소가 심지의 중심에 자기장을 생성하기 때문에 개별 벡터 $\ \ \overrightarrow(dH),$의 합으로 찾을 수 있습니다. 코일의 법선을 따라 지시됩니다. 그런 다음 중첩의 원리에 따라 적분으로 이동하여 자기장의 총 강도를 얻을 수 있습니다.
(1.3)을 (1.4)로 대체하면 다음을 얻습니다.
(1.5)에서 (1.1)로 강도를 대입하면 자화를 찾습니다.
모든 단위는 SI 시스템으로 지정됩니다. 계산을 해봅시다.
답: $J=3,4\cdot (10)^(-2)\frac(A)(m).$
실시예 2
작업: 분자 전류에 의해 결정되는 외부 균일 자기장에 있는 텅스텐 막대의 총 자기장 비율을 계산합니다. 텅스텐의 투자율은 $\mu =1.0176.$입니다.
분자 전류로 설명되는 자기장 유도($B"$)는 다음과 같이 찾을 수 있습니다.
여기서 $J$는 자화입니다. 다음 식으로 자기장 강도와 관련이 있습니다.
물질의 자화율은 다음과 같이 찾을 수 있습니다.
\[\varkappa =\mu -1\ \left(2.3\right).\]
따라서 우리는 분자 전류의 자기장을 다음과 같이 찾습니다.
막대의 전체 필드는 다음 공식에 따라 계산됩니다.
식 (2.4)와 (2.5)를 사용하여 필요한 관계를 찾습니다.
\[\frac(B")(B)=\frac((\mu )_0\left(\mu -1\right)H)(\mu (\mu )_0H)=\frac(\mu -1) (\뮤 ).\]
계산을 해보자:
\[\frac(B")(B)=\frac(1.0176-1)(1.0176)=0.0173.\]
답: $\frac(B")(B)=0.0173.$
위에서 설명한 실험에서 철심 대신 다른 재료의 코어를 취하면 자속의 변화도 감지 할 수 있습니다. 가장 눈에 띄는 효과는 철과 자기 특성이 유사한 재료(예: 니켈, 코발트 및 일부 자성 합금)에서 생성될 것으로 예상하는 것이 가장 자연스럽습니다. 실제로 이러한 재료의 코어가 코일에 도입되면 자속의 증가가 상당히 큰 것으로 판명되었습니다. 즉, 투자율이 높다고 말할 수 있습니다. 예를 들어 니켈의 경우 코발트 100의 경우 50의 값에 도달할 수 있습니다. 큰 값강자성 물질의 한 그룹으로 결합됩니다.
그러나 다른 모든 "비자성" 재료도 자속에 약간의 영향을 미치지만 이 효과는 강자성 재료의 영향보다 훨씬 적습니다. 매우 신중하게 측정하면 이러한 변화를 감지할 수 있고 투자율을 결정할 수 있습니다. 다양한 재료. 그러나 위에서 설명한 실험에서 캐비티가 철로 채워진 코일의 자속과 내부에 공기가있는 코일의 자속을 비교했다는 점을 명심해야합니다. 철, 니켈, 코발트와 같은 강한 자성 재료에 대해 이야기하는 동안 공기의 존재는 자속에 거의 영향을 미치지 않기 때문에 이것은 중요하지 않습니다. 그러나 다른 물질, 특히 공기 자체의 자기 특성을 연구할 때는 물론 내부에 공기가 없는(진공) 코일과 비교해야 합니다. 따라서 투자율에 대해 우리는 연구 중인 물질과 진공에서 자속의 비율을 취합니다. 즉, 진공에 대한 투자율을 단위로 취합니다(if , then ).
측정 결과 모든 물질의 투자율은 단일성과 다르지만 대부분의 경우 이 차이는 매우 작습니다. 그러나 어떤 물질은 투자율이 1보다 크고 다른 물질은 1보다 작다는 사실은 특히 주목할 만합니다. 즉, 코일에 어떤 물질을 채우면 자속이 증가하고 코일에 다른 물질을 채우면 이 자속이 감소합니다. . 이러한 물질 중 첫 번째는 상자성()이라고 하고 두 번째는 반자성()이라고 합니다. 표로. 도 7에 도시된 바와 같이, 단일체로부터의 투자율의 차이는 상자성 및 반자성 물질 모두에 대해 작다.
상자성 및 반자성체의 경우 투자율은 외부 자화장의 자기 유도에 의존하지 않습니다. 즉, 주어진 물질을 특성화하는 상수 값입니다. § 149에서 볼 수 있듯이 이것은 철 및 기타 유사한(강자성) 물체의 경우가 아닙니다.
표 7. 일부 상자성 및 반자성 물질의 투자율
|
상자성 물질 |
반자성 물질 |
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질소(기체) |
수소(기체) |
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공기(기체) |
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산소(기체) |
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산소(액체) |
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알류미늄 |
|||
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텅스텐 |
|||
상자성 및 반자성 물질이 자속에 미치는 영향과 강자성 물질의 영향은 기본 암페어 전류에서 발생하는 자속이 코일 권선의 전류에 의해 생성된 자속에 추가된다는 사실에 의해 설명됩니다. 상자성 물질은 코일의 자속을 증가시킵니다. 코일이 상자성 물질로 채워질 때 자속의 이러한 증가는 상자성 물질에서 외부 자기장의 작용하에 기본 전류의 방향이 권선 전류의 방향과 일치하도록 배향됨을 나타냅니다(그림 276). 단일성과 약간의 차이는 상자성 물질의 경우 이 추가 자속이 매우 작다는 것, 즉 상자성 물질이 매우 약하게 자화된다는 것을 나타냅니다.
코일이 반자성 물질로 채워질 때 자속의 감소는 이 경우 기본 암페어 전류의 자속이 코일의 자속과 반대 방향으로 향함을 의미합니다. 권선 전류와 반대 방향으로 향하는 외부 자기장의 작용(그림 277). 이 경우 단일성 편차가 작다는 것은 이러한 기본 전류의 추가 흐름이 작다는 것을 나타냅니다.
쌀. 277. 코일 내부의 반자성 물질은 솔레노이드의 자기장을 약화시킵니다. 그것들의 기본 전류는 솔레노이드의 전류와 반대 방향으로 향합니다.
4. 자성 재료. 라디오 재료의 화학전기 및 무선 통신에서 자성 재료는 전도성 및 유전체 재료와 동일한 중요한 역할을 합니다. 전기 기계, 변압기, 초크, 전기 및 무선 장비 및 측정기자성 재료는 항상 어떤 형태로든 사용됩니다. 영구 자석또는 자기장 차폐용.
자기장에 놓인 모든 물질은 특정 자기 모멘트 M을 얻습니다. 단위 부피당 자기 모멘트를 자화 J m이라고 합니다.
Jm = M/V. (4.1)
자화는 자기장의 강도와 관련이 있습니다.
Jm = kmH, (4.2)
여기서 k m은 자기장에서 자화되는 주어진 물질의 능력을 특징으로 하는 무차원 양이며 자기 감수성 .
물질의 자기 특성의 근본 원인은 자기 모멘트가 있는 기본 원형 전류인 전하 이동의 내부 숨겨진 형태입니다. 이러한 전류는 원자에서 전자의 궤도 스핀과 궤도 회전입니다. 양성자와 중성자의 자기 모멘트는 전자의 자기 모멘트보다 약 1000배 작으므로 원자의 자기 특성은 전적으로 전자에 의해 결정되므로 핵의 자기 모멘트는 무시할 수 있습니다.
외부 자기장에 대한 반응과 내부 자기 질서의 특성에 따라 자연의 모든 물질은 다섯 그룹으로 나눌 수 있습니다.
다이아몬드 - 투자율 m은 1보다 작고 외부 자기장의 강도에 의존하지 않습니다.
반자성은 원자가 자기장에 도입될 때 전자의 궤도 회전 각속도의 작은 변화에 기인합니다.
반자성 효과는 보편적이며 모든 물질에 고유합니다. 그러나 대부분의 경우 더 강한 자기 효과에 의해 가려집니다.
반자성체는 불활성 기체, 수소, 질소, 많은 액체(물, 기름), 다수의 금속(구리, 은, 금, 아연, 수은 등), 대부분의 반도체 및 유기 화합물. 다이아몬드는 공유 화학 결합을 가진 모든 물질과 초전도 상태의 물질입니다.
반자성의 외부 징후는 불균일한 자기장에서 반자석의 추방입니다.
상자성체 - 외부 자기장의 세기와 무관하게 m이 1보다 큰 물질.
외부 자기장은 원자의 자기 모멘트를 한 방향으로 우선적으로 배향시킵니다.
자기장에 놓인 상자성 자석은 자기장에 끌어당깁니다.
상자성 자석에는 산소, 산화질소, 알칼리 및 알칼리 토금속, 철 염, 코발트, 니켈 및 희토류 원소가 포함됩니다.
상자성 효과 물리적 성질많은 면에서 유전체의 쌍극자 완화 분극과 유사합니다.
에게 강자성체 외부 자기장 및 온도의 강도에 크게 의존하는 높은 투자율(최대 10 6)을 갖는 물질을 포함합니다.
강자성체는 원자의 자기 모멘트가 평행하게 배향된 거시적 영역의 존재로 표현되는 내부 자기 정렬에 내재되어 있습니다. 강자성체의 가장 중요한 특징은 약한 자기장에서 포화 상태로 자화되는 능력입니다.
반강자성체 특정 온도 T ° 미만에서 결정 격자의 동일한 원자 또는 이온의 자기 모멘트의 역 평행 배향이 자발적으로 발생하는 물질입니다
가열되면 반강자성체는 상자성 상태가 됩니다. 반강자성은 크롬, 망간 및 다수의 희토류 원소(Ce, Nd, Sm, Tm 등)에서 발견되었습니다.
에게 페리자석 자기 특성이 보상되지 않은 반강자성으로 인한 물질을 포함합니다. 투자율은 높으며 자기장 강도와 온도에 크게 의존합니다.
일부 정렬된 금속 합금은 페리자성체의 특성을 갖지만 주로 다양한 산화물 화합물 및 페라이트가 주요 관심 대상입니다.
Dia-, para- 및 antiferromagnet은 그룹으로 결합될 수 있습니다. 약한 자기 강자성체와 페리자성체는 높은 자기 자료가 가장 큰 관심사입니다.
자기장에서 강자성 물질의 거동은 초기 자화 곡선을 특징으로 합니다.
쌀. 4.1. 초기 자화 곡선.
자기장 강도 H에 대한 재료의 자기 유도 B 의존성을 보여줍니다.
자성 재료의 특성은 자기 특성으로 평가됩니다. 주요 내용을 살펴 보겠습니다.
재료의 절대 투자율 m은 주어진 재료에 대한 자화 곡선의 주어진 지점에서 자기장 강도 H에 대한 자기 유도 B의 비율이며 H/m로 표시됩니다.
m a \u003d B / H (4.3)
재료 m의 상대 투자율은 자기 상수에 대한 절대 투자율의 비율입니다.
m \u003d m a / m o (4.4)
μ 0 - 진공에서 자기장을 특성화합니다(m 0 \u003d 1.256637 10 -6 Gn / m).
절대 투자율은 계산에만 사용됩니다. 자성 재료의 특성을 평가하기 위해 선택한 단위 시스템에 의존하지 않는 m이 사용됩니다. 투자율이라고 합니다. 투자율은 자기장의 강도에 따라 다릅니다.
쌀. 4.2. 자기장 강도에 대한 투자율의 의존성.
초기 m n 과 최대 투자율 m m 이 있으며 초기 투자율은 0에 가까운 자기장 강도에서 측정됩니다.
m n 및 m m의 큰 값은 이 물질이 약하고 강한 자기장에서 쉽게 자화됨을 나타냅니다.
투자율 TKm의 온도 계수는 다음에 따라 m의 변화 특성을 추정할 수 있습니다.
TC μ \u003d (μ 2 - μ 1) / μ 1 (T 2 - T 1)
T °에 대한 μ의 일반적인 의존성은 그림 4.3에 나와 있습니다.
그림 4.3. 온도에 대한 강자성 재료의 투자율의 일반적인 의존성
μ가 거의 0으로 떨어지는 온도를 퀴리 온도 T k T > T k에서 재료의 원자와 분자의 강렬한 열 운동으로 인해 자화 과정이 중단되므로 재료가 강자성을 멈춥니다.
따라서 순철의 경우 T k \u003d 768 ° C
니켈 T k = 358°C의 경우
코발트 T c = 1131°C의 경우
모든 자성체의 특성인 유도 B s 를 포화 유도라고 합니다(그림 4.4 참조). 주어진 H에 대해 B가 많을수록 자성 재료가 더 좋습니다.
자기장 강도 H를 지속적으로 증가시켜 자성 재료 샘플이 자화되면 자기 유도 B도 초기 자화 곡선 1을 따라 지속적으로 증가합니다.
그림 4.4. 자성 재료의 히스테리시스 루프
이 곡선은 포화 유도 B s 에 해당하는 지점에서 끝납니다. H가 감소하면 유도도 감소하지만 B m 값에서 시작하여 B 값은 초기 자화 곡선과 일치하지 않습니다.
잔류 자기 유도 B r 은 H=0일 때 강자성 물질에서 관찰됩니다. 샘플의 자기를 제거하려면 자기장 강도가 반대 방향인 H로 변경해야 합니다. 유도가 0이 되는 자기장 강도를 보자력 H s라고 합니다. Hc가 많을수록 재료가 자기를 덜 자기화할 수 있습니다.
자기를 제거한 후 재료가 반대 방향으로 자화되면 닫힌 루프가 형성되며 이를 폐루프라고 합니다. 히스테리시스 루프 제한 - 자기 유도가 포화 유도 B s 와 같아질 때 +H에서 -H로 자기장 강도의 부드러운 변화로 취해진 루프.
이것은 한 사이클에서 재료의 단위 질량의 자화 반전에 소비된 손실 Pg[W/kg]입니다. 그 값은 자화 반전 주파수와 최대 유도 값에 따라 다릅니다. 그들은 히스테리시스 루프의 면적에 의해 (한 사이클에서) 결정됩니다.
재료가 교류 자기장에 의해 재자화될 때 형성되며 정적 자기장보다 더 큰 면적을 갖기 때문입니다. 교류 자기장의 작용하에 히스테리시스 손실 외에도 와전류 및 자기 후유증(H에서 매개변수의 시간 지연)에 대한 손실이 있으며, 이는 재료의 자기 점도에 의해 결정됩니다.
와전류 Pv로 인한 에너지 손실은 재료 ρ의 전기 저항에 따라 달라집니다. ρ가 클수록 손실이 줄어듭니다. P in은 또한 재료의 밀도와 두께에 따라 달라집니다. 그들은 자기 유도 진폭의 제곱에 비례합니다. B m 및 교류 필드의 주파수 f.
히스테리시스 루프의 모양을 추정하기 위해 히스테리시스 루프의 직각 계수가 사용됩니다.
K p \u003d B r / B m (4.6)
K p가 클수록 루프가 더 직사각형입니다. 자동화 및 메모리 컴퓨터에 사용되는 자성 재료의 경우 K p = 0.7-0.9입니다.
이것은 자기적으로 단단한 물질의 특성 평가에 사용되는 특성으로 다음 공식으로 표현됩니다.
Wm = 1/2(BdHd), (4.7)
여기서 B d 및 H d는 각각 비체적 에너지의 최대값에 해당하는 자기장의 유도 및 강도입니다(그림 4.5).
그림 4.5. 자기 소거 및 자기 에너지 곡선
체적 에너지가 클수록 자성 재료와 영구 자석이 더 좋아집니다.
자기장의 거동에 따라 모든 자성 재료는 자기적으로 연성(MMM)과 자기적으로 경성(MTM)의 두 가지 주요 그룹으로 나뉩니다. MMM은 초기 및 최대 투자율의 높은 값과 보자력의 낮은 값(4000A/m 미만)이 특징입니다. 그들은 쉽게 자화 및 자화되며 히스테리시스 손실이 낮습니다.
MMM이 순수할수록 자기 특성이 좋아집니다.
MTM은 보자력(4000A/m 이상)과 잔류유도(0.1T 이상)가 크다. 그들은 큰 어려움으로 자화되지만 오랜 시간 동안 자기 에너지를 유지할 수 있습니다. 일정한 자기장의 소스 역할을 합니다.
그들의 구성에 따라 모든 자성 재료는 다음과 같이 나뉩니다.
금속 자성 재료는 순수 금속(철, 코발트, 니켈) 및 일부 금속의 자성 합금입니다.
비금속 자성 재료 - 산화철과 다른 금속 산화물의 분말 혼합물에서 얻은 페라이트. 프레스 페라이트 제품은 어닐링되어 단단한 모 놀리 식 부품으로 바뀝니다.
자기유전체는 60~80%의 분말 자성 재료와 40~20%의 유전체로 구성된 복합 재료입니다.
페라이트 및 자기유전체는 와전류 손실이 작은 ρ(10 2 -10 8 ohm·m)가 큰 금속 자성 재료와 다릅니다. 이를 통해 고주파 기술에서 사용할 수 있습니다. 또한, 페라이트는 넓은 주파수 범위(마이크로파 포함)에서 자기 매개변수의 안정성이 높습니다.
전자 장비에 사용되는 주요 연자성 재료는 카보닐 철, 퍼멀로이, 알시퍼 및 저탄소 규소강입니다.
직경 1~8μm의 구형 입자로 구성된 미세하게 분산된 분말입니다.
μ n \u003d 2500 - 3000
μm = 20000 - 21000
H s = 4.5 – 6.2A/m
고주파 자기 유전체 코어의 제조에 사용됩니다.
니켈 함량이 45-80%인 연성 철-니켈 합금은 최대 1 µm 두께의 얇은 시트와 스트립으로 쉽게 압연됩니다. 니켈 함량이 45~50%이면 저니켈, 60~80%는 고니켈이라고 합니다.
μ n \u003d 2000-14000
μm = 50000 - 270000
Hs \u003d 2-10A / m
ρ = 0.25 – 0.45μΩ·m
자기 특성을 향상시키기 위해 몰리브덴, 크롬, 실리콘 또는 구리가 퍼멀로이에 도입되고 터보 분자 펌프를 사용하여 수소 또는 진공에서 어닐링됩니다.
도핑된 퍼멀로이는 1–5MHz의 주파수에서 작동하는 장비 부품에 사용됩니다. 자기 증폭기에서는 직사각형 히스테리시스 루프가 있는 퍼멀로이가 사용됩니다.
그들은 5.5-13% 알루미늄, 9-10% 실리콘, 나머지는 철로 구성된 비 가단성 취성 합금입니다.
μ n \u003d 6000 - 7000
μm = 30000 - 35000
N s = 2.2A/m
ρ = 0.8μΩ·m
최대 50kHz 범위에서 작동하는 캐스트 코어가 만들어집니다.
그들은 0.8-4.8 %의 실리콘을 함유 한 철 합금이며 탄소 함량은 0.08 % 이하입니다. 이것은 비교적 저렴한 재료입니다. 소개 큰 수실리콘은 재료의 자기 특성을 향상시키지만 취성을 증가시킵니다(따라서 실리콘은 4.8% 이하).
규소 강판은 가열된 상태와 가열되지 않은 상태의 블랭크를 압연하여 만들어지므로 열연강판과 냉연강판으로 구분됩니다.
냉연강판의 자기특성 향상은 자속의 방향과 압연의 방향이 일치할 때만 관찰된다. 그렇지 않으면 열연 강재의 특성이 더 높습니다.
표 4.1. 강철은 덜 중요한 REA 단위에 사용됩니다.
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열간 압연 |
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냉간 압연 |
구성에 따라 자기적으로 단단한 물질을 얻는 상태와 방법은 다음과 같이 나뉩니다.
영구자석 재료의 특성은 보자력, 잔류유도, 자석이 외부 공간으로 방출하는 최대 에너지이다. 영구자석 재료의 투자율은 MMM보다 낮고 보자력이 높을수록 투자율은 낮아집니다.
이 강철은 영구 자석을 위한 가장 간단하고 저렴한 재료입니다. 그들은 텅스텐, 크롬, 몰리브덴 및 코발트와 합금됩니다. 마르텐사이트 강의 Wm 값은 1–4 kJ/m 3 입니다. 현재 마르텐사이트 강은 낮은 자기 특성으로 인해 사용이 제한되지만 완전히 폐기되지는 않습니다. 그들은 저렴하고 금속 절단 기계에서 가공할 수 있습니다.
이전에 합금이라고 불렸던 Al-Ni-Fe 3원 합금은 자기 에너지가 크다. 알니 . 이러한 합금에 코발트 또는 실리콘을 첨가하면 자기 특성이 증가합니다. 이러한 합금의 단점은 연삭으로만 처리할 수 있는 취성과 경도로 인해 정확한 치수의 제품을 제조하기 어렵다는 것입니다.
엄격하게 일관된 치수를 가진 특히 작은 제품을 얻을 필요가 영구 자석을 얻기 위해 분말 야금법을 사용하게 되었습니다. 동시에 세라믹 금속 자석과 분말 입자가 하나 또는 다른 바인더로 결합 된 자석 (금속 플라스틱 자석)이 구별됩니다.
이러한 합금에는 vikalloy, kunife, kuniko 등이 포함됩니다. 이러한 합금에 대한 기본 아이디어는 표 4.2에 나와 있습니다.
표 4.2.
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합금 등급 |
화학 구성 %, 나머지. 철 |
N s, |
Wm, |
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비칼로이 I |
51-54 공동 |
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비칼로이 II |
51-54 공동 |
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쿠니페 II |
50Cu,20Ni 2.5Co |
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50Cu, 21Ni, 29Co |
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쿠니코 2세 |
이들은 ZnO, NiO와 같은 다른 금속의 산화물과 산화철 Fe 2 O 3의 화합물입니다. 페라이트는 이러한 금속 산화물의 분말 혼합물로 만들어집니다.
페라이트의 이름은 1가, 2가 금속의 이름으로 결정되며, 그 산화물은 페라이트의 일부입니다.
ZnO가 징크 페라이트인 경우
NiO는 니켈 페라이트입니다.
페라이트는 입방체를 가지고 있습니다 결정 격자, 자연에서 발견되는 스피넬 격자와 유사: MgO·Al 2 O 3 . 천연 자성 철광석 FeO·Fe 2 O 3 와 같은 이러한 유형의 화합물 대부분은 자기 특성을 가지고 있습니다. 그러나 아연 페라이트와 카드뮴 페라이트는 비자성입니다. 연구에 따르면 자기 특성의 유무는 이러한 물질의 결정 구조, 특히 산소 이온 사이의 2가 금속 및 철 이온의 배열에 의해 결정됩니다. 일반적인 스피넬 구조의 경우 Zn ++ 또는 Cd ++ 이온이 산소 사면체의 중심에 위치하면 자기 특성이 없습니다. 이른바 역스피넬(inverted spinel) 구조로 산소 사면체의 중심에 Fe +++ 이온이 위치할 때 물질은 자기적 성질을 갖는다. 산화철 외에 하나의 산화물만 포함하는 페라이트를 단순이라고 합니다. 화학식단순 페라이트:
MeOx Fe 2 O 3 또는 MeFe 2 O 4
아연 페라이트 - ZnFe 2 O 4, 니켈 페라이트 - NiFe 2 O 4.
모든 단순 페라이트가 자성을 갖는 것은 아닙니다. 따라서 CdFe 2 O 4는 비자성 물질입니다.
최상의 자기 특성은 복합 페라이트 또는 혼합 페라이트가 소유하며, 이 페라이트는 서로 고용되어 있습니다. 이 경우 비자성 페라이트도 단순 자성 페라이트와 함께 사용됩니다. 널리 사용되는 니켈-아연 페라이트의 일반 공식은 다음과 같습니다.
mNiO Fe 2 O 3 + nZnO Fe 2 O 3 + pFeO Fe 2 O 3 , (4.8)
여기서 계수 m, n 및 p는 구성 요소 간의 정량적 비율을 결정합니다. 구성 요소의 비율 구성은 재료의 특정 자기 특성을 얻는 데 중요한 역할을 합니다.
CEA에서 가장 널리 사용되는 것은 혼합 연자성 페라이트(니켈-아연, 망간-아연 및 리튬-아연)입니다.
페라이트의 장점– 넓은 주파수 범위에서 자기 특성의 안정성, 와전류에 의한 낮은 손실, 낮은 자기파 감쇠 계수 및 페라이트 부품의 제조 용이성.
모든 페라이트의 단점- 취성 및 온도 및 기계적 영향에 대한 자기 특성의 확연한 의존성.
이들은 약간의 유기 또는 무기 유전체에 의해 연결된 자기 연성 재료의 미세하게 분산된 입자로 구성된 복합 재료입니다. 미세하게 분산된 MMM으로 카르보닐 철, 알시퍼 및 일부 종류의 퍼멀로이가 사용됩니다. 유전체 - 에폭시 또는 베이클라이트 수지, 폴리스티렌, 액체 유리 등
유전체의 목적은 자성 물질의 입자를 연결하는 것뿐만 아니라 그들 사이에 전기 절연층을 생성하여 자기 유전체의 전기 저항을 높이는 것입니다. 이것은 와전류 손실을 극적으로 줄이고 10–100MHz의 주파수에서 작동하는 것을 가능하게 합니다(구성에 따라 다름).
자기 유전체의 자기 특성은 원래의 강자성 필러보다 다소 낮습니다. 그럼에도 불구하고 자기 유전체는 고주파 REA 장치의 코어 제조에 사용됩니다. 이것은 자기 특성의 높은 안정성과 복잡한 모양의 코어를 제조할 가능성 때문입니다. 또한 유전체로 만들어진 제품은 높은 표면 조도와 치수 정확도가 특징입니다.
최고의 자기 유전체는 몰리브덴 퍼멀로이 또는 카르보닐 철로 채워집니다.
