Magnetizace - Magnetization - Wikipedia

Články o
Elektromagnetismus
Elektřina Magnetismus Dějiny Učebnice
Elektrostatika Elektrický náboj Coulombův zákon Dirigent Hustota náboje Permitivita Elektrický dipólový moment Elektrické pole Elektrický potenciál Elektrický tok  / potenciální energie Elektrostatický výboj Gaussův zákon Indukce Izolátor Hustota polarizace Statická elektřina Triboelektřina
Magnetostatika Ampereův zákon Biot – Savartův zákon Gaussův zákon pro magnetismus Magnetické pole Magnetický tok Magnetický dipólový moment Magnetická propustnost Magnetický skalární potenciál Magnetizace Magnetomotorická síla Pravidlo pravé ruky
Elektrodynamika Lorentzův silový zákon Elektromagnetická indukce Faradayův zákon Lenzův zákon Zdvihový proud Potenciál magnetického vektoru Maxwellovy rovnice Elektromagnetické pole Elektromagnetický puls Elektromagnetická radiace Maxwellův tenzor Poyntingův vektor Liénard – Wiechertův potenciál Jefimenkovy rovnice Vířivý proud Londýnské rovnice Matematické popisy elektromagnetického pole
Elektrická síť Střídavý proud Kapacita Stejnosměrný proud Elektrický proud Elektrolýza Hustota proudu Joule topení Elektromotorická síla Impedance Indukčnost Ohmův zákon Paralelní obvod Odpor Rezonanční dutiny Sériový obvod Napětí Vlnovody
Koviantní formulace Elektromagnetický tenzor (tenzor napětí a energie ) Čtyřproudové Elektromagnetický čtyř potenciál
Vědci Ampér Biot Coulomb Davy Einstein Faraday Fizeau Gauss Heaviside Jindřich Hertz Joule Lenz Lorentz Maxwell Ørsted Ohm Ritchie Savart Zpěvák Tesla Volta Weber

v klasický elektromagnetismus, magnetizace nebo magnetická polarizace je vektorové pole který vyjadřuje hustota trvalé nebo indukované magnetické dipólové momenty v magnetickém materiálu. Původ magnetických momentů odpovědných za magnetizaci může být buď mikroskopický elektrické proudy vyplývající z pohybu elektrony v atomy, nebo roztočit elektronů nebo jader. Čistá magnetizace je výsledkem reakce materiálu na vnější magnetické pole. Paramagnetické materiály mají slabou indukovanou magnetizaci v magnetickém poli, která zmizí, když je magnetické pole odstraněno. Feromagnetické a ferimagnetický materiály mají silnou magnetizaci v magnetickém poli a mohou být zmagnetizovaný mít magnetizaci v nepřítomnosti vnějšího pole a stát se stálý magnet. Magnetizace nemusí být v materiálu nutně jednotná, ale může se mezi různými body lišit. Magnetizace také popisuje, jak materiál reaguje na aplikovaný materiál magnetické pole stejně jako způsob, jakým materiál mění magnetické pole, a lze jej použít k výpočtu síly které vyplývají z těchto interakcí. Lze to přirovnat k elektrická polarizace, což je míra odpovídající odezvy materiálu na elektrické pole v elektrostatika. Fyzici a inženýři obvykle definují magnetizaci jako množství magnetický moment na jednotku objemu.^[1]Představuje to a pseudovektor M.

Definice

Magnetizační pole nebo M-pole lze definovat podle následující rovnice:

${ displaystyle mathbf {M} = { frac { mathrm {d} mathbf {m}} { mathrm {d} V}}}$

Kde ${ displaystyle mathrm {d} mathbf {m}}$ je elementární magnetický moment a ${ displaystyle mathrm {d} V}$ je objemový prvek; jinými slovy, M-pole je distribuce magnetických momentů v oblasti nebo potrubí znepokojený. To je lépe ilustrováno následujícím vztahem:

${ displaystyle mathbf {m} = iiint mathbf {M} , mathrm {d} V}$

kde m je obyčejný magnetický moment a trojný integrál označuje integraci přes objem. To dělá M- pole zcela analogické s elektrické polarizační pole nebo P- pole, které se používá k určení elektrický dipólový moment p generované podobnou oblastí nebo potrubím s takovou polarizací:

${ displaystyle mathbf {P} = { mathrm {d} mathbf {p} over mathrm {d} V}, quad mathbf {p} = iiint mathbf {P} , mathrm { d} V}$

Kde ${ displaystyle mathrm {d} mathbf {p}}$ je základní elektrický dipólový moment.

Tyto definice P a M jako „momenty na jednotku objemu“ jsou široce přijímány, i když v některých případech mohou vést k dvojznačnostem a paradoxům.^[1]

The M- pole se měří v ampéry za Metr (A / m) v SI Jednotky.^[2]

Fyzikální aplikace

Magnetizace není často uvedena jako materiálový parametr pro komerčně dostupné feromagnety. Místo toho je uveden parametr hustota zbytkového toku, označeno ${ displaystyle scriptstyle mathbf {B} _ {r}}$. Fyzici často potřebují magnetizaci k výpočtu momentu feromagnetu. Pro výpočet dipólového momentu m (A⋅m²) pomocí vzorce:

${ displaystyle mathbf {m} ; = ; mathbf {M} V}$,

máme to

${ displaystyle mathbf {M} = { frac {1} { mu _ {0}}} mathbf {B} _ { mathrm {r}}}$,

tím pádem

${ displaystyle mathbf {m} = { frac {1} { mu _ {0}}} mathbf {B} _ { mathrm {r}} V}$,

kde:

• ${ displaystyle scriptstyle mathbf {B} _ { mathrm {r}}}$ je zbytková hustota toku vyjádřená v teslas (T).
• ${ displaystyle scriptstyle V}$ je objem (m³) magnetu.
• ${ displaystyle scriptstyle mu _ {0} ; = ; 4 pi cdot 10 ^ {- 7}}$ H / m je propustnost vakua.^[3]

V Maxwellových rovnicích

Chování magnetické pole (B, H), elektrická pole (E, D), hustota náboje (ρ), a proudová hustota (J) popisuje Maxwellovy rovnice. Úloha magnetizace je popsána níže.

Vztahy mezi B, H a M

Magnetizace definuje pomocné magnetické pole H tak jako

${ displaystyle mathbf {B} = mu _ {0} ( mathbf {H + M})}$ (SI jednotky )

${ displaystyle mathbf {B} = mathbf {H} +4 pi mathbf {M}}$ (Gaussovy jednotky )

což je vhodné pro různé výpočty. The vakuová propustnost μ₀ je, podle definice, 4π×10⁻⁷ PROTI ·s /(A ·m ) (v jednotkách SI).

Vztah mezi M a H existuje v mnoha materiálech. v diamagnety a paramagnety, vztah je obvykle lineární:

${ displaystyle mathbf {M} = chi mathbf {H}, , mathbf {B} = mu mathbf {H} = mu _ {0} (1+ chi) mathbf {H} ,}$

kde χ se nazývá objemová magnetická susceptibilita a μ se nazývá magnetická permeabilita materiálu. The magnetická potenciální energie na jednotku objemu (tj. magnetické hustota energie ) paramagnetu (nebo diamagnetu) v magnetickém poli je:

${ displaystyle - mathbf {M} cdot mathbf {B} = - chi mathbf {H} cdot mathbf {B} = - { frac { chi} {1+ chi}} { frac { mathbf {B} ^ {2}} { mu _ {0}}},}$

jehož záporný gradient je magnetická síla na paramagnetu (nebo diamagnetu) na jednotku objemu (tj. hustotu síly).

V diamagnetech (${ displaystyle chi <0}$) a paramagnety (${ displaystyle chi> 0}$), obvykle ${ displaystyle | chi | ll 1}$, a proto ${ displaystyle mathbf {M} přibližně chi { frac { mathbf {B}} { mu _ {0}}}}$.

v feromagnety neexistuje žádná osobní korespondence M a H kvůli magnetická hystereze.

Magnetizační proud

Když se mikroskopické proudy indukované magnetizací (černé šipky) nevyrovnají, objeví se v médiu vázané objemové proudy (modré šipky) a vázané povrchové proudy (červené šipky).

Magnetizace M přispívá k proudová hustota J, známý jako magnetizační proud.^[4]

${ displaystyle mathbf {J} _ { mathrm {m}} = nabla times mathbf {M}}$

a pro vázaný povrchový proud:

${ displaystyle mathbf {K} _ { mathrm {m}} = mathbf {M} krát mathbf { hat {n}}}$

takže celková hustota proudu, která vstupuje do Maxwellových rovnic, je dána vztahem

${ displaystyle mathbf {J} = mathbf {J} _ { mathrm {f}} + nabla times mathbf {M} + { frac { částečné mathbf {P}} { částečné t} }}$

kde J_F je hustota elektrického proudu volných nábojů (nazývaná také volný proud), druhý člen je příspěvkem z magnetizace a poslední člen souvisí s elektrická polarizace P.

Magnetostatika

Při absenci volných elektrických proudů a časově závislých účinků Maxwellovy rovnice popisující magnetické množství se zmenší na

${ displaystyle { begin {zarovnáno} mathbf { nabla times H} & = 0 mathbf { nabla cdot H} & = - nabla cdot mathbf {M} end {zarovnáno}} }$

Tyto rovnice lze řešit analogicky s elektrostatický problémy kde

${ displaystyle { begin {aligned} mathbf { nabla times E} & = 0 mathbf { nabla cdot E} & = { frac { rho} { epsilon _ {0}}} end {zarovnáno}}}$

V tomto smyslu −∇⋅M hraje roli fiktivní "hustoty magnetického náboje" analogicky k hustota elektrického náboje ρ; (viz také demagnetizační pole ).

Dynamika

Časově závislé chování magnetizace se stává důležitým při zvažování magnetizace v nanorozsahu a nanosekundě v časovém měřítku. Spíše než pouhé vyrovnání s aplikovaným polem začnou jednotlivé magnetické momenty v materiálu precesovat kolem aplikovaného pole a do souladu se dostanou relaxací, když se energie přenáší do mřížky.

Obrácení

Zvrácení magnetizace, známé také jako přepínání, označuje proces, který vede k 180 ° (obloukové) opětovné orientaci magnetizace vektor vzhledem k jeho počátečnímu směru, od jedné stabilní orientace k opačné. Technologicky je to jeden z nejdůležitějších procesů v magnetismus který je spojen s magnetickým datové úložiště proces, jaký se používá v moderní pevné disky.^[5] Jak je dnes známo, existuje jen několik možných způsobů, jak zvrátit magnetizaci kovového magnetu:

1. aplikovaný magnetické pole^[5]
2. spin injekce paprskem částic s roztočit^[5]
3. obrácení magnetizace kruhově polarizovaným světlem;^[6] tj. dopadající elektromagnetické záření, které je kruhově polarizovaný

Demagnetizace

Demagnetizace je redukce nebo eliminace magnetizace.^[7] Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je ohřát objekt nad jeho Curieova teplota, kde mají tepelné výkyvy dostatek energie k překonání výměnné interakce, zdroj feromagnetického řádu, a zničte tento řád. Dalším způsobem je vytáhnout ji z elektrické cívky se střídavým proudem, který jí protéká, čímž vznikají pole, která jsou proti magnetizaci.^[8]

Jednou z aplikací demagnetizace je eliminace nežádoucích magnetických polí. Například magnetická pole mohou interferovat s elektronickými zařízeními, jako jsou mobilní telefony nebo počítače, a při obrábění tím, že se řízky drží na svém rodiči.^[8]

Viz také

• Magnetometr
• Orbitální magnetizace

Reference