Momen magnetisasi orbital dan spin montak, contoh

Itu magnetisasi Ini adalah jumlah vektor yang menggambarkan status magnetik suatu bahan dan didefinisikan sebagai jumlah momen magnetik dipol per unit volume. Bahan magnetik dapat dipertimbangkan -ada atau nikel misalnya -seperti jika dibentuk oleh banyak magnet kecil yang disebut dipol.

Biasanya dipol ini, yang pada gilirannya memiliki kutub magnet utara dan selatan, didistribusikan dengan tingkat gangguan tertentu dalam volume material. Gangguan ini lebih rendah pada bahan dengan sifat magnetik yang kuat seperti besi dan lebih besar pada orang lain dengan magnet yang kurang jelas.

Gambar 1. Dipol magnetik diatur secara acak di dalam material. Sumber: f. Zapata.

Namun, ketika menempatkan material di tengah medan magnet eksternal, seperti yang terjadi di dalam solenoid, dipol berorientasi sesuai dengan medan dan material dapat berperilaku seperti magnet (Gambar 2).

Gambar 2. Menempatkan bahan seperti sepotong besi misalnya, di dalam solenoid di mana arus saya lewat, medan magnet ini menyelaraskan dipol dalam material. Sumber: f. Zapata.

Menjadi M Vektor magnetisasi, yang didefinisikan sebagai:

Di mana M_yo Pada gilirannya vektor lain, disebut Momen magnetik dipolar. Asal usul vektor ini ada dalam atom dan akan jelas di bagian berikut.

Sekarang, intensitas magnetisasi dalam material, sebagai akibatnya terbenam di bidang eksternal H, Oleh karena itu, sebanding dengan ini:

M ∝ H

Konstanta proporsionalitas tergantung pada material, disebut kerentanan magnetik dan menunjukkan sebagai χ:

M =χ. H

Unit M Dalam sistem internasional mereka ampere/meter, dan juga H, Oleh karena itu χ tidak berdimensi.

[TOC]

Momen magnetik orbital dan putaran

Magnetisme muncul dari memindahkan beban listrik, oleh karena itu untuk menentukan magnetisme atom, kita harus memperhitungkan pergerakan partikel bermuatan yang membentuknya.

Dapat melayani Anda: kapasitas panas Gambar 3. Gerakan elektron di sekitar nukleus berkontribusi terhadap magnet dengan momen magnetik orbital. Sumber: f. Zapata.

Dimulai dengan elektron, yang dipertimbangkan dengan mengorbit inti atom, seperti spiral kecil (sirkuit tertutup atau loop arus tertutup). Gerakan ini berkontribusi pada magnet atom berkat vektor momen magnetik orbital M, yang besarnya:

m = i.KE

Di mana yo Itu adalah intensitas saat ini dan KE Itu adalah area yang dikunci oleh loop. Oleh karena itu, unit M Dalam sistem internasional (SI) mereka amp x meter persegi.

Vektor M Ini tegak lurus terhadap bidang spase, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 dan diarahkan seperti yang ditunjukkan oleh aturan ibu jari kanan.

Jempol berorientasi pada arah arus dan empat jari yang tersisa digulung di sekitar loop, menunjuk ke atas. Sirkuit kecil ini setara dengan magnet batang, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.

Momen magnetis spin

Terlepas dari momen magnetik orbital, elektron berperilaku seolah -olah berbalik sendiri. Itu tidak terjadi persis dengan cara ini, tetapi efek yang dihasilkan adalah sama, jadi itu adalah kontribusi lain yang harus diperhitungkan untuk momen magnetik bersih dari sebuah atom.

Faktanya, momen magnetik Espín lebih intens daripada momen orbital dan merupakan yang utama yang bertanggung jawab atas magnet bersih suatu zat.

Gambar 4. Momen magnetik Espín adalah momen yang paling berkontribusi pada magnetisasi bersih suatu material. Sumber: f. Zapata.

Momen Espín selaras di hadapan medan magnet eksternal dan menciptakan efek air terjun, sejajar secara berturut -turut dengan momen tetangga.

Tidak semua bahan menunjukkan sifat magnetik. Ini disebabkan oleh fakta bahwa elektron spin yang berlawanan membentuk pasangan dan membatalkan momen magnetik masing -masing dari Espín.

Ini dapat melayani Anda: Fisika Kontemporer: Bidang Studi, Cabang dan Aplikasi

Hanya jika ada yang menghilang, ada kontribusi untuk momen magnetik total. Oleh karena itu, hanya atom dengan jumlah elektron ganjil yang memiliki kemungkinan menjadi magnetis.

Proton dalam nukleus atom juga memberikan kontribusi kecil terhadap momen magnetik total atom, karena mereka juga memiliki putaran dan oleh karena itu momen magnetik yang terkait.

Tapi ini tergantung terbalik dengan adonan, dan proton jauh lebih besar dari pada elektron.

Contoh

Di dalam kumparan, di mana arus listrik melewati, medan magnet yang seragam dibuat.

Dan seperti yang dijelaskan pada Gambar 2, saat menempatkan bahan di sana, momen -momen magnetik ini selaras dengan medan kumparan. Efek bersihnya adalah menghasilkan medan magnet yang lebih intens.

Transformer, perangkat yang meningkatkan atau mengurangi tegangan alternatif, adalah contoh yang baik. Mereka terdiri dari dua kumparan, sekolah dasar dan menengah, kewalahan dengan inti besi manis.

Gambar 5. Pada inti transformator, magnetisasi bersih terjadi. Sumber: Wikimedia Commons.

Kumparan primer dibuat oleh arus yang berubah yang secara bergantian memodifikasi garis medan magnet dalam nukleus, yang pada gilirannya menginduksi arus di koil sekunder.

Frekuensi osilasi sama, tetapi besarnya berbeda. Dengan cara ini, tegangan besar atau kecil dapat diperoleh.

Alih -alih melilitkan kumparan ke inti besi padat, lebih disukai.

Alasannya adalah karena adanya arus Foucault di dalam nukleus, yang memiliki efek memanaskannya kembali, tetapi arus yang diinduksi dalam lembaran lebih rendah, dan oleh karena itu pemanasan perangkat diminimalkan.

Loader nirkabel

Ponsel atau sikat gigi listrik dapat diisi dengan induksi magnetik, yang dikenal sebagai beban nirkabel atau beban induktif.

Ini berfungsi sebagai berikut: Ada pangkalan atau stasiun kargo, yang memiliki solenoid atau koil utama, yang membuat umpan saat ini berubah. Di pegangan kuas koil lain ditempatkan (sekunder).

Dapat melayani Anda: apa itu proses isotermal? (Contoh, latihan)

Arus dalam koil primer pada gilirannya menginduksi arus di kumparan mangga saat sikat ditempatkan di stasiun beban, dan ia mengurus pemuatan baterai yang juga ditemukan di pegangan.

Besarnya arus yang diinduksi meningkat ketika inti bahan ferromagnetik ditempatkan di kumparan utama, yang bisa berupa besi.

Untuk koil primer untuk mendeteksi kedekatan koil sekunder, sistem memancarkan sinyal intermiten. Setelah respons diterima, mekanisme yang dijelaskan diaktifkan dan arus mulai diinduksi tanpa perlu kabel.

Ferrofluid

Aplikasi menarik lainnya dari sifat magnetik materi adalah ferrofluid. Ini terdiri dari partikel magnetik kecil dari senyawa ferit, tersuspensi dalam media cair, yang dapat menjadi organik atau bahkan air.

Partikel -partikel ditutupi dengan zat yang mencegah aglomerasi mereka, dan dengan demikian tetap didistribusikan dalam cairan.

Idenya adalah bahwa kemampuan untuk mengalir dari fluida dikombinasikan dengan magnet partikel ferit, yang tidak terlalu magnetis, tetapi memperoleh magnetisasi di hadapan medan eksternal, seperti yang dijelaskan sebelumnya.

Magnetisasi yang diperoleh menghilang segera setelah bidang eksternal dihapus.

Ferrofluid awalnya dikembangkan oleh NASA untuk memobilisasi bahan bakar di dalam kapal tanpa gravitasi, memberikan dorongan hati dengan bantuan medan magnet.

Saat ini, ferrofluid memiliki banyak aplikasi, beberapa masih dalam fase eksperimental, seperti:

- Kurangi gesekan pada pembicara speaker dan headphone (hindari gema).

- Izinkan pemisahan bahan dengan kepadatan yang berbeda.

- Bertindak sebagai perangko pada kapak hard drive dan mengusir kotoran.

- Sebagai pengobatan kanker (dalam fase eksperimental). Ferrofluid disuntikkan ke dalam sel kanker dan medan magnet diterapkan yang menghasilkan arus listrik kecil. Panas yang dihasilkan oleh serangan sel -sel ganas ini dan menghancurkannya.

Referensi

1. Jurnal Fisika Brasil. Ferrofluids: Properti dan Aplikasi. Pulih dari: sbfisica.org.Br
2. Figueroa, d. (2005). Seri: Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 6. Elektromagnetisme. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB). 215-221.
3. Giancoli, d.  2006. Fisika: Prinsip dengan aplikasi. 6.Ed Prentice Hall. 560-562.
4. Kirkpatrick, l. 2007. Fisika: Pandangan Dunia. Edisi Singkat ke -6. Pembelajaran Cengage. 233.
5. Shipman, J. 2009. Pengantar Ilmu Fisik. Pembelajaran Cengage. 206-208.