Материалын соронзон шинж чанарууд нь талбайн зуучлалаар явагддаг физик үзэгдлийн анги юм. Цахилгаан гүйдэл, цахилгаан гүйдэл ба соронзон моментууд нь бусад гүйдэл дээр ажилладаг талбарыг үүсгэдэг. Хамгийн танил нөлөөлөл нь соронзон орны хүчтэй татагдаж, байнгын соронзлогдох чадвартай ферросоронзон материалд тохиолддог бөгөөд өөрөө цэнэглэгдсэн талбаруудыг үүсгэдэг.
Цөөн хэдэн бодис ферросоронзон байдаг. Тодорхой бодис дахь энэ үзэгдлийн хөгжлийн түвшинг тодорхойлохын тулд соронзон шинж чанарын дагуу материалын ангилал байдаг. Хамгийн түгээмэл нь төмөр, никель, кобальт, тэдгээрийн хайлш юм. ferro- угтвар нь төмрийг хэлдэг тул байнгын соронзлолт нь анх удаа хоосон төмрөөр ажиглагдсан ба байгалийн төмрийн хүдрийн хэлбэрийг материалын соронзон шинж чанар Fe3O4 гэж нэрлэдэг.
Парамагнит материал
Гэсэн хэдий чферромагнетизм нь өдөр тутмын амьдралд тохиолддог соронзлолын ихэнх нөлөөг хариуцдаг бөгөөд бусад бүх материалууд тодорхой хэмжээгээр талбайн нөлөөлөлд өртдөг, мөн бусад зарим төрлийн соронзлолд нөлөөлдөг. Хөнгөн цагаан, хүчилтөрөгч зэрэг парамагнит бодисууд нь хэрэглэсэн соронзон орон руу сул татагддаг. Зэс, нүүрстөрөгч зэрэг диасронзит бодисууд сул зэврүүлдэг.
Хром, ээрэх шил зэрэг антиферросоронзон материалууд соронзон оронтой илүү төвөгтэй холбоотой байдаг. Парамагнит, диамагнит, антиферросоронзон материал дээрх соронзны хүч нь ихэвчлэн мэдрэгдэхэд хэтэрхий сул байдаг бөгөөд зөвхөн лабораторийн багажаар л илрүүлдэг тул эдгээр бодисыг соронзон шинж чанартай материалын жагсаалтад оруулаагүй болно.
Нөхцөл
Материалын соронзон төлөв (эсвэл фаз) нь температур болон даралт, хэрэглэсэн соронзон орон зэрэг бусад хувьсагчаас хамаарна. Эдгээр хувьсагч өөрчлөгдөхөд материал нь нэгээс олон төрлийн соронзлолыг үзүүлж болно.
Түүх
Материалын соронзон шинж чанарыг эртний ертөнцөд хүмүүс байгалийн соронзлогдсон ашигт малтмалын хэсэг болох соронз төмрийг өөртөө татдаг болохыг анзаарснаар анх нээжээ. "Соронз" гэдэг үг нь Грекийн Μαγνῆτις λίθος magnētis lithos, "магнийн чулуу, хөлийн чулуу" гэсэн үгнээс гаралтай.
Эртний Грекд Аристотель материалын соронзон шинж чанарын тухай шинжлэх ухааны хэлэлцүүлэг гэж нэрлэж болох анхны хэлэлцүүлгийг хийсэн. МЭӨ 625 онд амьдарч байсан Философич Милетийн Фалес. д. МЭӨ 545 оноос өмнө д. Эртний Энэтхэгийн анагаах ухааны бичвэр Сушрута Самхита хүний биед суулгасан сумыг магнетит ашиглан арилгах талаар дүрсэлсэн байдаг.
Эртний Хятад
Эртний Хятадад материалын цахилгаан, соронзон шинж чанарын тухай уран зохиолын хамгийн эртний ишлэлийг МЭӨ 4-р зууны үеийн зохиолчийн нэрэмжит "Сүнсний хөндийн мэргэн" номноос олж болно. Зүү татах тухай хамгийн түрүүнд дурдсан нь 1-р зууны Лунхенгийн (Тэнцвэртэй хүсэлт) бүтээлд байдаг: "Соронз нь зүүг татдаг."
11-р зууны Хятадын эрдэмтэн Шэнь Куо "Мөрөөдлийн цөөрмийн эссэ"-д зүү бүхий соронзон луужинг дүрсэлсэн бөгөөд энэ нь одон орон судлалын аргаар навигацийн нарийвчлалыг сайжруулсан гэж анх тодорхойлсон хүн юм. жинхэнэ хойд тухай ойлголт. 12-р зуун гэхэд Хятадууд соронз луужинг навигаци хийхдээ ашигладаг байсан. Тэд халбаганы бариул үргэлж урагшаа чиглэж байхаар чиглүүлэгч халбагаа чулуугаар урласан.
Дундад зууны
Александр Неккам 1187 он гэхэд Европт анх удаа луужин болон түүнийг навигацид ашиглах талаар тайлбарласан. Энэхүү судлаач Европт анх удаа соронзон материалын шинж чанарыг сайтар тогтоожээ. 1269 онд Питер Перегрин де Марикур соронзны шинж чанарыг тодорхойлсон анхны амьд үлдсэн зохиол болох Эпистола де magnete-ийг бичжээ. 1282 онд луужин болон тусгай соронзон шинж чанартай материалын шинж чанарыг Йемений физикч, одон орон судлаач, газарзүйч аль-Ашраф дүрсэлсэн байдаг.
Сэргэн мандалт
1600 онд Уильям Гилберт хэвлүүлсэнтүүний "Соронзон корпус" ба "Соронзон теллур" ("Соронзон ба соронзон биетүүд, мөн түүнчлэн дэлхийн агуу соронзон"). Энэ нийтлэлд тэрээр соронзон материалын шинж чанарын судалгааг хийсэн террелла хэмээх дэлхийн загварт хийсэн олон туршилтуудаа тайлбарласан болно.
Туршилтынхаа үр дүнд тэрээр дэлхий өөрөө соронзон бөгөөд ийм учраас луужин хойд зүг рүү чиглэдэг гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн (өмнө нь зарим нь үүнийг туйлын од (Алтан гадас) эсвэл хойд хэсэгт орших том соронзон арал гэж үздэг байсан. Луужинг татсан шон).
Шинэ цаг
Цахилгаан ба тусгай соронзон шинж чанартай материалын хоорондын хамаарлын талаарх ойлголтыг 1819 онд Копенгагены их сургуулийн профессор Ханс Кристиан Оерстедийн бүтээлээс олж илрүүлсэн бөгөөд тэрээр луужингийн зүүг цахилгаан гүйдэл дамжуулах утасны ойролцоо санамсаргүй мушгихад олж илрүүлжээ. гүйдэл нь соронзон орон үүсгэж болно. Энэхүү гайхамшигтай туршилтыг Oersted Experiment гэж нэрлэдэг. 1820 онд битүү замд эргэлдэж буй соронзон орон нь замын периметрийн эргэн тойронд урсах гүйдэлтэй холбоотой болохыг нээсэн Андре-Мари Амперын хамт өөр хэд хэдэн туршилт хийсэн.
Карл Фридрих Гаусс соронзон судлалаар ажиллаж байсан. 1820 онд Жан-Батист Биот, Феликс Саварт нар хүссэн тэгшитгэлийг өгдөг Биот-Савартын хуулийг санаачилсан. Майкл Фарадей 1831 онд утаснуудын гогцоонд цаг хугацааны хувьд өөрчлөгддөг соронзон урсгал нь хүчдэл үүсгэдэг болохыг олж мэдсэн. Мөн бусад эрдэмтэд соронзон болон цахилгаан хоёрын цаашдын холбоог олж тогтоосон.
XX зуун ба манайцаг
Жеймс Клерк Максвелл цахилгаан соронзон орон дахь цахилгаан, соронзон, оптикийг нэгтгэн Максвеллийн тэгшитгэлийн талаарх энэхүү ойлголтыг нэгтгэж, өргөжүүлсэн. 1905 онд Эйнштейн эдгээр хуулиудыг ашиглан харьцангуйн тусгай онолыг өдөөж, хуулиудыг бүх инерцийн лавлах системд үнэн байлгахыг шаардсан.
Цахилгаан соронзон хэмжүүрийн онол, квант электродинамик, цахилгаан сул онол, эцэст нь стандарт загвар зэрэг илүү суурь онолуудад тусгагдсан 21-р зуунд үргэлжлэн хөгжиж байна. Өнөө үед эрдэмтэд нано бүтэцтэй материалын соронзон шинж чанарыг үндсэн болон хүчин чадалтайгаар аль хэдийн судалж байна. Гэхдээ энэ салбарын хамгийн агуу бөгөөд гайхалтай нээлтүүд бидний өмнө байгаа байх.
Эссенс
Материалын соронзон шинж чанар нь тэдгээрийн атомын тойрог замын электронуудын соронзон моментоос голчлон шалтгаалдаг. Атомын цөмийн соронзон моментууд нь электронуудынхаас хэдэн мянга дахин бага байдаг тул материалын соронзлолын нөхцөлд тэдгээр нь маш бага байдаг. Цөмийн соронзон момент нь бусад нөхцөлд, ялангуяа цөмийн соронзон резонансын (NMR) болон соронзон резонансын дүрслэлд (MRI) маш чухал байдаг.
Ихэвчлэн материалын асар их тооны электронууд нь тэдгээрийн соронзон моментууд (орбиталь болон дотоод аль аль нь) хүчингүй болох байдлаар байрладаг. Энэ нь зарим талаараа Паули зарчмын үр дүнд электронууд эсрэг талын дотоод соронзон моментуудтай хос хосоороо нэгдэж (Электроны тохиргоог үзнэ үү) тойрог замын цэвэр хөдөлгөөнгүй дүүрсэн дэд бүрхүүлүүд болж нийлдэгтэй холбоотой юм.
БАль ч тохиолдолд электронууд нь электрон тус бүрийн соронзон моментийг нөгөө электроны эсрэг моментоор цуцалсан хэлхээг голчлон ашигладаг. Түүгээр ч зогсохгүй электроны тохиргоо нь хосгүй электронууд ба/эсвэл дүүргэгдээгүй дэд бүрхүүлүүдтэй байсан ч хатуу биет дэх өөр өөр электронууд нь янз бүрийн санамсаргүй чиглэлд чиглэсэн соронзон моментуудад хувь нэмэр оруулдаг тул материал нь тогтворгүй байх болно. соронзон.
Заримдаа аяндаа эсвэл гаднах соронзон орны нөлөөгөөр электронуудын соронзон момент тус бүр нь дунджаар нэг эгнээнд ордог. Зөв материал нь хүчтэй цэвэр соронзон орон үүсгэж чадна.
Материалын соронзон шинж чанар нь дээр дурдсан шалтгааны улмаас түүний бүтэц, ялангуяа электрон тохиргоо, мөн температураас хамаарна. Өндөр температурт санамсаргүй дулааны хөдөлгөөн нь электронуудыг зэрэгцүүлэхэд хүндрэл учруулдаг.
Диамагнетизм
Димагнетизм нь бүх материалд байдаг бөгөөд тухайн материалын соронзон орныг эсэргүүцэх, улмаар соронзон орныг түлхэх хандлага юм. Гэсэн хэдий ч парамагнит шинж чанартай материалд (өөрөөр хэлбэл гадаад соронзон орныг бэхжүүлэх хандлагатай) парамагнит шинж чанар давамгайлдаг. Ийнхүү бүх нийтээрээ тохиолдож байгаа хэдий ч диамагнит шинж чанар нь зөвхөн диамагнит материалд л ажиглагддаг. Диамагнит материалд хосгүй электрон байхгүй тул электронуудын дотоод соронзон моментууд нь үүсэж чадахгүй.ямар ч дууны нөлөө.
Энэ тайлбар нь зөвхөн эвристикийн хувьд зориулагдсан гэдгийг анхаарна уу. Бор-Ван Левенийн теорем нь сонгодог физикийн дагуу диамагнетизм боломжгүй гэдгийг харуулж байгаа бөгөөд зөв ойлголттой болохын тулд квант механик тодорхойлолт шаардлагатай гэдгийг харуулж байна.
Бүх материалууд энэ тойрог замын хариу урвалаар дамждаг гэдгийг анхаарна уу. Гэсэн хэдий ч парамагнит болон ферросоронзон бодисуудад диасоронзон нөлөө нь хосгүй электронуудаас үүдэлтэй илүү хүчтэй нөлөөллөөр дарагддаг.
Парамагнит материалд хосгүй электронууд байдаг; өөрөөр хэлбэл яг нэг электронтой атомын эсвэл молекулын орбиталууд. Паули хасах зарчим нь хосолсон электронууд нь эсрэг чиглэлд чиглэсэн өөрийн соронзон моментуудтай байх ёстой ("эргэх") соронзон орон нь хүчингүй болоход хүргэдэг бол хосгүй электрон соронзон моментыг аль ч чиглэлд тохируулах боломжтой. Гадны талбарыг ашиглах үед эдгээр мөчүүд нь хэрэглэсэн талбартай ижил чиглэлд чиглэж, түүнийг бэхжүүлнэ.
Ферромагнет
Ферромагнет нь парамагнит бодисын хувьд хосгүй электронуудтай. Гэсэн хэдий ч эдгээр материалд электронуудын дотоод соронзон момент нь хэрэглэсэн оронтой параллель байх хандлагаас гадна бууруулсан төлөвийг хадгалахын тулд эдгээр соронзон моментууд бие биентэйгээ параллель чиглэх хандлагатай байдаг. эрчим хүч. Тиймээс хэрэглээний талбар байхгүй байсан ч гэсэнМатериал дахь электронуудын соронзон моментууд хоорондоо аяндаа параллель нийлдэг.
Ферросоронзон бодис бүр өөрийн гэсэн хувийн температуртай бөгөөд үүнийг Кюри температур буюу Кюри цэг гэж нэрлэдэг бөгөөд түүнээс дээш ферросоронзон шинж чанараа алддаг. Учир нь дулааны эмх замбараагүй байдал нь ферросоронзон дарааллын улмаас эрчим хүчний бууралтыг даван туулдаг.
Ферромагнетизм нь цөөн хэдэн бодист л тохиолддог; төмөр, никель, кобальт, тэдгээрийн хайлш, зарим газрын ховор хайлш түгээмэл байдаг.
Ферросоронзон материал дахь атомуудын соронзон моментууд нь тэднийг өчүүхэн байнгын соронз шиг ажиллахад хүргэдэг. Тэдгээр нь хоорондоо наалдаж, соронзон домэйн эсвэл Вайсс домэйн гэж нэрлэгддэг нэг төрлийн тэгш бус жижиг хэсгүүдэд нэгддэг. Ноорог дээрх цагаан зураастай төстэй соронзон домэйны хил хязгаарыг илрүүлэхийн тулд соронзон хүчний микроскоп ашиглан соронзон домэйнүүдийг ажиглаж болно. Соронзон талбарыг физик байдлаар харуулах олон шинжлэх ухааны туршилтууд байдаг.
Домэйн үүрэг
Домайнд хэт олон молекул агуулагдах үед энэ нь тогтворгүй болж, баруун талд харуулсан шиг хоорондоо илүү тогтвортой наалдахын тулд эсрэг чиглэлд зэрэгцсэн хоёр домэйнд хуваагдана.
Соронзон орны нөлөөлөлд өртөх үед домэйны хилүүд хөдөлж, соронзон зэрэгцсэн домайнууд ургаж, бүтцэд (тасартай шар хэсэг) давамгайлдаг бөгөөд зүүн талд үзүүлсэн шиг. Соронзон талбарыг арилгахад домэйнууд соронзлогдоогүй төлөв рүү буцахгүй байж болно. Энэ нь хүргэдэгУчир нь ферросоронзон материал соронздож, байнгын соронз үүсгэдэг.
Соронзжилт хангалттай хүчтэй байсан тул давамгайлсан домэйн нь бусадтай давхцаж, зөвхөн нэг тусдаа домэйн үүсэхэд хүргэсэн үед материал соронзоноор ханасан байв. Соронзонжсон ферросоронзон материалыг Кюри цэгийн температур хүртэл халаахад молекулууд холилдож, соронзон орон нь зохион байгуулалтаа алдаж, тэдгээрийн үүсгэсэн соронзон шинж чанараа алддаг. Материалыг хөргөхөд энэ домайны тэгшилгээний бүтэц аяндаа буцаж ирдэг бөгөөд энэ нь шингэн хэрхэн хөлдөж болор хатуу бодис болж хувирдагтай ижил төстэй юм.
Antiferromagnetics
Антиферромагнетэд ферромагнетээс ялгаатай нь хөрш валентийн электронуудын дотоод соронзон моментууд эсрэг чиглэлд чиглэдэг. Бүх атомууд хөрш бүр эсрэг параллель байхаар бодис дотор байрладаг бол бодис нь антиферромагнит юм. Антиферромагнетууд нь цэвэр соронзон момент нь 0-тэй тэнцүү бөгөөд энэ нь орон үүсгэхгүй гэсэн үг.
Антиферромагнет нь бусад төрлийн зан үйлээс ховор бөгөөд ихэвчлэн бага температурт ажиглагддаг. Өөр өөр температурт антиферромагнет нь диамагнит болон ферросоронзон шинж чанарыг харуулдаг.
Зарим материалд хөрш зэргэлдээх электронууд эсрэг чиглэлд чиглүүлэхийг илүүд үздэг ч хөршүүдийн хос бүр эсрэг байр суурьтай байдаг геометрийн зохион байгуулалт байдаггүй. Үүнийг spin glass гэж нэрлэдэг багеометрийн бухимдлын жишээ юм.
Ферросоронзон материалын соронзон шинж чанар
Ферромагнетизмын нэгэн адил ферримагнет нь орон байхгүй үед соронзлолоо хадгалдаг. Гэсэн хэдий ч антиферромагнетийн нэгэн адил зэргэлдээх хос электрон спин нь эсрэг чиглэлд чиглэдэг. Эдгээр хоёр шинж чанар нь хоорондоо зөрчилддөггүй, учир нь оновчтой геометрийн зохион байгуулалтад нэг чиглэлд чиглэсэн электронуудын дэд торны соронзон момент нь эсрэг чиглэлтэй дэд сүлжээнээс их байдаг.
Ихэнх феррит нь ферримагнит юм. Өнөөдөр ферросоронзон материалын соронзон шинж чанарыг үгүйсгэх аргагүй гэж үздэг. Анхны нээсэн соронзон бодис болох магнетит нь феррит бөгөөд анх ферромагнет гэж үздэг байв. Гэсэн хэдий ч Луис Нил ферримагнетизмыг нээснээр үүнийг үгүйсгэв.
Ферромагнет эсвэл ферримагнет хангалттай бага байх үед энэ нь Брауны хөдөлгөөнд хамаарах ганц соронзон эргэлтийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Соронзон талбарт үзүүлэх хариу үйлдэл нь чанарын хувьд парамагниттай төстэй боловч илүү их.
Цахилгаан соронзон
Цахилгаан соронз гэдэг нь цахилгаан гүйдлийн нөлөөгөөр соронзон орон үүсдэг соронз юм. Гүйдэл унтрах үед соронзон орон алга болно. Цахилгаан соронзон нь ихэвчлэн соронзон орон үүсгэдэг олон тооны хоорондоо нягт уялдаатай утаснуудаас бүрддэг. Утасны ороомог нь ихэвчлэн ферромагнит эсвэл ферримагнит материалаар хийгдсэн соронзон цөмд ороосон байдаг.төмөр гэх мэт материал; соронзон цөм нь соронзон урсгалыг төвлөрүүлж, илүү хүчтэй соронз үүсгэдэг.
Цахилгаан соронзны байнгын соронзоос гол давуу тал нь ороомог дахь цахилгаан гүйдлийн хэмжээг хянах замаар соронзон орныг хурдан өөрчлөх боломжтой байдаг. Гэсэн хэдий ч эрчим хүч шаарддаггүй байнгын соронзноос ялгаатай нь цахилгаан соронзон нь соронзон орныг хадгалахын тулд тасралтгүй гүйдэл шаарддаг.
Цахилгаан соронзыг мотор, генератор, реле, соленоид, чанга яригч, хатуу диск, MRI машин, шинжлэх ухааны багаж, соронзон ялгах төхөөрөмж зэрэг бусад цахилгаан хэрэгслийн бүрэлдэхүүн хэсэг болгон өргөн ашигладаг. Цахилгаан соронзыг мөн үйлдвэрт хаягдал төмөр, ган зэрэг хүнд төмрийн эд зүйлсийг атгах, хөдөлгөхөд ашигладаг. 1820 онд цахилгаан соронзонг нээсэн. Үүний зэрэгцээ соронзон шинж чанарын дагуу материалын анхны ангиллыг нийтэлсэн.
