Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός Οι μαγνητικές ιδιότητες της ύλης Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Ν. Νικολής

2 Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς.

3 Οιμαγνητικέςιδιότητεςτηςύλης Οι μαγνητικές ιδιότητες των υλικών οφείλονται στις μαγνητικές ιδιότητες των ατόμων,οιοποίεςπροέρχονταιαπότηνκίνησητωνηλεκτρονίωνγύρωαπότους πυρήνες. Ημαγνητικήροπήτωνατόμων Θεωρούμετηνκυκλικήκίνησηενόςηλεκτρονίουγύρωαπότονπυρήναενός ατόμου.ηστροφορμήτουηλεκτρονίουείναι L = mυr Ηκυκλικήκίνησητουηλεκτρονίουδημιουργείηλεκτρικόρεύμαέντασης I = e T = eυ υt = eυ 2πr Ημαγνητικήροπήαυτούτουκυκλικούρεύματοςείναι µ = IA = Iπr 2 µ = eυ 2πr πr2 = 1 2 eυr Η φορά της μ είναι αντίθετη της στροφορμής, όπως φαίνεται στο Σχήμα. Ο λόγοςτηςμαγνητικήςροπήςωςπροςτηνστροφορμήείναι µ L = 1 eυr 2 mυr = 1 e 2 m µ = e L 2m Στηνκβαντομηχανική, L = n h 2π = n, Άρα, n = 0,1,2, L = 0,, 2, 3, Ν.Γ.Νικολής,ΔιαλέξειςΗλεκτρισμούκαιΜαγνητισμού(2015)

4 Ημικρότερημη μηδενικήτιμήτηςμαγνητικήςροπήςείναι μαγνητόνητουbohr. e 2m καιονομάζεται Μαγνητικέςιδιότητεςτηςύλης Τα υλικά από άποψη των μαγνητικών ιδιοτήτων τους διακρίνονται σε παραμαγνητικά,σιδηρομαγνητικάκαιδιαμαγνητικά. Υλικά Ατομική μαγνητικήροπή Ιδιότητες Παραμαγνητικά Σιδηρομαγνητικά Διαμαγνητικά µ 0 Κατά την διάρκεια εφαρμογής εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, οι ατομικές μαγνητικές ροπές ευθυγραμμίζονται, µ 0 Κατά την διάρκεια εφαρμογής εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, οι ατομικές μαγνητικές ροπές ευθυγραμμίζονται, Η ευθυγράμμιση παραμένει και μετά την άρση του πεδίου. Παραδείγματα: Fe, Co, Ni (ισχυράσιδηρομαγνητικάυλικά) µ = 0 Εφαρμόζονταςεξωτερικόμαγνητικό πεδίο, επάγεται μαγνητική ροπή σε αντίθετη κατεύθυνση από το πεδίο. Παραδείγματα:Bi,Ag Τατρίαμαγνητικάδιανύσματα:Μαγνήτιση,μαγνητίζον πεδίοκαιμαγνητικήεπαγωγή Ημαγνήτισηενόςυλικούορίζεταιωςημαγνητικήτουροπή όγκου dv : Ν.Γ.Νικολής,ΔιαλέξειςΗλεκτρισμούκαιΜαγνητισμού(2015) M = d µ * dv d µ * ανάμονάδα Έστω (εξωτερικό) πεδίο με μαγνητική επαγωγή B0 στο κενό. Εάν εισάγουμε κάποιομαγνητικόυλικό,ημαγνητικήεπαγωγήστοεσωτεριότουγίνεταιίσημε Bκαιισχύειότι B = B0 + Bm

5 όπου Bmείναιτοπεδίοπουδημιουργείταιαπότομαγνητικόυλικό. Ισχύειότι Bm = µ 0 M Άρα B0 B = B0 + Bm = B0 + µ 0 M = µ 0 + M µ 0 B0 Ορίζουμετηνποσότητα H.Το H ονομάζεταιμαγνητίζονπεδίο. µ 0 Έτσι,προκύπτειησχέση B = µ 0 ( H + M) η οποία συνδέει την μαγνητική επαγωγή στο εσωτερικό του υλικού B με την έντασητουεξωτερικούμαγνητικούπεδίου H καιτηνμαγνήτιση M. Σεπαραμαγνητικάκαιδιαμαγνητικάυλικάισχύειότι M = χ H όπουοσυντελεστής χ ονομάζεταιμαγνητικήεπιδεκτικότητατουυλικού. Σεπαραμεγνητικάυλικά χ > 0,οπότε M H. Σεδιαμαγνητικάυλικά χ < 0οπότε M H. Ηγραμμικήσχέση M = χ H δενισχύεισεσιδηρομαγνητικάυλικά. Μετηνεισαγωγήτηςμαγνητικήςεπιδεκτικότηταςησχέσηγιατο Bγράφεται B = µ 0 ( H + M) = µ 0 H + χh ( ) = µ 0 (1+ χ)h B = k m Ησταθερά k m = µ 0 (1+ χ) ονομάζεταιαπόλυτηδιαπερατότητατουυλικού. H Ηποσότητα µ =1+ χ ονομάζεταισχετικήδιαπερατότητατουυλικού.άρα,έχουμεότι k m = µµ 0 Ν.Γ.Νικολής,ΔιαλέξειςΗλεκτρισμούκαιΜαγνητισμού(2015)

6 Συνηθίζεταιναταξινομούμεταδιάφοραυλικάαπότηνάποψητωνμαγνητικών τουςιδιοτήτωνσύμφωναμετηνσχέσητου k m ωςπροςτο µ 0,δηλαδή,ωςπρος τηνσχετικήδιαπερατότητα Ταπαραμαγνητικάυλικάέχουν k m > µ 0,δηλαδή µ >1. Τασιδηρομαγνητικάυλικάέχουν k m >> µ 0,δηλαδή µ >>1. Ταδιαμαγνητικάυλικάέχουν k m < µ 0,δηλαδή µ <1. Ν.Γ.Νικολής,ΔιαλέξειςΗλεκτρισμούκαιΜαγνητισμού(2015)

7 Τέλος Ενότητας

8 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.

9 Σημειώματα

10 Σημείωμα Ιστορικού Εκδόσεων Έργου Το παρόν έργο αποτελεί την έκδοση 1.0. Έχουν προηγηθεί οι κάτωθι εκδόσεις: Έκδοση 1.0 διαθέσιμη εδώ. id=1298.

11 Σημείωμα Αναφοράς Copyright Πανεπιστήμιο Ιωαννίνων, Διδάσκων : Επίκ. Καθ. Ν. Νικολής. «Ηλεκτρισμός & Μαγνητισμός. Οι μαγνητικές ιδιότητες της ύλης. Έκδοση: 1.0. Ιωάννινα Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: d=1298.

12 Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή, Διεθνής Έκδοση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη. [1] by-sa/4.0/