Статьи о |
Электромагнетизм |
---|
В классической электромагнетизма , намагниченности или магнитной поляризации является векторное поле , которое выражает плотность постоянных или индуцированных магнитных дипольных моментов в магнитном материале. Источником магнитных моментов, ответственных за намагниченность, могут быть микроскопические электрические токи, возникающие в результате движения электронов в атомах , или спин электронов или ядер. Чистая намагниченность возникает в результате реакции материала на внешнее магнитное поле . Парамагнитныйматериалы имеют слабую наведенную намагниченность в магнитном поле, которая исчезает при снятии магнитного поля. Ферромагнетики и ферримагнетики обладают сильной намагниченностью в магнитном поле и могут быть намагничены для получения намагниченности в отсутствие внешнего поля, превращаясь в постоянный магнит . Намагниченность не обязательно является однородной внутри материала, но может варьироваться в разных точках. Намагничивание также описывает, как материал реагирует на приложенное магнитное поле, а также то, как материал изменяет магнитное поле, и может использоваться для расчета сил , возникающих в результате этих взаимодействий. Это можно сравнить сэлектрическая поляризация , которая является мерой соответствующей реакции материала на электрическое поле в электростатике . Физики и инженеры обычно определяют намагниченность как величину магнитного момента на единицу объема. [1] Он представлен в псевдовекторном М .
Определение [ править ]
Поле намагничивания или М- поле можно определить в соответствии со следующим уравнением:
Где - элементарный магнитный момент, а - элемент объема ; другими словами, М- поле - это распределение магнитных моментов в рассматриваемой области или многообразии . Лучше всего это проиллюстрировать следующим соотношением:
где m - обычный магнитный момент, а тройной интеграл означает интегрирование по объему. Это делает M- поле полностью аналогичным полю электрической поляризации или P- полю, используемому для определения электрического дипольного момента p, генерируемого подобной областью или многообразием с такой поляризацией:
Где элементарный электрический дипольный момент.
Эти определения P и M как «моментов на единицу объема» широко используются, хотя в некоторых случаях они могут приводить к двусмысленностям и парадоксам. [1]
Поле M измеряется в амперах на метр (А / м) в единицах СИ . [2]
Приложение по физике [ править ]
Намагниченность часто не указывается как параметр материала для коммерчески доступных ферромагнетиков. Вместо этого параметр, который указан в списке, представляет собой обозначенную остаточную магнитную индукцию . Физикам часто требуется намагниченность для расчета момента ферромагнетика. Для расчета дипольного момента m (A⋅m 2 ) по формуле:
- ,
у нас есть это
- ,
таким образом
- ,
куда:
- остаточная магнитная индукция , выраженная в теслах (Тл).
- объем (м 3 ) магнита.
- H / m - проницаемость вакуума. [3]
В уравнениях Максвелла [ править ]
Поведение магнитных полей ( B , H ), электрических полей ( E , D ), плотности заряда ( ρ ) и плотности тока ( J ) описывается уравнениями Максвелла . Роль намагничивания описана ниже.
Отношения между B, H и M [ править ]
Намагниченность определяет дополнительное магнитное поле H как
- ( Единицы СИ )
- ( Гауссовские единицы )
что удобно для различных расчетов. Вакуума проницаемость μ 0 , по определению,4π × 10 −7 В · с / ( А · м ) (в единицах СИ).
Связь между M и H существует во многих материалах. В диамагнетиках и парамагнетиках зависимость обычно линейная:
где χ называется объемной магнитной восприимчивостью , а μ называется магнитной проницаемостью материала. Потенциал магнитной энергии на единицу объема (т.е. магнитной плотности энергии ) парамагнетика (или диамагнетика) в магнитном поле:
отрицательный градиент которого представляет собой магнитную силу, действующую на парамагнетик (или диамагнетик) на единицу объема (т.е. плотность силы).
В диамагнетиках ( ) и парамагнетиках ( ) обычно , и поэтому .
В ферромагнетиках нет взаимно однозначного соответствия между M и H из-за магнитного гистерезиса .
Ток намагничивания [ править ]
Намагниченность M вносит вклад в плотность тока J , известную как ток намагничивания. [4]
а для связанного поверхностного тока :
так что полная плотность тока, которая входит в уравнения Максвелла, определяется как
где J F является плотностью электрического тока свободных зарядов (также называемая свободным током ), второй член представляет собой вклад от намагниченности, а последний член связан с электрической поляризацией P .
Магнитостатика [ править ]
В отсутствие свободных электрических токов и зависящих от времени эффектов уравнения Максвелла, описывающие магнитные величины, сводятся к
Эти уравнения могут быть решены аналогично электростатическим задачам, где
В этом смысле −∇⋅ M играет роль фиктивной «плотности магнитного заряда», аналогичной плотности электрического заряда ρ ; (см. также размагничивающее поле ).
Динамика [ править ]
Зависящее от времени поведение намагниченности становится важным при рассмотрении намагниченности в наноразмерном и наносекундном масштабе времени. Вместо того, чтобы просто выравниваться с приложенным полем, отдельные магнитные моменты в материале начинают прецессировать вокруг приложенного поля и выравниваются посредством релаксации по мере того, как энергия передается решетке.
Отмена [ править ]
Перемагничивание, также известное как переключение, относится к процессу, который приводит к переориентации вектора намагниченности на 180 ° (дуга) относительно его начального направления с одной стабильной ориентации на противоположную. Технологически это один из наиболее важных процессов в магнетизме , связанный с процессом хранения магнитных данных , который используется в современных жестких дисках . [5] Как известно сегодня, существует только несколько возможных способов изменить намагниченность металлического магнита:
- приложенное магнитное поле [5]
- инжекция спина пучком частиц со спином [5]
- перемагничивание циркулярно поляризованным светом ; [6] т.е. падающее электромагнитное излучение с круговой поляризацией
Размагничивание [ править ]
Размагничивание - это уменьшение или устранение намагниченности. [7] Один из способов сделать это - нагреть объект выше его температуры Кюри , когда тепловые флуктуации имеют достаточно энергии, чтобы преодолеть обменные взаимодействия , источник ферромагнитного порядка, и разрушить этот порядок. Другой способ - вытащить его из электрической катушки с помощью переменного тока, протекающего через него, создавая поля, противодействующие намагничиванию. [8]
Одно из применений размагничивания - устранение нежелательных магнитных полей. Например, магнитные поля могут мешать электронным устройствам, таким как сотовые телефоны или компьютеры, а также механической обработке, заставляя обрезки цепляться за их родительские части. [8]
См. Также [ править ]
Поищите информацию о намагничивании в Викисловаре, бесплатном словаре. |
- Магнитометр
- Орбитальная намагниченность
Ссылки [ править ]
- ^ а б К.А. Гонано; RE Zich; М. Массетта (2015). «Определение поляризации P и намагниченности M полностью соответствует уравнениям Максвелла» (PDF) . Прогресс в Электромагнетизме Research B . 64 : 83–101. DOI : 10.2528 / PIERB15100606 .
- ^ "Единицы измерения магнитных свойств" (PDF) . Lake Shore Cryotronics, Inc. Архивировано из оригинального (PDF) 26 января 2019 года . Проверено 10 июня 2015 .
- ^ "K&J Magnetics - Глоссарий" . www.kjmagnetics.com .
- ^ A. Herczynski (2013). «Связанные заряды и токи» (PDF) . Американский журнал физики . 81 (3): 202–205. Bibcode : 2013AmJPh..81..202H . DOI : 10.1119 / 1.4773441 .
- ^ a b c Stohr, J .; Зигманн, ХК (2006), Магнетизм: от основ до наномасштабной динамики , Springer-Verlag, Bibcode : 2006mffn.book ..... S
- ^ Stanciu, CD; и другие. (2007), Physical Review Letters 99, 217204
- ^ "Разработка магнитных компонентов" . Разработка магнитных компонентов. Архивировано из оригинала 17 декабря 2010 года . Проверено 18 апреля 2011 года .
- ^ a b «Размагничивание» . Введение в контроль магнитных частиц . Ресурсный центр по неразрушающему контролю . Проверено 18 апреля 2011 года .