PYTANIE 7.
Zwrot i kierunek siły Lorenza określa reguła lewej ręki(linie pola magnetycznego wchodzą w wew. stronę dłoni palce wskazują kierunek ładunku a kciuk siłę Lorenza.
Wokół przewodnika wytwarza się pole magnetyczne, którego linię są okręgami o płaszczyznach prostopadłych do przewodnika. Kierunek i zwrot określa reguła prawej ręki(kciuk zgodnie z płynięciem prądu zakrzywione palce wskazują kierunek i zwrot linii pola).
Oddziaływanie pola elektromagnetycznego charakteryzuje siła Lorentza. Jest to siła F, działająca na pojedynczą cząstkę naładowaną poruszającą się w polu magnetycznym.
Kierunek i zwrot siły Lorentza działającej na naładowaną dodatnio cząstkę znajdujemy tak jak kierunek i zwrot siły elektrodynamicznej; kierunek prądu zastępujemy prędkością cząstki.
Siłę Lorentza przedstawiamy wzorem F=q E + q v x B, gdzie q- ładunek elektryczny cząstki, E- natężenie pola elektrycznego, B- indukcja magnetyczna, v- prędkość cząstki. Pierwszy składnik wzoru przedstawia siłę działającą na cząstkę w polu elektrycznym, drugi- siłę działającą w polu magnetycznym ( powoduje ona zakrzywienie toru cząstki).
W wyniku działania siły Lorentza na elektrony przewodnika znajdującego się w zmiennym polu magnetycznym powstaje indukcja elektromagnetyczna.
Siła Lorentza jest jedną z podstawowych sił działających w fizyce. Siła ta, jako prostopadła do prędkości, nigdy nie wykonuje pracy- jest to zawsze siła dośrodkowa, która nie zmienia wartości prędkości, a tylko jej kierunek. W jednorodnym polu magnetycznym ładunek poruszający się prostopadle do linii pola zatacza okrąg ze stałą wartością prędkości, ładunek biegnący ukośnie – linię śrubową.
PYTANIE 8.
Ze wzrostem wartości indukcji pola zewnętrznego, Bo wzrasta również, chociaż mniej intensywnie wartość indukcji B wewnątrz rdzenia ferromagnetycznego osiągającego wartość maksymalną odpowiadającą stanowi nasycenia. Krzywa ta nosi nazwę krzywej magnesowania pierwotnego. Przy stopniowym zmniejszaniu zewnętrznego pola magnetycznego (Bo), wartość indukcji B zamienia się, przy czym jej wartość Bs, któremu odpowiada zanik pola zewnętrznego nosi nazwę pozostałości magnetycznej zmieniając kierunek indukcji pola zewnętrznego na przeciwny, przy czym wartość indukcji w tym punkcie nosi nazwę pola koercji (niszczy pozostałość magnetyczną). Dalsze zwiększanie bezwzględnej wartości indukcji pola zewnętrznego powoduje wzrost ujemnej wartości indukcji magnetycznej wewnątrz rdzenia. W tym punkcie ponownie uzyskujemy stan nasycenia magnetycznego lecz przeciwnego znaku. Zmniejszając następnie wartość bezwzględną ujemnej indukcji pola zewnętrznego i wreszcie zmieniając jej kierunek na przeciwny (dodatni) otrzymujemy krzywą magnesowania rdzenia, której odpowiada pozostałość magnetyczna -Bs i koercja, oraz stan nasycenia. Okresowym zmianom wartości i kierunku indukcji Bo zewnętrznego pola magnetycznego odpowiada zamknięta krzywa zwana pętlą histerezy magnetycznej. Kształt pętli histerezy zależy od rodzaju materiału magnetycznego a pole jej powierzchni jest proporcjonalne do pracy zużytej na magnesowanie. Stal miękka wykazuje niewielką wartość koercji (wąska pętla) w skutek czego łatwo ją rozmagnesować. Stal krzemowa ma bardzo małą wartość pozostałości magnetycznej dlatego jest stosowana do wytwarzania rdzeni elektromagnesów, natomiast stal twarda oraz pewne stopy żelaza kobaltu, niklu, aluminium i miedzi, którym odpowiada duża wartość pozostałości magnetycznej i koercji (szeroka pętla histerezy) nadają się do wykonywania magnesów trwałych.
PYTANIE 9.
Diamagnetyzm - zjawisko polegające na indukcji w ciele, znajdującym się w zewnętrznym polu magnetycznym pola przeciwnego, osłabiającego działanie zewnętrznego pola. Zjawiska odwrotne do diamagnetyzmu to paramagnetyzm. Diamagnetyzm występuje przeważnie w związkach chemicznych posiadających wiązania wielokrotne lub układ aromatyczny. Zewnętrzne pole indukuje w takim układzie prąd elektryczny, który powoduje powstanie pola magnetycznego, skierowanego przeciwnie do pola zewnętrznego.
Diamagnetyki samorzutnie nie wykazują właściwości magnetycznych i są odpychane przez magnes. Umieszczenie diamagnetyka w zewnętrznym polu magnetycznym powoduje powstanie w tym materiale pola magnetycznego skierowanego przeciwnie. Dla tych ciał względna przenikalność magnetyczna μ ośrodka jest nieco mniejsza od jedności (diamagnetyki nieznacznie osłabiają pole magnetyczne). Do diamagnetyków zalicza się: gazy szlachetne, prawie wszystkie metale i metaloidy nie wykazujące własności para- lub ferromagnetycznych (np: bizmut, krzem, cynk, magnez, złoto, miedź) a także fosfor, grafit, woda oraz wiele związków chemicznych. Diamagetyczne są też DNA i wiele białek.
Zjawisko diamagnetyzmu zostało po raz pierwszy opisane przez holenderskiego lekarza i przyrodnika S.J. Burgmansa w 1778 roku. Nazwę "diamagnetyzm" stworzył jednak i rozpowszechnił Michael Faraday w 1846 r.
PYTANIE 10.
Paramagnetyzm - zjawisko magnesowania się makroskopowego ciała w zewnętrznym polu magnetycznym w kierunku zgodnym z kierunkiem pola zewnętrznego. Substancja wykazująca takie własności to paramagnetyk, jest on przyciągany przez magnes, jednak znacznie słabiej niż ferromagnetyk. W niezbyt niskich temperaturach oraz dla niezbyt silnych pól magnetycznych paramagnetyki wykazują liniową wielkość namagnesowania od pola zewnętrznego, co wyraża wzór:
M = \chi H \,
gdzie:
* M - namagnesowanie (moment magnetyczny jednostki objętości substancji)
* χ - objętościowa podatność magnetyczna
* H - natężenie pola magnetycznego.
W niskich temperaturach lub dla bardzo silnych pól magnetycznych namagnesowanie traci liniową zależność od pola zewnętrznego i wykazuje nasycenie.
Podatność magnetyczna zależy od temperatury, zjawisko to ujmuje prawo Curie. Niektóre paramagnetyki w temperaturach poniżej pewnej temperatury stają się ferromagnetykami.
Przyczyną paramagnetyzmu jest porządkowanie się spinów elektronów ciała zgodnie z liniami zewnętrznego pola magnetycznego, uporządkowaniu przeciwdziałają drgania cieplne cząsteczek. W niskich temperaturach lub w silnych polach magnetycznych dochodzi do uporządkowania niemal wszystkich dipoli magnetycznych elektronów w wyniku czego dochodzi do nasycenia. Właściwości paramagnetyczne posiadają substancje o niesparowanych elektronach.
Paramagnetyki mają przenikalność magnetyczną μ niewiele większą od jedności. Dla ferromagnetyków μ jest wielokrotnie większe od 1.
Przykłady paramagnetyków:
* tlen O2
* aluminium
* platyna Pt
* tlenek azotu
PYTANIE 11.
Materiały, które wykazują ferromagnetyzm zwane są ferromagnetykami. Jest bardzo dużo ich krystalicznych przedstawicieli: żelazo, kobalt, nikiel oraz w niższych temperaturach również gadolin, terb, dysproz, holm i erb wśród pierwiastków oraz wiele stopów i związków chemicznych. Tabela po prawej ukazuje reprezentatywną ich listę, wraz z punktami Curie - temperaturami, powyżej których tracą one właściwości ferromagnetyczne.
Ferromagnetyczne stopy metali, których składniki w czystej formie nie wykazują ferromagnetyzmu, nazywane są stopami Heuslera.
Można również wytworzyć amorficzny (niekrystaliczny, bezpostaciowy) ferromagnetyczny stop metaliczny poprzez bardzo szybkie ochłodzenie płynnego stopu, co skutkuje niemal izotropowymi własnościami magnetycznymi. W zależności od składu chemicznego i obróbki cieplnej amorfiki mogą wykazywać bardzo niską koercję magnetyczną (np. poniżej 1 A/m), wysoką względną przenikalność magnetyczną (do wartości 106) oraz małą stratność właściwą z uwagi na niewielką grubość taśmy (co ogranicza prądy wirowe). Typowym takim materiałem jest stop metali przejściowych (zazwyczaj Fe, Co czy Ni, 80%) z półmetalami (B, C, Si, P), obniżającymi temperaturę topnienia stopu i ułatwiającymi osiągnięcie fazy amorficznej.
Jednym z przykładów takiego amorficznego stopu jest komercyjny stop Vitrovac 6025 (Co66Fe4Mo2B11.5Si16.5) z temp. Curie 483 K i magnetyczną polaryzacją nasycenia 0.55 T w temp. pokojowej (dla porównania: czyste żelazo: 1043K i 2.15 T
zia021