Magnetiline polarisatsioon
Mida mõistetakse magnetilise polarisatsiooni all?
Ferromagnetilise materjali magnetilise polarisatsiooni all mõistetakse materjali elementaarmagnetite joondumist, s.t magnetiseerimise protsessi. Sageli nimetatakse magnetiliseks polarisatsiooniks ka suunda ja tugevust magnetjõududel, mis tekivad joondunud elementaarmagnetite tõttu. Vastupidise polarisatsiooniga magnetitest räägitakse siis, kui ühe magneti põhjapoolus asub teise magneti lõunapooluse kohal ja vastupidi.Sisukord
Magnetilise polarisatsiooni all mõistetakse magnetiliste momentide
joondamise protsessi.
Pärast joondamist tähistatakse polarisatsiooniga suunda, mille järgi on elementaarsed magnetid
joondatud.
Magnetiline polarisatsioon avaldub kui magnetiseeritus
ning määrab ühtlasi magnetiseerituse suuna.
Kahe erineva magneti puhul räägitakse vastupidisest polarisatsioonist või ka vastassuunalisest polarisatsioonist, kui mõlemal magnetil paikneb nende põhja-
ja vastavalt nende lõunapoolus
vastastel otstel.
Magnetilise polarisatsiooni teke
Füüsikaliselt tekib magnetiline polarisatsioon seeläbi, et aines joondatakse olemasolevad magnetilised momendid välise magnetväljaga. See tõttu summeeruvad kõigi magnetiliste momentide magnetilised jõud ning välise magnetvälja tugevus suureneb teguri μ võrra, mis on magnetiline läbitavus. See kehtib just siis, kui aines on magnetilisi momente, mida on võimalik joondada. Nendeks võivad olla näiteks üksikud elektronide spinnid. Selliste omadustega materjalid on paramagnetilised või isegi ferromagnetilised. Aine polarisatsiooni protsessi on võimalik jälgida, kui ferromagnetiline materjal viiakse välisesse magnetvälja.Kui välisvälja H0 toimel mõjutatakse magnetilise läbitavusega μ materjali, kujuneb magnetiline vootihedus B, mis on materjali teguri μ võrra suurem kui vaakumis: B=μμ0H0.
See näiline magnetilise vootiheduse muutus, mis tekib aine mõju tõttu võrreldes vaakumiga, ongi magnetiline polarisatsioon ja seda tähistatakse tähega J. Näiteks ferromagnetiline aine suurendab magnetilist vootihedust. Magnetiline polarisatsioon välises väljas H0 on määratud materjali magnetilise susseptiivsusega χ: J=χμ0H0.
Kuna B=μ0H0+J kehtib, et μ=(1+χ) esitab seose magnetilise susseptiivsuse χ ja magnetilise läbitavuse μ vahel.
Eksperimentaalne määramine
Katses saab magnetilise polarisatsiooni kindlaks teha, mõõtes magnetilist vootihedust traadispiraali lõpus, kui spiraalis voolab elektrivool. Seda saab näiteks teostada Hall’i sondiga. Kui spiraali viiakse ferromagnetiline materjal, näiteks raudsilinder, mõõdetakse tunduvalt suurem magnetiline vootihedus kui ilma rauasüdamikuta.
Kui rakendada pooli otstele pinge U, hakkab voolama vool I.
See vool omakorda tekitab magnetilise vootiheduse B.
Vootihedus sõltub otsustavalt pooli poolt ümbritsetud ruumala magnetilisest läbitavusest.
Kui pool on õhuga täidetud (μ=1, vasak pool), tekib magnetvoog B, mida on joonisel kujutatud jõujoontega.
Kui aga pooli sisse tuua ferromagnetiline aine, mille läbitavus on suurem kui 1 (rauast võib μ olla kuni 100000), siis joondavad materjali aatomi spinnid end tekitatud magnetväljaga paralleelselt (aatomispinnid on punaselt märgitud, parem pool).
Nimetatud magnetilise polarisatsiooni protsessi tõttu on magnetvoog B märgatavalt suurem.
Magneti pinnal saab seejärel mõõta oluliselt tugevamat magnetvälja ning sellise magnetiliselt polariseeritud rauasüdamikuga pooli magnetilised jõud on samuti märgatavalt suuremad.
Magnetilise polarisatsiooni ja magnetilise vootiheduse seos
Tühjas ruumis (μ=1) vastab magnetväljale H0 magnetiline vootihedus B=μ0H0.Aine olemasolul lisandub magnetiline polarisatsioon J: B=μ0H0+J.
See vastab magnetvälja H
suurenemisele võrreldes välise magnetväljaga H0
magnetiseerituse M
võrra:
H=H0+M.
Magnetiline polarisatsioon vastab seega põhimõtteliselt magnetiseeritusele. Magnetiline polarisatsioon on magnetiline vootihedus, mis kuulub kindla magnetiseerituse magnetväljale. Magnetiseeritus on magnetväli, magnetiline polarisatsioon on seevastu magnetiline vootihedus.
Kuna B=μ0H, siis B=μ0H0+μ0M.
Kuna B=μ0H0+J, on magnetiline polarisatsioon J võrdne magnetiseerituse M ja vaakumi permeaabluskonstanti μ0 korrutisega: J=μ0M
Magnetiseeritust mõõdetakse amprites meetri kohta (A/m), magnetilise polarisatsiooni ühik on seevastu sama mis magnetilise vootiheduse ühik tesla (T).
Ferromagnetites jääb osa magnetilisest polarisatsioonist alles ka siis, kui väline magnetväli välja lülitatakse. Seda järelejäänud magnetilist polarisatsiooni nimetatakse remanentsiks. Püsiva magnetilise polarisatsiooni põhjus ferromagnetilistes materjalides on elektronispinnide püsiv joondumine. Elektronispinnid püsivad joondatud olekus vahetusvahekorrast tulenevalt. Magnetiliste momentide joondumist saab seejärel hävitada vaid soojuse lisamise, tugeva mehaanilise löögi või sobiva vastuvälja abil, mille tugevus vastab koertsitiivväljale.
DIAmagnetites püsivaid magnetmomente ei esine. Kui viia diamagnetiline materjal välisesse magnetvälja, tekib siiski efekt – materjalis indutseeritakse ringvoolud. Ringvoolude induktsioon materjalis on efekt, mis esineb ka paramagnetilistes ja ferromagnetilistes ainetes, kuid see kattub püsivate magnetmomentide mõjuga, s.o para- ja ferromagnetismiga. Indutseeritud ringvooludel on endil magnetilised momendid. Need ei tugevda aga välist välja, vaid nõrgendavad seda (vastavalt Lenzi reeglile), kuna nad on suunatud välisele magnetväljale vastupidiselt.
Autor:
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt on füüsik ja Martin Lutheri nimelise Halle-Wittenbergi ülikooli füüsika edasijõudnute praktikumi teaduslik juht. Aastatel 2011–2019 töötas ta Tehnikaülikoolis ning juhtis mitmeid õppeprojekte ja keemia projektlaborit. Tema teadustöö keskmes on ajalahutusega fluorestsents-spektroskoopia bioloogiliselt aktiivsetel makromolekulidel. Lisaks on ta Sensoik Technologies GmbH tegevjuht.
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt on füüsik ja Martin Lutheri nimelise Halle-Wittenbergi ülikooli füüsika edasijõudnute praktikumi teaduslik juht. Aastatel 2011–2019 töötas ta Tehnikaülikoolis ning juhtis mitmeid õppeprojekte ja keemia projektlaborit. Tema teadustöö keskmes on ajalahutusega fluorestsents-spektroskoopia bioloogiliselt aktiivsetel makromolekulidel. Lisaks on ta Sensoik Technologies GmbH tegevjuht.
Kogu kompendiumi sisu (tekstid, fotod, illustratsioonid jms) autoriõigus kuulub autorile Franz-Josef Schmittile. Teose ainuõigused kuuluvad Webcraft GmbH-le (kui supermagnete.ee haldajale). Ilma Webcraft GmbH-i selgesõnalise loata ei tohi sisu kopeerida ega muul viisil kasutada.
© 2008–2026 Webcraft GmbH
© 2008–2026 Webcraft GmbH
