دمای کوری نامیده می شود. مواد مغناطیسی و نقطه کوری
وجود داشته باشد مواد بسیار مغناطیسی - فرومغناطیس ها- موادی که دارای خاصیت مغناطیسی خود به خودی هستند، یعنی حتی در غیاب میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی می شوند. علاوه بر نماینده اصلی آنها - آهن (که نام "فرومغناطیس" از آن گرفته شده است) - فرومغناطیس ها شامل کبالت، نیکل، گادولینیوم، آلیاژها و ترکیبات آنها هستند.
فرومغناطیس ها علاوه بر توانایی مغناطیسی قوی، دارای خواص دیگری نیز هستند که به طور قابل توجهی آنها را از دیا و پارامغناطیس متمایز می کند. اگر برای مواد ضعیف مغناطیسی وابستگی جیاز جانب نخطی است، پس برای فرومغناطیس ها این وابستگی بسیار پیچیده است. با افزایش شما نمغناطیس شدن جیاول به سرعت رشد می کند، سپس کندتر، و در نهایت به اصطلاح اشباع مغناطیسیجیما، دیگر به قدرت میدان بستگی ندارد. ماهیت مشابه وابستگی جیاز جانب نرا می توان با این واقعیت توضیح داد که با افزایش میدان مغناطیسی، درجه جهت گیری گشتاورهای مغناطیسی مولکولی در امتداد میدان افزایش می یابد، اما زمانی که گشتاورهای غیر جهت دار کمتر و کمتری باقی می مانند و در نهایت، زمانی که تمام لحظات در امتداد میدان جهت گیری می شوند، افزایش بیشتر جیمتوقف می شود و اشباع مغناطیسی رخ می دهد.
القای مغناطیسی ب= متر 0 (H+J) در زمینه های ضعیف با افزایش به سرعت افزایش می یابد اچبه دلیل افزایش جیو در زمینه های قوی، چون جمله دوم ثابت است ( J=Jما) که دربا افزایش رشد می کند نطبق یک قانون خطی
یکی از ویژگی های اساسی فرومغناطیس ها نه تنها مقادیر زیاد است متر(به عنوان مثال، برای آهن - 5000، برای آلیاژ سوپرمالی - 800،000!)، اما همچنین وابستگی متراز جانب ن. در آغاز متربا افزایش رشد می کند N،سپس، با رسیدن به حداکثر، شروع به کاهش می کند و در مورد میدان های قوی به 1 ( متر= ب/(متر 0 اچ) = 1 + J/H،بنابراین زمانی که J = Jما = ثابتبا رشد ننگرش J/H® 0 ، م®1).
یکی از ویژگی های فرومغناطیس ها این است که برای آنها وابستگی وجود دارد جیاز جانب اچ(و بنابراین که دراز جانب ن) توسط تاریخچه مغناطیسی فرومغناطیس تعیین می شود. این پدیده نامیده می شود هیسترزیس مغناطیسی. اگر فرومغناطیس را تا حد اشباع مغناطیسی کنید و سپس شروع به کاهش ولتاژ کنید نمیدان مغناطیسی، سپس، همانطور که تجربه نشان می دهد، کاهش می یابد جی.در ن= 0جیبا صفر متفاوت است، یعنی در فرومغناطیس مشاهده می شود مغناطیس باقی مانده جیسیستم عامل وجود مغناطیس باقی مانده با وجود همراه است آهنرباهای دائمیمغناطیس تحت تاثیر میدان صفر می شود نبا , داشتن جهت مخالف میدانی که باعث مغناطش می شود. تنش ن s نامیده می شود نیروی اجباری.
با افزایش بیشتر در میدان مخالف، فرومغناطیس دوباره مغناطیس می شود , و در H = –Hاشباع حاصل می شود. سپس فرومغناطیس را می توان دوباره مغناطیس زدایی کرد و دوباره تا زمان اشباع دوباره مغناطیس کرد
بنابراین، هنگامی که یک فرومغناطیس در معرض یک میدان مغناطیسی متناوب قرار می گیرد، مغناطش جیبا توجه به منحنی تغییر می کند , که نامیده می شود حلقه پسماند(از یونانی "تاخیر"). پسماند منجر به این واقعیت می شود که مغناطیسی یک فرومغناطیس یک تابع منحصر به فرد نیست N،آن ها همان ارزش نبا چندین مقدار مطابقت دارد جی.
فرومغناطیس های مختلف حلقه های هیسترزیس متفاوتی می دهند. فرومغناطیس با نیروی اجباری کم (از چند هزارم تا 1-2 A/cm) NS(با یک حلقه هیسترزیس باریک) نامیده می شوند نرم، با یک نیروی اجباری بزرگ (از چند ده تا چند هزار آمپر در سانتی متر) (با یک حلقه پسماند گسترده) - سخت است. مقادیر نس، جیسیستم عامل و مترحداکثر کاربرد فرومغناطیس ها را برای اهداف عملی معین تعیین می کند. بنابراین، فرومغناطیس های سخت (مثلاً فولادهای کربن و تنگستن) برای ساخت آهنرباهای دائمی و فرومغناطیس های نرم (مثلاً آهن نرم، آلیاژی از آهن و نیکل) برای ساخت هسته های ترانسفورماتور استفاده می شوند.
فرومغناطیس ها یک ویژگی مهم دیگر نیز دارند: برای هر فرومغناطیس دمای خاصی وجود دارد که به آن می گویند نقطه کوری، که در آن خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهد. هنگامی که یک نمونه بالاتر از نقطه کوری گرم می شود، فرومغناطیس به یک پارامغناطیس معمولی تبدیل می شود. انتقال یک ماده از حالت فرومغناطیسی به حالت پارامغناطیس، که در نقطه کوری اتفاق می افتد، با جذب یا انتشار گرما همراه نیست، یعنی. در نقطه کوری یک انتقال مرحله مرتبه دوم رخ می دهد (به بند 75 مراجعه کنید).
در نهایت، فرآیند مغناطیسی فرومغناطیس ها با تغییر در ابعاد و حجم خطی آن همراه است. این پدیده نامیده می شود مغناطیس انقباض
ماهیت فرومغناطیس
با در نظر گرفتن خواص مغناطیسی فرومغناطیس ها، ماهیت فیزیکی این پدیده را آشکار نکردیم.
بر اساس ایده‌های وایس، فرومغناطیس‌ها در دمای زیر نقطه کوری، بدون توجه به وجود میدان مغناطیسی خارجی، مغناطش خود به خودی دارند. با این حال، مغناطش خود به خودی با این واقعیت که بسیاری از مواد فرومغناطیسی، حتی در دماهای زیر نقطه کوری، مغناطیسی نمی شوند، در تناقض آشکار است. برای از بین بردن این تناقض، وایس فرضیه ای را ارائه کرد که بر اساس آن فرومغناطیس زیر نقطه کوری به تعداد زیادی از مناطق کوچک ماکروسکوپی تقسیم می شود - دامنه ها، به طور خود به خود مغناطیسی شده تا اشباع.
در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، گشتاورهای مغناطیسی حوزه‌های منفرد به‌طور تصادفی جهت‌گیری می‌کنند و یکدیگر را جبران می‌کنند، بنابراین گشتاور مغناطیسی حاصل از فرومغناطیس صفر است و فرومغناطیس مغناطیسی نمی‌شود. یک میدان مغناطیسی خارجی، گشتاورهای مغناطیسی اتم‌های منفرد را در امتداد میدان جهت می‌دهد، همانطور که در مورد پارامغناطیس‌ها، بلکه کل مناطق مغناطیسی خود به خودی وجود دارد. بنابراین، با رشد نمغناطیس شدن جیو القای مغناطیسی که دردر حال حاضر در زمینه های نسبتا ضعیف آنها خیلی سریع رشد می کنند. این نیز افزایش را توضیح می دهد مترفرومغناطیس به حداکثر مقدار در میدان های ضعیف. آزمایش ها این وابستگی را نشان داده است باز جانب اچچندان صاف نیست، اما ظاهری پلکانی دارد. این نشان می دهد که در داخل فرومغناطیس دامنه ها به طور ناگهانی در امتداد میدان می چرخند.
وقتی میدان مغناطیسی خارجی به صفر تضعیف می‌شود، فرومغناطیس‌ها مغناطیسی باقیمانده را حفظ می‌کنند، زیرا حرکت حرارتی نمی‌تواند به سرعت ممان‌های مغناطیسی سازندهای بزرگ مانند دامنه‌ها را منحرف کند. بنابراین پدیده هیسترزیس مغناطیسی مشاهده می شود. به منظور مغناطیس زدایی یک فرومغناطیس، باید نیروی اجباری اعمال شود. مغناطیس زدایی نیز با تکان دادن و گرم کردن فرومغناطیس تقویت می شود. نقطه کوری دمایی است که در بالای آن تخریب ساختار دامنه رخ می دهد.
وجود دامنه ها در فرومغناطیس ها به صورت تجربی ثابت شده است. روش آزمایشی مستقیم برای مشاهده آنها می باشد روش شکل پودری. یک سوسپانسیون آبی از پودر فرومغناطیسی ریز (به عنوان مثال، مگنتیت) روی سطح صیقلی شده مواد فرومغناطیسی اعمال می شود. ذرات عمدتاً در مکان هایی با حداکثر ناهمگنی میدان مغناطیسی، یعنی در مرزهای بین حوزه ها، ته نشین می شوند. بنابراین، پودر ته نشین شده مرزهای دامنه ها را مشخص می کند و می توان از یک تصویر مشابه زیر میکروسکوپ عکس گرفت. ابعاد خطی دامنه ها 10-4-10-2 سانتی متر است.
اکنون مشخص شده است که خواص مغناطیسی فرومغناطیس ها توسط چرخش گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها(یک نشانه آزمایشی مستقیم این آزمایش انیشتین است. همچنین ثابت شده است که فقط مواد کریستالی می توانند خواص فرومغناطیسی داشته باشند، اتم های آنها دارای لایه های الکترونی داخلی ناتمام با اسپین های جبران نشده هستند. در چنین کریستال هایی، نیروهایی می توانند ایجاد شوند که اسپین را وادار به مغناطیسی می کنند. گشتاورهای الکترون برای جهت گیری به موازات یکدیگرکه منجر به پیدایش نواحی مغناطیسی خود به خود می شود. این نیروها که نیروهای مبادله نامیده می شوند، ماهیت کوانتومی دارند - آنها توسط خواص موجی الکترون ها ایجاد می شوند.
اطلاعات مربوطه.
قدرت مغناطیس توسط به اصطلاح "لمان مغناطیسی" تعیین می شود - گشتاور دوقطبی در داخل اتم، که از تکانه زاویه ای و اسپین الکترون ها می آید. مواد بسته به دما ساختارهای متفاوتی از گشتاورهای مغناطیسی خاص خود دارند. نقطه کوری دمایی است که در آن گشتاورهای مغناطیسی ذاتی یک ماده تغییر می کند.
مغناطیس دائمی ناشی از هم ترازی گشتاورهای مغناطیسی است و مغناطیس القایی زمانی ایجاد می شود که گشتاورهای مغناطیسی نامنظم مجبور شوند در یک میدان مغناطیسی اعمال شده تراز شوند. به عنوان مثال، گشتاورهای مغناطیسی منظم (فرومغناطیسی) تغییر می کنند و در دمای کوری بی نظم می شوند (پارامغناطیس). دماهای بالاتر آهنرباها را ضعیف تر می کند، زیرا مغناطیس خود به خودی فقط زیر دمای کوری رخ می دهد - این یکی از ویژگی های اصلی چنین پدیده های خود به خودی است. حساسیت مغناطیسی بالاتر از دمای کوری را می توان با استفاده از قانون کوری ویس که از قانون کوری مشتق شده است محاسبه کرد.
استفاده و فرمول ها
در قیاس با مواد فرومغناطیسی و پارامغناطیس، دمای کوری همچنین می تواند برای توصیف بین فروالکتریک و پارالکتریکی استفاده شود. در این زمینه، پارامتر نظم قطبش الکتریکی را نشان می‌دهد که با افزایش دما از دمای کوری، از یک مقدار محدود به صفر می‌رود.
گشتاورهای مغناطیسی گشتاورهای دوقطبی دائمی در داخل یک اتم هستند که دارای یک گشتاور الکترونیکی مطابق با رابطه μl = el / 2me هستند که در آن من جرم الکترون است، μl گشتاور مغناطیسی، l تکانه زاویه ای است که بدون آن دشوار است محاسبه دمای کوری؛ این رابطه ژیرو مغناطیسی نامیده می شود.
الکترون‌ها در یک اتم، گشتاورهای مغناطیسی را از تکانه زاویه‌ای خودشان و از تکانه مداری‌شان به دور هسته کمک می‌کنند. گشتاورهای مغناطیسی از هسته بر خلاف گشتاورهای مغناطیسی از الکترون ها ناچیز هستند. کمک های حرارتی منجر به انرژی های الکترون بالاتر می شود که نظم را به هم می زند و هم ترازی بین دوقطبی ها را از بین می برد.
ویژگی های خاص
مواد فری مغناطیسی و ضد فرومغناطیسی ساختار گشتاور مغناطیسی متفاوتی دارند. در دمای کوری معینی از ماده، این خواص تغییر می کند. انتقال از ضد فرومغناطیسی به پارامغناطیس (یا برعکس) در دمای نیل رخ می دهد که شبیه دمای کوری است - این در اصل شرط اصلی چنین انتقالی است.
ساختارهای فرومغناطیسی، پارامغناطیس، فری مغناطیسی و ضد فرومغناطیسی از گشتاورهای مغناطیسی خاص خود تشکیل شده اند. اگر تمام الکترون‌های درون ساختار جفت شوند، این گشتاورها به دلیل اسپین‌های مخالف و گشتاور زاویه‌ای‌شان خنثی می‌شوند. بنابراین، حتی زمانی که یک میدان مغناطیسی اعمال می شود، این مواد خواص متفاوتی دارند و دمای کوری ندارند - برای مثال آهن از دمای کاملاً متفاوتی استفاده می کند.
این ماده فقط بالاتر از دمای کوری خود پارامغناطیس است. مواد پارامغناطیس زمانی که میدان مغناطیسی وجود نداشته باشد غیر مغناطیسی و زمانی که میدان مغناطیسی اعمال شود مغناطیسی هستند. هنگامی که میدان مغناطیسی وجود ندارد، ماده دارای گشتاورهای مغناطیسی نامنظم است. یعنی اتم ها نامتقارن و تراز نیستند. هنگامی که یک میدان مغناطیسی وجود دارد، گشتاورهای مغناطیسی به طور موقت به موازات میدان اعمال شده بازآرایی می شوند، اتم ها متقارن و تراز می شوند. گشتاورهای مغناطیسی که در یک جهت قرار گرفته اند باعث ایجاد میدان مغناطیسی القایی می شوند.
برای پارامغناطیس، این پاسخ به یک میدان مغناطیسی اعمال شده مثبت است و به عنوان حساسیت مغناطیسی شناخته می شود. حساسیت مغناطیسی فقط بالاتر از دمای کوری برای حالت های بی نظم اعمال می شود.
فراتر از نقطه کوری
بالاتر از دمای کوری، اتم‌ها برانگیخته می‌شوند و جهت‌گیری‌های اسپین تصادفی می‌شوند، اما می‌توانند با فیلد اعمال‌شده بازآرایی شوند، یعنی. ماده پارامغناطیس می شود. هر چیزی که زیر دمای کوری قرار دارد، فضایی است که ساختار داخلی آن قبلاً تحت یک انتقال فاز قرار گرفته است، اتم ها مرتب شده اند و خود ماده فرومغناطیسی شده است. میدان های مغناطیسی ناشی از مواد پارامغناطیس در مقایسه با میدان های مغناطیسی مواد فرومغناطیسی بسیار ضعیف است.
مواد فقط زیر دمای کوری مربوطه خود فرومغناطیسی هستند. مواد فرومغناطیسی در غیاب میدان مغناطیسی اعمال شده مغناطیسی هستند.
وقتی میدان مغناطیسی وجود نداشته باشد، ماده مغناطیسی خود به خودی حاصل از گشتاورهای مغناطیسی منظم دارد. یعنی برای فرومغناطیس، اتم ها متقارن و در یک جهت هم تراز هستند و میدان مغناطیسی ثابتی ایجاد می کنند.
دمای کوری برای فرومغناطیس
فعل و انفعالات مغناطیسی توسط فعل و انفعالات مبادله ای با هم حفظ می شوند. در غیر این صورت اختلال حرارتی بر لحظات مغناطیسی غلبه خواهد کرد. برهمکنش مبادله ای دارای احتمال صفر است که الکترون های موازی همان نقطه زمانی را اشغال کنند، که دلالت بر همترازی موازی ترجیحی در ماده دارد. عامل بولتزمن سهم قابل توجهی دارد زیرا ترجیح می دهد ذرات برهم کنش در یک جهت قرار گیرند. این منجر به فرومغناطیس هایی می شود که دارای میدان های مغناطیسی قوی و تعریف دمای کوری بالا در حدود 1000 کلوین هستند.
مواد فری مغناطیسی در غیاب میدان مغناطیسی اعمال شده مغناطیسی هستند و از دو یون مختلف تشکیل شده اند.
مغناطیس خود به خود
هنگامی که میدان مغناطیسی وجود نداشته باشد، ماده دارای مغناطیس خود به خودی ناشی از گشتاورهای مغناطیسی منظم است. آن ها برای فریمغناطیس، گشتاورهای مغناطیسی یک گشتاور یونی در یک جهت با قدر معین و گشتاورهای مغناطیسی یون دیگر در جهت مخالف با قدر متفاوت تراز می شوند. از آنجایی که گشتاورهای مغناطیسی قدرهای متفاوتی در جهت مخالف دارند، مغناطیس خود به خودی وجود دارد و میدان مغناطیسی وجود دارد.
در زیر نقطه کوری چه اتفاقی می افتد؟
بر اساس فروالکتریک مدرن، دمای کوری محدودیت هایی دارد. مانند مواد فرومغناطیسی، فعل و انفعالات مغناطیسی توسط فعل و انفعالات مبادله ای با هم حفظ می شوند. با این حال، جهت گشتاورها ضد موازی هستند که با کم کردن تکانه آنها از یکدیگر، به تکانه خالص منجر می شود.
در زیر دمای کوری، اتم‌های هر یون به موازات تکانه‌های مختلف در یک راستا قرار می‌گیرند و باعث مغناطیس خود به خودی می‌شوند. ماده فرومغناطیسی است. بالاتر از دمای کوری، ماده پارامغناطیس است، زیرا اتم ها گشتاورهای مغناطیسی منظم خود را زمانی که ماده تحت یک انتقال فاز قرار می گیرد، از دست می دهند.
دما و مغناطیس نیل
این ماده دارای گشتاورهای مغناطیسی برابر است که در جهات مخالف هم تراز شده‌اند، که منجر به گشتاور مغناطیسی صفر و مغناطیس صفر در تمام دماهای زیر دمای نیل می‌شود. مواد ضد فرومغناطیسی در غیاب میدان مغناطیسی ضعیف مغناطیسی می شوند.
مانند مواد فرومغناطیسی، فعل و انفعالات مغناطیسی توسط فعل و انفعالات مبادله ای در کنار هم قرار می گیرند و از غلبه بر برهمکنش های گشتاور مغناطیسی ضعیف اختلال حرارتی جلوگیری می کنند. هنگامی که اختلال رخ می دهد، در دمای نیل است.
خواص فرومغناطیسی یک ماده فقط در دمای زیر نقطه کوری ظاهر می شود.
اکثریت قریب به اتفاق اتم ها میدان مغناطیسی خاص خود را دارند. تقریباً هر اتمی را می توان به عنوان یک آهنربای کوچک با قطب شمال و جنوب نشان داد. این اثر مغناطیسی با این واقعیت توضیح داده می شود که الکترون ها هنگام حرکت در مدار اطراف یک هسته اتمی، جریان های الکتریکی میکروسکوپی ایجاد می کنند که میدان های مغناطیسی ایجاد می کنند. سانتی متر.کشف ارستد). با جمع کردن میدان های مغناطیسی القا شده توسط تمام الکترون های یک اتم، میدان مغناطیسی کل اتم را بدست می آوریم.
در اکثر مواد، میدان های مغناطیسی اتم ها به طور تصادفی جهت گیری می کنند و در نتیجه یکدیگر را خنثی می کنند. با این حال، در برخی از مواد و مواد (عمدتا آلیاژهای حاوی آهن، نیکل یا کبالت)، اتم‌ها به گونه‌ای مرتب شده‌اند که میدان‌های مغناطیسی آنها در یک جهت هدایت شده و یکدیگر را تقویت می‌کنند. در نتیجه، یک قطعه از چنین ماده ای توسط یک میدان مغناطیسی احاطه شده است. از این مواد نامیده می شود فرومغناطیس ها، از آنجایی که معمولاً حاوی آهن هستند و دریافت می کنند آهنرباهای دائمی.
برای درک چگونگی تشکیل فرومغناطیس، اجازه دهید یک تکه آهن داغ را تصور کنیم. به دلیل دمای بالا، اتم های موجود در آن بسیار سریع و بی نظم حرکت می کنند و امکانی برای ترتیب میدان های مغناطیسی اتمی در یک جهت باقی نمی گذارند. با این حال، با کاهش دما، حرکت حرارتی ضعیف شده و سایر اثرات شروع به غالب شدن می‌کنند. در آهن (و برخی فلزات دیگر)، نیرویی در سطح اتمی عمل می کند که تمایل دارد دوقطبی های مغناطیسی اتم های همسایه را با یکدیگر ترکیب کند.
این نیروی برهمکنش بین اتمی، نامیده می شود تبادل قدرتاولین بار توسط ورنر هایزنبرگ توصیف شد. سانتی متر.اصل عدم قطعیت هایزنبرگ). این به این دلیل است که دو اتم همسایه می توانند الکترون های خارجی را مبادله کنند و این الکترون ها شروع به تعلق همزمان به هر دو اتم می کنند. نیروی مبادله محکم اتم ها را در شبکه کریستالی فلز متصل می کند و میدان مغناطیسی آنها را موازی و در یک جهت هدایت می کند. در نتیجه، میدان‌های مغناطیسی منظم اتم‌های همسایه به جای اینکه حذف شوند، متقابلاً افزایش می‌یابند. و چنین تأثیری را می توان در حجم ماده ای از مرتبه 1 میلی متر 3 مشاهده کرد که حاوی 10 16 اتم است. اتم های این دامنه مغناطیسی (سانتی متر.در زیر) به گونه ای ردیف می شوند که میدان مغناطیسی خالص داشته باشیم.
در دماهای بالا، عمل این نیرو با حرکت حرارتی اتم ها مانع می شود، اما در دماهای پایین، میدان های مغناطیسی اتمی می توانند یکدیگر را تقویت کنند. دمایی که در آن این انتقال رخ می دهد نامیده می شود نقطه کوریفلز - به افتخار فیزیکدان فرانسوی پیر کوری که آن را کشف کرد.
در واقع، ساختار فرومغناطیس ها بسیار پیچیده تر از آنچه در بالا توضیح داده شد است. به طور معمول، حوزه‌های منفرد فقط شامل چند هزار اتم هستند که میدان‌های مغناطیسی آنها یک طرفه هستند، اما میدان‌های حوزه‌های مختلف به‌طور تصادفی هدایت می‌شوند و به طور کلی، ماده مغناطیسی نمی‌شود. بنابراین، یک قطعه آهن معمولی خاصیت مغناطیسی از خود نشان نمی دهد. با این حال، تحت شرایط خاصی، میدان‌های مغناطیسی حوزه‌هایی که فرومغناطیس را تشکیل می‌دهند نیز مرتب می‌شوند (مثلاً وقتی آهن داغ در یک میدان مغناطیسی قوی سرد می‌شود). و سپس یک آهنربای دائمی بدست می آوریم. وجود نقطه کوری همچنین توضیح می دهد که چرا وقتی آهنربای دائمی به شدت گرم می شود، در نقطه ای کاملاً تبدیل می شود. مغناطیس زدایی
ماری اسکلودوسکا کوری، 1867-1934
شیمیدان لهستانی و سپس فرانسوی. او در ورشو در یک خانواده روشنفکر در دوران سخت اشغال روسیه که بر لهستان آمد، به دنیا آمد. او در حین تحصیل در مدرسه به مادرش کمک کرد تا پانسیون را حفظ کند و به عنوان خدمتکار در آنجا خدمت می کرد. پس از فارغ التحصیلی از مدرسه، مدتی به عنوان فرماندار برای خانواده های ثروتمند کار کرد تا برای تحصیل پزشکی خواهرش درآمد کسب کند. در این دوره، نامزدی اسکلودوسکا با مرد جوانی از خانواده ای که در آن خدمت می کرد، ناراحت از والدین داماد رخ داد (والدین چنین ازدواج پسرشان را شایسته موقعیت اجتماعی خود نمی دانستند و فرصت درخشانی را برای بهبود استخر ژنی خانواده خود از دست دادند. ). پس از اینکه خواهرش تحصیلات پزشکی خود را در پاریس دریافت کرد، خود اسکلودوسکا برای تحصیل به آنجا رفت.
نتایج درخشان امتحانات ورودی فیزیک و ریاضی توجه دانشمندان برجسته فرانسوی را به لهستانی جوان جلب کرد. نتیجه نامزدی او در سال 1894 با پیر کوری و ازدواج با او در سال بعد بود. در آن سال ها تحقیقات درباره پدیده رادیواکتیویته تازه شروع شده بود و کار در این زمینه پایانی نداشت. پیر و ماری کوری شروع به استخراج نمونه های رادیواکتیو از سنگ معدن های استخراج شده در بوهم و مطالعه آنها کردند. در نتیجه، این زوج موفق شدند چندین عنصر رادیواکتیو جدید را به طور همزمان کشف کنند ( سانتی متر.واپاشی رادیواکتیو)، که یکی از آنها به افتخار آنها کوریم نامگذاری شد، و دیگری - پلونیوم به افتخار میهن مریم. برای این مطالعات، کوری ها به همراه هانری بکرل (1852-1908)، که اشعه ایکس را کشف کرد، جایزه نوبل فیزیک در سال 1903 را دریافت کردند. این ماری کوری بود که برای اولین بار اصطلاح "رادیواکتیویته" را ابداع کرد - پس از نام اولین عنصر رادیواکتیو رادیوم کشف شده توسط کوری.
پس از مرگ غم انگیز پیر در سال 1906، ماری کوری حقوق بازنشستگی ارائه شده توسط دانشگاه سوربن را رد کرد و به تحقیقات خود ادامه داد. او موفق شد ثابت کند که در نتیجه فروپاشی رادیواکتیو، تغییر شکل عناصر شیمیایی رخ می دهد و از این طریق، پایه و اساس شاخه جدیدی از علوم طبیعی - رادیوشیمی را بنا نهاد. برای این کار، ماری کوری در سال 1911 جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد و اولین دانشمندی شد که دو بار موفق به کسب معتبرترین جایزه برای دستاوردهای علوم طبیعی شد. (در همان سال آکادمی علوم پاریس نامزدی او را رد کرد و ماری کوری را در صفوف خود نپذیرفت. ظاهراً دو جایزه نوبل برای غلبه بر تمایل دانشگاهیان به تبعیض بر اساس ملیت و جنسیت کافی نبود).
در طول جنگ جهانی اول، ماری کوری درگیر تحقیقات پزشکی کاربردی فعال بود و در قسمت جلو با یک دستگاه اشعه ایکس قابل حمل کار می کرد. در سال 1921، اشتراکی در آمریکا برای جمع‌آوری سرمایه برای خرید 1 گرم رادیوم خالص برای ماری کوری افتتاح شد که او برای تحقیقات بیشتر به آن نیاز داشت. در طول تور پیروزمندانه او در آمریکا با سخنرانی های عمومی، کلید جعبه حاوی فلز گرانبهای رادیواکتیو توسط خود وارن هاردینگ، رئیس جمهور ایالات متحده، به کوری اهدا شد.
سال‌های آخر زندگی ماری کوری مملو از ابتکارات مهم بین‌المللی در زمینه‌های علم و پزشکی بود. در اوایل دهه 1930، سلامتی ماری کوری به شدت رو به وخامت گذاشت - دوزهای عظیم تشعشعات رادیواکتیو که او در طول سال ها آزمایش دریافت کرد، او را تحت تأثیر قرار داد - و در سال 1934 در یک آسایشگاه در کوه های آلپ فرانسه درگذشت.
پیر کوری، 1859-1906
فیزیکدان فرانسوی در پاریس در خانواده یک پزشک برجسته متولد شد. تحصیلات خانگی را دریافت کرد. در ابتدا او در دانشگاه سوربن در رشته فارماکولوژی تحصیل کرد، اما خیلی زود به آزمایش‌های علوم طبیعی با کریستال‌ها که توسط برادرش ژاک انجام شد، علاقه مند شد و در نهایت مدیر دانشکده فیزیک و شیمی (École de Physique et Chimie) شد. در سال 1895 با ماریا اسکلودوسکا ازدواج کرد و در همان سال از پایان نامه دکتری خود در مورد خواص مغناطیسی پارامغناطیس ها دفاع کرد. سانتی متر.قانون کوری). او به همراه همسرش، تحت شرایط سخت کاری، آزمایشاتی را در مدرسه برای بررسی خواص مواد رادیواکتیو انجام داد. در سال 1904، او به عنوان استاد فیزیک و مدیر آزمایشگاه (به زودی تبدیل به موسسه رادیوم) سوربن منصوب شد. در آوریل 1906، پیر کوری در یک تصادف عجیب و غریب، زیر چرخ های یک راننده تاکسی درگذشت. او حتی وقت نداشت تجهیزات آزمایشگاه جدیدش را تکمیل کند.
13. فروالکتریک. دمای کوری
فعال(اداره می شود)دی الکتریک هامواد را نام ببریدکه خواص آن را می توان در محدوده وسیعی با استفاده از کنترل کردتأثیر انرژی خارجی:قدرت میدان الکتریکی یا مغناطیسی، تنش مکانیکی، دما، شار نور و غیره. این تفاوت اساسی آنها با دی الکتریک های معمولی (غیرفعال) است.
عناصر فعال دستگاه های الکترونیکی از دی الکتریک های فعال ساخته می شوند. ویژگی‌های خواص این مواد پدیده‌هایی مانند فروالکتریک، الکتریک، اثرات پیزوالکتریک و الکترواپتیکی، جریان‌های تزریقی و غیره است که اساس توسعه دستگاه‌های دی الکتریک بوده است. در زیر به ویژگی‌های ساختاری و خواص برخی دی‌الکتریک‌های فعال که بیشترین کاربرد را پیدا کرده‌اند، می‌پردازیم.
7.15.1. فروالکتریک
فروالکتریک ها بر خلاف دی الکتریک های معمولی (غیرفعال)، ویژگی های الکتریکی قابل تنظیم دارند. مثلا، ثابت دی الکتریک فروالکتریک هابا استفاده از ولتاژ الکتریکی می توان در محدوده وسیعی تغییر داددر داخل. یکی از ویژگی های فروالکتریک این است که همراه با انواع قطبش الکترونیکی، یونی و آرام سازی ناشی از یک میدان الکتریکی خارجی قطبش خود به خود مشاهده می شود، تحت تأثیر آن این دی الکتریک ها ساختار دامنه و خواص فروالکتریک مشخصی را به دست می آورند.
پلاریزاسیون خود به خود در غیاب الکتریسیته اتفاق می افتدمیدان تریک در محدوده دمایی معین زیر نقطهکوریTkبه واسطه تغییرات در ساختار سلول واحد کریشبکه فولادی و تشکیل یک ساختار دامنه،که به نوبه خود باعث فروالکتریک ها می شود:
ثابت دی الکتریک غیرمعمول بالا (تا ده ها هزار)؛
وابستگی غیرخطی قطبش و در نتیجه ثابت دی الکتریک به قدرت میدان الکتریکی اعمال شده.
وابستگی شدید ثابت دی الکتریک به دما؛
وجود هیسترزیس دی الکتریک
خواص فوق به تفصیل توسط I.V. Kurchatov و P.P. مهمترین فروالکتریک برای کاربردهای عملی، تیتانات باریم، در سال 1944 توسط B.M. کشف شد. بلوار تعدادی فروالکتریک توسط G.A. کشف شد. اسمولنسکی و دیگران.
در حال حاضر حدود 500 ماده شناخته شده است که دارای خواص فروالکتریک هستند. بسته به ساختار سلول واحد و مکانیسم پلاریزاسیون خود به خود، فروالکتریک ها به ترتیب به عنوان فروالکتریک های یونی و دوقطبی متمایز می شوند، در غیر این صورت - فروالکتریک های نوع جابجایی و سفارشی.
فروالکتریک یونیساختار سلول واحد دارند نوع پروسکایت(معدنی CaTiO 3). این شامل:
باریم تیتانات BaTiO 3 (Tc = 120 درجه سانتیگراد)،
تیتانات سرب RbTiO 3 (Tc = 493 درجه سانتیگراد)،
تیتانات کادمیوم CdTiО 3 (Тк = 223°C)،
متانیوبات سرب PbNb 2 O 6 (Tk = 575 درجه سانتیگراد)،
نیوبات پتاسیم KNbO 3 (Tk = 435 ° C)،
یدات پتاسیم KNbO 3 (Tc = 210 درجه سانتیگراد) و غیره.
تمامی ترکیبات شیمیایی این گروه در آب نامحلول بوده و دارای استحکام مکانیکی قابل توجهی هستند و محصولات حاصل از آنها با استفاده از تکنولوژی سرامیک تولید می شود. آنها نمایندگی می کنند عمدتا کریستال هایی با غالب یونیارتباطبرای این گروه از فروالکتریک ها، پلاریزاسیون خود به خودی به صورت شماتیک در شکل 1 نشان داده شده است. 7.1 با استفاده از مثال سلول واحد BaTiO 3. سلول واحد تیتانات باریم در دماهای بالا به شکل یک مکعب است (a = 4.01 10-10 m). یون های باریم در گره های مکعب قرار دارند و یون های اکسیژن در وسط وجه ها قرار دارند و یک هشت وجهی اکسیژن را تشکیل می دهند که در مرکز آن یک یون تیتانیوم قرار دارد (نگاه کنید به شکل 7.1، a، a"). در نتیجه حرکت حرارتی شدید، یون تیتانیوم به یک اندازه در نزدیکی هر یون اکسیژن قرار می گیرد، بنابراین، گشتاور الکتریکی سلول به دلیل تقارن آن، صفر است و دی الکتریک در حالت پاراالکتریک قرار دارد. مشابه اصطلاح "پارامغناطیس") در دماهای مساوی و کمتر از یک معین که نقطه کوری (Tk) نامیده می شود. یون تیتانیومبه دلیل تضعیف انرژی حرکت حرارتی، عمدتاً در نزدیکی یکی از یون های اکسیژن ظاهر می شود و 110 جابجا می شود -11 متر. یون های باریم نیز در همان جهت جابه جا می شوند (12-10 متر).
یون اکسیژن واقع در مقابل O 2-، که Ti 4+ به آن جابجا شده است، در جهت مخالف (4 10-12 متر) جابجا می شود. در نتیجه این جابجایی های یونی، مکعب توری ناچیزاما به چهارضلعی تغییر شکل می دهد(با پارامترهای سلول واحد آ= 3.99 A، با= 4.036 A)، a هشت وجهی اکسیژنچقدر تحریف شده است(نگاه کنید به شکل 7.1، b، b"). io offsetsجدیداز جمله یون های تیتانیوم، نسبتاً کوچک هستند، با این حال بسیار مهم هستند و منجر به شکل گیری قابل توجه می شودممان دوقطبی الکتریکی Po –
برنج. 7.1. سلول واحد (a، a") تیتانات باریم و برآمدگی آن (b b") در دماهای بالاتر (a، a") و زیر نقطه کوری (b، b")
ناشی می شودقطبش خود به خودوانتقال فاز دی الکتریک از پارالکتریک به فاز وجود داردایستاده در فروالکتریک.
بدین ترتیب، پلاریزاسیون خود به خود فروالکتریک یونی در غیاب میدان الکتریکی در یک میدان مشخص رخ می دهد.در یک محدوده دمایی معین در نتیجه جابجایی یون Ti 4+ در حجم سلول واحد از موقعیت مرکزی و تغییر شکل آخرین
فروالکتریک دوقطبیهستند
نمک روشل NaKC4H4O6 4H2O (Tc = 24°C)،
تری گلیسین سولفات (NH2CH2COOH)3H2SO4 (Tk = 49°C)،
گوانیدین سولفات آلومینیوم هگزا هیدرات C(NH3)2A1(SO4)2 6H2O (Tc > 200°C)،
نیتریت سدیم NaNO2 (Tc = 163 درجه سانتیگراد)،
پتاسیم دی هیدروژن فسفات KH2P04 (Tk = -151 C) و غیره.
ترکیبات شیمیایی اینگروه ها استحکام مکانیکی پایینی دارند و در آب محلول هستند, به همین دلیل می توان تک بلورهای بزرگ را از محلول های آبی این ترکیبات رشد داد. اتم های این ترکیبات حامل بار هستند اما به یکدیگر متصل هستند عمدتا جعلیاتصال روبان
فروالکتریک دوقطبی در یک سلول واحد حاوی یک اتم (یون) یا گروهی از اتم ها (یون) با دو موقعیت تعادل است که در هر یک از آنها یک گشتاور دوقطبی الکتریکی تشکیل می شود. آر O. در دماهای بالاتر از نقطه کوری، در نتیجه حرکت حرارتی آشفته، این دو موقعیت تعادلی به یک اندازه محتمل هستند، بنابراین قطبش خود به خودی وجود ندارد و دی الکتریک
درتی<Тк یکی از موقعیت ها ترجیح داده می شود و در سلول واحد ظاهر می شودلحظه دوقطبی؛ پلاریزاسیون خود به خود اتفاق می افتد و دی الکتریک از حالت پاراالکتریک به حالت پارالکتریک می رود
فروالکتریکمنطقی (یک انتقال فاز رخ می دهد).
می توان به صورت زیر نوشت:
جایی که $\overrightarrow(S_1)\overrightarrow(S_2)$ اسپین های الکترون هایی هستند که برهم کنش می کنند، $I_(ob)$ انتگرال برهمکنش تبادلی است. وقتی $I_(ob)>0$ انرژی اندرکنش در مورد اسپین های موازی حداقل است. در اثر برهمکنش گشتاور مغناطیسی الکترون ($(\overrightarrow(p))_m$) با میدان مغناطیسی (القای میدان تبادل $(\overrightarrow(B))_(ob)$) ایجاد می شود و تعیین می شود. با فرمول:
گشتاور مغناطیسی خود الکترون ($((\overrightarrow(p))_m)^0$) با این رابطه به اسپین $\overrightarrow(S)\ $ مربوط می شود:
که در آن $q_e$، m بار و جرم الکترون است. سمت راست عبارت (1) را در $\frac(q_e)(m)$ تقسیم و ضرب می کنیم، به دست می آید:
فرض کنید الکترون دوم در میدان مغناطیسی است که اولین الکترون را ایجاد می کند، پس باید بنویسیم:
القای میدان مغناطیسی کل شامل القای میدان بدون برهمکنش مبادله ($\overrightarrow(B)$) و القای میدان مبادله ($(\overrightarrow(B))_(ob)$) است. استفاده از روابط شناخته شده:
که در آن $\overrightarrow(J)$ بردار مغناطیسی است، $\varkappa $ حساسیت مغناطیسی، $\mu $ نفوذپذیری مغناطیسی، $(\mu)_0$ ثابت مغناطیسی، $\overrightarrow(H)$ است. - قدرت میدان مغناطیسی
اگر تعامل تبادلی وجود داشته باشد، فرمول (10) را می توان به موارد زیر تعمیم داد:
اجازه دهید مقدار $\lambda $ یک ثابت تعامل مبادله باشد، سپس می‌توانیم فرض کنیم که:
بیایید (12) را با (11) جایگزین کنیم، دریافت می کنیم:
بیایید جایگزینی ایجاد کنیم:
جایی که $(\varkappa )"$ حساسیت را با در نظر گرفتن تعامل مبادله مشخص می کند ($\varkappa =\frac(C)(T)$).
در $T > \lambda C$ این ماده مانند یک پارامغناطیس رفتار می کند. حساسیت مغناطیسی با افزایش دما کاهش می یابد. در $T=\lambda C$ مطابق با (15) $(\varkappa )"\to \infty .$ این واقعیت به این معنی است که کوچکترین میدان های مغناطیسی باعث مغناطش محدود می شوند. یا به عبارت دیگر، در $T=\lambda C مغناطش خود به خودی $ رخ می دهد، یعنی، پارامغناطیس به یک فرومغناطیس تبدیل می شود.
دمای کوری قانون کوری ویس
برای هر فرومغناطیس، دمایی ($T_k$) وجود دارد که در آن نواحی مغناطیسی خود به خودی متلاشی می شوند و ماده خاصیت فرومغناطیسی خود را از دست می دهد و پارامغناطیس می شود. این دما نقطه کوری (یا دمای کوری) نامیده می شود. برای فرومغناطیس های مختلف می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. بنابراین برای آهن $T_(kF_e)=768(\rm()^\circ\!C)$، برای نیکل $T_(kN_i)=365(\rm()^\circ\!C)$.
حساسیت مغناطیسی فرومغناطیس از قانون کوری ویس پیروی می کند:
که در آن مقدار $\lambda C=\theta $ دمای کوری ویس نامیده می شود. این تئوری نشان می دهد که انتقال فاز نه در دمای کوری ویس، بلکه نزدیک به آن اتفاق می افتد. گاهی اوقات بین دمای کوری که در آن یک انتقال فاز رخ می دهد و دمای کوری-وایس تمایزی قائل نمی شود.
مثال 1
تکلیف: با استفاده از تابع لانژوین، ناحیه مغناطیسی خود به خود فرومغناطیس را نشان دهید. مغناطش خود به خود و دمای یک فرومغناطیس چگونه به هم مرتبط هستند؟
از نظریه لانگوین می توانیم دو معادله زیر را برای فرومغناطیس به دست آوریم:
\ \
که $J_n$ مغناطش اشباع است، $k$ ثابت بولتزمن، $b$ ثابت وایس، $x=\frac(p_m(H+bJ))(kT)$، $p_m$ گشتاور مغناطیسی است. . معادله اول به راحتی با منحنی لانگوین ($OAA_0$) نشان داده می شود (شکل 1). معادله (1.2) یک خط مستقیم CA است که محور عمودی را در نقطه C قطع می‌کند، مختص آن در نقطه C -$\frac(H)(b).\ $ است.
اگر دمای فرومغناطیس کمتر از دمای کوری آن باشد ($T \[\frac(kTn)(J_nb) در این حالت، خط مستقیم AC منحنی لانژوین را در نقطه A قطع خواهد کرد، مختص این نقطه مغناطش است. از فرومغناطیس ($J_1$ اگر قدرت میدان مغناطیسی خارجی را کاهش دهیم، آنگاه نقطه C به نقطه O افزایش می‌یابد و نقطه A به نقطه A_0$ می‌رود. اگر H=0 باشد، مغناطش برابر است). به $J_(0.)$ در دمای پایین تر از نقطه کوری، فرومغناطیس به طور خود به خود مغناطیسی می شود.
فرض کنید شیب خط مستقیم CA بیشتر از شیب منحنی لانگوین است، یعنی $T>T_k$. در حضور میدان مغناطیسی خارجی، خط مستقیم SA موقعیت OD را می گیرد، یعنی منحنی لانگوین را فقط در مبدا مختصات، جایی که مغناطش صفر است، قطع می کند. هیچ مغناطیسی خود به خودی وجود ندارد که توسط حرکت حرارتی از بین می رود.
مثال 2
تکلیف: با استفاده از تابع لانژوین، قانون کوری ویس را بدست آورید.
ما از شکل 1 استفاده می کنیم (مثال 1). اجازه دهید فرومغناطیس را در دمای $T>T_k در نظر بگیریم.\ $هیچ مغناطیسی خود به خودی وجود ندارد. برای مغناطیس کردن یک ماده، باید یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال شود. بیایید مغناطیس را محاسبه کنیم. در این حالت، خط مستقیم AC موقعیت CE را خواهد گرفت و منحنی لانگوین را در نقطه $A_1$ قطع خواهد کرد. دستور OS که به صورت تجربی به دست می آید برابر با -$\frac(H)(b)$ است، کوچک است، بنابراین بخش O$A_1$ منحنی لانژوین نیز کوچک است. این بدان معنی است که بخش O$A_1$ را می توان یک بخش خط مستقیم در نظر گرفت و می توانیم بنویسیم:
\ \
اگر عبارت دمای کوری را وارد کنیم:
\[\varkappa =\frac(T_k)(b(T-T_k))=\frac(C)(T-T_k)\ \چپ(2.6\راست)،\]
معادله $С=const.$ (2.6) قانون کوری ویس است.
شاید خواندن آن مفید باشد:
- سازگاری مار و میمون;
- تورگنف، تجزیه و تحلیل کار مومو، طرح;
- اشغال قلمرو اتحاد جماهیر شوروی توسط نیروهای رایش سوم در عکس های سربازان ورماخت;
- جعبه کیک با گل داودی زرد;
- بادمجان کره ای - خوشمزه ترین دستور غذا;
- مانترای بسیار قوی از لطافت و عشق انواع مانترا برای جذب عشق.;
- در مورد برنامه های گفتگوی سیاسی در تلویزیون روسیه چه می گذرد؟;
- طرز پخت آبگوشت بوقلمون;