Kyuri harorati deyiladi. Magnit materiallar va Kyuri nuqtasi
mavjud yuqori magnitli moddalar - ferromagnitlar- o'z-o'zidan magnitlanishga ega bo'lgan moddalar, ya'ni ular tashqi magnit maydon bo'lmaganda ham magnitlangan. Ularning asosiy vakili - temirga qo'shimcha ravishda ("ferromagnetizm" nomi kelib chiqadi) - ferromagnitlarga, masalan, kobalt, nikel, gadoliniy, ularning qotishmalari va birikmalari kiradi.
Ferromagnitlar, kuchli magnitlanish qobiliyatidan tashqari, ularni dia- va paramagnetlardan sezilarli darajada ajratib turadigan boshqa xususiyatlarga ham ega. Agar kuchsiz magnit moddalar uchun bog'liqlik bo'lsa J dan N chiziqli, keyin ferromagnitlar uchun bu bog'liqlik juda murakkab. Siz ko'payganingizdek N magnitlanish J birinchi tez o'sadi, keyin sekinroq va nihoyat, deb atalmish magnit to'yinganlikJ biz, endi maydon kuchiga bog'liq emas. Qaramlikning o'xshash tabiati J dan N magnitlanish maydonining ortishi bilan molekulyar magnit momentlarning maydon bo'ylab orientatsiya darajasi oshib borishi bilan izohlash mumkin, ammo bu jarayon kamroq va kamroq yo'naltirilmagan momentlar qolganda sekinlasha boshlaydi va nihoyat, barcha lahzalar maydon bo'ylab yo'naltirilgan, yanada o'sish J to'xtaydi va magnit to'yinganlik paydo bo'ladi.
Magnit induktsiya B= m 0 (H+J) kuchsiz sohalarda ortib borishi bilan tez ortadi H ortishi tufayli J, va kuchli maydonlarda, chunki ikkinchi muddat doimiy ( J=J Biz), IN ortishi bilan oʻsadi N chiziqli qonunga muvofiq.
Ferromagnitlarning muhim xususiyati nafaqat katta qiymatlar m(masalan, temir uchun - 5000, supermalloy qotishmasi uchun - 800 000!), balki qaramlik ham. m dan N. Boshida m ortishi bilan oʻsadi N, keyin maksimal darajaga yetib, u pasayishni boshlaydi, kuchli maydonlarda 1 ga ( m= B/(m 0 H) = 1 + J/H, shuning uchun qachon J = J Biz = const o'sish bilan N munosabat J/H® 0 , m®1).
Ferromagnitlarning o'ziga xos xususiyati ham ular uchun bog'liqlikdir J dan H(va shuning uchun IN dan N) ferromagnitning magnitlanish tarixi bilan aniqlanadi. Bu hodisa deyiladi magnit histerezis. Agar siz ferromagnitni to'yingangacha magnitlashtirsangiz va keyin kuchlanishni kamaytirishni boshlasangiz N magnitlanish maydoni, keyin tajriba shuni ko'rsatadiki, pasayadi J. Da N= 0J noldan farq qiladi, ya'ni ferromagnitda u kuzatiladi qoldiq magnitlanish J os. Qoldiq magnitlanishning mavjudligi mavjudligi bilan bog'liq doimiy magnitlar. Maydon ta'sirida magnitlanish nolga aylanadi N Bilan , magnitlanishga sabab bo'lgan maydonga qarama-qarshi yo'nalishga ega bo'lish. Kuchlanish N s deyiladi majburlash kuchi.
Qarama-qarshi maydonning yanada oshishi bilan ferromagnit qayta magnitlanadi , va da H = –H to‘yinganlikka erishiladi. Keyin ferromagnit yana magnitsizlanishi va to'yingangacha qayta magnitlanishi mumkin
Shunday qilib, ferromagnit o'zgaruvchan magnit maydonga ta'sir qilganda, magnitlanish J egri chizig'iga qarab o'zgaradi , qaysi deyiladi histerezis halqasi(yunoncha "kechikish" dan). Gisterezis ferromagnitning magnitlanishi noyob funktsiya emasligiga olib keladi N, bular. bir xil qiymat N bir nechta qiymatlarga mos keladi J.
Turli ferromagnitlar turli histerezis halqalarini beradi. Kam (bir necha mingdan 1-2 A/sm gacha) majburlash kuchiga ega ferromagnitlar NS(tor histerezis halqasi bilan) deyiladi yumshoq, katta (santimetrga bir necha o'ndan bir necha ming ampergacha) majburlash kuchi bilan (keng histerezis halqasi bilan) - qattiq. Miqdorlar Ns, J OS va m max ma'lum amaliy maqsadlar uchun ferromagnitlarning qo'llanilishini aniqlaydi. Shunday qilib, qattiq ferromagnitlardan (masalan, uglerodli va volframli po'latlardan) doimiy magnitlar, yumshoq ferromagnitlar (masalan, yumshoq temir, temir va nikel qotishmasi) transformator yadrolarini tayyorlash uchun ishlatiladi.
Ferromagnitlar yana bir muhim xususiyatga ega: har bir ferromagnit uchun ma'lum bir harorat mavjud, deyiladi Kyuri nuqtasi, bunda u magnit xususiyatlarini yo'qotadi. Namuna Kyuri nuqtasidan yuqori qizdirilganda, ferromagnit oddiy paramagnitga aylanadi. Kyuri nuqtasida sodir bo'ladigan moddaning ferromagnit holatidan paramagnit holatiga o'tishi issiqlikning yutilishi yoki chiqarilishi bilan birga kelmaydi, ya'ni. Kyuri nuqtasida ikkinchi tartibli fazali o'tish sodir bo'ladi (75-§ ga qarang).
Nihoyat, ferromagnitlarning magnitlanish jarayoni uning chiziqli o'lchamlari va hajmining o'zgarishi bilan birga keladi. Bu hodisa deyiladi magnitostriktsiya
Ferromagnetizmning tabiati
Ferromagnitlarning magnit xususiyatlarini ko'rib chiqayotib, biz ushbu hodisaning fizik tabiatini ochib bermadik.
Vayssning g'oyalariga ko'ra, Kyuri nuqtasidan past haroratlarda ferromagnitlar tashqi magnitlanish maydoni mavjudligidan qat'i nazar, o'z-o'zidan magnitlanishga ega. Biroq, o'z-o'zidan magnitlanish ko'plab ferromagnit materiallar, hatto Kyuri nuqtasidan past haroratlarda ham magnitlanmasligi bilan aniq ziddir. Ushbu qarama-qarshilikni bartaraf etish uchun Vayss gipotezani kiritdi, unga ko'ra Kyuri nuqtasi ostidagi ferromagnit ko'p sonli kichik makroskopik hududlarga bo'linadi - domenlar, o'z-o'zidan to'yinganlik uchun magnitlangan.
Tashqi magnit maydon bo'lmaganda, alohida domenlarning magnit momentlari tasodifiy yo'naltiriladi va bir-birini kompensatsiya qiladi, shuning uchun ferromagnitning hosil bo'lgan magnit momenti nolga teng va ferromagnit magnitlanmaydi. Tashqi magnit maydon, paramagnetlarda bo'lgani kabi, alohida atomlarning emas, balki o'z-o'zidan magnitlanishning butun mintaqalarining magnit momentlarini maydon bo'ylab yo'naltiradi. Shuning uchun, o'sish bilan N magnitlanish J va magnit induksiya IN allaqachon juda zaif dalalarda ular juda tez o'sadi. Bu o'sishni ham tushuntiradi m ferromagnitlarni kuchsiz maydonlarda maksimal qiymatga qadar. Tajribalar bu qaramlikni ko'rsatdi B dan H unchalik silliq emas, lekin pog'onali ko'rinishga ega. Bu shuni ko'rsatadiki, ferromagnit ichida domenlar maydon bo'ylab keskin aylanadi.
Tashqi magnit maydon nolga zaiflashganda, ferromagnitlar qoldiq magnitlanishni saqlab qoladilar, chunki termal harakat domenlar kabi yirik shakllanishlarning magnit momentlarini tezda yo'naltirishga qodir emas. Shuning uchun magnit histerezis hodisasi kuzatiladi. Ferromagnitni demagnetizatsiya qilish uchun majburiy kuch qo'llanilishi kerak; Ferromagnitni silkitish va isitish ham demagnetizatsiyaga yordam beradi. Kyuri nuqtasi domen strukturasining buzilishi sodir bo'ladigan harorat bo'lib chiqadi.
Ferromagnitlarda domenlar mavjudligi eksperimental tarzda isbotlangan. Ularni kuzatishning bevosita eksperimental usuli hisoblanadi kukun shakli usuli. Ferromagnit materialning ehtiyotkorlik bilan sayqallangan yuzasiga nozik ferromagnit kukunining suvli suspenziyasi (masalan, magnetit) qo'llaniladi. Zarrachalar asosan magnit maydonining maksimal bir xil bo'lmagan joylarida, ya'ni domenlar orasidagi chegaralarda joylashadi. Shuning uchun, o'rnatilgan kukun domenlarning chegaralarini belgilaydi va shunga o'xshash rasmni mikroskop ostida suratga olish mumkin. Domenlarning chiziqli o'lchamlari 10 -4 - 10 -2 sm bo'lib chiqdi.
Hozirgi vaqtda ferromagnitlarning magnit xossalari tomonidan aniqlanishi aniqlandi elektronlarning spin magnit momentlari(buning bevosita eksperimental belgisi Eynshteyn tajribasidir. Bundan tashqari, faqat kristalli moddalar ferromagnit xususiyatga ega boʻlishi mumkinligi, ularning atomlari kompensatsiyalanmagan spinli tugallanmagan ichki elektron qobiqlarga ega boʻlishi aniqlangan. Bunday kristallarda magnit spinni majburlovchi kuchlar paydo boʻlishi mumkin. elektronlarning orientatsiya momentlari bir-biriga parallel spontan magnitlanish joylari paydo bo'lishiga olib keladi. Almashinuv kuchlari deb ataladigan bu kuchlar kvant tabiatiga ega - ular elektronlarning to'lqin xossalari tufayli yuzaga keladi.
Tegishli ma'lumotlar.
Magnitlanishning kuchi "magnit moment" deb ataladigan narsa - elektronlarning burchak momenti va spinidan kelib chiqadigan atom ichidagi dipol moment bilan belgilanadi. Materiallar haroratga qarab, o'zlarining magnit momentlarining turli tuzilmalariga ega. Kyuri nuqtasi - bu materialning ichki magnit momentlari o'zgargan harorat.
Doimiy magnitlanish magnit momentlarning hizalanishidan kelib chiqadi va qo'llaniladigan magnit maydonda tartibsiz magnit momentlar moslashishga majbur bo'lganda induktsiyalangan magnitlanish hosil bo'ladi. Masalan, buyurtma qilingan magnit momentlar (ferromagnit) Kyuri haroratida o'zgaradi va tartibsiz bo'ladi (paramagnit). Yuqori haroratlar magnitlarni zaiflashtiradi, chunki o'z-o'zidan magnitlanish faqat Kyuri harorati ostida sodir bo'ladi - bu bunday spontan hodisalarning asosiy xususiyatlaridan biridir. Kyuri haroratidan yuqori bo'lgan magnit sezgirlikni Kyuri qonunidan kelib chiqqan Kyuri-Vays qonuni yordamida hisoblash mumkin.
Foydalanish va formulalar
Ferromagnit va paramagnit materiallarga o'xshab, Kyuri harorati ferroelektr va paraelektriklikni tavsiflash uchun ham ishlatilishi mumkin. Shu nuqtai nazardan, tartib parametri harorat Kuri haroratidan yuqoriga ko'tarilganda cheklangan qiymatdan nolga o'tadigan elektr polarizatsiyasini ifodalaydi.
Magnit momentlar - atom ichidagi doimiy dipol momentlar bo'lib, ular μl = el / 2me munosabatiga ko'ra elektron momentni o'z ichiga oladi, bu erda me - elektron massasi, μl - magnit moment, l - burchak momenti, ularsiz buni qilish qiyin. Kyuri haroratini hisoblash; bu munosabat giromagnitik deb ataladi.
Atomdagi elektronlar o'zlarining burchak momentlaridan va yadro atrofidagi orbital impulslaridan magnit momentlarga hissa qo'shadilar. Yadrodan keladigan magnit momentlar elektronlardan farqli ravishda ahamiyatsizdir. Issiqlik hissasi yuqori elektron energiyaga olib keladi va tartibni buzadi va dipollar orasidagi moslashuvni buzadi.
Xususiyatlari
Ferrimagnit va antiferromagnit materiallar turli magnit moment tuzilmalariga ega. Materialning ma'lum bir Kyuri haroratida bu xususiyatlar o'zgaradi. Antiferromagnitdan paramagnitga (yoki aksincha) o'tish Neel haroratida sodir bo'ladi, bu Kyuri haroratiga o'xshaydi - bu, mohiyatan, bunday o'tishning asosiy shartidir.
Ferromagnit, paramagnit, ferromagnit va antiferromagnit tuzilmalar o'zlarining magnit momentlaridan iborat. Agar struktura ichidagi barcha elektronlar juftlashgan bo'lsa, bu momentlar qarama-qarshi spinlari va burchak momentlari tufayli bekor qilinadi. Shunday qilib, magnit maydon qo'llanilganda ham, bu materiallar turli xil xususiyatlarga ega va Kyuri haroratiga ega emas - temir, masalan, butunlay boshqa haroratdan foydalanadi.
Material faqat Kyuri haroratidan yuqori bo'lgan paramagnitdir. Paramagnit materiallar magnit maydon bo'lmaganda magnit bo'lmagan va magnit maydon qo'llanilganda magnit bo'ladi. Magnit maydon bo'lmaganda, material tartibsiz magnit momentlarga ega; ya'ni atomlar assimetrik va tekislanmagan. Magnit maydon mavjud bo'lganda, magnit momentlar vaqtincha qo'llaniladigan maydonga parallel ravishda qayta tartibga solinadi, atomlar nosimmetrik va hizalanadi. Bir yo'nalishda tekislangan magnit momentlar induksiyalangan magnit maydonni keltirib chiqaradi.
Paramagnetizm uchun qo'llaniladigan magnit maydonga bu javob ijobiydir va magnit sezuvchanlik deb nomlanadi. Magnit sezuvchanlik faqat tartibsiz holatlar uchun Kyuri haroratidan yuqori bo'ladi.
Kyuri nuqtasidan tashqari
Kyuri haroratidan yuqori bo'lgan atomlar hayajonlanadi va spin yo'nalishlari tasodifiy bo'ladi, lekin qo'llaniladigan maydon tomonidan qayta tartibga solinishi mumkin, ya'ni. material paramagnitga aylanadi. Kyuri haroratidan past bo'lgan hamma narsa ichki tuzilishi allaqachon fazali o'tishni boshdan kechirgan, atomlar tartibga solingan va materialning o'zi ferromagnitga aylangan bo'shliqdir. Paramagnit materiallar tomonidan induktsiya qilingan magnit maydonlar ferromagnit materiallarning magnit maydonlariga nisbatan juda zaifdir.
Materiallar faqat tegishli Kyuri haroratidan pastroq ferromagnitdir. Ferromagnit materiallar qo'llaniladigan magnit maydon bo'lmaganda magnitdir.
Magnit maydon bo'lmasa, material buyurtma qilingan magnit momentlardan kelib chiqadigan o'z-o'zidan magnitlanishga ega. Ya'ni, ferromagnetizm uchun atomlar simmetrik bo'lib, bir xil yo'nalishda hizalanadi va doimiy magnit maydon hosil qiladi.
Ferromagnitlar uchun Kyuri harorati
Magnit o'zaro ta'sirlar almashinuv o'zaro ta'siri bilan birga saqlanadi; aks holda termal tartibsizlik magnit momentlarni engib o'tadi. Ayirboshlash o'zaro ta'siri parallel elektronlarning vaqtning bir xil nuqtasini egallashi nolga teng, bu materialda imtiyozli parallel hizalanishni nazarda tutadi. Boltsman omili katta hissa qo'shadi, chunki u o'zaro ta'sir qiluvchi zarralarni bir yo'nalishda tekislashni afzal ko'radi. Bu ferromagnitlarning kuchli magnit maydonlariga va 1000 K atrofida yuqori Kyuri harorati ta'riflariga ega bo'lishiga olib keladi.
Ferrimagnit materiallar qo'llaniladigan magnit maydon bo'lmaganda magnit bo'lib, ikki xil iondan iborat.
Spontan magnitlanish
Magnit maydon bo'lmaganda, material buyurtma qilingan magnit momentlardan kelib chiqadigan spontan magnitlanishga ega; bular. ferrimagnetizm uchun bir xil ion momentining magnit momentlari ma'lum kattalik bilan bir yo'nalishda, boshqa ionning magnit momentlari esa boshqa kattalik bilan qarama-qarshi yo'nalishda tekislanadi. Magnit momentlar qarama-qarshi yo'nalishda turli kattaliklarga ega bo'lganligi sababli, o'z-o'zidan magnitlanish mavjud va magnit maydon mavjud.
Kyuri nuqtasi ostida nima sodir bo'ladi?
Zamonaviy ferroelektriklarga ko'ra, Kyuri harorati o'z cheklovlariga ega. Ferromagnit materiallar singari, magnit o'zaro ta'sirlar almashinuv shovqinlari bilan birga saqlanadi. Biroq, momentlarning yo'nalishlari antiparallel bo'lib, bu ularning impulslarini bir-biridan ayirish orqali aniq impulsga olib keladi.
Kyuri haroratidan pastda, har bir ionning atomlari turli momentlarga parallel ravishda hizalanadi va bu o'z-o'zidan magnitlanishni keltirib chiqaradi; material ferrimagnitdir. Kyuri haroratidan yuqori bo'lsa, material paramagnitdir, chunki material fazali o'tishni boshdan kechirganda atomlar tartiblangan magnit momentlarini yo'qotadi.
Néel harorati va magnitlanishi
Materialda qarama-qarshi yo'nalishda tekislangan teng magnit momentlar mavjud bo'lib, Néel haroratidan past bo'lgan barcha haroratlarda nol magnit moment va nol magnitlanishga olib keladi. Antiferromagnit materiallar magnit maydon bo'lmaganda zaif magnitlangan.
Ferromagnit materiallar singari, magnit o'zaro ta'sirlar almashinuv shovqinlari orqali birlashtirilib, termal buzilishning zaif magnit momentli o'zaro ta'sirlarini bartaraf etishiga yo'l qo'ymaydi. Buzilish sodir bo'lganda, u Néel haroratida bo'ladi.
Moddaning ferromagnit xossalari faqat Kyuri nuqtasidan past haroratlarda namoyon bo'ladi.
Atomlarning aksariyati o'zlarining magnit maydoniga ega. Deyarli har qanday atom shimoliy va janubiy qutbli mayda magnit sifatida ifodalanishi mumkin. Ushbu magnit ta'sir elektronlar atom yadrosi atrofida orbita bo'ylab harakatlanayotganda magnit maydonlarni hosil qiluvchi mikroskopik elektr toklarini yaratishi bilan izohlanadi ( sm. Oerstedning kashfiyoti). Atomning barcha elektronlari tomonidan induktsiya qilingan magnit maydonlarni qo'shib, biz atomning umumiy magnit maydonini olamiz.
Ko'pgina moddalarda atomlarning magnit maydonlari tasodifiy yo'naltirilgan bo'lib, buning natijasida ular bir-birini bekor qiladi. Biroq, ba'zi moddalar va materiallarda (birinchi navbatda, temir, nikel yoki kobaltni o'z ichiga olgan qotishmalar) atomlar ularning magnit maydonlari bir xil yo'nalishda yo'naltirilgan va bir-birini mustahkamlaydigan tarzda tartibga solinadi. Natijada, bunday moddaning bir qismi magnit maydon bilan o'ralgan. Ushbu moddalardan, deyiladi ferromagnitlar, chunki ular odatda temirni o'z ichiga oladi va qabul qiladi doimiy magnitlar.
Ferromagnitlar qanday hosil bo'lishini tushunish uchun keling, issiq temir parchasini tasavvur qilaylik. Yuqori harorat tufayli undagi atomlar juda tez va xaotik harakat qiladi, atom magnit maydonlarini bir yo'nalishda tartiblash imkoniyatini qoldirmaydi. Biroq, haroratning pasayishi bilan termal harakat zaiflashadi va boshqa ta'sirlar hukmronlik qila boshlaydi. Temirda (va ba'zi boshqa metallarda) atom darajasida qo'shni atomlarning magnit dipollarini bir-biri bilan birlashtirishga intiladigan kuch ta'sir qiladi.
Bu atomlararo o'zaro ta'sir kuchi deb ataladi quvvat almashinuvi, birinchi marta Verner Heisenberg tomonidan tasvirlangan ( sm. Heisenberg noaniqlik printsipi). Buning sababi shundaki, ikkita qo'shni atom tashqi elektronlarni almashtira oladi va bu elektronlar bir vaqtning o'zida ikkala atomga tegishli bo'la boshlaydi. Almashuv kuchi metallning kristall panjarasidagi atomlarni mahkam bog'laydi va ularning magnit maydonlarini parallel va bir yo'nalishga yo'naltiradi. Natijada, qo'shni atomlarning tartiblangan magnit maydonlari bekor qilish o'rniga o'zaro kuchayadi. Va bunday ta'sirni 10 16 atomgacha bo'lgan 1 mm 3 tartibli materiya hajmida kuzatish mumkin. Buning atomlari magnit domen (sm. pastda) bizda sof magnit maydonga ega bo'ladigan tarzda joylashtirilgan.
Yuqori haroratlarda bu kuchning ta'siri atomlarning termal harakati bilan to'sqinlik qiladi, ammo past haroratlarda atom magnit maydonlari bir-birini kuchaytirishi mumkin. Ushbu o'tish sodir bo'lgan harorat deyiladi Kyuri nuqtasi metall - uni kashf etgan frantsuz fizigi Per Kyuri sharafiga.
Aslida, ferromagnitlarning tuzilishi yuqorida tavsiflanganidan ancha murakkab. Odatda, individual domenlar faqat bir necha ming atomlarni o'z ichiga oladi, ularning magnit maydonlari bir yo'nalishli, lekin turli sohalarning maydonlari tasodifiy yo'naltiriladi va umuman olganda, material magnitlanmaydi. Shuning uchun oddiy temir bo'lagi magnit xususiyatlarini ko'rsatmaydi. Biroq, ma'lum sharoitlarda, ferromagnitni tashkil etuvchi domenlarning magnit maydonlari ham tartibga solinadi (masalan, issiq temir kuchli magnit maydonda soviganida). Va keyin biz doimiy magnit olamiz. Kyuri nuqtasining mavjudligi, shuningdek, doimiy magnit kuchli qizdirilganda, nima uchun u to'liq bo'lishini tushuntiradi. demagnetizatsiya.
Mari Sklodovska Kuri, 1867-1934
Polsha, keyin frantsuz kimyogari. U Varshavada ziyolilar oilasida tug‘ilgan, Polsha boshiga tushgan rus istilosining og‘ir davrida. Maktabda o'qiyotganda, u onasiga pansionatni saqlashga yordam berdi va u erda xizmatkor bo'lib xizmat qildi. Maktabni tugatgach, u singlisining tibbiy ta'lim olishi uchun pul topish uchun badavlat oilalarda bir muddat hokim bo'lib ishladi. Bu davrda Sklodovskaning o'zi xizmat qilgan oiladagi yigit bilan unashtirilishi, kuyovning ota-onasidan xafa bo'ldi (ota-onalar o'g'lining bunday nikohini ijtimoiy mavqeiga noloyiq deb bilishgan va oilaviy genofondni yaxshilash uchun ajoyib imkoniyatni qo'ldan boy berishgan. ). Singlisi Parijda tibbiy ta'lim olgandan so'ng, Sklodovskaning o'zi o'qish uchun u erga bordi.
Fizika va matematika bo'yicha kirish imtihonlarining yorqin natijalari fransuz olimlarining yosh qutbga katta e'tiborini tortdi. Natijada 1894 yilda Per Kyuri bilan unashtirildi va keyingi yili unga turmushga chiqdi. O'sha yillarda radioaktivlik hodisasi bo'yicha tadqiqotlar endigina boshlanayotgan edi va bu boradagi ishlarning oxiri yo'q edi. Per va Mari Kyuri Bogemiyada qazib olingan rudalardan radioaktiv namunalar ajratib, ularni oʻrganishga kirishdilar. Natijada, er-xotin bir vaqtning o'zida bir nechta yangi radioaktiv elementlarni topishga muvaffaq bo'lishdi ( sm. Radioaktiv parchalanish), ulardan biri ularning sharafiga kurium, ikkinchisi - Maryamning vatani sharafiga poloniy deb nomlangan. Ushbu tadqiqotlar uchun Kyurilar rentgen nurlarini kashf etgan Genri Bekkerel (1852-1908) bilan birgalikda 1903 yil uchun fizika bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi. Kyuri tomonidan kashf etilgan birinchi radioaktiv element radiy nomidan keyin "radioaktivlik" atamasini birinchi marta Mari Kyuri kiritgan.
1906 yilda Perning fojiali o'limidan so'ng, Mari Kyuri Sorbonna universiteti tomonidan taqdim etilgan pensiyadan bosh tortdi va tadqiqotini davom ettirdi. U radioaktiv parchalanish natijasida kimyoviy elementlarning o'zgarishi sodir bo'lishini isbotlashga muvaffaq bo'ldi va shu bilan tabiiy fanlarning yangi tarmog'i - radiokimyoga asos soldi. Ushbu ishi uchun Mari Kyuri 1911 yil uchun kimyo bo'yicha Nobel mukofotiga sazovor bo'ldi va tabiiy fanlar sohasidagi yutuqlari uchun ikki marta eng nufuzli mukofotni qo'lga kiritgan birinchi olim bo'ldi. (Oʻsha yili Parij Fanlar akademiyasi uning nomzodini rad etdi va Mari Kyurini oʻz safiga qabul qilmadi. Koʻrinishidan, akademiklarning millati va jinsi boʻyicha kamsitish tendentsiyasini yengish uchun ikkita Nobel mukofoti yetarli boʻlmadi).
Birinchi jahon urushi paytida Mari Kyuri ko'chma rentgen apparati bilan frontda ishlagan holda faol amaliy tibbiy tadqiqotlar bilan shug'ullangan. 1921 yilda Amerikada Mari Kyuri uchun keyingi tadqiqotlar uchun zarur bo'lgan 1 gramm toza radiy sotib olish uchun mablag' to'plash uchun obuna ochildi. Ommaviy ma'ruzalar bilan Amerika bo'ylab g'alaba qozongan safari paytida, qimmatbaho radioaktiv metall qutining kalitini AQSh prezidenti Uorren Xardingning o'zi Kyuriga sovg'a qildi.
Mari Kyuri hayotining so'nggi yillari ilm-fan va tibbiyot sohalarida muhim xalqaro tashabbuslar bilan to'ldirildi. 1930-yillarning boshlarida Mari Kyurining sog'lig'i keskin yomonlashdi - ko'p yillik tajribalar davomida olgan radioaktiv nurlanishning katta dozalari unga ta'sir qildi - va 1934 yilda u Frantsiya Alp tog'laridagi sanatoriyda vafot etdi.
Per Kyuri, 1859-1906
Fransuz fizigi. Parijda taniqli shifokor oilasida tug'ilgan. Uyda ta'lim oldi. Dastlab u Sorbonnada farmakologiya bo'yicha tahsil oldi, lekin tez orada akasi Jak tomonidan amalga oshirilgan kristallar bilan tabiiy fanlar tajribalari bilan qiziqib qoldi va oxir-oqibat Fizika va kimyo maktabining (Ecole de Physique et Chimie) direktori bo'ldi. 1895 yilda u Mariya Sklodovskaga uylandi va o'sha yili paramagnitlarning magnit xususiyatlari bo'yicha doktorlik dissertatsiyasini himoya qildi ( sm. Kyuri qonuni). Turmush o'rtog'i bilan birgalikda og'ir ish sharoitida u maktabda radioaktiv moddalarning xususiyatlarini o'rganish bo'yicha tajribalar o'tkazdi. 1904 yilda u fizika professori va Sorbonna laboratoriyasi (tez orada Radiy institutiga aylantirildi) direktori etib tayinlandi. 1906 yil aprel oyida Per Kyuri taksi haydovchisining g'ildiraklari ostida qolib, dahshatli baxtsiz hodisada vafot etdi. Yangi laboratoriyasining jihozlarini to‘liq ta’minlashga ham ulgurmadi.
13. Ferroelektriklar. Kyuri harorati.
Faol(boshqariladigan)dielektriklarmateriallarni nomlangyordamida xossalari keng chegaralarda nazorat qilinishi mumkintashqi energiya ta'siri: elektr yoki magnit maydon kuchi, mexanik kuchlanish, harorat, yorug'lik oqimi va boshqalar Bu ularning an'anaviy (passiv) dielektriklardan asosiy farqidir.
Elektron qurilmalarning faol elementlari faol dielektriklardan tayyorlanadi. Ushbu materiallar xossalarining xususiyatlari dielektrik qurilmalarni ishlab chiqish uchun asos bo'lib xizmat qilgan ferroelektrik, elektret, piezoelektrik va elektro-optik effektlar, in'ektsiya oqimlari va boshqalar kabi hodisalardir. Quyida biz eng keng qo'llanilishini topgan ba'zi faol dielektriklarning strukturaviy xususiyatlari va xususiyatlarini muhokama qilamiz.
7.15.1. Ferroelektriklar
Ferroelektriklar an'anaviy (passiv) dielektriklardan farqli o'laroq, sozlanishi elektr xususiyatlariga ega. Masalan, ferroelektriklarning dielektrik o'tkazuvchanligielektr kuchlanish yordamida keng doirada o'zgarishi mumkinichida. Ferroelektrlarning o'ziga xos xususiyati shundaki, elektron, ion va relaksatsiya turlari bilan bir qatorda tashqi elektr maydoni ta'sirida yuzaga keladigan qutblanish turlari. spontan qutblanish kuzatiladi, ta'siri ostida bu dielektriklar domen tuzilishi va xarakterli ferroelektrik xususiyatlarga ega bo'ladi.
O'z-o'zidan polarizatsiya elektr yo'qligida sodir bo'ladinuqtadan past bo'lgan ma'lum bir harorat oralig'ida tric maydonKyuriTk sababli Kre birlik hujayrasi tuzilishidagi o'zgarishlarpo'lat panjara va domen strukturasini shakllantirish, bu esa, o'z navbatida, ferroelektriklarga sabab bo'ladi:
g'ayrioddiy yuqori dielektrik o'tkazuvchanlik (o'n minglabgacha);
qutblanishning chiziqli bo'lmagan bog'liqligi va shuning uchun dielektrik o'tkazuvchanligi qo'llaniladigan elektr maydonining kuchiga;
dielektrik o'tkazuvchanlikning haroratga aniq bog'liqligi;
dielektrik histerezisning mavjudligi.
Yuqoridagi xossalarni I.V.Kurchatov va P.P.Kobekolar tomonidan Roshel tuzi (natriy-kaliyli tartarik kislota NaKC4H4O6 4H2O) uchun batafsil oʻrganilgan, shuning uchun xossalari oʻxshash boʻlgan moddalar ferroelektriklar deyiladi. Amaliy qo'llash uchun eng muhim ferroelektrik - bariy titanat 1944 yilda B.M. Blvd. Bir qancha ferroelektriklarni G.A. Smolenskiy va boshqalar.
Hozirgi vaqtda ferroelektrik xususiyatlarga ega bo'lgan 500 ga yaqin materiallar ma'lum. Birlik hujayraning tuzilishiga va o'z-o'zidan qutblanish mexanizmiga ko'ra, ferroelektriklar ionli va dipolli, aks holda - mos ravishda siljish tipidagi va tartibli ferroelektriklarga bo'linadi.
Ionli ferroelektriklar birlik hujayra tuzilishiga ega perovskit turi(mineral CaTiO 3). Bularga quyidagilar kiradi:
Bariy titanat BaTiO 3 (Tc = 120°C),
qo'rg'oshin titanati RbTiO 3 (Tc = 493 ° C),
kadmiy titanat CdTiO 3 (Tk = 223°S),
Qo'rg'oshin metaniobat PbNb 2 O 6 (Tk = 575 ° C),
kaliy niobat KNbO 3 (Tk = 435 ° C),
Kaliy yodati KNbO 3 (Tc = 210 ° C) va boshqalar.
Ushbu guruhning barcha kimyoviy birikmalari suvda erimaydi, sezilarli mexanik kuchga ega va ulardan mahsulotlar seramika texnologiyasidan foydalangan holda ishlab chiqariladi. Ular ifodalaydi asosan ionli kristallaraloqa Ushbu ferroelektriklar guruhi uchun o'z-o'zidan qutblanish sxematik tarzda shaklda ko'rsatilgan. 7.1 BaTiO 3 birlik xujayrasi misolidan foydalanib. Yuqori haroratlarda bariy titanatning birlik xujayrasi kub shakliga ega (a = 4,01 10 -10 m); bariy ionlari kubning tugunlarida, kislorod ionlari esa yuzlarning o'rtasida joylashgan bo'lib, kislorod oktaedrini hosil qiladi, uning markazida titanium ioni joylashgan (7.1-rasm, a, a" ga qarang). Kuchli issiqlik harakati natijasida titan ioni har bir kislorod ioni yaqinida bir xil darajada joylashishi mumkin, shuning uchun simmetriya tufayli hujayraning elektr momenti nolga teng, dielektrik esa paraelektrik holatda (bu atama "paramagnit" atamasiga o'xshash).Kyuri nuqtasi (Tc) deb ataladigan ma'lum bir haroratga teng va undan past haroratlarda, titan ioni, termal harakat energiyasining zaiflashishi tufayli, asosan kislorod ionlaridan birining yonida paydo bo'lib, 1 10 ga siljiydi -11 m. Bariy ionlari ham xuddi shu yo'nalishda (5 10 -12 m ga) siljiydi.
Ti 4+ siljigan O 2- qarshisida joylashgan kislorod ioni teskari yo'nalishda (4 10 -12 m ga) siljiydi. Ushbu ionlarning siljishi natijasida kub panjara ahamiyatsizlekin tetragonalga deformatsiyalanadi(birlik hujayra parametrlari bilan A= 3,99 A, Bilan= 4.036 A), a kislorodli oktaedrqanchalik buzilgan(7.1-rasmga qarang, b, b"). Garchi bularning barchasi io ofsetlariyangi, shu jumladan titanium ionlari nisbatan kichik, shunga qaramay ular juda muhim va muhim shakllanishiga olib keladi elektr dipol momenti Po -
Guruch. 7.1. Bariy titanatning birlik xujayrasi (a, a") va uning Kyuri nuqtasidan (b, b") yuqori (a, a") va past haroratlarda proyeksiyasi (b b").
Turadispontan polarizatsiyaVadielektrikning paraelektrikdan fazaga o'tishi mavjudferroelektrikda turish.
Shunday qilib, ionli ferroelektriklarning o'z-o'zidan qutblanishi ma'lum bir joyda elektr maydoni bo'lmaganda sodir bo'ladi.ionlarning siljishi natijasida ma'lum bir harorat oralig'ida Ti 4+ hajmda e birlik xujayrasi markaziy joydan va deformatsiyadan Oxirgisi.
Dipol ferroelektriklar bor
Rochelle tuzi NaKC4H4O6 4H2O (Tc = 24°C),
triglitsin sulfat (NH2CH2COOH)3 H2SO4 (Tk = 49°S),
guanidin alyuminiy sulfat geksagidrat C(NH3)2A1(SO4)2 6H2O (Tc > 200°C),
natriy nitrit NaNO2 (Tc = 163°C),
kaliy dihidrogen fosfat KH2P04 (Tk = -151 C) va boshqalar.
Buning kimyoviy birikmalariguruhlar past mexanik kuchga ega va suvda eriydi, buning natijasida bu birikmalarning suvli eritmalaridan yirik monokristallar yetishtirilishi mumkin. Ushbu birikmalardagi atomlar zaryadga ega, lekin bir-biri bilan bog'langan asosan soxtalashtirilganlenta ulanishi.
Birlik hujayradagi dipol ferroelektriklar ikkita muvozanat holatiga ega bo'lgan atom (ion) yoki atomlar (ionlar) guruhini o'z ichiga oladi, ularning har birida elektr dipol momenti hosil bo'ladi. R O. Kyuri nuqtasidan yuqori haroratlarda, xaotik termal harakat natijasida, bu ikki muvozanat pozitsiyasi bir xil ehtimolga ega, shuning uchun o'z-o'zidan qutblanish yo'q va dielektrik
DaT<Тк pozitsiyalardan biri afzal bo'ladi va birlik katakchasida paydo bo'ladi dipol moment; Spontan polarizatsiya sodir bo'ladi va dielektrik paraelektrik holatdan o'tadi
ferroelektrikmantiqiy (fazali o'tish sodir bo'ladi).
Quyidagi kabi yozilishi mumkin:
bu yerda $\overrightarrow(S_1)\overrightarrow(S_2)$ - o'zaro ta'sir qiluvchi elektronlarning spinlari, $I_(ob)$ - almashinuv o'zaro ta'sir integrali. $I_(ob)>0$ bo'lganda, parallel aylanishlarda o'zaro ta'sir energiyasi minimal bo'ladi. U elektronning magnit momentining ($(\overrightarrow(p))_m$) magnit maydon bilan (almashinuv maydoni induksiyasi $(\overrightarrow(B))_(ob)$) bilan oʻzaro taʼsiridan kelib chiqadi va aniqlanadi. formula bo'yicha:
Elektronning o'z magnit momenti ($((\overrightarrow(p))_m)^0$) $\overrightarrow(S)\ $ aylanish bilan bog'liq:
bu yerda $q_e$, m elektronning zaryadi va massasi. (1) ifodaning o'ng tomonini $\frac(q_e)(m)$ ga bo'linadi va ko'paytirsak, biz quyidagilarni olamiz:
Faraz qilaylik, ikkinchi elektron birinchi elektronni yaratadigan magnit maydonda bo'lsa, unda biz yozishimiz kerak:
Umumiy magnit maydon induksiyasi almashinish o'zaro ta'sirisiz maydon induksiyasidan ($\overrightarrow(B)$) va almashinuv maydoni induksiyasidan ($(\overrightarrow(B))_(ob)$) iborat. Ma'lum munosabatlardan foydalanish:
bu yerda $\overrightarrow(J)$ magnitlanish vektori, $\varkappa $ - magnit sezgirlik, $\mu $ - magnit o'tkazuvchanlik, $(\mu )_0$ - magnit doimiysi, $\overrightarrow(H)$ -- magnit maydon kuchi.
Agar almashinuv o'zaro ta'siri bo'lsa, formula (10) ni quyidagicha umumlashtirish mumkin:
$\lambda $ qiymati almashinish o'zaro ta'sirining doimiysi bo'lsin, shunda biz quyidagilarni taxmin qilishimiz mumkin:
(12) ni (11) ga almashtiramiz, biz quyidagilarni olamiz:
Keling, almashtiramiz:
bu yerda $(\varkappa )"$ almashinuv ta'sirini hisobga olgan holda sezuvchanlikni xarakterlaydi ($\varkappa =\frac(C)(T)$).
$T > \lambda C$ da modda o'zini paramagnit sifatida tutadi. Magnit sezuvchanlik harorat oshishi bilan kamayadi. $T=\lambda C$ da (15) $(\varkappa )"\to \infty .$ ga muvofiq bu fakt eng kichik magnit maydonlar chekli magnitlanishni keltirib chiqarishini bildiradi. Yoki boshqacha qilib aytganda, $T=\lambda C da $ o'z-o'zidan magnitlanish sodir bo'ladi, ya'ni paramagnit ferromagnitga aylanadi.Aniqroq nazariy tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, $T=\lambda C$ da o'z-o'zidan magnitlanish birdan sodir bo'ladi va haroratning pasayishi bilan ortadi.Ya'ni $T da.
Kyuri harorati. Kyuri-Vays qonuni
Har qanday ferromagnit uchun o'z-o'zidan magnitlanish hududlari parchalanadigan harorat ($T_k$) mavjud va modda o'zining ferromagnit xususiyatlarini yo'qotadi va paramagnitga aylanadi. Bu harorat Kyuri nuqtasi (yoki Kyuri harorati) deb ataladi. Turli ferromagnitlar uchun u sezilarli darajada farq qilishi mumkin. Shunday qilib, temir uchun $T_(kF_e)=768(\rm()^\circ\!C)$, nikel uchun $T_(kN_i)=365(\rm()^\circ\!C)$.
Ferromagnitning magnit sezgirligi Kyuri-Veys qonuniga bo'ysunadi:
bu yerda $\lambda C=\theta $ qiymati Kyuri-Vays harorati deb ataladi. Nazariya shuni ko'rsatadiki, fazaviy o'tish Kyuri-Vays haroratida emas, balki unga yaqin joylashgan. Ba'zan fazalar o'tish sodir bo'lgan Kyuri harorati va Kyuri-Vays harorati o'rtasida hech qanday farq yo'q.
1-misol
Topshiriq: Langevin funktsiyasidan foydalanib, ferromagnitning o'z-o'zidan magnitlanish mintaqasini ko'rsating. Ferromagnitning o'z-o'zidan magnitlanishi va harorati qanday bog'liq?
Langevin nazariyasidan ferromagnitlar uchun quyidagi ikkita tenglamani olishimiz mumkin:
\ \
bu yerda $J_n$ toʻyingan magnitlanish, $k$ Boltsman doimiysi, $b$ Vays doimiysi, $x=\frac(p_m(H+bJ))(kT)$, $p_m$ magnit moment. . Birinchi tenglama qulay tarzda Langevin egri chizig'i ($OAA_0$) bilan ifodalanadi (1-rasm). (1.2) tenglama vertikal o'qni C nuqtada kesib o'tuvchi CA to'g'ri chiziq bo'lib, C nuqtadagi ordinatasi -$\frac(H)(b).\ $
Agar ferromagnitning harorati uning Kyuri haroratidan past bo'lsa ($T \[\frac(kTn)(J_nb) Bu holda AC to'g'ri chiziq Langevin egri chizig'ini A nuqtada kesib o'tadi, bu nuqtaning ordinatasi magnitlanishdir. ferromagnitning ($J_1$).Agar tashqi magnit maydon kuchini kamaytirsak, u holda C nuqta O nuqtaga ko'tariladi va A nuqta $A_0 nuqtaga o'tadi.$ Agar H=0 bo'lsa, magnitlanish teng bo'ladi. $J_(0.)$ gacha Kyuri nuqtasidan past haroratda ferromagnit o'z-o'zidan magnitlanadi.Molekulalarning issiqlik harakati energiyasi o'z-o'zidan magnitlanishni buzish uchun etarli emas.
Faraz qilaylik, CA to‘g‘ri chiziqning qiyaligi Langevin egri chizig‘ining qiyaligidan katta, ya’ni $T>T_k$. Tashqi magnit maydon mavjud bo'lganda, SA to'g'ri chiziq OD pozitsiyasini egallaydi, ya'ni u Langevin egri chizig'ini faqat magnitlanish nolga teng bo'lgan koordinatalar boshida kesib o'tadi. O'z-o'zidan magnitlanish yo'q, magnitlanish termal harakat bilan yo'q qilinadi.
2-misol
Topshiriq: Langevin funksiyasidan foydalanib, Kyuri-Veys qonunini oling.
Keling, 1-rasmdan foydalanamiz (1-misol). $T>T_k haroratdagi ferromagnitni ko'rib chiqaylik.\ $Spontan magnitlanish yo'q. Moddani magnitlash uchun tashqi magnit maydon qo'llanilishi kerak. Keling, magnitlanishni hisoblaylik. Bunda AC toʻgʻri chiziq CE pozitsiyasini egallaydi va Langevin egri chizigʻini $A_1$ nuqtada kesib oʻtadi.$A_1$ nuqtaning ordinatasi tananing magnitlanishini ($J_2$) aniqlaydi. Empirik tarzda olingan OS ordinatasi -$\frac(H)(b)$ ga teng, u kichik, shuning uchun Langevin egri chizig'ining O$A_1$ kesmasi ham kichik. Bu shuni anglatadiki, O$A_1$ bo'limi to'g'ri chiziq segmenti deb hisoblanishi mumkin va biz quyidagilarni yozishimiz mumkin:
\ \
agar Kyuri harorati ifodasini kiritsak:
\[\varkappa =\frac(T_k)(b(T-T_k))=\frac(C)(T-T_k)\ \left(2.6\o'ng),\]
bu yerda $S=const.$ (2.6) tenglama Kyuri-Veys qonunidir.
O'qish foydali bo'lishi mumkin:
- Buxgalteriya kurslarida masofaviy ta'lim;
- Kattaliklarni o'lchash Fizikada o'lchangan s;
- Magnit materiallar va Kyuri nuqtasi;
- Gravitatsiyaning kvant nazariyasi;
- "Felitsa" odesining allegorik ma'nosi;
- Hujayra nazariyasi Hujayraning asosiy postulatlari;
- Trigonometrik tenglamalar - formulalar, yechimlar, misollar;
- Afrikada yashovchi xalqlar Afrika qit'asi tarixida qanday xalqlar yashagan;