آشنایی با برخی مفاهیم مغناطیسی(1)

1. میدان مغناطیسی¹

یکی از اساسی‌ترین مفاهیم در مغناطیس، میدان مغناطیسی (H) می‌باشد. اثراتی که یک آهنربا در فضای اطراف خود ایجاد می‌کند، را میدان مغناطیسی می‌گویند. میدان مغناطیسی، میدان نیروئی شبیه به میدان‌های الکتریکی و جاذبه می‌باشد. این میدان به وسیله حرکت ذره باردار و یا توسط یک آهنربا ایجاد می‌شود. در مورد آهنرباهای دائمی هیچ جریان الکتریکی وجود ندارد، اما حرکت‌های اسپینی و اوربیتالی الکترون‌ها در داخل آهنربا، منجر به مغناطش ماده و ایجاد میدان مغناطیسی در اطراف آن می‌گردد. در دو انتهای هر آهنربا حوزه پتانسیل مغناطیسی وجود دارد، که قطب‌های مغناطیسی نامیده می‌شود. بر خلاف میدان‌های الکتریکی و جاذبه، آهنربای تک قطبی وجود ندارد و آهنرباها همیشه به صورت دو قطبی می‌باشند.

میدان مغناطیسی کمیتی برداری است و مانند هر کمیت برداری دیگری دارای جهت و بزرگی است و آن را با نماد H نمایش می‌دهند. واحد میدان مغناطیسی در سیستم SI، آمپر بر متر (A/m) و در سیستم cgs اورستد (Oe) می‌باشد.

2. القای مغناطیسی²

نتیجه اعمال میدان مغناطیسی با شدت (H)، القای مغناطیسی یا شار مغناطیسی (B) می‌باشد. در واقع، به پاسخ جسم در میدان مغناطیسی با شدت (H)، القای مغناطیسی اطلاق می‌گردد. در سیستم MKS واحد دانسیته‌ی شار، وبر بر مترمربع (Wb/m2) می‌باشد، که تسلا (T) نامیده می‌شود. در برخی موارد B تابع خطی از H می‌باشد و رابطه پایین در خلاء بین این دو پارامتر برقرار است:

 رابطه (2-1)                                                                     B= µ? . H

که µ? نفوذپذیری مغناطیسی خلاء می‌باشد و مقدار آن 4?×10-7 H/M است. در اغلب موارد به ویژه در مواد فرومغناطیس، B تابع خطی از H نیست و رابطه زیر بین این دو برقرار است:

رابطه (2-2)                                                                     B= µ . H

µ قابلیت نفوذپذیری مغناطیسی ماده می‌باشد و لزوماً ثابت نیست. واحد µ وبر بر آمپرمتر یا هِنری بر متر می‌باشد. قابلیت نفوذپذیری یک ماده، معرف میزان توانایی آهنربایی شدن آن ماده یا سهولت القای میدان B در حضور میدان خارجی H می‌باشد.

3. مغناطش³

تعداد ممان‌های مغناطیسی (دوقطبی‌های مغناطیسی) موجود در واحد حجم جسم را مغناطش می‌گویند که معیار سنجش میزان مغناطیس شدن یک جسم می‌باشد و توسط رابطه زیر بیان می‌گردد:

رابطه (3-1)                                                                     M= m/v

که m تعداد ممان‌های مغناطیسی (گشتاور مغناطیسی) و v حجم ماده می‌باشد. رابطه بین سه پارامتر اساسی مغناطیسی (M, H, B) در سیستم MKS توسط رابطه عمومی زیر بیان می‌شود:

رابطه (3-2)                                                              ( B= µ?(H+M

در واقع ممان‌های مغناطیسی درون ماده تمایل به هم‌راستا شدن با میدان یا تقویت آن دارند.

4. ممان مغناطیسی⁴

خواص مغناطیسی مواد نتیجه ممان‌های مغناطیسی حاصل از الکترون‌هاست. هرالکترون در یک اتم دارای ممان مغناطیسی است، که از دو منبع ایجاد می‌شود. یکی مربوط به حرکت اوربیتالی الکترون حول هسته است و دیگری ناشی از چرخش الکترون به دور محور خودش، که حرکت اسپینی نامیده می‌شود. بنابراین هر الکترون در یک اتم یا ممان‌های اوربیتالی و اسپینی می‌تواند به طور دائم مانند آهنربای کوچکی عمل نماید.

5. حلقه پسماند⁵

وقتی ماده فرو و فری‌مغناطیسی تحت میدان مغناطیسی قرار گیرد، گشتاورهای آن در جهت میدان قرار می‌گیرند. وقتی که همه گشتاورهای آن ماده هم‌سو با میدان شدند، مغناطش به حالت اشباع می‌رسد که به آن مغناطش اشباع (Ms) می‌گویند. چنانچه میدان معکوس اعمال شود، تا نقطه عطف مغناطش برگشت پذیر است، ولی بعد از آن تعدادی از گشتاورها از جهت میدان اعمالی منحرف می‌شوند و تعدادی از آن‌ها نیز در جهت میدان باقی می‌مانند که به آن پسماند مغناطیسی  ⁶(Mr) می‌گویند و نشان دهنده‌ی مقدار القاء مغناطیسی است که در جسم باقی می‌ماند.

حلقه پسماند که در شکل (5-1) نشان داده شده است، در واقع، ارتباط بین B (القاء مغناطیسی) و H (میدان اعمالی) را نشان می‌دهد. تا زمانی که نمونه به نقطه اشباع برسد (Bs)، منحنی مغناطش اولیه را خواهیم داشت. اگر H پس از اشباع در جهت مثبت به صفر برسد، چگالی شار از Bs به Br تغییر می‌کند که به آن پسماند مغناطیسی می‌گویند. در این حالت اگر H را در جهت منفی افزایش دهیم، B کاهش یافته و وقتی شدت میدان به Hc (وادارندگی مغناطیسی) رسید، مقدار آن صفر می‌شود. نیروی وادارندگی، به مقدار میدانی اطلاق می‌شود که باید در جهت مخالف میدان اولیه اعمال شود تا مغناطش حاصل از میدان قبلی را به صفر برساند. با افزایش بیشتر H در جهت منفی دوباره به Bs می‌رسیم و با تکرار حالات بالا، یک حلقه به دست می‌آید که به آن حلقه پسماند می‌گویند و مهم ترین مشخصه‌ی هر ماده مغناطیسی است که از نظر صنعتی قابل استفاده می‌باشد.

شکل منحنی پسماند بستگی به خواص ماده مانند ناهمسانگردی کریستالی و انرژی دیواره حوزه‌ها دارد. علاوه بر آن، پارامترهای خارجی مانند تخلخل‌ها، ناخالصی‌ها و طبیعت و اندازه‌ی دانه ها نیز در شکل منحنی تأثیر دارند.

1.Magnetic Field

2.Magnetic Induction

3.Magnetization

4.Magnetic Moment

5.Hysterises Loop

6.Magnetic Remanence

ادامه دارد...

نویسنده: مریم ملک دار