Magnetizmi

Magnetizmi është klasë e dukurive fizike që janë të ndërlidhura me fushën magnetike. Rrymat elektrike dhe baza e momentit magnetik për pjesët elementare japin rritje të fushës magnetike. Efekti më i njohur është në magnetet e përhershme, të cilët kanë çast magnetik të qëndrueshëm të shkaktuar nga ferromagnetizmi. Shumica e materialeve nuk kanë çaste të përhershme. Disa tërhiqen nga një fushë magnetike (paramagnetizmi); të tjerat janë të kryengritura nga një fushë magnetike (diamagnetizmi); të tjerat kanë marrëdhënie më të ndërlikuar me një fushë të kërkuar magnetike (sjellja e xhamit rrotullues dhe antiferromagnetizmi). Lëndët që janë të papërfillshme nga ndikimet e magnetizmit quhen lëndë jo-magnetike. Këtu përfshihet bakri, alumini, gazrat, dhe plastika. Oksigjeni i pastër vë në dukje veti magnetike kur ftohet në një gjendje të lëngët.

Gjendja magnetike e një materiali varet nga temperatura (dhe ndryshoreve të tjera si shtypja dhe fusha magnetike e zbatuar) kështu që një material mund të ketë më shumë se një formë të magnetizmit.

Burimet e magnetizmit

Magnetizmit, në rrënjët e tij, lind nga dy burime:

1. Rryma elektrike

2. Momenti magnetik nuclear i bërthamave atomike. Këto momente janë mijëra herë më të vogla sesa momentet magnetike të elektroneve, kështu ata janë të papërfillshme në kontekstin e polarizimit magnetik të materialeve. Momentet magnetike nukleare janë shumë të rëndësishme në kontekste të tjera, pjesërisht në rezonancës magnetike nukleare (NMR) dhe në imazhe të rezonancës magnetike (MRI).

Zakonisht, numri i madh i elektroneve në një material janë të rregulluara ashtu që momentet e tyre magnetike (orbitale dhe të brendshme) hiqen.

Temat

Hierarkia e tipeve të magnetizmit.^[1]

Diamagnetizmi

Diamagnetizmi shfaqet në të gjitha materialet, dhe është tendenca e një materiali për t’iu kundërvënë fushës së aplikuar magnetike, dhe për këtë arsye, të neveriten nga fusha magnetike. Sido që të jetë, në një material me veti paramagnetike (që është, me një tendëcë për të rritur fushën e jashtme magnetike), sjellja paramagnetike dominon.^[2]

Këshhtu, varësisht nga dukuria universale e tij, sjellja diamagnetike është i vëzhguar vetëm në material të pastra diamagnetike. Në një material diamagnetic, nuk ka elektrone të paçiftëzuara, kështu që momentet magnetike të elektroneve të brendshme nuk mund të prodhojnë ndonjë efekt të madh.

Paramagnetizmi

Në një material paramagnetic ka elektrone të paçiftëzuara, për shembull orbitat atomike ose molekulare me saktësisht një elektron në to. Derisa elektronet e çiftëzuara janë kërkuar nga parimi i përjashtëm i Paulit për të pasur momentin e tyre magnetik të brendshëm (‘spin’) duke treguar një drejtim të kundërt, duke shkaktuar heqjen e fushës magnetike, një elektron i paçiftëzuar është i lirë të rreshtojnë momentin magnetik të tij në çfarëdo drejtimin. Kur një fushë magnetike e jasthme është e aplikuar, këto momente magnetike do të tentojnë ta rreshtojnë vetveten në të njëjtin drejtim si fusha e aplikuar, duke e përforcuar atë.

Ferromagnetizmi

Një ferromagnet, si një substancë paramagnetike, ka elektrone të paçiftëzuara. Sidoqoftë, krahas tendencës së brendshme të momenteve magnetike të elektroneve që të jenë paralele në fushë të aplikuar, ka edhe në këto material një tendecë për këto momente magnetike për të orientuar paralelisht njëri-tjetrin për të mbajtur një gjendje të enegjrisë së ulur. Kështu, në mungesë të një fushe të aplikuar, momentet magnetike të elektroneve në material spontanisht vendosen paralelisht njëra me tjetrën.

Çdo substancë ferromagnetike e ka temperaturën e vet individuale, të quajtur temperature Curie ose pika Curie, në të cilën i humb vetitë e veta ferromagnetike. Kjo për shkak se tendenca termike për çrregullim kapërcen një ulje të endërgjisë për shkak të rendit ferromagnetik.

Ferromagnetizmi ndodhet vetëm në disa substance; të ngjashme janë hekuri, nikeli, kobalti, aliazhet e tyre, dhe disa aliazhe të metaleve të rralla.

Domenet magnetike

Kufijtë e domenave magnetike (vijat e bardha) në material ferromagnetike (këndi i zi).

Momenti magnetik i atomeve në materiale ferromagnetike i bën ata që të sillen disi si magnete të vockla permanente. Ato ngjiten bashkë dhe lidhen vetvetiun në regjione të vogla me më shumë ose më pak rreshtim uniform të quajtur domene magnetike ose domene Ëeiss. Domenet magnetike mund të vëzhgohen me një mikroskop të forcës magnetike për të zbuluar kufijtë e domenit magnetik që ngjan me vija të bardha në skemë. Ka disa eksperimente shkencore që mund ta shfaqin fizikishit fushën magnetike.

Efekti i magnetit në një domenë.

Kur një territor (domenë) përmban shumë molekula, bëhet i paqëndrueshëm dhe ndahen në dy domena në lidhura në drejtime të kundërta në mënyrë që ata të mund të ngjiten së bashku më stabil siç tregohet djathtas.

Kur i ekspozohen një fushe magnetike, kufijtë e domenit lëvizin ashtu që territory lidhet me rritjen e fushës magnetike dhe dominon strukturën (vijat e dërprera të verdha (siç tregohet majtas). Kur fusha e magnetizuar zhduket, territory ka mundësi të mos kthehet në gjendjen e pamagnetizuar. Këto rezultate në materiale ferromagnetike formojnë një magnet permanent.

Antiferromagnetizmi

Renditja antiferromagnetike

Në një antiferromagnet, ndryshe nga ferromagnetët, ka një tendecë për ndërrimin e drejtimit të momenteve magnetike të brendshme të elektroneve fqinje Valente. Kur të gjitha atomet janë të rregulluara në një substancë ashtu që secili fqinj të jetë “i kundër-lidhur”, substance është antiferromagnetike. Antiferromagnetikët kanë moment magnetik përfundimtar zero, që nënkupton se nuk prodhojnë fushë. Antiferromagnetët janë më pak të ngjashëm me tipat e tjerë dhe më së shumti të vëzhguar në temperature të ulëta. Në temperatura të ndryshueshme, antiferromagnetët mund të shihen duke ekspozuar veti diamagnetike dhe ferrimagnetike. Në disa material, elektronet fqinje duan të tregojnë në drejtime të kundërta, por nuk ka ndonjë rregullim gjeometrik se në cilin çift të fqinjëve është kundër-aliazhi. Ky quhet xham rrotullues, dhe është një shembull i dështimeve gjeometrike.

Ferrimagnetizmi

Renditja ferrimagnetike

Si ferromagnetizmi, ferrimagnetët mbajnë polarizimin e tyre magnetik në mungesë të një fushe. Sidoqoftë, sikur antiferromagnetët, çiftet fqinje të elektroneve sillen në drejtime të kundërta. Këto dy veti nuk janë kontradiktore sepse në marrëveshjen optimale gjeometrike ka më shumë momente magnetike nga nën-rrethoja e elektroneve që tregojnë në një drejtim sesa nga nën-rrethoja që tregojnë drejtimin e kundërt. Ferritet më të shpeshtat janë ferrimagnetike. Substance e parë magnetike e zbuluar, magnetiti, është një ferrite dhe është besuar të jetë ferromagnet; Louis Neel e kundërshtoi këtë, megjithatë, pasi u zbuluar ferrimagnetizmi.

Superparamagnetizmi

Kur një ferromagnet ose ferrimagnet është mjaftueshëm i vogël, ai vepron si një magnet rrotullues i vetëm që është subject i lëvizjes Broëniane. Përgjigjja e tij ndaj fushës magnetike është e ngjashme me përgjigjjen e një paramagneti, por shumë më e madhe.

Elektromagneti

Elektromagnetët ndikojnë në kapëset e letrës kur rryma zbatohet duke krijuar një fushë magnetike. Elektromagneti i humb ato kur rryma dhe fusha magnetike zhduken

Një elektromagnet është lloj i magnetit, magnetizmi i të cilit është i krijuar nga rrjedhja e rrymës elektrike. Fusha magnetike zhduket kur ndërpritet rryma.

Tipe të tjera të magnetizmit

Magneti molekular
Metamagnetizmi
Magneti i bazuar në molekulë
Xhami rrotullues

Njësitë e elektromagnetizmit

Njësitë SI për magnetizmin

Njësitë SI për elektromagnetizëm
Simboli	Emri i madhësisë	Njësitë e nxjerra	Shndërrimi në njësi internacionale
I	Rryma elektrike	ampere (SI base unit)	$\mathrm {A=C\ s^{-1}}$
q	Ngarkesa elektrike	coulomb	$\mathrm {C=A\ s}$
$U,\ \Delta V,\ \Delta \phi ,\ \mathrm {E}$	Ndryshimi i potencialit; Forca elektrolëzivore	volt	$\mathrm {V=J\ C^{-1}=kg\ A^{-1}m^{2}s^{-3}}$
$R;\ \mathrm {Z} ;\ \mathrm {X}$	Rezistenca elektrike; Impedanca elektrike; Reaktanca	ohm	$\mathrm {\Omega =V\ A^{-1}=kg\ m^{2}\ A^{-2}s^{-3}}$
$\ \rho$	Rezistenca	ohm metre	$\mathrm {\Omega \ m=kg\ A^{-2}m^{3}s^{-3}}$
$\ \mathrm {P}$	Fuqia elektrike	watt	$\mathrm {W=V\ A=kg\ m^{2}s^{-3}}$
$\ C$	Kapaciteti	farad	$\mathrm {F=C\ V^{-1}=A^{2}kg^{-1}m^{-2}s^{4}}$
$\mathbf {\mathrm {E} }$	Fusha elektrike strength	volt per metre	$\mathrm {V\ m^{-1}=C^{-1}N=kg\ A^{-1}m\ s^{-3}}$
$\mathbf {D}$	Zhvendosja e fushës elektrike	Coulomb per square metre	$\mathrm {C\ m^{-2}=A\ m^{-2}s}$
$\varepsilon$	Permeativiteti	farad per metre	$\mathrm {F\ m^{-1}=A^{2}kg^{-1}m^{-3}s^{4}}$
$\!\chi _{e}$	Sensibiliteti elektrik	Dimensionless
$\mathrm {B} ;\ G;\ \Upsilon$	Conductance; Admittance; Susceptance	siemens	$\ \mathrm {S=\Omega ^{-1}=kg^{-1}A^{2}m^{-2}s^{3}}$
$\gamma ,\ \kappa ,\ \sigma$	Conductivity	siemens per metre	$\mathrm {S\ m^{-1}=A^{2}kg^{-1}m^{-3}s^{3}}$
$\ \mathbf {B}$	Induksioni magnetik	tesla	$\mathrm {T=Wb\ m^{-2}=kg\ A^{-1}s^{-2}}$
$\ \Phi$	Fluksi magnetik	weber	$\mathrm {Wb=V\ s=kg\ A^{-1}m^{2}s^{-2}}$
$\mathbf {H}$	Fusha magnetike	ampere per metre	$\mathrm {A\ m^{-1}}$
$L,\ \mathrm {M}$	Induksioni	henry	$\mathrm {H=Wb\ A^{-1}=V\ A^{-1}s=kg\ A^{-2}m^{2}s^{-2}}$
$\ \mu$	Permeabiliteti	henry per metre	$\mathrm {Hm^{-1}=kg\ A^{-2}m\ s^{-2}}$
$\ \chi$	Sensibiliteti magnetik	Dimensionless

Njësi të tjera

gauss – The gauss is the centimeter-gram-second (CGS) unit of magnetic field (denoted B).
oersted – The oersted is the CGS unit of magnetizing field (denoted H).
maxwell – The maxwell is the CGS unit for magnetic flux.
gamma – is a unit of magnetic flux density that was commonly used before the tesla came into use (1.0 gamma = 1.0 nanotesla)
μ₀ – common symbol for the permeability of free space (4π×10⁻⁷ newton/(ampere-turn)²).

Referime

^ HP Meyers (1997). Introductory solid state physics (në anglisht) (bot. 2). CRC Press. fq. 362; Figure 11.1. ISBN 0-7484-0660-3.
^ Catherine Westbrook, Carolyn Kaut, Carolyn Kaut-Roth (1998). MRI (Magnetic Resonance Imaging) in practice (në anglisht) (bot. 2). Wiley-Blackwell. fq. 217. ISBN 0-632-04205-2.{{cite book}}: Mirëmbajtja CS1: Emra të shumëfishtë: lista e autorëve (lidhja)

[Meyers1-1] HP Meyers (1997). Introductory solid state physics (në anglisht) (bot. 2). CRC Press. fq. 362; Figure 11.1. ISBN 0-7484-0660-3.

[Westbrook-2] Catherine Westbrook, Carolyn Kaut, Carolyn Kaut-Roth (1998). MRI (Magnetic Resonance Imaging) in practice (në anglisht) (bot. 2). Wiley-Blackwell. fq. 217. ISBN 0-632-04205-2.{{cite book}}: Mirëmbajtja CS1: Emra të shumëfishtë: lista e autorëve (lidhja)

[1]

[2]