Магнетизација

Магнетизацијата или магнетната поларизација е векторското поле кое ја изразува густината на постојните или индуцирани магнетни диполни моменти во магнетен материјал. Потеклото на магнетните моменти одговорни за магнетизација може да биде или од микроскопските електрични струи кои се резултат на движењето на електроните во атомите или од вртењето на електроните или на јадрото. Мрежната магнетизација е резултат од одговорот на материјалот кон надворешното магнетно поле заедно со кој било небалансирани магнетни диполни моменти кои можат да бидат инхерентни во самиот материјал, како што е на пример кај феромагнетите. Магнетизацијата не е секогаш воедначена во телото во која што постои, туку варира помеѓу различни точки. Магнетизацијата исто така опишува како материјалот одговара на воведено магнетно поле, како и начинот на кој материјалот го менува магнетното поле и може да биде користено за да ги пресметува силите кои се резултат од таквите интеракции. Магнетизацијата може да се споредува со електричната поларизација која ја претставува мерката на соодветниот одговор на материјалот кон електричното поле во електростатиката. Физичарите и инженерите го дефинираат магнетизмот како квантитет на магнетен момент по единица волумен. Тоа е претставено со вектор М.

Дефиниција

Магнетизационото поле или М-полето може дабиде дефинирано согласно следнава равенка:

$\mathbf {M} ={\frac {d\mathbf {m} }{dV}}$

каде што dm е основниот магнетен момент и dV е елементот на волуменот. Со други зборови, М-полето претставува дистрибуција на магнетни моменти во регионот. Тоа подобро може да се прикаже преку следнава равенка:

$\mathbf {m} =\iiint \mathbf {M} \,dV$

каде што m претставува обичен магнетен момент, а тројниот интеграл означува интеграција над волуменот. Ова го прави М-полето потполно аналогно на полето на електрична поларизација или П-полето кое е искористено за одредување на електочниот диполен момент p генериран од сличен регион:

$\mathbf {P} ={d\mathbf {p} \over dV},\quad \mathbf {p} =\iiint \mathbf {P} \,dV$

каде што dp е основниот електричен диполен момент. М-полето се мери во ампери на метар (A/m) во SI системот.

Магнетизацијата во Максвеловите равенки

Однесувањето на магнетните полиња (В, Н), електричните полиња (E, D), густината на полнежот (ρ) и густината на струјата (Ј) е опишана со Максвеловите равенки. Улогата на магнетизацијата е опишана подолу.

Односите помеѓу B, H и M

Магнетизацијата го дефинира помоѓното магнетно поле Н како

$\mathbf {B} =\mu _{0}\mathbf {(H+M)}$ (SI единиц)

$\mathbf {B} =(\mathbf {H} +4\pi \mathbf {M} )$ (Гаусови единици)

што е соодветно за различни пресметки. Вакуумската пропустливост μ0 по дефиниција е 4π×10−7 V•s/(A•m).

Врската помеѓу М и Н постои во многу материјали. Кај диамагнетите и парамагнетите врската обично е линеарна:

$\mathbf {M} =\chi _{m}\mathbf {H}$

каде што χm се нарекува зафатнинска магнетна подложност.

Кај феромагнетите не постои коресподенција помеѓу М и Н поради магнетната хистерезија.

Магнетизациска струја

Магнетизацијата М прави придонес кон густината на струјата Ј, позната како магнетизациска струја или врзана (зафатнинска) струја:

$\mathbf {J_{m}} =\nabla \times \mathbf {M}$

и за врзана површинска струја:

$\mathbf {K_{m}} =\mathbf {M} \times \mathbf {\hat {n}}$

па за да вкупната густина на струјата која влегува во равенките на Максвел е даден преку формулата:

$\mathbf {J} =\mathbf {J_{f}} +\nabla \times \mathbf {M} +{\frac {\partial \mathbf {P} }{\partial t}}$

каде Jf е електична густина на стујата на слободни полнежи (исто така наречена слободна струја). Вториот знак е придонес од магнетизацијата, а последниот знак е поврзан со електричната поларизација Р.

Магнетостатика

Во отсуство на слободни електрични струи и временско зависни ефекти, Максвеловите формули кои ги опишуваат магнетните квантитети се сведуваат на следното:

${\begin{aligned}\mathbf {\nabla \times H} &=0\\\mathbf {\nabla \cdot H} &=-\nabla \cdot \mathbf {M} \end{aligned}}$

Овие равенки може да бидат решени по аналогија со електростатичките проблеми каде:

${\begin{aligned}\mathbf {\nabla \cdot E} &={\frac {\rho }{\epsilon _{0}}}\\\mathbf {\nabla \times E} &=0\end{aligned}}$

Во оваа смисла −∇⋅M игра улога на фиктивна „магнетна густина на полнеж“ аналогна на електричната густина на полнеж ρ.(Поврзано демагнетизирачко поле)

Важно е да се нагласи дека не постои такво нешто како „магнетен полнеж“, но таквото прашање било дебатирано во текот на целиот XIX век. Други концепти кои оделе заедно со него, како што се помошното поле Н исто така немаат реално физичко значење сами по себе. Но, тие се прикладни математички алатки и затоа сè уште се користат и денеска за апликации како што е моделирање на магнетното поле на Земјата.

Магнетизациска динамика

Временско зависното однесување на магнетизацијата станува важно кога се има предвид наноскалата и наносекундната временска скала на магнетизација. Наместо едноставно да се подредува со воведено поле, поединечните магнетни моменти во материјалот започнуваат движења околу воведеното поле и се подредуваат преку релаксација како што енергијата е трансверирана во решетките.

Демагнетизација

Демагнетизацијата претставува редукција или елиминација на магнетизацијата. Еден начин да ова се стори е да се загрее објектот над неговата Кириева температура, каде топлинските флуктуации имаат доволна енергија да ги надминат заменските интеракции, односно изворот на феромагнетниот ред и да го уништат тој ред.

Друг начин е да се извлече од електричната намотка со наизменична струја која тече низ него создавајќи полиња кои и се спротивставуваат на магнетизацијата.

Една примена на демагнетизацијата е да се елиминираат несаканите магнетни полиња, на пример магнетните полиња можат да се мешаат во електронски направи, како што се мобилни телефони или компјутери.

Поврзано

• Пермеабилност
• Магнетна супсцетабилност
• Земјино магнетно поле
• Геомагнетна промена на магнетните полови
• Магнетометар
• Орбитална магнетизација