Природа магнетизма
Природа магнетизма складывается из двух факторов
Природа магнетизма элементарных частиц (электрона, протона, нейтрона, позитрона, мезона)
Природа магнетизма взаимосвязи между элементарными частицами
Электрон движется за счет имеющегося у него момента импульса - механического момента. Кроме момента импульса электрон обладает магнитным моментом ( s)
s - магнитный момент электрона
s=
=
где - постоянная Планка
е - электронный заряд
m - магнитный момент
Магнитный момент электрона оценивает магнетизм атома и называется магнитоном бора.
s - это вектор, записанная формула означает проекцию вектора магнитного момента электрона на протяженность магнитного поля, окружающего пространства.
Протон обладает механическим моментом - моментом импульса и вращается вокруг собственной оси за счет наличия момента импульса. Это вращение называется прецессией (движение волчка). Каждый протон обладает электрическим зарядом, следовательно, обладает магнитным моментом
(р)h
=
р - проекция магнитного момента протона
e - заряд протона
m - масса протона
Магнитные моменты зависят от размеров и величины р < в 2000 раз э
Магнетизм электрона складывается из магнетизма выработанного спиновым эффектом электрона - моментом импульса и магнетизмом орбитального движения. В сумме магнетизм атома обусловлен спиновым и орбитальным магнетизмом электрона положительным ядерным магнетизмом протона.
Позитрон и мезон имеют положительный заряд, положительный магнитный момент тоже создают магнитное поле, но они являются короткоживущие, поэтому не создают постоянного магнетизма.
Основными магнитными характеристиками вещества является магнитная восприимчивость и магнитная намагниченность. Горные породы и вещества воспринимают или проводят магнитное поле по-разному, одни хорошо, другие слабо. Способность горных пород воспринимать магнитное поле называется магнитной восприимчивостью (æ). Значение магнитной восприимчивости зависит от формы образца, размера и состава. Магнитная восприимчивость является коэффициентом пропорциональности между намагниченностью и напряженностью магнитного поля.
Способность горных
пород отдавать магнитное поле называется
намагниченностью -
Намагниченность зависит от магнитной восприимчивости и напряженности магнитного поля (H).
æh
æ=
Эта формула справедлива для диамагнетиков и парамагнетиков.
æ константа для определенного типа пород. В зависимости от величины æ горные породы делят на
Диамагнетики æ<0
Парамагнентики æ>0
Ферромагнетики æ >>0
Антиферромагнетики
Ферримагнетики
Диамагнетики за счет атомного магнетизма создают отрицательное магнитное поле в силовых линиях напряженности магнитного поля цилиндрики - диамагнетики встают перпендикулярно к силовым линиям. Все вещества в природе диамагнитные.
Парамагнетики - это диамагнетики с лишними электронами, которые создают дополнительную магнитную силу. Цилиндрики - парамагнетики встают параллельно силовым линиям напряженности магнитного поля.
Ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики имеют другую природу магнетизма. Их магнетизм обусловлен доменной структурой.
Домен - магнит, размеры его 1*10-8 см
Ферромагнетики - совокупность доменов, внутри которых идет спонтанная перестройка атомов.
Ферромагнетик имеет домены, в которых магнитные моменты ориентированы параллельно между собой в одном и том же направлении.
Внутри ферромагнетика происходит компенсация магнитных сил, и остаются только два заряда на верхней кромке. Таким образом, мы имеем горную породу, у которой намагниченными оказываются верхняя и нижняя кромка. Угловые точки самые магнитные.
Антиферромагнетики имеют доменную структуру с преобладанием антипараллельных доменов с полной их компенсацией.
Ферромагнетик - доменная структура с неполной компенсацией. Закон связи намагниченности и магнитной восприимчивости сложен.
æ безразмерная величина.
Намагниченность есть вектор, который зависит от величины и направления напряжения магнитного поля, действующий в прошлой геологической эпохи и в современность. Можно представить через сумму влияний напряженности
общий вектор
остаточная
намагниченность, приобретенная в прошлые
геологические эпохи.
намагниченность,
индуцированная современным магнитным
полем
в системе СИ измеряется в Ампер/метр
в системе СГС в единицах СГС
Напряженность магнитного поля, магнитная индукция.
Из условия статики
имеем
H - напряженность магнитного поля
B - магнитная индукция
Магнит - это объект, имеющий два магнитных заряда, расположенных друг от друга на некотором расстоянии, знаки противоположны.
Силовые линии напряженности магнитного поля H выходят из положительного магнитного заряда, а заходят в отрицательный. Начинаются на положительной кромке тела и заканчиваются, а отрицательной. Напряженность магнитного поля (H) создает внешние силовые линии. Силовые линии напряженности магнитного поля имеют начало и конец. Внутреннее поле идет от плюса к минусу и определяют внутреннее состояние намагниченности вещества ( ). Намагниченность выступает в роли размагничивающего внутреннего эффекта.
Силовые линии магнитной индукции не имеет ни начала, ни конца. Магнитная индукция определяет поток напряженности через объект. Различия между силовыми линиями напряженности и магнитной индукцией видны только вблизи объекта исследования. Чем дальше от источника, тем меньше отличий H от B.
В системе СГС H измеряется в эрстедах
1Э=10-3 мЭ (данные магнитных съемок до 80-х гг. даны в мЭ)
В системе СИ H измеряется в Ампер/м
1Э=79,6 мЭ
рабочей единицей в системе Си является гамма
Э, мЭ,
1
Э
В системе СИ В измеряется в Тесла (Тл).
Тесла - магнитная индукция, которая создается вокруг проводника с током, если течет ток 1 Ампер.
1нТл=
Тл
1нТл=1
Связь В и Н:
- абсолютное
значение магнитной проницаемости среды.
- магнитная
проницаемость вакуума.
æ
- магнитная
проницаемость среды.
(H+I)
(H+ æH)
(1+
æ)
- способность горных пород пропускать поток силовых линий магнитной индукции.