लोहे का लौहचुम्बकीय से अनुचुम्बकीय अवस्था में संक्रमण
लौहचुंबकीय से अनुचुंबकीय अवस्था में लोहे के संक्रमण को सरलतम साधनों का उपयोग करके आसानी से प्रदर्शित किया जा सकता है। मैंने लगभग एक मिलीमीटर मोटा कुछ लुढ़का हुआ लोहे का तार लिया (जिसका उपयोग शैंपेन की बोतलों के कॉर्क को सुरक्षित करने के लिए किया जाता है) और इसे बहुत पतले तांबे के तार के एक लंबे टुकड़े का उपयोग करके बोतल की गर्दन पर बांध दिया। मैंने एक पुराने रेडियो से लिया हुआ एक चुंबक बगल में लगा दिया।
लोहे के तार को चुंबक के पास रखना आवश्यक था ताकि वह "हवा में मँडरा सके": एक तरफ यह चुंबक द्वारा आकर्षित किया गया था, लेकिन तांबे के तार ने लोहे को करीब आने से रोक दिया। उसके बाद, मैंने लोहे के तार को चुंबक से दूर कर दिया ताकि वह अभी भी हवा में लटका रहे, लेकिन गिरने की कगार पर हो।
वर्णित जोड़तोड़ को अंजाम देना आसान नहीं था: एक बार फिर आप आश्वस्त हैं कि चुंबकीय क्षेत्र एक मजबूत आकर्षण देता है, लेकिन दूरी के साथ यह जल्दी कमजोर हो जाता है। यदि आप लोहे के तार को थोड़ा और पास ले जाएंगे तो वह थोड़ा आगे जाकर चुंबक से मजबूती से चिपक जाएगा और अपने ही वजन के नीचे आ जाएगा।
चुंबकत्व गुरुत्वाकर्षण नहीं है. एक ओर, गुरुत्वाकर्षण बल कमजोर हैं: आप एक पत्थर उठा सकते हैं जो पूरी पृथ्वी को आकर्षित करता है - एक विशाल ग्रह। लेकिन दूसरी ओर, आप पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से बच नहीं सकते - यहाँ तक कि चंद्रमा पर भी: दूरी के साथ, गुरुत्वाकर्षण बल चुंबकत्व की तुलना में बहुत धीरे-धीरे कम होता है।
मुझे पुस्तक में वर्णित एक घटना याद है अद्भुत भौतिकी .
"...जहाजों को दुश्मन के तोप के गोलों से बचाने के लिए एक शानदार परियोजना सामने आई। विचार यह था कि मोटे कवच से ढके जहाज पर दुश्मन की ओर शक्तिशाली चुंबक स्थापित किए जाएं। दुश्मन के तोप के गोले को पास के चुंबक द्वारा आकर्षित किया जाना था, अंदर मुड़ें इसकी दिशा और मजबूत कवच के विरुद्ध टूटने से जहाज के शेष हिस्सों को असुरक्षित छोड़ा जा सकता था।
सिद्धांत रूप में, सब कुछ सही था, सिवाय इसके कि सबसे शक्तिशाली चुंबक भी लंबी दूरी तक काम नहीं कर सकता। आइए कल्पना करें कि हमारे पास एक चुंबक है जो 1 सेमी की दूरी पर 10 टन लोहे को आकर्षित करने में सक्षम है। यह एक बहुत मजबूत चुंबक है। इसलिए, यदि हम उपयोगी वस्तु को 1 सेमी और घुमाएँ, तो आकर्षण बल 8 गुना कम हो जाएगा! 1 मीटर की दूरी पर, आकर्षण बल 1,000,000 गुना कम हो जाएगा, और नाभिक के किसी भी आकर्षण की कोई बात नहीं हो सकती है।
लेकिन पिछली सदी में वे अभी तक नहीं जानते थे कि चुम्बकों की ताकत की गणना कैसे की जाती है, और ऐसा कवच चुम्बक फिर भी 1887 में बनाया गया था। इस चुम्बक ने एक स्टील प्लेट को इतना आकर्षित किया कि इसे तोड़ने के लिए 10 टन के बल की आवश्यकता पड़ी 120 किलोग्राम के कोर चुंबक के ध्रुव पर एक के बाद एक अकेले लटके हुए थे। लेकिन चुंबक से 2 मीटर की दूरी पर, जिन लोगों की जेबों में स्टील की वस्तुएं थीं, उन्हें चुंबक का प्रभाव बमुश्किल ही महसूस हुआ। शत्रु कोर के आकर्षण के बारे में सोचने की कोई बात नहीं थी। सच है, ऐसा चुंबक 10 किमी दूर कम्पास सुई पर कार्य करता था। "
अब प्रयोग शुरू करते हैं. एक कुंडलित लोहे का तार चुंबक के पास "मँडराता" है: लौहचुंबक चुंबकीय क्षेत्र की ओर आकर्षित होता है और चुंबक के करीब जाता है। केवल तांबे का तार ही उसे ऐसा करने से रोकता है। यदि लौहचुंबक अनुचुंबकीय में बदल जाए तो क्या होगा? मैंने टॉर्च ली और लौ को लोहे के तार पर निर्देशित किया (जबकि लौ के साथ चुंबक को छूने की कोशिश नहीं की)। तार लाल (आंशिक रूप से पीला) चमक उठा, धीरे-धीरे चुंबक से दूर जाने लगा - "ढीला" और अंततः गिर गया। ठंडा होने के बाद तार फिर से चुंबक की ओर आकर्षित होने लगा और प्रयोग कई बार दोहराया जा सका।
जब तार को गर्म किया गया तो लोहा क्यूरी तापमान पर पहुंच गया और अनुचुंबकीय हो गया। चुंबक के प्रति आकर्षण बना रहा, लेकिन तेजी से कमजोर हो गया - परिणामस्वरूप, तार अपने ही वजन के नीचे गिर गया। जब तार ने लौ छोड़ी, तो यह जल्दी से ठंडा हो गया और फिर से लौहचुंबक बन गया: यदि गिरते समय यह चुंबक से दूर नहीं गया होता तो यह फिर से चुंबक की ओर आकर्षित हो जाता।
लेकिन शायद हीटिंग का इससे कोई लेना-देना नहीं है: बर्नर से गैसों का प्रवाह बस तार को "उड़ा" देता है? मैंने एक नियंत्रण प्रयोग किया: मैंने गैस की आपूर्ति अधिकतम तक खोल दी, लेकिन लौ नहीं जलाई। जब मैंने प्रवाह को चुंबक के पास "मँडरा" रहे तार पर निर्देशित किया, तो उस पर कोई प्रभाव नहीं पड़ा।
मैं आपको याद दिला दूं कि लोहे के लिए क्यूरी तापमान 770 डिग्री सेल्सियस है - व्यावहारिक दृष्टिकोण से, यह काफी है। इसीलिए प्रयोग के लिए हल्के लोहे के तार को चुना गया - अधिक विशाल वस्तु को क्यूरी बिंदु तक गर्म करना अधिक कठिन होता। यहां तक कि एक तार के मामले में, इसका केवल एक हिस्सा क्यूरी बिंदु तक पहुंच गया है, लेकिन यह काफी है - मुख्य बात यह है कि तार के उन हिस्सों को लौ से गर्म करना है जो चुंबक के सबसे करीब हैं (याद रखें कि चुंबकीय बल कम दूरी के होते हैं: तार के दूर के हिस्सों का चुंबक के प्रति आकर्षण इसे हवा में बनाए रखने के लिए पर्याप्त नहीं होता है)। किसी भी मामले में, आपको अपेक्षाकृत संकीर्ण लौ वाले एक अच्छे बर्नर की आवश्यकता है।
_______________________________________________
लौह चुम्बक ऐसे पदार्थ होते हैं जिनमें एक निश्चित तापमान (क्यूरी बिंदु) के नीचे बाहरी चुंबकीय क्षेत्र (x>1) की अनुपस्थिति में सहज चुम्बकत्व होता है, कम t° पर उनमें स्वतःस्फूर्त चुम्बकत्व होता है, जो बाहरी ताकतों के प्रभाव में बहुत बदल जाता है, हिस्टैरिसीस विशेषता है ).
चुंबकीय हिस्टैरिसीस बाहरी चुंबकीयकरण क्षेत्र से चुंबकीय प्रेरण का अंतराल है, इस तथ्य के कारण कि चुंबकीय प्रेरण इसके पिछले मूल्य पर निर्भर करता है। चुम्बकत्व प्रक्रियाओं की अपरिवर्तनीयता का परिणाम।
एक डोमेन एक चुंबकीय क्रिस्टल में एक मैक्रोस्कोपिक क्षेत्र है जिसमें सहज समान चुंबकीयकरण के वेक्टर का अभिविन्यास (क्यूरी बिंदु के नीचे t° पर) पड़ोसी डोमेन में संबंधित वेक्टर की दिशाओं के सापेक्ष एक निश्चित तरीके से घुमाया या स्थानांतरित किया जाता है।
क्यूरी बिंदु किसी पदार्थ के समरूपता गुणों (लौहचुंबक में - चुंबकीय) में अचानक परिवर्तन से जुड़े दूसरे क्रम के चरण संक्रमण का तापमान है।
फेरोमैग्नेट्स में, क्रिस्टल जाली के बड़े पैरामीटर के कारण, एंटीपैरलल स्पिन के साथ इलेक्ट्रॉनों के तरंग कार्यों के मजबूत ओवरलैप वाले राज्य में, इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रतिकर्षण ऊर्जा उत्पन्न होती है, जो निचोड़ने पर न्यूनतम ऊर्जा के विपरीत सिस्टम की ऊर्जा में काफी वृद्धि करती है। इलेक्ट्रॉनों की तरंगें समानांतर स्पिन अभिविन्यास के साथ अलग-अलग अवस्थाओं में कार्य करती हैं।
मुक्त अवमंदित विद्युत चुम्बकीय दोलन।
नम दोलन - दोलन, बिल्ली ऊर्जा। समय के साथ घटता जाता है.
यह इस तथ्य से विशेषता है कि दोलनों का आयाम A है घटता हुआ कार्य. आमतौर पर, क्षीणन माध्यम के प्रतिरोध बलों के प्रभाव में होता है, जिसे अक्सर दोलन गति या उसके वर्ग पर रैखिक निर्भरता के रूप में व्यक्त किया जाता है।
– समय t पर आवेशों का आयाम मान = 0
45. ऊर्जा दोलन काउंटर। मुक्त अवमंदित विद्युतचुंबकीय दोलन.
विद्युतचुंबकीय दोलन एक विद्युत परिपथ में विद्युत और चुंबकीय मात्राएँ हैं जो समय के साथ समय-समय पर बदलती रहती हैं।
आदर्श दोलन परिपथ विद्युत है। सर्किट में प्रेरकत्व L के साथ एक कुंडल और कैपेसिटेंस C के साथ एक संधारित्र होता है। (वास्तविक सर्किट में एक प्रतिरोध R होता है)। एक आदर्श परिपथ का विद्युत प्रतिरोध = 0.
सर्किट में मुक्त विद्युत चुम्बकीय दोलन - संधारित्र वाइंडिंग पर चार्ज, सर्किट में वर्तमान ताकत और वोल्टेज में आवधिक परिवर्तन बाहरी स्रोतों से ऊर्जा की खपत के बिना होते हैं।
वह। सर्किट में मुक्त विद्युत चुम्बकीय दोलनों की घटना संधारित्र के रिचार्जिंग और कॉइल में स्व-प्रेरक ईएमएफ की घटना के कारण होती है, जो इस "रिचार्जिंग" को सुनिश्चित करती है। दोलन सामंजस्यपूर्ण ढंग से होते हैं। कानून।
चुंबकत्व की शक्ति तथाकथित "चुंबकीय क्षण" द्वारा निर्धारित होती है - परमाणु के अंदर द्विध्रुवीय क्षण, जो इलेक्ट्रॉनों के कोणीय गति और स्पिन से आता है। तापमान के आधार पर सामग्रियों के अपने चुंबकीय क्षणों की अलग-अलग संरचना होती है। क्यूरी बिंदु वह तापमान है जिस पर किसी सामग्री के आंतरिक चुंबकीय क्षण बदलते हैं।
स्थायी चुंबकत्व चुंबकीय क्षणों के संरेखण के कारण होता है, और प्रेरित चुंबकत्व तब बनता है जब अव्यवस्थित चुंबकीय क्षणों को एक लागू चुंबकीय क्षेत्र में संरेखित करने के लिए मजबूर किया जाता है। उदाहरण के लिए, क्यूरी तापमान पर क्रमबद्ध चुंबकीय क्षण (फेरोमैग्नेटिक) बदल जाते हैं और अव्यवस्थित (पैरामैग्नेटिक) हो जाते हैं। उच्च तापमान चुम्बकों को कमजोर बना देता है, क्योंकि सहज चुंबकत्व केवल क्यूरी तापमान के नीचे होता है - यह ऐसी सहज घटनाओं की मुख्य विशेषताओं में से एक है। क्यूरी तापमान के ऊपर चुंबकीय संवेदनशीलता की गणना क्यूरी-वीस नियम का उपयोग करके की जा सकती है, जो क्यूरी के नियम से लिया गया है।
उपयोग एवं सूत्र
लौहचुंबकीय और अनुचुंबकीय सामग्रियों के अनुरूप, क्यूरी तापमान का उपयोग लौहविद्युत और अर्धविद्युत के बीच वर्णन करने के लिए भी किया जा सकता है। इस संदर्भ में, ऑर्डर पैरामीटर विद्युत ध्रुवीकरण का प्रतिनिधित्व करता है, जो क्यूरी तापमान से ऊपर तापमान बढ़ने पर एक सीमित मान से शून्य तक चला जाता है।
चुंबकीय क्षण एक परमाणु के अंदर स्थायी द्विध्रुवीय क्षण होते हैं, जिसमें संबंध μl = el / 2me के अनुसार एक इलेक्ट्रॉनिक क्षण होता है, जहां मी इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान है, μl चुंबकीय क्षण है, एल कोणीय गति है, जिसके बिना यह मुश्किल है क्यूरी तापमान की गणना करें; इस संबंध को जाइरोमैग्नेटिक कहा जाता है।
किसी परमाणु में इलेक्ट्रॉन अपने कोणीय संवेग से और नाभिक के चारों ओर अपने कक्षीय संवेग से चुंबकीय क्षणों का योगदान करते हैं। इलेक्ट्रॉनों से चुंबकीय क्षणों के विपरीत, नाभिक से चुंबकीय क्षण महत्वहीन होते हैं। थर्मल योगदान के परिणामस्वरूप उच्च इलेक्ट्रॉन ऊर्जाएं क्रम को बाधित करती हैं और द्विध्रुवों के बीच संरेखण को नष्ट कर देती हैं।
peculiarities
फेरिमैग्नेटिक और एंटीफेरोमैग्नेटिक सामग्रियों में अलग-अलग चुंबकीय क्षण संरचनाएं होती हैं। सामग्री के एक निश्चित क्यूरी तापमान पर, ये गुण बदल जाते हैं। एंटीफेरोमैग्नेटिक से पैरामैग्नेटिक (या इसके विपरीत) में संक्रमण नील तापमान पर होता है, जो क्यूरी तापमान के समान है - संक्षेप में, यह इस तरह के संक्रमण के लिए मुख्य स्थिति है।
लौहचुंबकीय, अनुचुंबकीय, लौहचुंबकीय और प्रतिलौहचुंबकीय संरचनाएं अपने स्वयं के चुंबकीय क्षणों से बनी होती हैं। यदि संरचना के भीतर सभी इलेक्ट्रॉनों को जोड़ा जाता है, तो ये क्षण उनके विपरीत स्पिन और कोणीय संवेग के कारण रद्द हो जाते हैं। इस प्रकार, जब चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाता है, तब भी इन सामग्रियों में अलग-अलग गुण होते हैं और क्यूरी तापमान नहीं होता है - उदाहरण के लिए, लोहा पूरी तरह से अलग तापमान का उपयोग करता है।
सामग्री केवल क्यूरी तापमान के ऊपर ही अनुचुंबकीय होती है। जब कोई चुंबकीय क्षेत्र नहीं होता है तो अनुचुंबकीय पदार्थ गैर-चुंबकीय होते हैं और चुंबकीय क्षेत्र लागू होने पर चुंबकीय होते हैं। जब कोई चुंबकीय क्षेत्र नहीं होता है, तो सामग्री में चुंबकीय क्षण अव्यवस्थित होते हैं; अर्थात्, परमाणु असममित हैं और संरेखित नहीं हैं। जब कोई चुंबकीय क्षेत्र मौजूद होता है, तो चुंबकीय क्षणों को अस्थायी रूप से लागू क्षेत्र के समानांतर पुनर्व्यवस्थित किया जाता है, परमाणु सममित और संरेखित होते हैं। एक दिशा में संरेखित चुंबकीय क्षण एक प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र का कारण बनते हैं।
अनुचुम्बकत्व के लिए, लागू चुंबकीय क्षेत्र के प्रति यह प्रतिक्रिया सकारात्मक होती है और इसे चुंबकीय संवेदनशीलता के रूप में जाना जाता है। चुंबकीय संवेदनशीलता केवल अव्यवस्थित अवस्थाओं के लिए क्यूरी तापमान से ऊपर लागू होती है।
क्यूरी बिंदु से परे
क्यूरी तापमान के ऊपर, परमाणु उत्तेजित होते हैं, और स्पिन अभिविन्यास यादृच्छिक हो जाते हैं, लेकिन लागू क्षेत्र द्वारा पुनर्व्यवस्थित किया जा सकता है, यानी। पदार्थ अनुचुम्बकीय हो जाता है। क्यूरी तापमान के नीचे की हर चीज़ एक स्थान है जिसकी आंतरिक संरचना पहले से ही एक चरण परिवर्तन से गुजर चुकी है, परमाणुओं को व्यवस्थित किया गया है और सामग्री स्वयं लौहचुंबकीय बन गई है। अनुचुंबकीय सामग्रियों से प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र लौहचुंबकीय सामग्रियों के चुंबकीय क्षेत्रों की तुलना में बहुत कमजोर होते हैं।
सामग्रियां अपने संबंधित क्यूरी तापमान के नीचे केवल लौहचुंबकीय होती हैं। लागू चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में लौहचुंबकीय पदार्थ चुंबकीय होते हैं।
जब कोई चुंबकीय क्षेत्र नहीं होता है, तो क्रमबद्ध चुंबकीय क्षणों के परिणामस्वरूप सामग्री में सहज चुंबकीयकरण होता है। अर्थात्, लौहचुंबकत्व के लिए, परमाणु सममित होते हैं और एक ही दिशा में संरेखित होते हैं, जिससे एक निरंतर चुंबकीय क्षेत्र बनता है।
लौह चुम्बक के लिए क्यूरी तापमान
चुंबकीय अंतःक्रियाओं को विनिमय अंतःक्रियाओं द्वारा एक साथ रखा जाता है; अन्यथा थर्मल विकार चुंबकीय क्षणों पर काबू पा लेगा। विनिमय अंतःक्रिया में समानांतर इलेक्ट्रॉनों के समय में एक ही बिंदु पर रहने की शून्य संभावना होती है, जो सामग्री में एक तरजीही समानांतर संरेखण का संकेत देती है। बोल्ट्ज़मैन कारक एक महत्वपूर्ण योगदान देता है क्योंकि यह परस्पर क्रिया करने वाले कणों को एक ही दिशा में संरेखित करना पसंद करता है। इसके परिणामस्वरूप लौह चुम्बकों में मजबूत चुंबकीय क्षेत्र और लगभग 1000 K की उच्च क्यूरी तापमान परिभाषा होती है।
फेरिमैग्नेटिक पदार्थ लागू चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में चुंबकीय होते हैं और दो अलग-अलग आयनों से बने होते हैं।
सहज चुंबकत्व
जब कोई चुंबकीय क्षेत्र नहीं होता है, तो सामग्री में क्रमबद्ध चुंबकीय क्षणों के परिणामस्वरूप सहज चुंबकत्व होता है; वे। लौहचुम्बकत्व के लिए, एक ही आयनिक क्षण के चुंबकीय क्षणों को एक निश्चित परिमाण के साथ एक दिशा में संरेखित किया जाता है, और दूसरे आयन के चुंबकीय क्षणों को एक अलग परिमाण के साथ विपरीत दिशा में संरेखित किया जाता है। चूँकि चुंबकीय क्षणों का विपरीत दिशाओं में अलग-अलग परिमाण होता है, सहज चुंबकत्व मौजूद होता है और एक चुंबकीय क्षेत्र मौजूद होता है।
क्यूरी बिंदु के नीचे क्या होता है?
आधुनिक फेरोइलेक्ट्रिक्स के अनुसार, क्यूरी तापमान की अपनी सीमाएँ हैं। लौहचुंबकीय सामग्रियों की तरह, चुंबकीय अंतःक्रियाएं विनिमय अंतःक्रियाओं द्वारा एक साथ जुड़ी रहती हैं। हालाँकि, क्षणों का झुकाव प्रतिसमानांतर होता है, जिसके परिणामस्वरूप उनकी गति को एक दूसरे से घटाकर शुद्ध गति प्राप्त होती है।
क्यूरी तापमान के नीचे, प्रत्येक आयन के परमाणु अलग-अलग संवेग के साथ समानांतर में संरेखित होते हैं, जिससे सहज चुंबकत्व उत्पन्न होता है; सामग्री लौहचुंबकीय है. क्यूरी तापमान के ऊपर, सामग्री अनुचुंबकीय होती है क्योंकि जब सामग्री चरण परिवर्तन से गुजरती है तो परमाणु अपने क्रमबद्ध चुंबकीय क्षण खो देते हैं।
नील तापमान और चुंबकत्व
सामग्री में समान चुंबकीय क्षण विपरीत दिशाओं में संरेखित होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप नील तापमान से नीचे के सभी तापमानों पर शून्य चुंबकीय क्षण और शून्य चुंबकत्व होता है। चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में एंटीफेरोमैग्नेटिक सामग्री कमजोर रूप से चुंबकीय होती है।
लौहचुंबकीय सामग्रियों की तरह, चुंबकीय अंतःक्रियाओं को विनिमय अंतःक्रियाओं द्वारा एक साथ रखा जाता है, जिससे थर्मल विकार को कमजोर चुंबकीय क्षण अंतःक्रियाओं पर काबू पाने से रोका जा सकता है। जब विकार होता है तो वह नील तापमान पर होता है।
किसी पदार्थ के लौहचुंबकीय गुण केवल क्यूरी बिंदु से नीचे के तापमान पर ही प्रकट होते हैं।
अधिकांश परमाणुओं का अपना चुंबकीय क्षेत्र होता है। लगभग किसी भी परमाणु को उत्तरी और दक्षिणी ध्रुव वाले एक छोटे चुंबक के रूप में दर्शाया जा सकता है। इस चुंबकीय प्रभाव को इस तथ्य से समझाया जाता है कि इलेक्ट्रॉन, जब परमाणु नाभिक के चारों ओर कक्षा में घूमते हैं, तो सूक्ष्म विद्युत धाराएं बनाते हैं, जो चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं ( सेमी।ओर्स्टेड की खोज)। किसी परमाणु के सभी इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रेरित चुंबकीय क्षेत्र को जोड़ने पर, हमें परमाणु का कुल चुंबकीय क्षेत्र प्राप्त होता है।
अधिकांश पदार्थों में, परमाणुओं के चुंबकीय क्षेत्र अनियमित रूप से उन्मुख होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप वे एक-दूसरे को रद्द कर देते हैं। हालाँकि, कुछ पदार्थों और सामग्रियों (मुख्य रूप से लोहा, निकल या कोबाल्ट युक्त मिश्र धातु) में, परमाणुओं को क्रमबद्ध किया जाता है ताकि उनके चुंबकीय क्षेत्र एक ही दिशा में निर्देशित हों और एक दूसरे को मजबूत करें। परिणामस्वरूप, ऐसे पदार्थ का एक टुकड़ा चुंबकीय क्षेत्र से घिरा होता है। इन पदार्थों में से कहा जाता है लौह चुम्बक, क्योंकि उनमें आमतौर पर आयरन होता है और प्राप्त होता है स्थायी चुम्बक.
यह समझने के लिए कि लौहचुम्बक कैसे बनते हैं, आइए गर्म लोहे के एक टुकड़े की कल्पना करें। उच्च तापमान के कारण, इसमें परमाणु बहुत तेज़ी से और अव्यवस्थित रूप से चलते हैं, जिससे परमाणु चुंबकीय क्षेत्रों को एक दिशा में व्यवस्थित करने की कोई संभावना नहीं रह जाती है। हालाँकि, जैसे-जैसे तापमान घटता है, तापीय गति कमजोर हो जाती है और अन्य प्रभाव हावी होने लगते हैं। लोहे (और कुछ अन्य धातुओं) में, परमाणु स्तर पर एक बल कार्य करता है जो पड़ोसी परमाणुओं के चुंबकीय द्विध्रुवों को एक दूसरे के साथ जोड़ता है।
अंतरपरमाणु अंतःक्रिया की इस शक्ति को कहा जाता है विनिमय शक्ति, का वर्णन सबसे पहले वर्नर हाइजेनबर्ग ने किया था ( सेमी।हाइजेनबर्ग अनिश्चितता सिद्धांत)। यह इस तथ्य के कारण है कि दो पड़ोसी परमाणु बाहरी इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान कर सकते हैं, और ये इलेक्ट्रॉन एक साथ दोनों परमाणुओं से संबंधित होने लगते हैं। विनिमय बल धातु के क्रिस्टल जाली में परमाणुओं को मजबूती से बांधता है और उनके चुंबकीय क्षेत्र को समानांतर और एक दिशा में निर्देशित करता है। परिणामस्वरूप, पड़ोसी परमाणुओं के क्रमबद्ध चुंबकीय क्षेत्र रद्द होने के बजाय पारस्परिक रूप से बढ़ जाते हैं। और ऐसा प्रभाव 1 मिमी 3 के क्रम के पदार्थ के आयतन में देखा जा सकता है, जिसमें 10 16 परमाणु तक होते हैं। इसके परमाणु चुंबकीय डोमेन (सेमी।नीचे) को इस तरह से पंक्तिबद्ध किया गया है कि हमारे पास एक शुद्ध चुंबकीय क्षेत्र है।
उच्च तापमान पर, इस बल की क्रिया परमाणुओं की तापीय गति से बाधित होती है, लेकिन कम तापमान पर, परमाणु चुंबकीय क्षेत्र एक दूसरे को मजबूत कर सकते हैं। जिस तापमान पर यह संक्रमण होता है उसे कहते हैं क्यूरी बिंदुधातु - फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी पियरे क्यूरी के सम्मान में जिन्होंने इसकी खोज की थी।
वास्तव में, लौहचुम्बक की संरचना ऊपर वर्णित की तुलना में कहीं अधिक जटिल है। आमतौर पर, व्यक्तिगत डोमेन में केवल कुछ हज़ार परमाणु शामिल होते हैं, जिनके चुंबकीय क्षेत्र यूनिडायरेक्शनल होते हैं, लेकिन विभिन्न डोमेन के क्षेत्र यादृच्छिक रूप से निर्देशित होते हैं और, समग्र रूप से, सामग्री चुंबकीय नहीं होती है। इसलिए, लोहे का एक साधारण टुकड़ा चुंबकीय गुण प्रदर्शित नहीं करता है। हालाँकि, कुछ शर्तों के तहत, लौहचुम्बक बनाने वाले डोमेन के चुंबकीय क्षेत्र को भी क्रमबद्ध किया जाता है (उदाहरण के लिए, जब गर्म लोहा एक मजबूत चुंबकीय क्षेत्र में ठंडा होता है)। और तब हमें एक स्थायी चुंबक मिलता है। क्यूरी बिंदु की उपस्थिति यह भी बताती है कि, जब एक स्थायी चुंबक को दृढ़ता से गर्म किया जाता है, तो किसी बिंदु पर यह पूरी तरह से क्यों हो जाता है विचुम्बकीकरण.
मैरी स्कोलोडोव्स्का क्यूरी, 1867-1934
पोलिश, फिर फ्रांसीसी रसायनज्ञ। उनका जन्म पोलैंड पर रूसी कब्जे के कठिन दौर के दौरान वारसॉ में एक बुद्धिजीवी परिवार में हुआ था। स्कूल में पढ़ाई के दौरान, उसने अपनी माँ को बोर्डिंग हाउस के रखरखाव में मदद की और वहाँ नौकरानी के रूप में काम किया। स्कूल से स्नातक होने के बाद, उसने अपनी बहन की चिकित्सा शिक्षा के लिए पैसे कमाने के लिए कुछ समय तक धनी परिवारों के लिए गवर्नेस के रूप में काम किया। इस अवधि के दौरान, दूल्हे के माता-पिता से परेशान होकर स्कोलोडोव्स्का की सगाई उस परिवार के एक युवक से हो गई, जहां वह सेवा करती थी (माता-पिता ने अपने बेटे की ऐसी शादी को अपनी सामाजिक स्थिति के लिए अयोग्य माना और अपने परिवार के जीन पूल में सुधार करने का एक शानदार अवसर गंवा दिया) ). अपनी बहन के पेरिस में मेडिकल की शिक्षा प्राप्त करने के बाद, स्कोलोडोव्स्का खुद वहां पढ़ने के लिए चली गईं।
भौतिकी और गणित में प्रवेश परीक्षाओं के शानदार नतीजों ने प्रमुख फ्रांसीसी वैज्ञानिकों का ध्यान युवा ध्रुव की ओर आकर्षित किया। इसका परिणाम यह हुआ कि 1894 में पियरे क्यूरी के साथ उनकी सगाई हुई और अगले वर्ष उनसे विवाह हो गया। उन वर्षों में, रेडियोधर्मिता की घटना पर शोध अभी शुरू ही हुआ था, और इस क्षेत्र में काम का कोई अंत नहीं था। पियरे और मैरी क्यूरी ने बोहेमिया में खनन किए गए अयस्कों से रेडियोधर्मी नमूने निकालना और उनका अध्ययन करना शुरू किया। परिणामस्वरूप, युगल एक साथ कई नए रेडियोधर्मी तत्वों की खोज करने में सफल रहे ( सेमी।रेडियोधर्मी क्षय), जिनमें से एक को उनके सम्मान में क्यूरियम नाम दिया गया था, और दूसरे को मैरी की मातृभूमि के सम्मान में पोलोनियम नाम दिया गया था। इन अध्ययनों के लिए, एक्स-रे की खोज करने वाले हेनरी बेकरेल (1852-1908) के साथ क्यूरी दंपत्ति को 1903 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। यह मैरी क्यूरी ही थीं जिन्होंने पहली बार "रेडियोधर्मिता" शब्द गढ़ा था - क्यूरी द्वारा खोजे गए पहले रेडियोधर्मी तत्व रेडियम के नाम पर।
1906 में पियरे की दुखद मृत्यु के बाद, मैरी क्यूरी ने सोरबोन विश्वविद्यालय द्वारा दी जाने वाली पेंशन से इनकार कर दिया और अपना शोध जारी रखा। वह यह साबित करने में कामयाब रही कि रेडियोधर्मी क्षय के परिणामस्वरूप, रासायनिक तत्वों का रूपांतरण होता है, और इस प्रकार, प्राकृतिक विज्ञान की एक नई शाखा - रेडियोकैमिस्ट्री की नींव रखी गई। इस कार्य के लिए, मैरी क्यूरी को 1911 में रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया और वह प्राकृतिक विज्ञान में उपलब्धियों के लिए दो बार सबसे प्रतिष्ठित पुरस्कार जीतने वाली पहली वैज्ञानिक बनीं। (उसी वर्ष, पेरिस एकेडमी ऑफ साइंसेज ने उनकी उम्मीदवारी को खारिज कर दिया और मैरी क्यूरी को अपने रैंक में स्वीकार नहीं किया। जाहिर है, दो नोबेल पुरस्कार शिक्षाविदों के लिए राष्ट्रीयता और लिंग के आधार पर भेदभाव करने की उनकी प्रवृत्ति पर काबू पाने के लिए पर्याप्त नहीं थे।)
प्रथम विश्व युद्ध के दौरान, मैरी क्यूरी एक पोर्टेबल एक्स-रे मशीन के साथ मोर्चे पर काम करते हुए सक्रिय व्यावहारिक चिकित्सा अनुसंधान में लगी हुई थी। 1921 में, मैरी क्यूरी के लिए 1 ग्राम शुद्ध रेडियम खरीदने के लिए धन जुटाने हेतु अमेरिका में एक सदस्यता खोली गई, जिसकी उन्हें आगे के शोध के लिए आवश्यकता थी। सार्वजनिक व्याख्यानों के साथ अमेरिका के अपने विजयी दौरे के दौरान, कीमती रेडियोधर्मी धातु वाले बॉक्स की चाबी क्यूरी को अमेरिकी राष्ट्रपति वॉरेन हार्डिंग ने स्वयं भेंट की थी।
मैरी क्यूरी के जीवन के अंतिम वर्ष विज्ञान और चिकित्सा के क्षेत्र में महत्वपूर्ण अंतर्राष्ट्रीय पहलों से भरे हुए थे। 1930 के दशक की शुरुआत में, मैरी क्यूरी का स्वास्थ्य तेजी से बिगड़ गया - कई वर्षों के प्रयोगों के दौरान उन्हें प्राप्त रेडियोधर्मी विकिरण की भारी खुराक ने उन्हें प्रभावित किया - और 1934 में फ्रांसीसी आल्प्स के एक अस्पताल में उनकी मृत्यु हो गई।
पियरे क्यूरी, 1859-1906
फ़्रांसीसी भौतिकशास्त्री. पेरिस में एक प्रमुख डॉक्टर के परिवार में पैदा हुए। घर पर ही शिक्षा प्राप्त की। प्रारंभ में उन्होंने सोरबोन में फार्माकोलॉजी का अध्ययन किया, लेकिन जल्द ही क्रिस्टल के साथ प्राकृतिक विज्ञान प्रयोगों में रुचि हो गई, जो उनके भाई जैक्स द्वारा किए गए थे, और अंततः स्कूल ऑफ फिजिक्स एंड केमिस्ट्री (इकोले डी फिजिक एट चिमी) के निदेशक बन गए। 1895 में उन्होंने मारिया स्कोलोडोव्स्का से शादी की और उसी वर्ष पैरामैग्नेट्स के चुंबकीय गुणों पर अपने डॉक्टरेट शोध प्रबंध का बचाव किया ( सेमी।क्यूरी का नियम) अपनी पत्नी के साथ मिलकर, कठिन कामकाजी परिस्थितियों में, उन्होंने रेडियोधर्मी पदार्थों के गुणों का अध्ययन करने के लिए स्कूल में प्रयोग किए। 1904 में, उन्हें सोरबोन की भौतिकी के प्रोफेसर और प्रयोगशाला (जल्द ही रेडियम संस्थान में परिवर्तित) का निदेशक नियुक्त किया गया। अप्रैल 1906 में, पियरे क्यूरी की एक अजीब दुर्घटना में एक कैब ड्राइवर के पहिये के नीचे आ जाने से मृत्यु हो गई। उनके पास अपनी नई प्रयोगशाला के उपकरण पूरे करने का भी समय नहीं था।
दूसरे क्रम के चरण परिवर्तन
चरण संक्रमण (चरण परिवर्तन), किसी पदार्थ का एक चरण से दूसरे चरण में संक्रमण, जब तापमान, दबाव या किसी अन्य बाहरी कारकों के प्रभाव में होता है, उदाहरण के लिए, चुंबकीय या विद्युत क्षेत्र।
दूसरे क्रम के चरण संक्रमण चरण संक्रमण होते हैं जिसमें दबाव और तापमान के संबंध में थर्मोडायनामिक क्षमता का दूसरा व्युत्पन्न अचानक बदल जाता है, जबकि उनका पहला व्युत्पन्न धीरे-धीरे बदलता है। यह, विशेष रूप से, इस प्रकार है कि दूसरे क्रम के चरण संक्रमण के दौरान किसी पदार्थ की ऊर्जा और मात्रा में परिवर्तन नहीं होता है, लेकिन इसकी ताप क्षमता, संपीड़ितता, विभिन्न संवेदनशीलताएं आदि बदल जाती हैं।
दूसरे क्रम के चरण संक्रमण पदार्थ की समरूपता में परिवर्तन के साथ होते हैं। समरूपता में परिवर्तन क्रिस्टल जाली में एक निश्चित प्रकार के परमाणुओं के विस्थापन या पदार्थ के क्रम में बदलाव के साथ जुड़ा हो सकता है।
ज्यादातर मामलों में, अधिक समरूपता वाला चरण (यानी, दूसरे चरण की सभी समरूपता सहित) उच्च तापमान से मेल खाता है, लेकिन कुछ अपवाद भी हैं। उदाहरण के लिए, रोशेल नमक में निचले क्यूरी बिंदु से गुजरते समय, निचले तापमान के अनुरूप चरण में ऑर्थोरोम्बिक समरूपता होती है, जबकि उच्च तापमान के अनुरूप चरण में मोनोक्लिनिक समरूपता होती है।
दूसरे क्रम के चरण संक्रमण के दौरान समरूपता को मात्रात्मक रूप से चित्रित करने के लिए, एक ऑर्डर पैरामीटर पेश किया जाता है, जो अधिक समरूपता के साथ चरण में गैर-शून्य मान लेता है और अव्यवस्थित चरण में शून्य के बराबर होता है।
क्यूरी तापमान
क्यूरी तापमान चुंबकीय क्षेत्र
क्यूरी तापमान किसी पदार्थ के समरूपता गुणों में अचानक परिवर्तन से जुड़े दूसरे क्रम के चरण संक्रमण का तापमान है (उदाहरण के लिए, फेरोमैग्नेट्स में चुंबकीय, सभी-गैनेटोइलेक्ट्रिक्स में विद्युत, क्रमित मिश्र धातुओं में क्रिस्टल रसायन)। पी. क्यूरी के नाम पर रखा गया। क्यूरी बिंदु से नीचे के तापमान पर, लौहचुंबक में सहज चुंबकत्व और एक निश्चित चुंबकीय-क्रिस्टलीय समरूपता होती है। क्यूरी बिंदु () पर, लौहचुंबकीय परमाणुओं की तापीय गति की तीव्रता इसके सहज चुंबकीयकरण ("चुंबकीय क्रम") को नष्ट करने और समरूपता को बदलने के लिए पर्याप्त हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप लौहचुंबकीय अनुचुंबकीय हो जाता है। इसी प्रकार, एंटीफेरोमैग्नेट्स के लिए, (तथाकथित एंटीफेरोमैग्नेटिक क्यूरी बिंदु या नील बिंदु पर), उनकी विशिष्ट चुंबकीय संरचना (चुंबकीय उप-जाल) का विनाश होता है, और एंटीफेरोमैग्नेट पैरामैग्नेटिक बन जाते हैं। ऑल-गैनेटोइलेक्ट्रिक्स और एंटी-फेरोइलेक्ट्रिक्स में, परमाणुओं की थर्मल गति क्रिस्टल जाली की प्राथमिक कोशिकाओं के विद्युत द्विध्रुवों के सहज क्रमबद्ध अभिविन्यास को शून्य कर देती है। क्रमबद्ध मिश्रधातुओं में, क्यूरी बिंदु (मिश्रधातु के मामले में कुर्नाकोव बिंदु भी कहा जाता है) पर, मिश्रधातु घटकों के परमाणुओं (आयनों) की व्यवस्था में लंबी दूरी के क्रम की डिग्री शून्य के बराबर हो जाती है।
इस प्रकार, किसी पदार्थ में दूसरे प्रकार के चरण संक्रमण (जैसे क्यूरी बिंदु) के सभी मामलों में, एक या दूसरे प्रकार का परमाणु "आदेश" गायब हो जाता है (चुंबकीय या विद्युत क्षणों का क्रमबद्ध अभिविन्यास, वितरण में लंबी दूरी का क्रम) मिश्रधातु आदि में क्रिस्टल जालक स्थलों पर परमाणुओं की संख्या)। किसी पदार्थ में क्यूरी बिंदु के पास, कई भौतिक गुणों (उदाहरण के लिए, ताप क्षमता, चुंबकीय संवेदनशीलता, आदि) में विशिष्ट परिवर्तन होते हैं, जो अधिकतम तक पहुंचते हैं, जिसका उपयोग आमतौर पर चरण संक्रमण तापमान को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
क्यूरी तापमान के संख्यात्मक मान विशेष संदर्भ पुस्तकों में दिए गए हैं।
क्यूरी तापमान को तापमान अक्ष पर निर्भरता के स्थिर भाग को एक्सट्रपलेशन करके चुंबकीयकरण की तापमान निर्भरता से निर्धारित किया जा सकता है।
चूंकि मैग्नेटोमीटर के साथ एक नमूने के चुंबकीयकरण का माप काफी मजबूत बाहरी चुंबकीय क्षेत्र में होता है, क्यूरी बिंदु के क्षेत्र में बढ़ते तापमान के साथ पैराप्रोसेस की वृद्धि में वृद्धि के कारण फेरोमैग्नेटिक-पैरामैग्नेटिक संक्रमण को धुंधला कर दिया जाता है।
क्यूरी तापमान निर्धारित करने की विधियाँ
निम्नलिखित अपेक्षाकृत सरल और प्रसिद्ध हैं
1) विद्युत प्रतिरोध के अधिकतम तापमान गुणांक तक
2) अधिकतम नकारात्मक गैल्वेनोमैग्नेटिक प्रभाव (आनुपातिकता के कारण) आर)
3) सहज चुंबकत्व एम(टी) के गायब होने से, या व्युत्पन्न डीएम/डीटी की न्यूनतम निर्भरता से
4) प्रारंभिक पारगम्यता के लुप्त होने पर
5) शून्य और गैर-शून्य चुंबकीय क्षेत्रों में ताप क्षमता Cmagn(T) के इज़ोटेर्मल माप से। क्यूरी बिंदु पर ताप क्षमता का अधिकतम व्युत्पन्न होता है
यह पेपर बढ़ते तापमान के साथ कमजोर चुंबकीय क्षेत्रों में बढ़ती संवेदनशीलता के प्रभाव का उपयोग करके क्यूरी बिंदु निर्धारित करने की एक विधि प्रस्तुत करता है। मौजूदा सिद्धांतों के अनुसार, क्यूरी बिंदु के क्षेत्र में संवेदनशीलता एच के व्यवहार का वर्णन इस प्रकार किया गया है:
एच ~ जी (टी - टीसी)-1 (1)
जहां r 1.26 से 1.4 तक भिन्न हो सकता है। (1) से यह पता चलता है कि T > TC पर मान h> 0 है। निर्भरता की अधिकतम सीमा h = h(T) केवल शुद्ध लौहचुंबकीय पदार्थों के लिए उच्चारित की जाती है। संरचनात्मक खामियों और अशुद्धियों से युक्त विषम सामग्रियों में, टीसी क्षेत्र में h = h(T) वक्र का आकार धुंधला होता है। फेरिमैग्नेट्स के लिए, गैर-समतुल्य चुंबकीय उप-जाल के पारस्परिक प्रभाव के कारण, फेरोमैग्नेट्स की तुलना में अधिकतम एच कम स्पष्ट होता है। इस मामले में, टीसी क्षेत्र में निर्भरता के आरोही और अवरोही खंडों का अनुमान लगाने वाली सीधी रेखाओं के चौराहे के बिंदु के अनुरूप तापमान को क्यूरी बिंदु के रूप में लेने की सलाह दी जाती है।
बेलोव-गोरीगा विधि प्रत्येक डिग्री के लिए संबंधित गुणांक के साथ चुंबकीयकरण की डिग्री की एक श्रृंखला में थर्मोडायनामिक क्षमता सी के लैंडौ विस्तार का उपयोग करती है।
थर्मोडायनामिक संतुलन की स्थिति में
दिए गए मानों का उपयोग किया जाता है
जहां M0 संतृप्ति चुंबकीयकरण है, TC क्यूरी तापमान है, संबंध (2) को रूप में परिवर्तित किया जाता है
संबंध के दाईं ओर के गुणांक (3) कम तापमान के कार्य हैं और क्यूरी तापमान के आसपास, यानी φ = 1 पर टेलर श्रृंखला में विस्तारित होते हैं।
गुणांक ए को चुंबकत्व के इज़ोटेर्मल क्षेत्र निर्भरता से निर्धारित किया जा सकता है, और, चूंकि टी पर? TC a=0, इस गुण का उपयोग क्यूरी तापमान निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।
