อำนาจแม่เหล็กในสสาร

วัสดุตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กโดยการกลายเป็นแม่เหล็ก ซึ่งมีพฤติกรรมแบบไดอะแมกเนติก พาราแมกเนติก และเฟอร์โรแมกเนติก

Definition

การศึกษาว่าวัสดุได้รับโมเมนต์แม่เหล็กต่อหน่วยปริมาตร (การทำให้เป็นแม่เหล็ก) อย่างไรในการตอบสนองต่อสนามที่กระทำ โดยมีลักษณะเฉพาะในระดับมหภาคด้วยสภาพรับแม่เหล็กและสภาพให้ซึมผ่านได้ของแม่เหล็ก และจำแนกตามเครื่องหมายและขนาดของการตอบสนองเป็นแบบไดอะแมกเนติก พาราแมกเนติก หรือเฟอร์โรแมกเนติก

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงการทำให้เป็นแม่เหล็กของสสาร กระแสผูกพัน สนามเสริม H สภาพรับแม่เหล็กและสภาพให้ซึมผ่านได้ของแม่เหล็ก และการตอบสนองทางแม่เหล็กหลักสามประเภท ได้แก่ ไดอะแมกเนติซึม พาราแมกเนติซึม และเฟอร์โรแมกเนติซึม รวมถึงฮิสเทรีซิสและโดเมนแม่เหล็ก โดยจะกล่าวถึงตัวกลางเชิงเส้นและต้นกำเนิดเชิงจุลภาคเชิงคุณภาพของอันดับแม่เหล็ก ในขณะที่ทฤษฎีควอนตัมโดยละเอียดจัดอยู่ในสาขาฟิสิกส์สสารควบแน่น

Core questions

• การทำให้เป็นแม่เหล็กทำให้เกิดกระแสผูกพันและสนาม H ได้อย่างไร?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างวัสดุไดอะแมกเนติก พาราแมกเนติก และเฟอร์โรแมกเนติก?
• เหตุใดเฟอร์โรแมกเนตจึงแสดงฮิสเทรีซิสและยังคงรักษาการเป็นแม่เหล็กไว้ได้?

Key concepts

• การทำให้เป็นแม่เหล็ก
• กระแสผูกพัน
• สนามเสริม H
• สภาพรับแม่เหล็ก
• สภาพให้ซึมผ่านได้ของแม่เหล็ก
• ไดอะแมกเนติซึม
• พาราแมกเนติซึม
• เฟอร์โรแมกเนติซึม
• ฮิสเทรีซิส
• โดเมนแม่เหล็ก

Key theories

การทำให้เป็นแม่เหล็กและกระแสผูกพัน

ไดโพลอะตอมที่เรียงตัวกันทำให้เกิดการทำให้เป็นแม่เหล็ก ซึ่งการเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่เทียบเท่ากับกระแสปริมาตรและกระแสพื้นผิวที่ผูกพันกัน นำไปสู่สนามเสริม H ที่มีแหล่งกำเนิดจากกระแสอิสระเท่านั้น

ประเภทของการตอบสนองทางแม่เหล็ก

ไดอะแมกเนตจะต้านทานสนามอย่างอ่อน พาราแมกเนตจะเรียงตัวตามสนามอย่างอ่อน และเฟอร์โรแมกเนตจะแสดงการเป็นแม่เหล็กที่รุนแรงและมักจะถาวร โดยมีโครงสร้างโดเมนและฮิสเทรีซิสที่อุณหภูมิคูรี

Clinical relevance

วัสดุแม่เหล็กมีความสำคัญต่อแม่เหล็กถาวร แกนหม้อแปลงและมอเตอร์ สื่อบันทึกแม่เหล็ก และการพิจารณาความคมชัดและการป้องกันในการถ่ายภาพด้วยเรโซแนนซ์แม่เหล็ก

History

ฟาราเดย์ได้จำแนกสารเป็นพาราแมกเนติกหรือไดอะแมกเนติกในช่วงทศวรรษ 1840 ปิแอร์ คูรี ได้กำหนดกฎอุณหภูมิสำหรับสภาพรับแม่เหล็กประมาณปี 1895 และไวส์ได้นำเสนอทฤษฎีสนามโมเลกุลของเฟอร์โรแมกเนติซึมและโดเมนในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ซึ่งต่อมามีพื้นฐานมาจากการโต้ตอบแลกเปลี่ยนเชิงควอนตัม

Key figures

• Pierre Curie
• Pierre Weiss
• Michael Faraday

Seminal works

• landau1984
• kittel2005

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่าง B และ H คืออะไร?

B คือสนามแม่เหล็กรวมที่รวมการมีส่วนร่วมของสสารที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็ก ในขณะที่ H (สนามเสริม) ถูกสร้างขึ้นเพื่อให้แหล่งกำเนิดของมันเป็นเพียงกระแสอิสระเท่านั้น ในตัวกลางเชิงเส้น ทั้งสองจะแปรผันตรงกันผ่านสภาพให้ซึมผ่านได้ของแม่เหล็ก

เหตุใดเฟอร์โรแมกเนตจึงยังคงเป็นแม่เหล็ก?

การเชื่อมโยงแลกเปลี่ยนที่รุนแรงจะจัดเรียงโมเมนต์อะตอมที่อยู่ใกล้เคียงให้เป็นโดเมน เมื่อสนามภายนอกจัดเรียงโดเมนแล้ว ฮิสเทรีซิสจะทำให้การเป็นแม่เหล็กส่วนใหญ่ยังคงอยู่หลังจากที่สนามถูกนำออกไป ทำให้เกิดแม่เหล็กถาวร