फेरोमैग्नेटिज़्म: सामग्री, अनुप्रयोग और उदाहरण - शारीरिक - 2025

Ferromagnetism संपत्ति है कि कुछ पदार्थों तीव्र और स्थायी चुंबकीय प्रतिक्रिया देता है। प्रकृति में इस संपत्ति के साथ पांच तत्व होते हैं: लोहा, कोबाल्ट, निकल, गैडोलीनियम और डिस्प्रोसियम, बाद के प्राकृतिक जीव।

एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में, जैसे कि एक प्राकृतिक चुंबक या एक इलेक्ट्रोमैग्नेट द्वारा उत्पादित, एक पदार्थ अपने आंतरिक विन्यास के अनुसार, एक विशेषता तरीके से प्रतिक्रिया करता है। इस प्रतिक्रिया को परिमाणित करने वाला परिमाण चुंबकीय पारगम्यता है।

पुल बनाने वाले मैग्नेट। स्रोत: पिक्साबे

चुंबकीय पारगम्यता एक आयामहीन मात्रा है जो सामग्री के अंदर उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता और बाहरी रूप से लागू चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता के बीच दी जाती है।

जब यह उत्तर 1 से अधिक होता है, तो सामग्री को फेरोमैग्नेटिक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। दूसरी ओर, यदि पारगम्यता 1 से अधिक नहीं है, तो चुंबकीय प्रतिक्रिया को कमजोर माना जाता है, वे पैरामैग्नेटिक सामग्री हैं।

लोहे में चुंबकीय पारगम्यता 10 ⁴ के क्रम की है । इसका मतलब है कि बाहरी रूप से लगाए गए क्षेत्र की तुलना में लोहे के अंदर का क्षेत्र लगभग 10,000 गुना अधिक है। जो इस बात का अंदाजा लगाता है कि इस खनिज की चुंबकीय प्रतिक्रिया कितनी शक्तिशाली है।

चुंबकीय प्रतिक्रिया पदार्थों के अंदर कैसे उत्पन्न होती है?

चुंबकत्व को विद्युत आवेशों की गति से जुड़े एक प्रभाव के रूप में जाना जाता है। यह ठीक वैसा ही है जैसा विद्युत प्रवाह होता है। फिर बार चुंबक के चुंबकीय गुण कहां से आते हैं जिसके साथ रेफ्रिजरेटर पर एक नोट अटक गया है?

चुंबक की सामग्री, और किसी भी अन्य पदार्थ में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के अंदर होते हैं, जिनकी अपनी गति होती है और विभिन्न तरीकों से विद्युत धाराएं उत्पन्न होती हैं।

एक बहुत ही सरलीकृत मॉडल इलेक्ट्रॉन को प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से बने नाभिक के चारों ओर वृत्ताकार कक्षा में मानता है, इस प्रकार वर्तमान का एक छोटा लूप बनता है। प्रत्येक लूप एक वेक्टर परिमाण के साथ जुड़ा होता है जिसे "कक्षीय चुंबकीय क्षण" कहा जाता है, जिसकी तीव्रता वर्तमान और लूप द्वारा निर्धारित क्षेत्र के उत्पाद द्वारा दी गई है: बोहर मैग्नेटन।

बेशक, इस छोटे से लूप में वर्तमान इलेक्ट्रॉन के आवेश पर निर्भर करता है। चूंकि सभी पदार्थों में उनके आंतरिक में इलेक्ट्रॉन होते हैं, सभी में सिद्धांत रूप में, चुंबकीय गुणों को व्यक्त करने की संभावना होती है। हालांकि, उनमें से सभी नहीं करते हैं।

इसका कारण यह है कि इसके चुंबकीय क्षणों को संरेखित नहीं किया जाता है, बल्कि अनियमित रूप से अंदर व्यवस्थित किया जाता है, इस तरह से कि इसका स्थूल चुंबकीय प्रभाव रद्द हो जाता है।

कहानी यहीं खत्म नहीं होती। नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉन गति का चुंबकीय क्षण उत्पाद इस पैमाने पर चुंबकत्व का एकमात्र संभावित स्रोत नहीं है।

इलेक्ट्रॉन की धुरी के चारों ओर एक प्रकार का घूर्णी गति होती है। यह एक प्रभाव है जो एक आंतरिक कोणीय गति में अनुवाद करता है। इस संपत्ति को इलेक्ट्रॉन स्पिन कहा जाता है।

स्वाभाविक रूप से इसमें एक संबद्ध चुंबकीय क्षण भी होता है और यह कक्षीय क्षण की तुलना में अधिक मजबूत होता है। वास्तव में, परमाणु के शुद्ध चुंबकीय क्षण में सबसे बड़ा योगदान स्पिन के माध्यम से होता है, हालांकि दोनों चुंबकीय क्षण: अनुवाद प्लस कि आंतरिक कोणीय गति के साथ, परमाणु के कुल चुंबकीय क्षण में योगदान करते हैं।

ये चुंबकीय क्षण वे हैं जो बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में संरेखित करते हैं। और वे इसे सामग्री में पड़ोसी क्षणों द्वारा बनाए गए क्षेत्रों के साथ भी करते हैं।

अब, इलेक्ट्रॉनों को आमतौर पर कई इलेक्ट्रॉनों के साथ परमाणुओं में जोड़ा जाता है। जोड़े विपरीत स्पिन वाले इलेक्ट्रॉनों के बीच बनते हैं, जिसके परिणामस्वरूप स्पिन चुंबकीय क्षण रद्द हो जाता है।

एकमात्र तरीका जो स्पिन कुल चुंबकीय क्षण में योगदान देता है वह एक के बिना अप्रकाशित होने के लिए होता है, अर्थात परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की एक विषम संख्या होती है।

नाभिक में प्रोटॉन के चुंबकीय क्षण के बारे में क्या? ठीक है, उनके पास स्पिन का क्षण भी है, लेकिन एक परमाणु के चुंबकत्व में महत्वपूर्ण योगदान देने के लिए नहीं माना जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि स्पिन का क्षण द्रव्यमान पर विपरीत होता है और प्रोटॉन का द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन की तुलना में बहुत अधिक होता है।

चुंबकीय डोमेन

लोहे, कोबाल्ट और निकल में, महान चुंबकीय प्रतिक्रिया वाले तत्वों की तिकड़ी, इलेक्ट्रॉन द्वारा उत्पन्न शुद्ध स्पिन क्षण शून्य नहीं है। इन धातुओं में, 3 डी कक्षीय, सबसे बाहरी में इलेक्ट्रॉन, होते हैं। जो शुद्ध चुंबकीय क्षण में योगदान देता है। इसीलिए ऐसी सामग्रियों को फेरोमैग्नेटिक माना जाता है।

हालांकि, प्रत्येक परमाणु का यह व्यक्तिगत चुंबकीय क्षण फेरोमैग्नेटिक सामग्रियों के व्यवहार को समझाने के लिए पर्याप्त नहीं है।

जोरदार चुंबकीय सामग्री के अंदर चुंबकीय क्षेत्र कहे जाने वाले क्षेत्र होते हैं, जिनका विस्तार 10 ^-4 और 10 ^-1 सेमी के बीच भिन्न हो सकता है और जिसमें अरबों परमाणु होते हैं। इन क्षेत्रों में, पड़ोसी परमाणुओं के शुद्ध स्पिन क्षणों को कसकर युग्मित किया जाता है।

जब चुंबकीय डोमेन वाली सामग्री चुंबक के पास जाती है, तो डोमेन चुंबकीय प्रभाव को तेज करते हुए एक दूसरे के साथ संरेखित होते हैं।

इसका कारण यह है कि बार मैग्नेट जैसे डोमेन में चुंबकीय ध्रुव होते हैं, जो समान रूप से उत्तर और दक्षिण में निरूपित होते हैं, जैसे कि पोल रीपेल और विपरीत ध्रुव आकर्षित करते हैं।

जैसे-जैसे डोमेन बाहरी क्षेत्र के साथ संरेखित होता है, सामग्री क्रैकिंग ध्वनियों का उत्सर्जन करती है जिसे उपयुक्त प्रवर्धन द्वारा सुना जा सकता है।

यह प्रभाव तब देखा जा सकता है जब एक चुंबक नरम लोहे के नाखूनों को आकर्षित करता है और ये बदले में अन्य नाखूनों को आकर्षित करने वाले मैग्नेट की तरह व्यवहार करते हैं।

चुंबकीय डोमेन सामग्री के भीतर स्थापित स्थिर सीमाएं नहीं हैं। इसके आकार को सामग्री को ठंडा या गर्म करके संशोधित किया जा सकता है, और बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों की कार्रवाई के अधीन भी किया जा सकता है।

हालाँकि, डोमेन का विकास असीमित नहीं है। फिलहाल जिसमें उन्हें संरेखित करना संभव नहीं है, यह कहा जाता है कि सामग्री का संतृप्ति बिंदु तक पहुंच गया है। यह प्रभाव हिस्टैरिसीस वक्रों में नीचे परिलक्षित होता है।

सामग्री को गर्म करने से चुंबकीय क्षणों के संरेखण का नुकसान होता है। जिस तापमान पर चुंबकत्व पूरी तरह से खो जाता है वह सामग्री के प्रकार के आधार पर भिन्न होता है, एक बार चुंबक के लिए यह आमतौर पर 770ºC के आसपास खो जाता है।

एक बार जब चुंबक को हटा दिया जाता है, तो हर समय मौजूद थर्मल आंदोलन के कारण नाखूनों का चुंबकीयकरण खो जाता है। लेकिन ऐसे अन्य यौगिक हैं जिनके पास स्थायी रूप से चुंबकीयकरण है, क्योंकि उनके पास सहज रूप से संरेखित डोमेन हैं।

चुंबकीय क्षेत्र का अवलोकन तब किया जा सकता है जब गैर-चुम्बकीय फेरोमैग्नेटिक सामग्री का एक सपाट क्षेत्र, जैसे कि नरम लोहा, बहुत अच्छी तरह से काटा और पॉलिश किया जाता है। एक बार जब यह किया जाता है, तो इसे पाउडर या ठीक लोहे के बुरादे के साथ छिड़का जाता है।

माइक्रोस्कोप के तहत यह देखा जाता है कि चिप्स सामग्री के चुंबकीय डोमेन के बाद, खनिज क्षेत्रों पर बहुत अच्छी तरह से परिभाषित अभिविन्यास के साथ समूहीकृत होते हैं।

अलग-अलग चुंबकीय सामग्री के बीच व्यवहार में अंतर डोमेन उनके भीतर व्यवहार करने के तरीके के कारण होता है।

चुंबकीय हिस्टैरिसीस

चुंबकीय हिस्टैरिसीस एक विशेषता है जिसमें केवल उच्च चुंबकीय पारगम्यता के साथ सामग्री होती है। यह पैरामैग्नेटिक या डायमैगनेटिक सामग्रियों में मौजूद नहीं है।

यह एक लागू बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव का प्रतिनिधित्व करता है, जिसे चुंबक के एक चक्र के दौरान फेरोमैग्नेटिक धातु के चुंबकीय प्रेरण बी पर एच के रूप में चिह्नित किया जाता है । दिखाए गए ग्राफ को हिस्टैरिसीस वक्र कहा जाता है।

फेरोमैग्नेटिक हिस्टैरिसीस चक्र

बिंदु हे पर शुरू में वहाँ कोई प्रयुक्त क्षेत्र है एच या चुंबकीय प्रतिक्रिया बी, लेकिन की तीव्रता के रूप में एच बढ़ जाती है, प्रेरण बी बढ़ जाती है उत्तरोत्तर तक पहुंच गया जब तक संतृप्ति परिमाण बी _एस बिंदु एक है, जो उम्मीद है पर।

अब एच की तीव्रता उत्तरोत्तर कम हो जाती है जब तक कि यह 0 नहीं हो जाता है, इसके साथ ही हम बिंदु C तक पहुंचते हैं, हालांकि सामग्री की चुंबकीय प्रतिक्रिया गायब नहीं होती है, मान B _r द्वारा दर्शाए गए एक दूरस्थ चुंबककरण को बनाए रखता है । इसका मतलब है कि प्रक्रिया प्रतिवर्ती नहीं है।

वहां से एच की तीव्रता बढ़ जाती है लेकिन ध्रुवीयता के साथ उल्टा (नकारात्मक संकेत) होता है, ताकि रिमैनेंट मैग्नेटाइजेशन को बिंदु डी पर रद्द कर दिया जाए। एच के आवश्यक मूल्य को एच _{सी के} रूप में दर्शाया जाता है और इसे कोर्किव फील्ड कहा जाता है ।

H की भयावहता तब तक बढ़ जाती है जब तक कि वह E पर फिर से संतृप्ति मान तक नहीं पहुँच जाता है और तुरंत H की तीव्रता 0 तक पहुँचने तक कम हो जाती है, लेकिन ध्रुवीयता के साथ एक पूर्ववर्ती चुम्बकीयकरण रहता है जो पहले वर्णित F के समान है।

अब H की ध्रुवीयता फिर से उलट जाती है और इसका परिमाण तब तक बढ़ जाता है जब तक कि बिंदु G पर सामग्री की चुंबकीय प्रतिक्रिया रद्द नहीं हो जाती है। GA के पथ के बाद इसका संतृप्ति फिर से प्राप्त होता है। लेकिन दिलचस्प बात यह है कि लाल तीर द्वारा इंगित मूल मार्ग से आप वहां नहीं पहुंचे।

चुंबकीय रूप से कठोर और नरम सामग्री: अनुप्रयोग

नरम लोहे को स्टील की तुलना में चुंबक करना आसान होता है, और सामग्री के दोहन से डोमेन के संरेखण की सुविधा होती है।

जब एक सामग्री को चुम्बकित करना आसान हो जाता है और उसे विघटित करना पड़ता है तो उसे चुम्बकीय रूप से नरम कहा जाता है, और निश्चित रूप से यदि विपरीत होता है तो यह चुम्बकीय रूप से कठोर पदार्थ है । उत्तरार्द्ध में चुंबकीय डोमेन छोटे होते हैं, जबकि पूर्व में वे बड़े होते हैं, इसलिए उन्हें माइक्रोस्कोप के माध्यम से ऊपर विस्तृत रूप में देखा जा सकता है।

हिस्टैरिसीस वक्र द्वारा घिरे क्षेत्र को मैग्नेटाइज करने के लिए आवश्यक ऊर्जा का एक उपाय है - सामग्री को डेमेजिनेट करें। आंकड़ा दो अलग-अलग सामग्रियों के लिए दो हिस्टैरिसीस घटता दिखाता है। बाईं ओर वाला एक चुंबकीय रूप से नरम है, जबकि दाईं ओर वाला एक कठोर है।

एक नरम फेरोमैग्नेटिक मटेरियल में एक छोटा बलगम क्षेत्र H _c और एक उच्च, संकीर्ण हिस्टैरिसीस वक्र होता है। यह एक विद्युत ट्रांसफार्मर के मूल में रखा जाने वाला एक उपयुक्त सामग्री है। उनमें से उदाहरण नरम लोहे और सिलिकॉन-लोहा और लोहे-निकल मिश्र हैं, संचार उपकरणों के लिए उपयोगी हैं।

दूसरी ओर, मैग्नेटिक रूप से कठोर सामग्री को चुंबकित करने के बाद एक बार डी-मैग्नेटाइज करना मुश्किल होता है, जैसा कि अलनीको मिश्र धातुओं (एल्यूमीनियम-निकल-कोबाल्ट) और दुर्लभ पृथ्वी मिश्र धातुओं के साथ होता है, जिनके साथ स्थायी मैग्नेट बनाए जाते हैं।

संदर्भ

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