Кіріспе. Тау жыныстарының физикасының мақсаты мен есептері
жүктеу/скачать 281,03 Kb.
|
Лекции каз ФГП
- Бұл бет үшін навигация:
- 11 Дәріс Тау жыныстарының электрлік және магниттік қасиеттері Әлектрлік ұялану (поляризация) Аннотация
- Кілт сөздер
- Әдістемелік нұсқау
| Негізгі әдебиеттер: 1.[85-97]
Қосымша әдебиеттер: 2.[63-71] Бақылау сұрақтары: Тау жыныстарының жылуөткізгіштігін түсіндіріңіз. Өндірістік процестердің қайсысын шешу барысында жыныстардың жылулық қасиеттері қолданылады? Жылуберу және жылуқабылдау процестерін түсіндіріңіз. № 11 Дәріс Тау жыныстарының электрлік және магниттік қасиеттері Әлектрлік ұялану (поляризация) Аннотация: Кез-келген тау-кен жынысында еркін (электрондар) және байланысқан (мысалы, иондар) зарядтар болады. Кілт сөздер: электрлік ұялану, Дипольды, Миграционды Жоспар: 1.Электрлік ұялану. 2.Ионды ұялану. 3.Дипольды ұялану. 4.Миграционды (көлемді) ұялану. Әдістемелік нұсқау Кез-келген тау-кен жынысында еркін (электрондар) және байланысқан (мысалы, иондар) зарядтар болады. Жынысқа электр өрісін түсіргенде, онда ішкі байланысқан зарядтардын қозғалуы болады. Нәтижесінде оның бетінде тұрақсыз зарядтар пайда болады. Осы құбылыс электрлік ұялану деп аталады. Ұялану векторы Рэ - жыныстың бірлік көлемінің жинақ электрлі моменті. Ұялану механизміне және оған қатысушы бөлшектердің түрлеріне байланысты төрт түрлі ұялануға бөлінеді: электронды, ионды, дипольды және миграциялық. Электронды ұялану Рэл, атомдарда электрон орбиталарының оң зарядталған ядроларға қатысты ысырылуы нәтижесінде пайда болады. Себебі, өріс кернеулігінің өсуімен электрон орбиталарының ысырылуы ұлғаяды, Рэл шамасы электр өрісінің кернеулігіне тура пропорционал Еэ (серпімді ұялану): (11.1)
мұндағы αэ- атомның ұяланғыштығы (атомның электронды қабатының сыртқы электр өрісінің әсерінен деформациялану қабілетін сипаттайтын коэффициент), Ф-м2; n- бірлік көлемде ұяланушы атомдар саны, 1/м3.
(11.2)
Ионды ұялану электронды ұялануға қорағанда баяулау; 10-1410-12 с болады. Дипольды ұялану Рд жыныста қарама-қарсы байланыстағы иондар болған кезде байқалады. Бұл жағдайда әр молекула, сыртқы өріс сондай молекулярдан тұратын жыныста, бей-берекет орналасуына байланысты сыртқы өріс жоқ кезде жыныстың дипольды моменті нолге тен. Сыртқы өріс бар жағдайда дипольдар сыртқы өріске қатысты бағдар ұстайды, яғни жыныс көлемінің электрлі ұялануы болады. Дипольды ұялану 10 10107 с аралығында бітеді. Миграционды (көлемді) ұялану Рм түрлі электрлік қасиеттері бар бөлшектерден тұратын көп фазалы жыныста, сондай-ақ электролитпен толған кеуектер болған жағдайда пайда болады. Жынысты электр өрісіне енгізгенде өткізуші және жартылай өткізуші қосындыларда болатын еркін электрондар мен иондар әр қосындының аумағында қозғала бастайды. Нәтижесінде әр қосынды дипольды моментке ие болып, өзін үлкен дипольдай ұстайды. Миграциялық ұялану уақыты 10-610-3 с аралығында болады. Жыныстардың дипольды және миграциялы ұялануының тұрақтану уақытын қолданылып жүрген электромагнит өрісінің жиілігімен салыстыруға болады, сондықтан ұяланудың айтылған түрлері электрондар мен иондардың "лездік" ысырылуынан бөлек, релаксациялы немесе баяу деп аталады. Бірлік көлемінің орташа дипольды моменті болып табылатын жыныстың жиынтық ұялануы, барлық ұяланулардың қосындысына тең (11.3)
мұндағы αо - шартты орташа ұялану. Жыныстың ұялануымен қатар электрострикация құбылысы бірге жүреді. Ал диэлектриктердің электр өрісінің әсерінен деформациялануы (жан-жақты қысылуы тәрізді) арқылы түсіндіріледі және барлық жыныстарға тән. Электрострикция болуының себебі, бірінші зарядталған бөлшектердің электр өрісін тудыратын және бір-біріне тартылатын, жынысқа қысым түсіруі, екінші - сыртқы өріс тудыратын иондар мен электрондардың жыныстағы ысырылуы. Магнит өрісі екі көрсеткіш арқылы сипатталады: магнит өрісінің кернеуі мен индукциясы. Магнит өрісінің кернеуі ( ) магнит күштерінің шамасы мен бағытын анықтайды. СИ жүйесіндегі оның өлшем бірлігі (А/м), магнит индукциясы ( ) - векторлық шама, ол магнит өрісінің өтімділігін сипаттайды және өткізгіштің орамында магнит өрісінің әсер етуі арқылы пайда болған электр қозғаушы күш болып табылады. Ә.Қ.К-тің орам бірлігі ауданның қатынасына тең. Оның СИ жүйесіндегі өлшем бірлігі (Вб/м2). Магнит индукциясының көзі мен ағыны болмайды, оның желісі үздіксіз және ол тұйық тұзақ құрады. Магнит индукциясы мен кернеуінің арасында тура пропорционалды байлыныс бар: , (11.4) бұл жерде - магнит өрісіне бір затты өткізгендегі магнит өрісі кернеуінің өзгеруін көрсететін абсолютті магниттік өткізгіштік. Әдетте , мұнда: - вакуумның магнит өткізгіштігі; - ортаның салыстырмалы магнит өткізгіштігі. Салыстырмалы магнит өткізгіштігі - магнит өрісіне кен жынысының үлгісін енгізген кездегі магнит өрісі кернеуінің өзгеруін көрсететін коэффициент. Вакуумда 410–7 Гн/м. Егер магнит өрісіне енгізілген кезде кен жынысы магниттелсе, ол магнит өрісіне ықпал етуі тиіс. Кен жыныстарының магнителуіне (магниттік полярлануына) және кен жыныстарында болатын немесе сыртқы ортаның ықпалымен пайда болатын элементтер магниттік дипольдерге себепші болады. Кен жыныстарының молекулалары мен атомдарында болатын элементар топтар магниттік дипольдер туғызады. Әрбір элементтер тек екі жазықтықтан тұрады. Элементар токтың магнит диполының ауданына ( ) көбейтіндісі магнит моменті деп аталады. Егер кен жынысына магнит өрісі әсер етсе, өрістің электр токтарымен өз ара қатынасының нәтижесінде магнит дипольдерін сыртқы өрістің бағытына қарай бағыттайтын күштер пайда болады. Кен жынысының магниттелуі шексіз келген көлемдегі магнит моментерінің қосындыларының сол көлемге қатынасының шегіне тең: . (11.5) Магниттелуді зат пен вакуумның магнит индукциясының ( тұрақты болса) айырмасы арқылы да өрнектеуге болады: (11.6) өрнегі көлемдік магнит төзімділігі, ал төзімділіктің кен жынысы тығыздығына қатынасы жыныстың магнит төзімділігі деп аталады. Кен жынысының қорытынды магнит моменті элементар бөлшектердің /электрондар, нейтрондар және т.б./ атомдардың, домендердің магнит моменттерінің қосындысына тең. Сыртқы магнит өрістері ықпал жасамаса кен жыныстарының атомдары мен молекулаларының магнит моменті нольге тең болуы да, болмауы да мүмкін. Егер болған кезде атомның магнит моменті де нольге тең болса, ондай кен жыныстары диамагнетиктер деп аталады. Диамагнетиктерде атомның электр қабыршақтары симметриялы және тұйықталған осындай атомды магнит өрісіне енгізген кезде электрон орбитасы қосымша жылдамдық алып, әр атом өріске қарсы бағытталған магнит моментіне ие болады. Диамагнетиктің шамасы атом орбитасының радиусы арқылы анықталады да, көбінесе температурамен байланысты болмайды. Диамагнетиктердің магнит өткізгіштігі бірден кіші. Сыртқы өрістің әсері болмаған кезде атомдарының магнит моменті бар кен жыныстары парамагнетиктер деп аталады. Алайда, жалпы алғанда, магнит өрісінің ықпалынсыз парамагнетик үлгісінің магниттік қасиеті болмайды, себебі ондағы жекеленген атомдардың магниттік моменті ретсіз /хаосты/ орналасқан. Температураның өсуіне байланысты парамагнетиктердің магнит өткізгіштігі кемиді. Жалпы алғанда, олардың магнит өткізгіштігі бірден әлдеқайда жоғары. Диамагнетиктік барлық тау-кен жыныстары мен минералдарға магниттелген кезде тән қасиет, алайда оның шамасы өте аз және парамагнетикке қарсы бағытталған. Сондықтан, күшті парамагнетиктерде соңғысының шамасы артық болады. Сыртқы өрістің әсері болмаған жағдайда магнит моментін теріп алатын бүтін көлемдері /домендері/ бар тау-кен жыныстарын ферромагнетиктер деп атайды. Домендердің арқасында ферромагнетиктердің магнит өткізгіштігі парамагнетиктік жыныстарға қарағанда әлдеқайда көп. Ферромагнетиктердің магниттелуі тек сыртқы өрістер арқылы ғана емес, сондай-ақ қосымша ішкі молекулалық өріс әсері арқылы да өседі. Ферромагнетиктердің магниттелуі магнит өрісінің кернеуіне байланысты, сонымен бірге оның белгілі шамасында бұл байланыс өз күшін жояды, себебі ферромагнетиктердің магниттелуі өз шегіне жетеді. Магнит өрісінің кернеуін нольге дейін кеміткенде жыныстар магниттік қасиетін толық жоймайды. Жыныстардың магниттік қасиетін толық жою үшіні кері бағытталған магнит өрісін қосу керек. Осы өрістің шамасы кен жынысының қасиетін білдіреді, және оның коэффициенттік күші деп аталады. Ферромагнетиктерге гистерезис тұзағы тән. Температураның өсуіне байланысты домендерді құрайтын атомдардың жылжымалығы артады. Кюри нүктесіндегі температурада домендер магнит моментін толық жоғалтады, сондықтан ферромагнетиктер парамагнетикке айналады. Құрамында екеуіне де байланысты қасиеттері бар ферромагниттік жыныстар аса маңызды. Жыныстардың магниттік қасиеттеріне ферромагниттік минералдардың құрамынан басқа оның дәндерінің формасы, размері және өз ара орналасуы да әсер етеді. Магниттік өткізгіштік шамасы өрістің магниттелу шамасына байланысты: Н мәнінің өсуіне байланысты ол да белгілі дәрежеге /максимумына/ дейін бірқалыпты өседі де, содан кейін кемиді. Жыныстардың Кюрилік температурасы олардың құрылысы мен минералдарының құрамына байланысты. Магниттік өткізгіштігін өлшеудің пондеромоторлық эффекті дегеніміз бір шекті емес магнит өрісіндегі үлгіге белгілі градиент арқылы әсер ететін күштерді бекіту. Бұл күштер үлгінің магнит өткізгіштігіне пропорционалды. Өзектік формаға келтірілген үлгіні индуктивтік катушкаға қосқан кезде катушка мен өзектің индуктивтілігі өзгереді де, мынандай шарт орындалады: (11.7) бұл жерде: Lөзек - өзегі бар катушка; Lөзексіз - өзегі жоқ катушка. Өзегі бар катушканың Lөзек өзегі жоқ катушкаға Lөзексіз қатынасы әрекеттегі магнит өткізгіштігі d деп аталады: (11.8) Әрекеттегі магнит өткізгіштігі μd зерттелетін тау-кен жынысы өзегінің қасиеттері мен өзектің конструкциялық өзгешеліктерін сипаттайды. Мәні жағынан μd зерттелуші тау-кен жынысы үлгісінің магнит өткізгіштігінен барлық жағдайда кем. Тау-кен жынысының магниттік өткізгіштігін тұйық магнит арқылы анықтауға болады. жүктеу/скачать 281,03 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|