Магнитные свойства вещества.Три класса магнитных веществ.

Физ величина показывающая во сколько раз модуль индукции магнитного поля B в однородном веществе отличается от модуля индукции магнитного поля В₀ в вакууме,наз магнитной проницаемостью ве-ва: μ=B/B₀. Все ве-ва обладают определенными магнитными св-ами. Для большинства веществ магнитная проницаемость близка к единице и не зависит от величины магнитного поля. Вещества для которых магнитная проницаемость незначительно меньше единицы (μ<1) наз диамагнетиками, незначительно больше единицы (μ>1) – парамагнетиками. Вещества магнитная проницаемость которых зависит от величины внешнего поля и может значительно превышать единицу (μ>>1) наз ферромагнетиками. Магнетизм атомов обусловлен двумя основными причинами: 1)Движением электронов вокруг ядра котор можно представить как их обращение по замкнутым орбитам; такой магнитный момент наз орбитальным. 2)Собственным вращением электронов (спином), которому соответствует спиновой магнитный момент. По сравнению с магнитными моментами электронов магнитные моменты ядер весьма малы, и их вкладом в магнитный момент всего атома можно пренебречь. Под действием внешнего магнитного поля B₀ происходят процессы намагничивания вещ-ва и возникает поле микротоков B₁. Результирующее поле В действующ в магнетике характеризуется суммарной магнитной индукцией. B=B₀+B₁.

Природа диамагнетизма, парамагнетизма и ферромагнетизма.

Диамагнетизм наблюдается у вещ-в атомы котор в отсутствие внешнего магнитн поля не обладают магнитным моментом. Это означает что магнитные моменты электронов в атомных оболочках попарно компенсируют друг друга. Под действием внешнего магнитного поля электроны располагают свои орбиты таким образом что их поле начинает противодействовать внешнему. В диамагнетике намагниченность вещества уменьшает суммарное поле аналогично ослаблению электрич поля при поляризации диэлектриков, поэтому их магнитная проницаемость меньше единицы. Парамагнетизм наблюдается у тех вещ-в атомы которых обладают магнитн моментом в отсутствие внешнего магнитного поля. Вследствие теплового движения магнитные моменты атомов ориентированы беспорядочно и компенсируют друг друга при сложении. Магнитный момент всего тела близок к 0 и оно не намагничено. При внесении вещ-ва в область внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов ориентируются преимущественно в направлении поля. Намагниченность вещества увеличивает суммарное поле потому что в магнитном поле ориентируются не магнитные моменты отдельных электронов, а целых атомов. Ферромагнетизм. Наиболее существенным образом магнитное поле изменяется у ферромагнетиков. Атомы у них обладают собственным магнитным моментом. От парамагнетиков ферромагнетики отличаются наличием целых областей, в которых магнитные моменты всех атомов ориентированы одинаково. Такие области называются доменами. Они довольно малы. Однако количество атомов в доменах огромно. Поэтому каждый домен – это как бы обычный постоянный магнит, имеющий северный и южный полюс. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты доменов расположены хаотически.

Ферромагнетики.Основные свойства ферромагнетиков.Применение ферромагнетиков.

Вещ-ва,магнитная проницаемость которых зависит от величины внешнего поля и может значительно превышать единицу (μ>>1) наз ферромагнетиками. Атомы у них обладают собственным магнитным моментом. От парамагнетиков ферромагнетики отличаются наличием целых областей, в которых магнитные моменты всех атомов ориентированы одинаково. Такие области называются доменами. Они довольно малы. Однако количество атомов в доменах огромно. Поэтому каждый домен – это как бы обычный постоянный магнит, имеющий северный и южный полюс. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты доменов расположены хаотически. Домены имеющие наиболее выгодную ориентацию относительно направления поля увеличивают свои размеры за счет соседних доменов поглощая их. При этом поле в вещ-ве возрастает весьма существенно. При уменьшении внешнего поля до 0 у образца проявляется остаточная намагниченность. Это означает что у доменов несмотря на отсутствие внешней ориентирующей причины сохраняется выделенная ориентация. Ферромагнетики с высокой остаточной намагниченностью используют в качестве постоянных магнитов. Магнитные свойства ферромагнетиков зависят от t. При высокой t порядок в ориентации магнитных моментов атомов в доменах нарушается и ферромагнетик превращается в парамагнетик. t фазового перехода, когда ферромагнетик превращается в парамагнетик наз точкой Кюри. Ферромагнетики находят широкое применение в магнитных лентах и дисках для записи и хранения информации, телефонах, микрофонах, сердечниках трансформаторов, в роторах генераторов и электродвигателей.

Протонно-нейтронная модель ядра атома.Нуклоны.Изотопы.

Согласно протонно-нейтронной модели ядро состоит из частиц двух типов – протонов и нейтронов. Их объединяют общим наименованием «нуклоны». Число протонов в ядре наз атомным номером и обозначается буквой Z. Общее число нуклонов наз массовым числом и обозначается буквой А. Число нейтронов в ядре N=A-Z. Нередко ядра содержащие одно и то же число протонов различаются числом нейтронов. Такие ядра наз изотопами. Химические свойства вещ-ва определяются не атомной массой, а числом электронов в электрически нейтральном атоме элемента и их распределением по энергетическим уровням. Действительно, атомные массы изотопов различаются, а их химические свойства одинаковы. Обозначение изотопов: ^A_ZX, где Х – какой-то элемент, Z – число протонов = номеру элемента в таблице Менделеева, А – массовое число =Z+N.

Ядерные силы.Энергия связи ядра.Дефект массы.

Ядерные силы – это силы притяжения связывающие протоны и нейтроны в атомном ядре. Они превышают силы кулоновского отталкивания между протонами в ядре. Ядерные силы коротко действующие на рассоянии <10^-15 м. Их относят к сильным взаимодействиям. Масса атомов измеряется с помощью масс-спектрографов. Дефект масс – это разность между суммарной массой всех нуклонов ядра в свободном состоянии и массой ядра: дm=Zm_p+(A-Z)m_n-m_я. Под энергией связи атомных ядер понимается энергия необходимая для расщепления ядра на отдельные нуклоны:E_св=(Zm_p+Nm_n-m_я)c²=дmc².

86.α-излучение.

Многие атомные ядра могут самопроизвольно превращаться в другие. α-распад – самопроизвольный распад атомного ядра на α-частицу и ядро-продукт:^A_ZX→⁴₂He+^A-_Z-⁴₂Y. Радиоактивны все ядра элементов с Z>82. При α-распаде часть энергии α-распада может пойти на возбуждение ядра продукта, которое через некоторое время после вылета α-частицы испускает один или несколько γ-квантов и переходит в нормальное состояние: (^A_ZX)*→^A_ZX+y. α-излучение – не опасное излучение.

87.β-излучение.

β-распад – самопроизвольное превращение атомного ядра с испусканием электрона. В основе β-распада лежит способность протонов и нейтронов к взаимным превращениям. Ядра в которых происходят нейтронов в протон наз β-радиоктивными. Два вида β-распада: с увеличением β^-: ^A_ZX→_Z+1^AY+β^- или уменьшением числа протонов β⁺: ^A_ZX→_Z-1^AY+β⁺. β-распад может сопровождаться γ-излучением, если часть его энергии затрачивается на возбуждение ядра продукта. Через некоторый промежуток времени возбужденное ядро освобождается от избытка энергии путем испускания одного или нескольких γ-квантов. Не опасное излучение.

88.γ-излучение.

Испускание γ-излучения не приводит к превращениям элементов: (^A_ZX)*→^A_ZX+y. Особенности γ-излучения: 1)Очень коротковолновое электромагнитное излучение. 2)энергия γ-кванта находится в пределах от десятков килоэлектронвольт, до нескольких мегаэлектронвольт. Обычно γ-излучение сопровождает

радиоактивные превращения ядер при α- и β-излучениях и обладает дискретным спектром. Это самый опасный вид излучения.

Ядерные реакции.

Радиоактивные излучения возникают при распаде атомных ядер. Неустойчивыми являются как ядра у которых протонов намного больше чем нейтронов вследствие избытка Е кулоновского взаимодействия так и ядра у которых число нейтронов намного больше числа протонов вследствие избыточной массы нейтронов. Многие нестабильные изотопы встречаются в природе. Их радиоактивность наз естественной радиоактивностью. Ядерными реакциями наз процессы изменения атомных ядер вызванные их взаимодействиями с элементарными частицами или друг с другом. В большинстве реакций участвуют 2 ядра и 2 частицы; 1 пара ядро – частица наз исходной, а другая – конечной. Суммарный электрический заряд и число нуклонов в ходе реакции должны сохраняться. Символически ядерные реакции записываются в следующем виде: А+а→В+b. Здесь А – исходное ядро, а – бомбардирующая частица, В – конечное ядро, b – испускаемая частица. Для осуществления ядерной реакции под действием положительно заряженной частицы, необходимо, чтобы частица обладала кинетической Е достаточной для преодоления сил кулоновского отталкивания. Исторически 1 ядерной реакцией под действием α-частиц считается реакция в результате которой был открыт протон:¹⁴₇N+⁴₂He→¹⁷₈O+¹₁p. Нейтрон был открыт в реакции радиоактивного превращения ядер бериллия в изотоп углерода при бомбардировке α-частицами: ⁹₄Be+⁴₂He→¹²₆C+¹₀n. Ядерные реакции бывают двух типов: эндотермические (с поглощением энергии); экзотермические (с выделением Е). Если сумма масс исходного ядра и частиц, вступающих в реакцию больше суммы масс конечного ядра и испускаемых частиц, то Е выделяется и наоборот. Е высвобождающаяся при ядерной реакции наз энергетическим выходом ядерной реакции. Энергетический выход может быть до сотен мегаэлектронвольт, что в миллионы раз превышает выход Е при химических реакциях.