Magnetizacija

Magnetizacija jeste pojava stvaranja magneta. Stvaranjem i kretanjem magnetno svojstvo čini magnet. U klasičnom elektromagnetizmu, magnetizacija je vektorsko polje koje izražava gustinu permanentnog ili indukovanog magnetnog dipolnog momenta u magnetičnom materijalu. Izvor magnetnih momenata odgovornih za magnetizaciju mogu biti mikroskopske električne struje koje su rezultat kretanja elektrona u atomima, ili spin elektrona ili jezgra. Neto magnetizacija je rezultat odgovora materijala na spoljašnje magnetno polje, zajedno sa svim neuravnoteženim magnetnim dipolnim momentima koji mogu biti svojstveni samom materijalu; na primer, u feromagnetima. Magnetizacija nije uvek uniformna unutar tela, već se razlikuje između različitih tačaka. Magnetizacija takođe opisuje kako materijal odgovara na primenjeno magnetno polje, kao i način na koji materijal menja magnetno polje, i može se koristiti za izračunavanje sila koje nastaju iz tih interakcija. Ona se može uporediti sa električnom polarizacijom, koja je mera odgovarajućeg odziva materijala na električno polje u elektrostatici. Fizičari i inženjeri obično definišu magnetizaciju kao količinu magnetnog momenta po jedinici zapremine.^[1] Ona se predstavlja pseudovektorom M.

Definicija uredi

Polje magnetizacije ili M-polje može se definisati prema sledećoj jednačini:

\mathbf {M} ={\frac {\mathrm {d} \mathbf {m} }{\mathrm {d} V}}

Gde je $\mathrm {d} \mathbf {m}$ elementarni magnetni moment, a $\mathrm {d} V$ je zapreminski element; drugim rečima, M-polje je distribucija magnetnog momenta u datom regionu ili mnogostrukosti. Ovo je bolje ilustrovano sledećim odnosom:

\mathbf {m} =\iiint \mathbf {M} \,\mathrm {d} V

gde je m obični magnetni moment, a trostruki integral označava integraciju preko zapremine. Ovo čini M-polje potpuno analognim električnom polarizacionom polju, ili P-polju, koje se koristi za određivanje električnog dipolnog momenta p generisanog sličnim regionom ili mnogostranašću sa takvom polarizacijom:

\mathbf {P} ={\mathrm {d} \mathbf {p}  \over \mathrm {d} V},\quad \mathbf {p} =\iiint \mathbf {P} \,\mathrm {d} V

Gde je $\mathrm {d} \mathbf {p}$ elementarni električni dipolni momenat. Ove definicije P i M kao „momenata po jediničnoj zapremini” su široko prihvaćene, iako u nekim slučajevima mogu dovesti do nejasnoća i paradoksa.^[1]

M-polje se meri u amperima po metru (A/m) u SI jedinicama.^[2]

Nastajanje magneta uredi

Stvaranjem magnetnog svojstva metal postaje magnet. Za nastajanje magneta potreban je generator sa magnetnim statorom i metalnim rotorom koji se nalaze u vakuumu. Metalan rotor se okreće u obrtnom promenljivom spoljašnjem magnetnom polju. Obrtno magnetno polje jeste polje koje se okreće oko magnetnog statora. Promenljivo magnetno polje jeste polje čija se jačina može promeniti. Za pokretanje magnetnog polja i metalnog rotora potrebna je Magnetomotorna sila.

Svaka mera i svaki otpor imaju realan i imaginaran deo. Na primer, ako izmerimo stvorenu količinu u iznosu od 10 kilograma taj deo mere je realan. Imaginarni deo postavlja pitanje zašto nije stvorena veća ili manja količina. Meri potencijalno veću ili manju količinu od stvorene.

Propuštanje (Permeacija)

Propuštanje metalnog dela magneta jeste Magnetna permeacija. Metalni deo magneta propušta magnetno polje. Merenje propustljivosti magneta jeste Magnetna permeabilnost $\mathbf {\mu } _{\text{magnet}}$ . Ceo magnet propušta polje jeste Apsolutna magnetna permeacija. Merenje propustljivosti celog magneta jeste Apsolutna magnetna permeabilnost $\mathbf {\mu } _{\text{a magnet}}$ . Magnet delimično propušta i ne propušta polje jeste Relativna magnetna permeacija. Merenje propustljivosti dela magneta jeste Relativna magnetna permeabilnost $\mathbf {\mu } _{\text{r magnet}}$ .

Propuštanje spoljašnjeg magnetnog polja jeste Permeacija magnetnog polja. Spoljašnje magnetno polje propušta metal. Merenje propustljivosti magnetnog polja jeste Permeabilnost magnetnog polja $\mathbf {\mu } _{\text{magnetno polje}}$ . Magnetno polje propušta ceo metal jeste Apsolutna permeacija polja. Merenje magnetnog polja da propušta ceo metal jeste Apsolutna permeabilnost polja $\mathbf {\mu } _{\text{a polje}}$ . Polje propušta istu gustinu celog metala ili različitu gustinu celog metala. Magnetno polje delimično propušta metal jeste Relativna permeacija polja. Merenje delimičnog propuštanja metala jeste Relativna permeabilnost polja $\mathbf {\mu } _{\text{r polje}}$ . Polje delimično propušta istu gustinu metala ili različitu gustinu metala.

Propuštanje unutrašnje strukture metala jeste Metalna permeacija. Metal propušta spoljašnje magnetno polje. Merenje propustljivosti metala jeste Metalna permeabilnost $\mathbf {\mu } _{\text{metal}}$ . Ceo metal propušta magnetno polje jeste Apsolutna metalna permeacija. Merenje površine celog metala da propušta magnetno polje jeste Apsolutna metalna permeabilnost $\mathbf {\mu } _{a}$ . Ceo metal propušta istu gustinu polja ili različitu gustinu polja. Metal delimično propušta magnetno polje jeste Relativna metalna permeacija. Merenje delimičnog propuštanja magnetnog polja jeste Relativna metalna permeabilnost $\mathbf {\mu } _{r}$ . Metal delimično propušta istu gustinu polja ili različitu gustinu magnetnog polja.

Nepropuštanje (Permiticija)

Magnetno polje ne propušta metal jeste Permiticija magnetnog polja. Merenje nepropustljivosti polja jeste Permitivnost magnetnog polja ${\varepsilon }_{\text{magnetno polje}}$ . Magnetno polje ne propušta ceo metal jeste Apsolutna permiticija magnetnog polja. Merenje nepropuštanja celog metala jeste Apsolutna permitivnost magnetnog polja $\mathbf {\varepsilon } _{\text{a polje}}$ . Magnetno polje delimično ne propušta metal jeste Relativna permiticija magnetnog polja. Merenje delimičnog nepropuštanja metala jeste Relativna permitivnost magnetnog polja $\mathbf {\varepsilon } _{\text{r polje}}$ .

Magnetno polje ne prolazi kroz metal. Metal ne propušta magnetno polje jeste Metalna permiticija. Merenje nepropustljivosti metala jeste Metalna permitivnost ${\varepsilon }_{\text{metal}}$ . Metal ne propušta celo magnetno polje jeste Apsolutna metalna permiticija. Merenje nepropuštanja celog magnetnog polja jeste Apsolutna metalna permitivnost $\mathbf {\varepsilon } _{a}$ . Metal delimično ne propušta magnetno polje jeste Relativna metalna permiticija. Merenje delimičnog nepropuštanja magnetnog polja jeste Relativna metalna permitivnost $\mathbf {\varepsilon } _{r}$ .

Osetljivost (Suscepcija)

Da li je moguća magnetizacija u polju opisuje Suscepcija. Osetljivost magnetog polja na magnetizaciju metala jeste Magnetna suscepcija. Merenje osetljivosti magnetog polja na metal jeste Magnetna susceptibilnost ${\mathcal {X}}_{\text{magnet}}$ . Osetljivost zavisi od mase metala i mase magnetnog polja. Masa metala ili polja je proizvod molarnosti, količine čestica u metalu ili polju i zapremine metala ili polja. Masena magnetna susceptibilnost ${\mathcal {X}}_{\text{mass magnet}}$ jeste osetljivost mase polja na metal. Molarna magnetna susceptibilnost ${\mathcal {X}}_{\text{mol magnet}}$ jeste osetljivost molarne količine polja na metal. Zapreminska magnetna susceptibilnost ${\mathcal {X}}_{\text{v magnet}}$ jeste zapremina polja u metalu.

Stvaranje (Indukcija)

Stvaranje količine magnetizma u metalu jeste Magnetna indukcija $\mathbf {B}$ . Magnetna indukcija jeste zbir stvaranja namagnetisanosti i stvaranja magnetnog polja. Magnetno polje u kojem nastaje magnet je indukciono magnetno polje. Merenje stvorene količine magnetizma jeste Magnetna induktivnost ${L}_{m}$ . Realan deo induktivnosti jeste merenje stvorene namagnetisanosti i merenje stvorenog magnetnog polja. Imaginaran deo induktivnosti jeste merenje zašto nije stvorena veća ili manja količina namagnetisanosti od stvorene količine i merenje zašto nije stvorena veća ili manja količina magnetnog polja od stvorene. Ono što teži da spreči stvaranje magnetizma jeste Otpor magnetnoj indukciji ${U}_{\text{B}}$ . Realan deo otpora magnetnoj indukciji jeste reaktansa otpor stvaranju namagnetisanosti i reluktansa otpor stvaranju magnetnog polja. Imaginaran deo otpora magnetnoj indukciji jeste otpor stvaranju veće ili manje količine namagnetisanosti od stvorene i otpor stvaranju veće ili manje količine magnetnog polja od stvorene. Deo magnetizma koji ostaje u magnetu nakon indukcije jeste Remanentna magnetna indukcija $\mathbf {B} _{r}$ . Merenje indukcionog dela magnetizma jeste Remanentna magnetna induktivnost ${L}_{\text{rm}}$ .

Zadržavanje (Koercitacija)

Stvoreni magnetizam se zove indukcioni magnetizam, ako nestaje mora se zadržati da ostane. Pojava zadržavanja indukcionog magnetizma jeste Magnetna koercitacija. Merenje zadržavanja indukcionog magnetizma jeste Magnetna koercitivnost ${C}$ . Sila zadržava indukcioni magnetizam jeste Koercitivna sila ${F}_{C}$ . Otpor sili zadržavanja indukcionog magnetizma jeste Otpor koercitivnoj sili ${U}_{\text{Fc}}$ . Kada izađe iz polja u kome nastaje, indukcioni magnetizam nestaje. Magnetno polje u kome se zadržava indukcioni magnetizam jeste Koercitivno magnetno polje. Povećanjem jačine magnet ne može izaći iz polja. Jačina polja zadržava indukcioni magnetizam jeste Koercitivna jačina magnetnog polja ${H}_{C}$ .

Metal i magnetno polje imaju nevidljivu unutrašnju strukturu koju čine čestice. Magnetizacija zavisi od unutrašnje strukture metala i magnetnog polja. Metali se razlikuju prema njihovoj unutrašnjoj strukturi. Obični metali imaju unutrašnju strukturu za privlačenje, rotiranje u magnetnom polju, stvaranje i nestajanje magnetnog svojstva. Mali broj metala ima strukturu za privlačenje, rotiranje, stvaranje i nije moguća demagnetizacija. Neki metali za privlačenje i rotiranje (nije moguća magnetizacija), a neke samo za privlačenje i ne mogu se okretati u polju zbog unutrašnje strukture.

Čestice metala i čestice magnetnog polja jesu propustljive (permeabilne), kreću se jedna kroz drugu stvarajući magnetno svojstvo koje čine nove čestice. Pojava se naziva Magnetna ekscitacija. Na taj način metal postaje magnet. Propustljivost zavisi od unutrašnje strukture čestica metala i polja. Veća propustljivost podrazumeva veću osetljivost (susceptibilnost) čestica. Ako su čestice propustljivije brže se privlači metal i veća je brzina obrtaja metala. Čestice metala i čestice magnetnog polja jesu statične, njih nije moguće pokrenuti jer se nalaze u valentnoj zoni. Ove dve vrste čestica stvaraju namagnetisanost čestica metala. Čestice magnetnog polja i namagnetisane čestice metala stvaraju magnet. Novostvorene čestice koje čine magnet jesu statične i dinamične jer se nalaze u provodnoj zoni metala. Statične čestice stvaraju namagnetisanje, a dinamične čestice stvaraju magnetno polje. Brzina kretanja čestica jeste stalna. Polje se indukuje (nastaje) u vakuumu zbog mogućnosti neograničene indukcije. Magnetno polje može biti privlačno, odbojno, privlačno i odbojno, neprobojno.

Metal u magnetnom polju isijava i postaje zaštićeniji od korozije. Pod uticajem magnetnog polja metal menja dimenzije. Pojava se naziva Magnetna strikcija. Metal osciluje u polju. Amplituda oscilovanja koja se ne može povećati i zbog koje nastaje lomljenje jeste Magnetna rezonancija. Na metalu i iz metala nastaje elektricitet. Elektricitet se naziva vidljiva struja. Može biti statičan ili dinamičan i kratkotrajan ili dugotrajan. Statički elektricitet se pojavljuje krivolinijski, dinamički elektricitet se kreće krivolinijski u više smerova.

Podela magnetizacije uredi

Prema magnetizaciji metal se može magnetizovati magnetik, metal ne može magnetizovati dimagnetik. Nemogućnost magnetizacije materijala jeste Magnetni otpor. Otpor može biti aktivan i reaktivan. Aktivan otpor jeste uzrok, reaktivan otpor jeste posledica dešavanja radnje.

Prema magnetizaciji i demagnetizaciji metal se može magnetizovati, može se demagnetizovati - metal se može magnetizovati, demagnetizovati i ponovo magnetizovati meki magneti - metal se može magnetizovati, demagnetizovati, ne može ponovo magnetizovati tvrdi magneti i metal se može magnetizovati, ne može demagnetizovati.

Magnetizacija prema stvaranju magnetnog svojstva jeste unutrašnja i spoljašnja. Unutrašnje i spoljašnje stvaranje jeste odvojeno. Unutrašnje stvaranje magnetnog svojstva podrazumeva stvaranje magneta bez magnetnog polja (polumagnet). Svojstvo koje nastaje u metalu, uzrok je lepljenja metala. Pojava se naziva Namagnetisanje. Fizička veličina jeste namagnetisanost. Spoljašnje stvaranje magnetnog svojstva podrazumeva stvaranje magneta sa magnetnim poljem. Kada namagnetisanost ne postoji, metal u polju dodiruje magnet. Stvaranje magnetnog polja u metalu jeste unutrašnji deo i oko metala spoljašnji deo magnetnog polja.

Prema trajanju magnetizma postoje privremeni magneti i stalni magneti. Metal postaje magnetičan u polju, a gubi magnetičnost izvan polja. Ova pojava jeste Magnetna influencija. Privremen magnet jeste magnet čije svojstvo količinski i vremenski nestane ili nestaje kada izađe iz polja. Pojava se naziva Magnetna disparecija. Trenutni nastanak i nestanak magnetizma naziva se Magnetna anhistereza. Nastajanje i nestajanje magnetizma sa kašnjenjem naziva se Magnetna histereza. Celo svojstvo koje nestane u magnetu nakon demagnetizacije naziva se Magnetna totalencija. Ako magnet izađe iz magnetnog polja, celo svojstvo nestane ili nestaje. Pojava se zove Anhisteretična totalencija. Ako magnet izađe iz magnetnog polja, celo svojstvo nestane ili nestaje nakon određenog vremena. Pojava se zove Histeretična totalencija. Deo svojstva koji ostane u magnetu nakon disparecije ili demagnetizacije naziva se Magnetna remanencija ili zaostali magnetizam. Mera jeste Magnetna remanentnost ${R}$ . Ako magnet izađe iz magnetnog polja, deo svojstva nestane ili nestaje. Pojava jeste Anhisteretična remanencija. Ako magnet izađe iz magnetnog polja, deo svojstva nestane ili nestaje nakon određenog vremena. Pojava jeste Histeretična remanencija. Magnetna histereza jeste statična, dinamična, elastična i električna. Statična histereza jeste usporeno nastajanje ili nestajanje statičnog magnetizma u magnetnim domenima. Dinamična histereza jeste usporeno nastajanje ili nestajanje dinamičnog magnetizma. Elastična histereza jeste usporeno vraćanje dimenzija metala u početno stanje nakon savijanja ili istezanja. Električna histereza jeste usporeno stvaranje i nestajanje statičkog elektriciteta. Stalan magnet jeste magnet čije svojstvo stalno postoji. Pojava se naziva Magnetna permanencija. Ako ne može izgubiti svojstvo demagnetizacijom, stalan magnet se naziva supermagnet.

Prema intenzitetu (jačini) magnetnog svojstva oko metala postoje jaki magneti i slabi magneti. Jaki magneti imaju jače magnetnog polja, a slabi magneti slabije magnetno polje. Zbog jače magnetizacije jača je namagnetisanost i snažnije se zalepljuje metal za polumagnet i sporije klizi po podlozi. Totalna namagnetisanost jeste najveća količina nepropustljivih čestica koje čine polumagnet. Ako ona postoji metal se ne može odlepiti.

Magnetizacija prema gustini magnetizma oko magneta jeste homogena ili heterogena. Homogena magnetna polja jesu iste gustine, a heterogena magnetna polja različite gustine. Oblasti u magnetnim materijalima u kojima je magnetizacija neravnomerna jesu Magnetni domeni. Granice magnetnih domena jesu domenski zidovi. Propusne čestice se stvaraju jedna u drugoj do zasićenja. Konačna gustina magnetizma se naziva Magnetna saturacija. Mera konačne gustine jeste zasićenost ili Magnetna saturativnost ${S}$ . Ono što sprečava stvaranje konačne gustine magnetizma jeste Otpor saturaciji ${U}_{S}$ . Iznad granice zasićenja stvaraju se nepropustljive čestice. Na taj način nastaje neprobojno magnetno polje. Stvaranje propustljivijih čestica u jednoj nepropustljivoj čestici nastaje druga nepropustljiva čestica. Ova pojava jeste Magnetni pritisak. Prema količini magnetnog svojstva u metalu i oko metala jeste totalna ili apsolutna. Konačna ili totalna magnetizacija jeste stvaranje konačne količine magnetizma u metalu. Apsolutna ili beskonačna magnetizacija jeste konačna količina u metalu i beskonačna izvan metala. Zbog nje nije moguća saturacija.

Za merenje magnetizacije u magnetnom materijalu koristi se uređaj magnetometar.

Fizičke veličine magnetizacije uredi

Količina magnetizacije je fizička veličina koja opisuje stvorenu količinu svojstva
Totalna magnetizacija je fizička veličina koja opisuje saturaciju, najveću ograničenu količinu svojstva magneta u vakuumu
Apsolutna magnetizacija je fizička veličina koja opisuje neograničenu količinu svojstva magneta izvan vakuuma
Brzina magnetizacije je fizička veličina koja opisuje brzinu kretanja magnetnog svojstva i ona je konstanta
Vreme magnetizacije je fizička veličina koja opisuje kada će se stvoriti magnetno svojstvo (vreme stvaranja)
Magnetna rezistencija je fizička veličina koja opisuje otpor metala magnetizaciji

Reference uredi

^ ^a ^b C.A. Gonano; R.E. Zich; M. Mussetta (2015). „Definition for Polarization P and Magnetization M Fully Consistent with Maxwell's Equations” (PDF). Progress In Electromagnetics Research B. 64: 83—101. Arhivirano iz originala (PDF) 17. 10. 2020. g. Pristupljeno 21. 07. 2019.
^ „Units for Magnetic Properties” (PDF). Lake Shore Cryotronics, Inc. Arhivirano iz originala (PDF) 26. 01. 2019. g. Pristupljeno 10. 06. 2015.

[def_P_M_Maxwell_eqs-1] C.A. Gonano; R.E. Zich; M. Mussetta (2015). „Definition for Polarization P and Magnetization M Fully Consistent with Maxwell's Equations” (PDF). Progress In Electromagnetics Research B. 64: 83—101. Arhivirano iz originala (PDF) 17. 10. 2020. g. Pristupljeno 21. 07. 2019.

[2] „Units for Magnetic Properties” (PDF). Lake Shore Cryotronics, Inc. Arhivirano iz originala (PDF) 26. 01. 2019. g. Pristupljeno 10. 06. 2015.

[1]

[2]