ملخص خصائص المواد المغناطيسية PDF

‫‪16/10/37‬‬ ‫محتويات المحاضرة‬ ‫‪ 1-11‬بعض المفاهيم أساسية‪.‬‬ ‫‪ 2-12‬منشأ المغناطيسية فى المواد الصلبة‪.‬‬ ‫‪ 3-12‬القابلية المغناطيسية‪.‬‬ ‫‪ 4-12‬تصنيف المواد مغناطيسيا ً‪.‬‬...

‫‪16/10/37‬‬ ‫محتويات المحاضرة‬ ‫‪ 1-11‬بعض المفاهيم أساسية‪.‬‬ ‫‪ 2-12‬منشأ المغناطيسية فى المواد الصلبة‪.‬‬ ‫‪ 3-12‬القابلية المغناطيسية‪.‬‬ ‫‪ 4-12‬تصنيف المواد مغناطيسيا ً‪.‬‬ ‫‪ 5-12‬المواد الدايامغناطيسية ونظرية النجفين‪.‬‬ ‫‪3‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 1-12‬بعض المفاهيم األساسية ‪SOME BASIC CONCEPTS‬‬ ‫‪ 1-1-12‬المجال المغناطيسى ‪MAGNETIC FIELD‬‬ ‫‪ 2-1-12‬الفيض المغناطيسى ‪MAGNETIC FLUX‬‬ ‫‪ 3-1-12‬العزم المغناطيسى ‪MAGNETIC MOMENT‬‬ ‫‪ 4-1-12‬ثنائى القطب المغناطيسى ‪MAGNETIC DIPOLE‬‬ ‫‪4‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪2‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 1-12‬بعض المفاهيم األساسية ‪SOME BASIC CONCEPTS‬‬ ‫‪ 1-1-12‬المجال المغناطيسى ‪MAGNETIC FIELD‬‬ ‫ المجال الذى تكون شدته الوحدة هو المجال الذى يؤثر على وحدة األقطاب بقوة‬ ‫مقدارها ‪ 1‬داين‪.‬تقاس شدة المجال بوحدات األورستد (‪.)orested‬‬ ‫ وجد كولوم أن القوة التى تؤثر بين قضبين مغناطيسيين تتناسب طرديا مع حاصل‬ ‫ضرب شدة األقطاب ‪( p‬الشحنات المغناطيسية) وعكسيا مع مربع المسافة التى‬ ‫تفصل بينهما ‪r‬‬ ‫‪P1 P2‬‬ ‫‪F‬‬ ‫‪r2‬‬ ‫ وفى نظام الوحدات سم‪.‬جم‪.‬ث فإن ثابت التناسب يساوى واحد‬ ‫وبالتالى تكتب المعادلة السابقة على الصورة‪،‬‬ ‫‪p1 p2‬‬ ‫حيث تكون القوة بالداين‬ ‫‪F 2‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪5‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 1-12‬بعض المفاهيم األساسية ‪SOME BASIC CONCEPTS‬‬ ‫‪ 1-1-12‬المجال المغناطيسى ‪MAGNETIC FIELD‬‬ ‫ أما فى النظام الدولى للوحدات (‪ )SI‬فإن ثابت التناسب ال يساوى الواحد ويكون‬ ‫القانون على الصورة‪،‬‬ ‫‪1 p1 p2‬‬ ‫‪F‬‬ ‫‪4 r 2‬‬ ‫(‬ ‫‪4  107 weber/ampere.meter‬‬ ‫‪‬‬ ‫)‪.‬‬ ‫=‪105‬‬ ‫‪1‬‬ ‫ ولفهم ماذا يسبب القوة نتخيل أن القطب األول يولد مجال مغناطيسى ‪ H‬والذى‬ ‫بدوره يؤثر على القطب الثانى بقوة ومقدارها‪،‬‬ ‫‪p ‬‬ ‫‪p‬‬ ‫‪F   21  p2  H p2‬‬ ‫‪H  21‬‬ ‫‪r ‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪6‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪3‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 1-12‬بعض المفاهيم األساسية ‪SOME BASIC CONCEPTS‬‬ ‫‪ 1-1-12‬المجال المغناطيسى ‪MAGNETIC FIELD‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪p1‬‬ ‫‪H‬‬ ‫ أما فى النظام ‪ SI‬تكون المعادلة السابقة على الصورة‪،‬‬ ‫‪4  r 2‬‬ ‫ يكون القطب الشمالى للمغناطيس فى هذة الحالة هو مصدر المجال والقطب‬ ‫الجنوبى هو البالعة (او المصب)‪ ،‬كما هو مبين بالشكل‬ ‫‪S‬‬ ‫خطوط القوى وإتجاه‬ ‫مجال مغناطيس على‬ ‫‪N‬‬ ‫شكل قضيب‬ ‫‪7‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 1-12‬بعض المفاهيم األساسية ‪SOME BASIC CONCEPTS‬‬ ‫‪ 2-1-12‬الفيض المغناطيسى ‪MAGNETIC FLUX‬‬ ‫ تكمن الفكرة من إستخدام هذا المصطلح هو أن المجال المغناطيسى لقطب‬ ‫مغناطيسى ينتقل إلى مسافة ما بواسطة مايسمى بالفيض ‪( ‬خطوط القوى‬ ‫المغناطيسية)‪.‬أما بشكل دقيق فإن الفيض يعرف على أنه التكامل السطحى‬ ‫للمركبة العمودية للمجال المغناطيسى وهذا يعنى أن كمية الفيض التى تعبر وحدة‬ ‫المساحات العمودية على المجال تساوى شدة المجال‪ ،‬وبالتالى‪،‬‬ ‫‪HA‬‬ ‫حيث ‪ A‬هى المساحة العمودية على إتجاه المجال‪.‬فى نظام الوحدات سم جم ث تكون‬ ‫وحدة الفيض هى أورستد ‪.‬متر مربع (‪ ) orested m‬وتسمى هذه الوحدة الماكسويل‬ ‫(‪.)Mx‬‬ ‫ اما النظام الدولى(‪ )SI‬تكتب المعادلة السابقة على الصورة‪   H A ،‬‬ ‫وفى هذه الحالة‪ ،‬تكون وحدة الفيض هى الوبر‬ ‫‪8‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪4‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 1-12‬بعض المفاهيم األساسية ‪SOME BASIC CONCEPTS‬‬ ‫‪ 2-1-12‬الفيض المغناطيسى ‪MAGNETIC FLUX‬‬ ‫ ويعتبر الفيض المغناطيسى من الكميات المهمة حيث أن تغير الفيض يولد تياراً‬ ‫كهربيا ً فى أى دائرة مغلقة يقطعها خطوط الفيض‪.‬تعرف القوة الدافعة الكهربية‬ ‫المتولدة فى الدائرة المغلقة بأنها معدل تغير الفيض المغناطيسى المرتبط بالدائرة‪،‬‬ ‫طبقا للعالقة‪،‬‬ ‫‪d‬‬ ‫‪E‬‬ ‫‪dt‬‬ ‫ وتعرف هذه العالقة بقانون فارادى (‪.)Faraday‬وبناء على ماسبق يمكن القول‬ ‫بأنه عند تغير فيض مقداره واحد وبر من قيمتة إلى قيمة الصفر فى زمن قدره‬ ‫واحد ثانية فإن قوة دافعة كهربية مقدارها واحد فولت تتولد فى الدائرة المغلقة التى‬ ‫تتكون من لفة واحدة‪.‬‬ ‫‪9‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 1-12‬بعض المفاهيم األساسية ‪SOME BASIC CONCEPTS‬‬ ‫‪ 3-1-12‬العزم المغناطيسى ‪MAGNETIC MOMENT‬‬ ‫للحصول على تعريف للعزم المغناطيسى‪ m ،‬تخيل أن مغناطيس على‬ ‫‪m‬‬ ‫‪F p H‬‬ ‫شكل قضيب طولة ‪ l‬وشدة قطبه ‪ p‬وضع فى مجال مغناطيسى شدة ‪H‬‬ ‫بحيث يميل على المجال بزاوية ‪ ، ‬كما هو مبين بالشكل ‪ ،‬تكون القوة‬ ‫‪+p‬‬ ‫التى يؤثر بها المجال على كل قطب مغناطيسى هى ‪ p H‬وبالتالى يتكون‬ ‫إزدواج‪.‬يمكن كتابة عزم االزدواج المغناطيسى (وهو عبارة عن‬ ‫‪‬‬ ‫‪H‬‬ ‫حاصل ضرب القوة فى المسافة العمودية من مركز الكتلة) على‬ ‫الصورة‪،‬‬ ‫‪-p‬‬ ‫‪l‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪pH 2l sin   pH 2l sin   pl H sin   mm H sin ‬‬ ‫‪F p H‬‬ ‫يعرف المقدار‪ mm  p l‬بالعزم المغناطيسى وهو عبارة عن حاصل‬ ‫ضرب شدة القطب فى طول المغناطيس‪.‬ويمكن تعريف العزم‬ ‫المغناطيسى أيضا بأنه عزم االزدواج الذى يؤثر على مغناطيس‬ ‫موضوع عمودي على مجال مغناطيسى منتظم شدته واحد أورستد‪.‬‬ ‫‪10‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪5‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 1-12‬بعض المفاهيم األساسية ‪SOME BASIC CONCEPTS‬‬ ‫‪ 3-1-12‬العزم المغناطيسى ‪MAGNETIC MOMENT‬‬ ‫ كما يمكن تعريف العزم المغناطيسى الناتج عن مرور تيار ‪ I‬فى‬ ‫دائرة مغلقة مساحتها ‪ A‬بالعالقة‪،‬‬ ‫‪mm  I A‬‬ ‫‪F p H‬‬ ‫ ويقاس العزم المغناطيسى فى هذه الحالة بوحدات أمبير‪.‬متر‪.2‬‬ ‫‪+p‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪-p‬‬ ‫‪l‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪F p H‬‬ ‫‪11‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 1-12‬بعض المفاهيم األساسية ‪SOME BASIC CONCEPTS‬‬ ‫‪ 4-1-12‬ثنائى القطب المغناطيسى ‪MAGNETIC DIPOLE‬‬ ‫لقضيب‬ ‫‪، mm‬‬ ‫يمكن تعريف ثنائى القطب المغناطيسى بأنه العزم المغناطيسى‪،‬‬ ‫مغناطيسى له طول صغير وعزم محدد أو أنه العزم المغناطيسى‪ ، ،‬لتيار يمر فى‬ ‫مسار مغلق له مساحة صغيرة وعزم محدد‪.‬يبين الشكل خطوط المجال حول ثنائى‬ ‫القطب المغناطيسى‪.‬تعرف طاقة ثنائى القطب بأنها تساوى الصفر عندما يكون‬ ‫الثنائى عموديا ً على المجال المغناطيسى‪.‬ولهذا يمكن كتابة الشغل المبذول (باإلرج)‬ ‫لعمل دوران بزاوية ‪ d‬عكس المجال على الصورة ‪،‬‬ ‫‪l‬‬ ‫) ‪dE  2( pH sin ‬‬ ‫‪d  mm H sin  d‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪N‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪12‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪6‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 1-12‬بعض المفاهيم األساسية ‪SOME BASIC CONCEPTS‬‬ ‫‪ 4-1-12‬ثنائى القطب المغناطيسى ‪MAGNETIC DIPOLE‬‬ ‫ وتكون الطاقة الكامنة لثنائى القطب فى هذه الحالة عندما يصنع زاوية ‪ ‬مع‬ ‫المجال هى‬ ‫‪‬‬ ‫‪E   mm H sin  d  mm H cos  m m. H‬‬ ‫‪ /2‬‬ ‫ تكون الوحدات فى التعبير السابق هى سم جم ث‪ ،‬أما فى نظام ‪ SI‬فإن الطاقة‬ ‫السابقة تكون على الصورة‪،‬‬ ‫‪E    m m. H‬‬ ‫‪13‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 2-12‬منشأ المغناطيسية فى المواد الصلبة‬ ‫‪THE ORIGIN OF MAGNETISM IN SOLIDS‬‬ ‫ عند وضع ثنائى قطب مغناطيسى فى مجال مغناطيسى تكون قيمة العزم المغناطيسى‬ ‫نتيجة المجال المطبق قيمة عظمى عندما يكون الثنائى عموديا ً على المجال‪ ،‬بينما‬ ‫يساوى صفرا ً عندما يكون الثنائى موازيا ً أو معاكسا ً للمجال‬ ‫ وتعتمد الطاقة الكامنة للثنائى على الزاوية التى يصنعها مع المجال‪ ،‬حيث تكون‬ ‫الطاقة أصغر ما يمكن ( ‪ ) mm H‬عندما يكون العزم والمجال فى إتجاه واحد ( ‪،)  0‬‬ ‫وتكون الطاقة أكبر ما يمكن (‪ ) mm H‬عندما يكون العزم فى عكس إتجاه المجال‬ ‫( ‪.)  ‬‬ ‫ تمكن العلماء من إرجاع أصل الخصائص المغناطيسية إلى حركة الشحنات الكهربية‬ ‫(اإللكترونات) حيث يمكن إثبات أن العزم المغناطيسى لحلقة يمر بها تيار هو‬ ‫‪mm  I A‬‬ ‫‪14‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪7‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 2-12‬منشأ المغناطيسية فى المواد الصلبة‬ ‫‪THE ORIGIN OF MAGNETISM IN SOLIDS‬‬ ‫ نفترض أن اإللكترون ( ‪ )- e‬يدور فى مدار دائرى نصف قطره ‪ r‬بتردد ‪ ‬من‬ ‫الدورات فى الثانية‪ ،‬وبالرجوع إلى الشكل‪ ،‬يكون العزم المغناطيسى المتولد هو ‪،‬‬ ‫‪mm‬‬ ‫)‪mm  I A  e  r 2...... (1‬‬ ‫ حيث ‪ A  r‬مساحة المدار الدائرى‪.‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪-e‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪v‬‬ ‫وحيث أن السرعة الخطية لإللكترون هى ‪2 r ‬‬ ‫‪I‬‬ ‫فإن كمية التحرك الزاوى (الزخم) لإللكترون تكون‪،‬‬ ‫‪L‬‬ ‫)‪L  mvr  2 m r 2...... (2‬‬ ‫حيث ‪ m‬هى كتلة اإللكترون‪.‬‬ ‫من المعادلتين ‪ 1‬و ‪ 2‬نجد أن العزم المغناطيسى لإللكترون يساوى‪،‬‬ ‫‪e‬‬ ‫‪mm  ‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪2m‬‬ ‫‪15‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 2-12‬منشأ المغناطيسية فى المواد الصلبة‬ ‫‪THE ORIGIN OF MAGNETISM IN SOLIDS‬‬ ‫‪e‬‬ ‫‪mm  ‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪2m‬‬ ‫‪e‬‬ ‫‪ ) ‬بالنسبة الجيرومترية (‪ ) gyromagnetic ratio‬وتدل اإلشارة السالبة‬ ‫يسمى المقدار (‬ ‫‪2m‬‬ ‫على أن اتجاه العزم يكون عكس اتجاه كمية التحرك‪.‬‬ ‫وطبقا للنموذج الذرى لبوهر ‪ ,‬تكون كمية التحرك الزاوى كمية مكممة )‪ ) quantized‬بوحدات ‪h 2‬‬ ‫‪ ,‬فإن لذلك أقل قيمة للعزم المغناطيسى تكون ‪ ,  B  eh 4 m‬وتسمى هذه القيمة بمغنيط بوهر‬ ‫)‪ ) Bohr magneton‬وتساوى‬ ‫‪9.27  10 24 Joul/Tesla‬‬ ‫‪1 Tesla  10 4 Gauss‬‬ ‫‪16‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪8‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 2-12‬منشأ المغناطيسية فى المواد الصلبة‬ ‫‪THE ORIGIN OF MAGNETISM IN SOLIDS‬‬ ‫ باالضافة للعزم المغناطيسى الناتج عن دوران اإللكترون حول النواة يمتلك‬ ‫اإللكترون عزما ً آخرا ً يسمى العزم المغناطيسى المغزلى‬ ‫(‪ )spin magnetic moment‬وينتج عن دوران اإللكترون حول نفسه‪.‬يمكن كتابة‬ ‫العزم المغناطيسى المغزلى‪ ، ms ،‬على الصورة‪،‬‬ ‫‪e‬‬ ‫‪ms  ‬‬ ‫‪S‬‬ ‫‪m‬‬ ‫حيث ‪ S‬هى كمية التحرك الزاوى البرمي لإللكترون‪.‬‬ ‫‪17‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 3-12‬القابلية المغناطيسية ‪MAGNETIC SUSCEPTIBILITY‬‬ ‫ عند وضع المادة فى مجال مغناطيسى فإنها تتمغنط وتتناسب كمية التمغنط‬ ‫المتولدة‪ ، B ،‬مع كل من شدة المجال المغناطيسى‪ ، H ،‬ومتجه التمغنط‪، M ،‬‬ ‫(العزم المغناطيسى لوحدة الحجوم)‪.‬يمكن كتابة كمية التمغنط المتولدة داخل‬ ‫المادة على النحو ‪،‬‬ ‫)‪B  μ(H  M‬‬ ‫ حيث ‪ ‬هى نفاذية الفراغ‪.‬نالحظ من المعادلة السابقة أن كمية التمغنتط المتولدة‬ ‫فى المادة تتكون من جزئين‪ :‬الجزء األول ‪  H‬ينتج عن تأثير المجال الخارجى‪،‬‬ ‫والجزء الثانى ‪  M‬يكون مصدره داخلى وينتج عن تمغنط المادة‪.‬وحيث أن‬ ‫تمغنط المادة ينتج عن المجال‪ ،‬يمكننا القول بأن كمية التمغنط تتناسب طرديا مع‬ ‫‪M  χH‬‬ ‫شدة المجال‪ ،‬وبالتالى فإن‪،‬‬ ‫ يسمى ثابت التناسب بالتقبلية المغناطيسية للمادة‪.‬بالتعويض عن فى المعادلة‬ ‫أعاله نحصل على‪،‬‬ ‫‪B  μ(( 1  χ)H‬‬ ‫‪18‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪9‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 3-12‬التقبلية المغناطيسية ‪MAGNETIC SUSCEPTIBILITY‬‬ ‫‪B  μ(( 1  χ)H‬‬ ‫ يتضح من هذه المعادلة أن ‪ B‬تتناسب مع ويمكن كتابتها على الصورة ‪، B  μ H‬‬ ‫‪ ‬حيث ثابت التناسب ويسمى بنفاذية المادة وهكذا يمكن كتابة نفاذية المادة على‬ ‫الصورة‪ ، ،‬كما يمكن كتابة النفاذية النسبية للمادة على الصورة‪،‬‬ ‫) ‪   (1  ‬‬ ‫ كما يمكن كتابة النفاذية النسبية للمادة على الصورة‪،‬‬ ‫‪r  1  ‬‬ ‫ هذه المعادلة تربط بين نفاذية المادة والتقبلية المغناطيسية‪.‬‬ ‫‪19‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 4-12‬تصنيف المواد المغناطيسية‬ ‫‪CLASSIFICATION OF MAGNETIC MATERIALS‬‬ ‫ المواد الدايامغناطيسية (‪)diamagnetic‬‬ ‫ البارمغناطيسية (‪)paramagnetic‬‬ ‫ الحديدومغناطيسية (‪.)ferromagnetic‬‬ ‫‪20‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪10‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 4-12‬تصنيف المواد المغناطيسية‬ ‫‪CLASSIFICATION OF MAGNETIC MATERIALS‬‬ ‫‪21‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 4-12‬تصنيف المواد المغناطيسية‬ ‫‪CLASSIFICATION OF MAGNETIC MATERIALS‬‬ ‫قيم التقبلية المغناطيسية لبعض المواد المغناطيسية‬ ‫الحديدومغناطيسية‬ ‫البارامغناطيسية ‪10 5 ‬‬ ‫الدايامغناطيسية ‪10 5 ‬‬ ‫‪5000‬‬ ‫الحديد النقى‬ ‫‪720 +‬‬ ‫اكسيد الحديد‬ ‫‪26 -‬‬ ‫األمونيا‬ ‫‪240‬‬ ‫الكوبلت‬ ‫‪40 +‬‬ ‫اليورانيوم‬ ‫‪16.6 -‬‬ ‫البزموث‬ ‫‪150‬‬ ‫النيكل‬ ‫‪26 +‬‬ ‫البالتينيوم‬ ‫‪2.9 -‬‬ ‫الزئبق‬ ‫‪100‬‬ ‫الفوالذ‬ ‫‪6.8 +‬‬ ‫التنجستين‬ ‫‪2.6 -‬‬ ‫الفضة‬ ‫‪5.1 +‬‬ ‫السيزيوم‬ ‫‪2.1 -‬‬ ‫الماس‬ ‫‪2.2 +‬‬ ‫األلومونيوم‬ ‫‪1.8 -‬‬ ‫الرصاص‬ ‫‪1.2 +‬‬ ‫الماغنسيوم‬ ‫‪1.4 -‬‬ ‫ملح الطعام‬ ‫‪0.72 +‬‬ ‫الصوديوم‬ ‫‪1.0 -‬‬ ‫النحاس‬ ‫‪0.19 +‬‬ ‫غاز األكسيجين‬ ‫‪0.9 -‬‬ ‫الماء‬ ‫‪22‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪11‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 4-12‬تصنيف المواد المغناطيسية‬ ‫‪CLASSIFICATION OF MAGNETIC MATERIALS‬‬ ‫طرق قياس القابلية المغناطيسية‬ ‫ميزان حساس‬ ‫ط ي ج ى (‪:)Gouy‬‬ ‫ توضع المادة على شكل قضيب رفيع وطويل‬ ‫معلقا ً بقب ميزان حساس بين طرفى‬ ‫ملف باحث‬ ‫مغناطيس قوى يولد مجال غير منتظم‬ ‫العينة‬ ‫ يؤثر المجال المغناطيسى على المادة‬ ‫‪N‬‬ ‫‪S‬‬ ‫– بقوة جذب (كما فى حالة المواد البارامغناطيسية)‬ ‫– أو بقوة تنافر (كما فى حالة المواد الدايامغناطيسية)‪.‬‬ ‫‪23‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 4-12‬تصنيف المواد المغناطيسية‬ ‫‪CLASSIFICATION OF MAGNETIC MATERIALS‬‬ ‫طرق قياس التقبلية المغناطيسية‬ ‫ميزان حساس‬ ‫ط ي ج ى (‪:)Gouy‬‬ ‫نحسب القوة الرأسية( ‪ ) dFz‬التى يؤثر بها المجال‬ ‫ملف باحث‬ ‫المغناطيسى على وحدة الحجوم من المادة‪V ،‬‬ ‫العينة‬ ‫المادة المغناطيسية تمتلك تمغنط ‪ M‬بحيث أن‬ ‫‪M  χH‬‬ ‫‪N‬‬ ‫‪S‬‬ ‫التمغنط الكلي للعينة في ‪ dV‬يعطى ب ‪M T  M  dV‬‬ ‫‪1‬‬ ‫عند ادخال هذه العينة في المجال المغناطيسي يحدث تغير في الطاقة قدره ‪E   M T H‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪dE‬‬ ‫‪dH‬‬ ‫‪dH‬‬ ‫‪dFz  ‬‬ ‫‪   H‬‬ ‫‪dV    H‬‬ ‫‪dxdydz‬‬ ‫‪dz‬‬ ‫‪dz‬‬ ‫‪dz‬‬ ‫‪24‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪12‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 4-12‬تصنيف المواد المغناطيسية‬ ‫‪CLASSIFICATION OF MAGNETIC MATERIALS‬‬ ‫طرق قياس التقبلية المغناطيسية‬ ‫ميزان حساس‬ ‫ط ي ج ى (‪:)Gouy‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪H dH  dH 2‬‬ ‫ومن حساب التفاضل نجد أن‬ ‫‪2‬‬ ‫وبالتالى نحصل على‬ ‫‪1‬‬ ‫‪dH 2‬‬ ‫ملف باحث‬ ‫‪ dFz   ‬‬ ‫‪dxdydz‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪dz‬‬ ‫العينة‬ ‫وتكون القوة الكلية التى تؤثر على المادة هى التكامل‬ ‫‪N‬‬ ‫‪S‬‬ ‫على كل مناطق المجال وتكون على الصورة‪،‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪d 2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪Fz    ‬‬ ‫‪H dxdydz     dH 2 dxdy‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪dz‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫) ‪   A ( H1  H 2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫حيث ‪ A‬مساحة مقطع العينة (‪ )dxdy‬و ‪ H 1‬و‪ H 2‬هما شدتى المجال عند طرفى القضيب‬ ‫‪25‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 4-12‬تصنيف المواد المغناطيسية‬ ‫‪CLASSIFICATION OF MAGNETIC MATERIALS‬‬ ‫طرق قياس التقبلية المغناطيسية‬ ‫ط ي ج ى (‪:)Gouy‬‬ ‫بافتراض ان ‪ H1‬اكبر بكثير من ‪( H 2‬حيث أن المادة على شكل قضيب رفيع‬ ‫ويكون طرفه العلوى بعيدا ً عن المجال) حيث يتالشى المجال فإنه يمكن إهمال ‪H 22‬‬ ‫بالنسبة إلى ‪ H1‬وبالتالى يمكن كتابة القوة المؤثرة على الصورة‪،‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪1‬‬ ‫‪Fz   A H 12   A H 2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫حيث ‪ H‬شدة المجال عند المركز بين القطبين‪.‬تقاس هذه القوة بواسطة الميزان‪،‬‬ ‫بينما تقاس شدة المجال بواسطة مقياس فيض وملف باحث وعندها يمكن حساب قيمة‬ ‫التقبلية المغناطيسية‪ ،‬‬ ‫‪26‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪13‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 5-11‬المواد الدايامغناطيسية ونظرية النجفين‬ ‫‪DIAMAGNETIC MATERIALS AND L ANGVIN THEORY‬‬ ‫ تعتبر جميع المواد ديامغناطيسية دون إستثناء يكون لها تقبلية مغناطيسية سالبة اإلشارة‬ ‫وأصغر بكثير من الواحد‪.‬وبسبب تأثير البارامغنطيسية ذات التقبلية الموجبة والتى يمكن‬ ‫أن تحجب الظاهرة الدايامغناطيسية فإن الخاصية الدايامغناطيسية ال تظهر فى بعض‬ ‫المواد‪.‬‬ ‫ ال تعتمد الظاهرة الدايامغناطيسية على درجة الحرارة‪ ،‬حيث أنها تنتج عن تأثير المجال‬ ‫المغناطيسى الخارجى الذى يؤثر على حركة اإللكترونات الداخلية فى الذرة والتى تعتبر‬ ‫بمثابة تيارات كهربية‪.‬‬ ‫ عند تطبيق المجال الخارجى تتغير العزوم المغناطيسية الناتجة عن هذه التيارات ويتولد‬ ‫فى المادة مجال مغناطيسى معاكس للمجال الخارجى والذى يعمل على إضعاف المجال‬ ‫الخارجى األمر الذى يعنى تنافر المواد الدايامغناطيسية مع األجزاء القوية من المجال‬ ‫م واد بارامغناطيسية‬ ‫م واد دايامغناطيسية‬ ‫المطبق‪،‬‬ ‫دايامغناطي سية‬ ‫‪N‬‬ ‫‪S‬‬ ‫بارامغناطي سية‬ ‫‪27‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 5-11‬المواد الدايامغناطيسية ونظرية النجفين‬ ‫‪DIAMAGNETIC MATERIALS AND L ANGVIN THEORY‬‬ ‫ نظرية العالم النجفين (‪)Langvin‬‬ ‫تدرس كيفية تأثير مجال مغناطيسى عمودي على مستوى حركة اإللكترون حول النواة‬ ‫مجال مغناطيسى‬ ‫‪B‬‬ ‫عمودى على مستوى الحركة‬ ‫‪v‬‬ ‫‪r‬‬ ‫النواة‬ ‫‪Fo‬‬ ‫‪FL‬‬ ‫‪-e‬‬ ‫فى غياب المجال المغناطيسى يدور اإللكترون فى مداره الدائرى حول النواة حيث تكون قوة‬ ‫الطرد المركزية مساوية لقوة جذب النواة لإللكترون‪ ،‬وطبقا ً لقانون نيوتن الثانى يكون‪،‬‬ ‫‪F  m r 2‬‬ ‫حيث ‪ ‬هى السرعة الزاوية لإللكترون و ‪ m‬هى كتلة اإللكترون‬ ‫‪28‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪14‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 5-11‬المواد الدايامغناطيسية ونظرية النجفين‬ ‫‪DIAMAGNETIC MATERIALS AND L ANGVIN THEORY‬‬ ‫مجال مغناطيسى‬ ‫عمودى على مستوى الحركة‬ ‫‪B‬‬ ‫ نظرية العالم النجفين (‪)Langvin‬‬ ‫‪v‬‬ ‫ ونتيجة دوران اإللكترون يكون له عزم مغناطيسى‪، mm ،‬‬ ‫‪r‬‬ ‫النواة‬ ‫‪Fo‬‬ ‫‪FL‬‬ ‫‪e‬‬ ‫‪mm  I A   r 2‬‬ ‫‪-e‬‬ ‫‪2‬‬ ‫ حيث ‪ r‬هو نصف قطر مدار اإللكترون ويكون هذا العزم موازيا ً للمجال‪.‬وعند‬ ‫تسليط المجال الخارجى على اإللكترون يتأثر اإللكترون بقوة إضافية تسمى قوة‬ ‫لورنتز‪ ، FL ،‬حيث‪،‬‬ ‫‪FL  e ( v  B)  e B r‬‬ ‫ وبالتالى تكون محصلة القوة ( ‪ ) F  FL‬التى تؤثر على اإللكترون هى‬ ‫‪F  eBr  m 2 r‬‬ ‫‪29‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 5-11‬المواد الدايامغناطيسية ونظرية النجفين‬ ‫‪DIAMAGNETIC MATERIALS AND L ANGVIN THEORY‬‬ ‫مجال مغناطيسى‬ ‫عمودى على مستوى الحركة‬ ‫‪B‬‬ ‫ نظرية العالم النجفين (‪)Langvin‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪v‬‬ ‫ وعليه فإن السرعة الزاوية ‪ ‬لإللكترون نتيجة وجود‬ ‫النواة‬ ‫‪Fo‬‬ ‫‪FL‬‬ ‫المجال تكون مختلفة عن ‪ ‬ويكون حل هذه المعادلة‬ ‫‪-e‬‬ ‫‪eB‬‬ ‫‪   ‬‬ ‫‪2m‬‬ ‫‪30‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪15‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪31‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪32‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪16‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 5-11‬المواد الدايامغناطيسية ونظرية النجفين‬ ‫‪DIAMAGNETIC MATERIALS AND L ANGVIN THEORY‬‬ ‫ نظرية العالم النجفين (‪)Langvin‬‬ ‫ يتبين من هذه المعادلة أن سرعة دوران اإللكترون تتناقص عند تطبيق المجال‬ ‫بمقدار السرعة الزاوية للحركة الرحوية التى يولدها المجال‬ ‫‪eB‬‬ ‫‪L ‬‬ ‫‪2m‬‬ ‫ وهذه الحركة الرحوية تعادل تيارا ً دايمغناطيسيا يعطى بالعالقة‬ ‫‪eL‬‬ ‫‪e eB‬‬ ‫‪I ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2 2m‬‬ ‫‪33‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪ 5-11‬المواد الدايامغناطيسية ونظرية النجفين‬ ‫‪DIAMAGNETIC MATERIALS AND L ANGVIN THEORY‬‬ ‫ نظرية العالم النجفين (‪)Langvin‬‬ ‫ وحيث أن العزم المغناطيسى‪ ، mm ،‬عبارة عن حاصل ضرب التيار فى المساحة‬ ‫وكما هو مبين بالشكل فإنه يمكن كتابة العزم المغناطيسى بداللة متوسطة نصف‬ ‫قطر الحركة الرحوية لإللكترون حول النواة‪ ،  ،‬على الصورة‪،‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪eL‬‬ ‫‪e eB‬‬ ‫‪Z‬‬ ‫‪I ‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪2 2m‬‬ ‫‪Z‬‬ ‫‪L‬‬ ‫ وبفرض أن ‪ r‬هو متوسط نصف قطر مسار‬ ‫‪L‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪-e‬‬ ‫‪-e‬‬ ‫‪r‬‬ ‫اإللكترونات وباعتبار أن الشحنة موزعة حول النواة‬ ‫بشكل كروى فإن‪x 2  y 2  z 2 ،‬‬ ‫‪z‬‬ ‫‪+Ze‬‬ ‫‪Y‬‬ ‫‪0‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪3‬‬ ‫‪X‬‬ ‫‪y‬‬ ‫‪x 2  y 2  z 2  r 2   2‬‬ ‫‪2‬‬ ‫‪34‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪17‬‬  ‫‪16/10/37‬‬ ‫‪ 5-11‬المواد الدايامغناطيسية ونظرية النجفين‬ ‫‪DIAMAGNETIC MATERIALS AND L ANGVIN THEORY‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪Z‬‬ ‫‪Z‬‬ ‫ نظرية العالم النجفين (‪)Langvin‬‬ ‫ وعلية يكون العزم المغناطيسى للذرة الواحدة هو‬ ‫‪L‬‬ ‫‪L‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪Ze 2‬‬ ‫‪mm  ‬‬ ‫‪B2‬‬ ‫‪-e‬‬ ‫‪-e‬‬ ‫‪r‬‬ ‫‪6m‬‬ ‫‪+Ze‬‬ ‫‪z‬‬ ‫‪Y‬‬ ‫ حيث ‪ Z‬هو العدد الذرى‪.‬فإذا كان هناك عدد‬ ‫‪0‬‬ ‫‪x‬‬ ‫‪ N‬من الذرات فى وحدة الحجوم فإن التقبلية‬ ‫المغناطيسية لوحدة الحجوم تكون على الصورة‪،‬‬ ‫‪y‬‬ ‫‪X‬‬ ‫‪M  N mm‬‬ ‫‪Ze 2‬‬ ‫‪ e2‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫‪‬‬ ‫) ‪N  2    ( NZ  2‬‬ ‫‪H‬‬ ‫‪B‬‬ ‫‪6m‬‬ ‫‪6m‬‬ ‫وبمعرفة توزيع الشحنات حول النواة يمكن تعيين قيمة بواسطة ميكانيكا الكم وبالتالى‬ ‫يمكن حساب قيمة التقبلية الدايامغناطيسية‪.‬‬ ‫‪35‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫ ‪https://www.youtube.com/watch?v=CYdtTtLr‬‬ ‫‪URw‬‬ ‫‪36‬‬ ‫الخصائص المغناطيسية للمواد الصلبة‬ ‫الخميس‪/16 ،‬شوال‪1437/‬‬ ‫‪18‬‬