החדירות היחסיות היא מידת היכולת של דרך חומר, להיחצות ידי זרם מבלי לאבד כבוד התוואים שלה חומר אחר אשר משמש הפניה. זה מחושב כיחס בין החדירות של החומר הנחקר לבין זה של חומר הייחוס. לכן זו כמות שחסרה ממדים.
באופן כללי על חדירות אנו חושבים על זרימת נוזלים, בדרך כלל מים. אך ישנם גם אלמנטים אחרים המסוגלים לעבור בחומרים, למשל שדות מגנטיים. במקרה זה אנו מדברים על חדירות מגנטית וחדירות מגנטית יחסית.
לניקל יש חדירות מגנטית יחסית גבוהה, וזו הסיבה שמטבעות דבקים חזק במגנט. מקור: Pixabay.com.
חדירות של חומרים היא תכונה מעניינת מאוד, ללא קשר לסוג הזרימה העוברת בהם. בזכותו ניתן לצפות כיצד יתנהגו חומרים אלה בנסיבות מאוד מגוונות.
לדוגמא, החדירות של קרקעות חשובה מאוד כאשר בונים מבנים כמו ביוב, מדרכות ועוד. אפילו לגידולים, חדירות האדמה רלוונטית.
לכל החיים, החדירות של קרומי התא מאפשרת לתא להיות סלקטיבי, בכך שהיא מאפשרת לחומרים נחוצים כמו חומרים מזינים לעבור ולדחות אחרים שעלולים להזיק.
לגבי החדירות המגנטית היחסית, הוא נותן לנו מידע על תגובת החומרים לשדות מגנטיים הנגרמים על ידי מגנטים או חוטים חיים. אלמנטים כאלה שופעים בטכנולוגיה שמקיפה אותנו, ולכן כדאי לבדוק מהן ההשפעות שיש להם על חומרים.
חדירות מגנטית יחסית
יישום מעניין מאוד של גלים אלקטרומגנטיים הוא להקל על חיפוש נפט. זה מבוסס על לדעת עד כמה הגל מסוגל לחדור לתחתית לפני שהוא מועך על ידיו.
זה נותן מושג טוב לגבי סוג הסלעים שנמצאים במקום מסוים, מכיוון שלכל סלע יש חדירות מגנטית יחסית שונה, תלוי בהרכבו.
כפי שנאמר בהתחלה, בכל פעם שמדברים על חדירות יחסית, המונח "קרוב" דורש להשוות את גודל המדובר של חומר מסוים, לזה של אחר שמשמש התייחסות.
זה תמיד ישים, ללא קשר אם מדובר בחדירות לנוזל או לשדה מגנטי.
לאקום יש חדירות, מכיוון שלגלים אלקטרומגנטיים אין שום בעיה לנסוע לשם. כדאי לקחת זאת כערך התייחסות כדי למצוא את החדירות המגנטית היחסית של חומר כלשהו.
חדירות הוואקום היא לא אחרת מאשר הקבוע הידוע של חוק Biot-Savart, המשמש לחישוב וקטור ההשראה המגנטית. הערך שלו הוא:
גודל זה מתאר כיצד משווים את התגובה המגנטית של מדיום לתגובה בוואקום.
כעת, החדירות המגנטית היחסית יכולה להיות שווה ל 1, פחות מ 1 או יותר מ 1. זה תלוי בחומר המדובר וגם בטמפרטורה.
- ברור שאם μ r = 1 המדיום הוא הוואקום.
- אם זה פחות מ- 1 זהו חומר יהלומי
- אם הוא גדול מ -1, אך לא הרבה, החומר פרמגנטי
- ואם הוא גדול בהרבה מ- 1, החומר הוא פרומגנטי.
הטמפרטורה ממלאת תפקיד חשוב בחדירות המגנטית של חומר. למעשה ערך זה לא תמיד קבוע. ככל שהטמפרטורה של חומר עולה, היא הופכת להפרעה פנימית, ולכן התגובה המגנטית שלה יורדת.
חומרים דיאמגנטיים ופרמגנטיים
חומרים יהלומים מגיבים בצורה שלילית לשדות מגנטיים ומדפים אותם. מיכאל פאראדיי (1791-1867) גילה נכס זה בשנת 1846, כשגילה שחלק מהביסמוט הודח על ידי אחד מקטבי המגנט.
איכשהו, השדה המגנטי של המגנט משרה שדה בכיוון ההפוך בתוך הביסמוט. עם זאת, נכס זה אינו בלעדי לרכיב זה. לכל החומרים יש את זה במידה מסוימת.
אפשר להראות שהמגנטציה נטו בחומר דיאמנטי תלויה במאפייני האלקטרון. והאלקטרון הוא חלק מהאטומים של כל חומר, כך שלכולם יכול להיות תגובה דיאמנטית בשלב מסוים.
מים, גזים אצילים, זהב, נחושת ורבים אחרים הם חומרים יהלומים.
מצד שני, לחומרים פרמטגנטיים יש חלק ממגנטציה משלהם. לכן הם יכולים להגיב באופן חיובי לשדה המגנטי של מגנט למשל. יש להם חדירות מגנטית הדומה לערך של μ או .
בסמוך למגנט הם יכולים גם להתמגנט ולהפוך למגנטים בעצמם, אך השפעה זו נעלמת כאשר מוסר המגנט האמיתי מהסביבה. אלומיניום ומגנזיום הם דוגמאות לחומרים פרמגנטיים.
החומרים המגנטיים באמת: פרומגנטיות
חומרים פרמגנטיים הם השכיחים ביותר בטבע. אבל ישנם חומרים שנמשכים בקלות למגנטים קבועים.
הם מסוגלים להשיג מגנטציה בעצמם. אלה הם ברזל, ניקל, קובלט וכדור הארץ נדיר כמו גאדוליניום ודיפרוסיום. בנוסף, כמה סגסוגות ותרכובות בין מינרלים אלה למינונים אחרים ידועים כחומרים פרומגנטיים.
חומר מסוג זה חווה תגובה מגנטית חזקה מאוד לשדה מגנטי חיצוני, כמו מגנט למשל. זו הסיבה שמטבעות ניקל נדבקים למגנטיות בר. ובתורו מגנטים הבר נדבקים למקררים.
החדירות המגנטית היחסית של חומרים פרומגנטיים גבוהה בהרבה מ -1. בתוכם יש מגנטים קטנים המכונים דיפול מגנטיים. כאשר הדיפולולים המגנטיים הללו מתיישרים, הם מעצימים את האפקט המגנטי בתוך חומרים פרומגנטיים.
כאשר הדיפולולים המגנטיים הללו נמצאים בנוכחות שדה חיצוני, הם מתיישרים במהירות איתו והחומר נדבק למגנט. למרות שהשדה החיצוני מודחק, מרחיק את המגנט משם, ממשיכה להיות מגנטציה שנותרה בתוך החומר.
טמפרטורות גבוהות גורמות להפרעה פנימית בכל החומרים, ומייצרות את מה שמכונה "תסיסה תרמית". עם החום הדיפולים המגנטיים מאבדים את יישורם והאפקט המגנטי דועך.
טמפרטורת הקארי היא הטמפרטורה בה האפקט המגנטי נעלם לחלוטין מחומר. בערך קריטי זה, חומרים פרומגנטיים הופכים לפרמגנטיים.
מכשירים לאחסון נתונים, כגון קלטות מגנטיות וזיכרונות מגנטיים, משתמשים בפרומגנטיות. גם עם חומרים אלה מגנטים בעוצמה גבוהה מיוצרים עם שימושים רבים במחקר.
הפניות
- Tipler, P., Mosca G. (2003). פיסיקה למדע וטכנולוגיה, כרך ב '. Reverte העריכה. עמודים 810-821.
- Zapata, F. (2003). מחקר של מינרלוגיות הקשורות לבארת השמן Guafita 8x השייכת לשדה Guafita (Apure State) באמצעות מדידות רגישות מגנטית וספקטרוסקופיה של Mossbauer. עבודת תואר. האוניברסיטה המרכזית של ונצואלה.