ΣΤΕΡΓΙΟΣ ΠΕΛΛΗΣ | 8:38 μ.μ. | | | | Best Blogger Tips

Η ΥΛΗ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

|
Η ΥΛΗ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ
Η ΥΛΗ ΜΕΣΑ ΣΤΟ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Θεωρούμε ξανά  τη διάταξη με  τη βοήθεια  της οποίας μετράμε  την ένταση  του μαγνητικού πεδίου.
Σωληνοειδές χωρίς πυρήνα μαλακού σιδήρου
 Η ένταση  του μαγνητικού πεδίου  είναι Β0 όταν στο εσωτερικό  του πηνίου υπάρχει  αέρας και  γίνεται Β όταν  το εσωτερικό  γεμίσει με κατάλληλο υλικό όπως μαλακό σίδηρο. 
Σωληνοειδές με πυρήνα μαλακού σιδήρου
 Παρατηρούμε ότι  Β>Β0 αν και όλα  τα μεγέθη  τα  έχουμε κρατήσει σταθερά.Η αύξηση  αυτή της  έντασης  του μαγνητικού πεδίου πρέπει να  οφείλεται στον πυρήνα μαλακού σιδήρου που βάλαμε στο σωληνοειδές

ΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΔΙΑΠΕΡΑΤΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΥΛΙΚΟΥ

 Μαγνητική διαπερατότητα του υλικού μ ονομάζεται το πηλίκο Β/Β0 .

                                                                                         μ=Β/Β0  

 Η μαγνητική  διαπερατότητα  δείχνει πόσες  φορές αυξήθηκε η ένταση  του μαγνητικού πεδίου λόγω της παρουσίας  του σιδήρου.
 Η μαγνητική διαπερατότητα  είναι καθαρός αριθμός.
 Η αύξηση  της  έντασης  του πεδίου χωρίς να  αυξηθεί  το ρεύμα προέρχεται από  τον προσανατολισμό των στοιχειωδών μαγνητικών περιοχών  του σιδήρου
 Η αύξηση  της  έντασης  του πεδίου χωρίς να  αυξηθεί  το ρεύμα προέρχεται από τον προσανατολισμό των στοιχειωδών μαγνητικών περιοχών  του σιδήρου.Ο προσανατολισμός  τους προκαλείται από  το μαγνητικό πεδίο Β0  του σωληνοειδούς.
Πειραματική  έρευνα  έδειξε ότι όλα  τα υλικά,όταν βρεθούν μέσα στο μαγνητικό πεδίο παρουσιάζουν μαγνητικές  ιδιότητες
 Πειραματική  έρευνα  έδειξε ότι όλα  τα υλικά,όταν βρεθούν μέσα στο μαγνητικό πεδίο παρουσιάζουν μαγνητικές  ιδιότητες.

 Ο παρακάτω πίνακας μας δείχνει την μαγνητική διαπερατότητα διάφορων υλικών.

ΠΙΝΑΚΑΣ
Μαγνητική διαπερατότητα
Υλικά
Χαρακτηρισμός
μ >>1
Fe,
Ni,
Co
Σιδηρομαγνητικά
μ>1
ΑΙ,
Cr
Παραμαγνητικά
μ<1
C,
Cu
Διαμαγνητικά

ΣΙΔΗΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

 Πολλά υλικά έχουν μαγνητική διαπερατότητα πολύ μεγαλύτερη της μονάδας.Για παράδειγμα η μαγνητική διαπερατότητα του σιδήρου (Fe) του Νικελίου (Ni) και του Κοβαλτίου (Co) είναι πολύ μεγαλύτερη της μονάδας.Τα υλικά αυτά χαρακτηρίζονται ως σιδηρομαγνητικά.
Σιδηρομαγνητικά υλικά ονομάζονται τα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα πολύ μεγαλύτερη της μονάδας
 Σιδηρομαγνητικά υλικά ονομάζονται τα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα πολύ μεγαλύτερη της μονάδας.
 Η τοποθέτηση  τους σε ένα μαγνητικό πεδίο συνεπάγεται  τη πολύ μεγάλη αύξηση  της έντασής  του.
Η τοποθέτηση  τους σε ένα μαγνητικό πεδίο συνεπάγεται  τη πολύ μεγάλη αύξηση  της έντασής  του
 Αυτά τα σίδηρομαγνητικά υλικά που βρίσκονται στη φύση χρησιμοποιήθηκαν στα πρώτα πειράματα για τον μαγνητισμό. Από τότε η τεχνολογία επεκτάθηκε όσον αφορά τη διαθεσιμότητα των μαγνητικών υλικών και περιέλαβε διάφορα τεχνητά προϊόντα, με βάση, όμως, όλα φυσικά μαγνητικά υλικά.

ΠΑΡΑΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

 Μερικά υλικά έχουν μαγνητική διαπερατότητα λίγο μεγαλύτερη της μονάδας.Για παράδειγμα η μαγνητική διαπερατότητα του Αργιλίου (ΑΙ) και  του Χρωμίου (Cr) είναι λίγο μεγαλύτερη της μονάδας.Τα υλικά αυτά χαρακτηρίζονται ως παραμαγνητικά.
Παραμαγνητικά υλικά ονομάζονται τα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα λίγο μεγαλύτερη της μονάδας
 Παραμαγνητικά υλικά ονομάζονται τα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα λίγο μεγαλύτερη της μονάδας.
Η τοποθέτηση  τους σε ένα μαγνητικό πεδίο συνεπάγεται  τη σχετικά μικρή αύξηση  της έντασής  του
 Η τοποθέτηση  τους σε ένα μαγνητικό πεδίο συνεπάγεται  τη σχετικά μικρή αύξηση  της έντασής  του.

ΔΙΑΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ

 Υπάρχουν και λίγα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα μικρότερη  της μονάδας.Για παράδειγμα η μαγνητική διαπερατότητα του άνθρακα  (C) και του Χαλκού (Cu).Τα υλικά αυτά χαρακτηρίζονται ως διαμαγνητικά.
Διαμαγνητικά υλικά ονομάζονται τα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα λίγο μεγαλύτερη της μονάδας
 Διαμαγνητικά υλικά ονομάζονται τα υλικά που έχουν μαγνητική διαπερατότητα λίγο μεγαλύτερη της μονάδας.
 Η τοποθέτησή τους σε ένα μαγνητικό πεδίο συνεπάγεται την ελάττωση  της έντασής του.

ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΛΟΓΩ ΤΗΣ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣ ΣΙΔΗΡΟΥ

 Θεωρούμε το φάσμα του ομογενούς μαγνητικού πεδίου του παρακάτω σχήματος.
Ομογενές μαγνητικό πεδίο
 Τοποθετούμε ένα μικρό κομμάτι σίδηρο μέσα σ΄αυτό το μαγνητικό πεδίο.Μετά την εισαγωγή  του σιδήρου  το φάσμα αλλοιώνεται όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Οι δυναμικές γραμμές παραμορφώνονται,και  φαίνεται να θέλουν να περάσουν όσο  το δυνατό περισσότερες μέσα από  το σίδηρο.
Το μαγνητικό πεδίο μετά την εισαγωγή του  σιδήρου.Οι δυναμικές γραμμές εκτρέπονται
 Τώρα τοποθετούμε ένα σιδερένιο κυκλικό δακτύλιο μέσα σ΄αυτό το μαγνητικό πεδίο.Επίσης υπάρχει παραμόρφωση των δυναμικών γραμμών  του πεδίου.Παρατηρούμε  ότι πολλές δυναμικές γραμμές παραμορφώνονται και περνούν από  τη μάζα του σιδήρου,ενώ από  το κοίλωμα δεν περνά καμία δυναμική γραμμή και άρα σ' αυτόν το χώρο δεν υπάρχει μαγνητικό πεδίο.
Το μαγνητικό πεδίο μετά την εισαγωγή του κυκλικού κυλινδρικού σιδερένιου πυρήνα
 Την  ιδιότητα αυτή  εκμεταλλευόμαστε,ώστε να προστατεύσουμε τα ρολόγια από ισχυρούς μαγνήτες,που ονομάζονται αντιμαγνητικά ρολόγια.

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗΣ
ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Είδαμε ότι σε ένα σημείο του άξονα του σωληνοειδούς κοντά στο κέντρο του,το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου είναι:

                                                     B = kμ·4·π·N·I   

 Στην περίπτωση που βάλουμε κάποιο σιδηρομαγνητικό υλικό στο σωληνοειδές η ένταση του μαγνητικού πεδίου του σωληνοειδούς θα δίνεται από τη σχέση:

                                                     B = μ·kμ·4·π·N·I

Στην περίπτωση που βάλουμε κάποιο σιδηρομαγνητικό υλικό μαγνητικής διαπερατότητας μ στο σωληνοειδές τότε η ένταση του μαγνητικού πεδίου του σωληνοειδούς αυξάνεται κατά μ
 Για παράδειγμα αν χρησιμοποιήσουμε μαλακό σίδηρο που έχει μ=12.000 τότε το μαγνητικό πεδίο θα μεγαλώσει κατά 12.000 φορές.
Η μαγνήτιση του σιδήρου είναι παροδική και παύει πρακτικά να υφίσταται μετά τη διακοπή του ρεύματος στο σωληνοειδές
 Η μαγνήτιση του σιδήρου είναι παροδική και παύει πρακτικά να υφίσταται μετά τη διακοπή του ρεύματος στο σωληνοειδές.

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗ

 Ο ηλεκτρομαγνήτης είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου με τη βοήθεια συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος.
Ο ηλεκτρομαγνήτης είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου με τη βοήθεια συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος
 Αποτελείται από μια ράβδος μαλακού σιδήρου ή χαλκού που λέγεται πυρήνας του ηλεκτρομαγνήτη και από ένα σύρμα που τυλίγεται στον πυρήνα και λέγεται πηνίο. 
Ηλεκτρομαγνήτης ονομάζεται το σύστημα που αποτελείται από μια ράβδος μαλακού σιδήρου ή χαλκού που λέγεται πυρήνας του ηλεκτρομαγνήτη και από ένα σύρμα που τυλίγεται στον πυρήνα και λέγεται πηνίο
 Ηλεκτρομαγνήτης ονομάζεται το σύστημα που αποτελείται από μια ράβδος μαλακού σιδήρου ή χαλκού που λέγεται πυρήνας του ηλεκτρομαγνήτη και από ένα σύρμα που τυλίγεται στον πυρήνα και λέγεται πηνίο.

Οι ηλεκτρομαγνήτες έχουν μεγάλη ελκτική δύναμη
 Οι ηλεκτρομαγνήτες έχουν μεγάλη ελκτική δύναμη και οφείλουν την ανακάλυψή τους στο Φαραντέι. 

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗ 

 Αν συνδέσουμε τα άκρα του πηνίου με τους πόλους μιας πηγής τότε ο πυρήνας του ηλεκτρομαγνήτη έχει ιδιότητες μαγνήτη.Αυτό συμβαίνει γιατί προσανατολίζονται τα στοιχειώδη ηλεκτρικά ρεύματα των ατόμων του σιδήρου ή χαλκού και δημιουργούν ένα νέο πηνίο.

Όταν πάψει να περνά ρεύμα από το πηνίο ο σίδηρος χάνει τη μαγνήτισή του
 Όταν πάψει να περνά ρεύμα από το πηνίο ο σίδηρος χάνει τη μαγνήτιση του,ενώ ο χαλκός τη διατηρεί.
Στους ηλεκτρομαγνήτες δίνουν συνήθως σχήμα πετάλου για να είναι κοντά οι άκρες του,που λέγονται πόλοι του ηλεκτρομαγνήτη, και να έλκουν μαζί
 Στους ηλεκτρομαγνήτες δίνουν συνήθως σχήμα πετάλου για να είναι κοντά οι άκρες του,που λέγονται πόλοι του ηλεκτρομαγνήτη,και να έλκουν μαζί.
 Αν αντί για μαλακό σίδηρο βάλουμε χάλυβα,διαπιστώνουμε ότι,ακόμα και αν διακόψουμε το ρεύμα, ο χάλυβας διατηρεί τις μαγνητικές του ιδιότητες,γίνεται δηλαδή ένας μόνιμος μαγνήτης.

ΙΣΧΥΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗ 

 Η ισχύς του ηλεκτρομαγνήτη εξαρτάται και από την ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος, που μέχρι μια ορισμένη τιμή βρίσκεται σε σχέση ευθείας αναλογίας μ' αυτή,καθώς και από το πλήθος των σπειρών του πηνίου.
Η ισχύς του ηλεκτρομαγνήτη εξαρτάται και από το πλήθος των σπειρών του πηνίου
 Για να έχει ένας ηλεκτρομαγνήτης περισσότερη ισχύ θα πρέπει να έχει:
α) περισσότερα πηνία.
β) περισσότερο ρεύμα.
γ) πλησιέστερα μεταξύ τους πηνία. 
δ) έναν πυρήνα σιδήρου στο κέντρο του πηνίου. 
ε) κάμψη τους πόλους του μαγνήτη πιο κοντά για να κάνουν ένα μαγνήτη σε σχήμα U.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΗ

 Σήμερα ο ηλεκτρομαγνήτης έχει πολλές πρακτικές εφαρμογές.Η βιομηχανία κατασκευάζει ηλεκτρομαγνήτες κάθε μορφής και κάθε μεγέθους.
Ο ηλεκτρομαγνήτης έχει πολλές πρακτικές εφαρμογές
 Χρησιμοποιούνται σε πολλές περιπτώσεις,όπως στις μηχανές που προσφέρουν εσωτερικά μαγνητικά πεδία,σε γερανούς για σήκωμα σιδηρούχων υλικών,στους τηλεγραφικούς δέκτες,στα ηλεκτρικά κουδούνια,στους διακόπτες κ.λπ.
Η βιομηχανία κατασκευάζει ηλεκτρομαγνήτες κάθε μορφής και κάθε μεγέθους
 Επειδή ένας ηλεκτρομαγνήτης ασκεί δύναμη όσο σε αυτόν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα,τον χρησιμοποιούμε σε γερανούς.Με αυτούς τους γερανούς ανυψώνουμε βαριά μεταλλικά αντικείμενα,τα οποία βεβαίως αποτελούνται από σιδηρομαγνητικά υλικά.
Ένα ηλεκτρικό κουδούνι
 Όταν ο ηλεκτρομαγνήτης λειτουργεί,έλκει τα μεταλλικά αντικείμενα.Μετά τη μεταφορά τους διακόπτουμε τη λειτουργία του ηλεκτρομαγνήτη και τα αντικείμενα απελευθερώνονται.

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΓΕΡΑΝΟΣ
ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΣ ΓΕΡΑΝΟΣ
ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Η ιδιότητα που έχει ένας ηλεκτρομαγνήτης μαλακού σιδήρου με το πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται μπορούμε να τη εκμεταλλευτούμε για να σηκώνουμε πολύ βαριά αντικείμενα.


Ένας γερανός εφοδιασμένος με  ένα  τέτοιο ηλεκτρομαγνήτη ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικός γερανός
 Ένας γερανός εφοδιασμένος με  ένα  τέτοιο ηλεκτρομαγνήτη ονομάζεται ηλεκτρομαγνητικός γερανός.
Ηλεκτρομαγνητικός γερανός ονομάζεται ο γερανός που είναι εφοδιασμένος με ένα ηλεκτρομαγνήτη μαλακού σιδήρου με το πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται
 Ηλεκτρομαγνητικός γερανός ονομάζεται ο γερανός που είναι εφοδιασμένος με ένα ηλεκτρομαγνήτη μαλακού σιδήρου με το πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται.

ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΓΕΡΑΝΟΥ


 Ο  πεταλοειδής  ηλεκτρομαγνήτης έλκει με  μεγάλη δύναμη  τον οπλισμό  του που  είναι φτιαγμένος από μαλακό σίδηρο.
Αρχή λειτουργίας ηλεκτρομαγνητικού γερανού
 Όμως για να αποσπαστεί  αυτός από  τον ηλεκτρομαγνήτη, πρέπει να ασκηθεί πάνω του μία δύναμη F την οποία την ονομάζουμε φέρουσα δύναμη.Συνεπώς είναι προφανές ότι ο ηλεκτρομαγνήτης μπορεί να σηκώσει σώματα που το βάρος τους είναι μικρότερο της φέρουσας δύναμης.
Η κατασκευή ενός ηλεκτρομαγνητικού γερανού
 Στην περίπτωση που θέλουμε να ανυψώσουμε  σιδερένια αντικείμενα μπορούμε να μη χρησιμοποιήσουμε καθόλου τον οπλισμό αλλά να αποτελέσουν οπλισμό τα ίδια τα σιδερένια αντικείμενα,π.χ. φορτοεκφόρτωση πλοίου.

ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΓΕΡΑΝΟΥ

 Οι ηλεκτρομαγνητικοί γερανοί χρησιμοποιούνται ευρέως στην ανύψωση και μετακίνηση βαρέων μεταλλικών αντικειμένων, τα οποία βεβαίως αποτελούνται από σιδηρομαγνητικά υλικά.Όταν ο ηλεκτρομαγνήτης λειτουργεί,έλκει τα μεταλλικά αντικείμενα.Μετά τη μεταφορά τους διακόπτουμε τη λειτουργία του ηλεκτρομαγνήτη και τα αντικείμενα απελευθερώνονται.
Οι ηλεκτρομαγνητικοί γερανοί χρησιμοποιούνται ευρέως στην ανύψωση και μετακίνηση βαρέων μεταλλικών αντικειμένων,τα οποία βεβαίως αποτελούνται από σιδηρομαγνητικά υλικά
 Ηλεκτρομαγνήτες έχουν ιδιαίτερη απλότητα και πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα εργαλεία ανύψωσης.Είναι πιο γρήγοροι και πιο εύκολοι να να δουλεύουν.




Παρακαλώ αναρτήστε:

author

ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ τμήμα ΦΥΣΙΚΗΣ τομέαs ΑΣΤΡΟΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ μέλοs τηs ΕΝΩΣΗΣ ΕΛΛΗΝΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Αποκτήστε δωρεάν ενημερώσεις!!!

ΣΤΕΡΓΙΟΣ ΠΕΛΛΗΣ | 6:48 μ.μ. | | | | Best Blogger Tips

ΤΡΟΠΟΙ ΜΑΓΝΗΤΙΣΗΣ ΥΛΙΚΩΝ

|
ΤΡΟΠΟΙ ΜΑΓΝΗΤΙΣΗΣ ΥΛΙΚΩΝ
ΤΡΟΠΟΙ ΜΑΓΝΗΤΙΣΗΣ ΥΛΙΚΩΝ
ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Μαγνήτιση ονομάζεται η διαδικασία μετάδοσης των ιδιοτήτων του μαγνήτη σε μεταλλικά ή μαγνητικά σώματα.

Μαγνήτιση ονομάζεται η διαδικασία μετάδοσης των ιδιοτήτων του μαγνήτη σε μεταλλικά ή μαγνητικά σώματα
 Για να μαγνητιστεί ο σίδηρος πρέπει να βρεθεί μέσα σε μαγνητικό πεδίο.Το μαγνητικό πεδίο προσανατολίζει τους στοιχειώδες μαγνήτες ,όπως ακριβώς και τη μαγνητική βελόνα.Όσο ισχυρότερο είναι το πεδίο,τόσο καλύτερα προσανατολίζονται οι στοιχειώδεις μαγνήτες και επομένως τόσο μεγαλύτερη γίνεται η μαγνήτιση του σιδήρου.
Το μαγνητικό πεδίο προσανατολίζει τους στοιχειώδες μαγνήτες ,όπως ακριβώς και τη μαγνητική βελόνα
 Ισχυρή μαγνήτιση μπορούμε να πετύχουμε με έναν ηλεκτρομαγνήτη.
Μαγνήτιση από ηλεκτρομαγνήτη
 Αν δεν διαθέτουμε ηλεκτρομαγνήτη,μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα μαγνήτη ή ακόμα και το γήινο μαγνητικό πεδίο,για να μαγνητίσουμε κάποιο υλικό.
  Γενικά υπάρχουν τρεις τρόποι μαγνήτισης:
α) Μαγνήτιση με επαφή.
β) Μαγνήτιση με επαγωγή.
γ) Μαγνήτιση με τριβή.

ΜΑΓΝΗΤΙΣΗ ΜΕ ΕΠΑΦΗ

 Κρεμάμε στο νότιο πόλο ενός μαγνήτη  ένα σιδερένιο καρφί.Παρατηρούμε ότι το άκρο  του καρφιού,μπορεί να συγκρατήσει  ένα δεύτερο καρφί.Στην συνέχεια συνεχίζουμε να κρεμάμε καρφιά ώστε να φτιάξουμε μια αλυσίδα.

Κρεμάμε στο νότιο πόλο ενός μαγνήτη  ένα σιδερένιο καρφί
 Αργότερα  απομακρύνουμε  το μαγνήτη και βλέπουμε ότι αν  το καρφί ήταν από μαλακό σίδηρο η αλυσίδα  καταστρέφεται και τα καρφιά χάνουν  τις μαγνητικές τους  ιδιότητες.Αντίθετα αν  το καρφί ήταν από ατσάλι η αλυσίδα παραμένει.Ο τρόπος μαγνήτισης των καρφιών ονομάζεται μαγνήτιση με επαφή.
Τα καρφιά μαγνητίζονται
 Στην περίπτωση που  τα καρφιά  είναι σε επαφή με  το μαγνήτη,οι μαγνητικές περιοχές ευθυγραμμίζονται.Αντίθετα όταν χάνουν την επαφή τους με το μαγνήτη οι μαγνητικές περιοχές,επανέρχονται σε κατάσταση αταξίας και  το καρφί χάνει τη μαγνήτιση  του.

ΜΑΓΝΗΤΙΣΗ ΜΕ ΕΠΑΓΩΓΗ

 Πλησιάζουμε  ένα κομμάτι σιδήρου κοντά σε έναν ισχυρό μαγνήτη και παρατηρούμε  ότι ο σίδηρος  έλκει  τα ρινίσματα σιδήρου που βρίσκονται κοντά του.Μπορούμε να βγάλουμε το συμπέρασμα ότι ο σίδηρος μαγνητίστηκε.Αυτός ο τρόπος μαγνήτισης  ονομάζεται μαγνήτιση με επαγωγή
Μαγνήτιση με επαγωγή
 Η μαγνήτιση του σιδήρου οφείλεται στον προσανατολισμό των μαγνητικών περιοχών  του,επειδή βρίσκεται στο μαγνητικό πεδίο  του μαγνήτη.

ΜΑΓΝΗΤΙΣΗ ΜΕ ΤΡΙΒΗ


 Τρίβουμε ένα μαγνήτη πάνω σ' ένα ατσάλινο καρφί,πάντα κατά την ίδια φορά.Παρατηρούμε ότι  το καρφί μαγνητίζεται.Σήμερα γνωρίζουμε  ότι αυτό συμβαίνει,επειδή  οι μαγνητικές περιοχές του καρφιού προσανατολίζονται.
Αν και τρίβουμε μόνο το βόρειο πόλο το καρφί αποκτά βόρειο και νότιο πόλο
 Πριν πολλά χρόνια πίστευαν  ότι ο μαγνήτης προσδίδει  στο καρφί ένα μέρος από τη «μαγνητική ουσία» που διέθετε.Αυτό όμως δεν ισχύει γιατί όταν τρίψουμε το μαγνήτη με πολλά καρφιά η απώλεια «μαγνητικής ουσίας» από  το μαγνήτη θα ήταν πολλαπλάσια και έτσι ο μαγνήτης θα εξασθενούσε σημαντικά.Κάτι  τέτοιο όμως δε συμβαίνει.




Παρακαλώ αναρτήστε:

author

ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ τμήμα ΦΥΣΙΚΗΣ τομέαs ΑΣΤΡΟΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ μέλοs τηs ΕΝΩΣΗΣ ΕΛΛΗΝΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Αποκτήστε δωρεάν ενημερώσεις!!!

ΣΤΕΡΓΙΟΣ ΠΕΛΛΗΣ | 7:32 μ.μ. | | | | | Best Blogger Tips

ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ ΣΑΡΩΣΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ

|
ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ ΣΑΡΩΣΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ

(SCANNING TUNNELING MICROSCOPE STM)
ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟ ΣΑΡΩΣΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ
ΕΙΣΑΓΩΓΗ

 Η υπόθεση της ύπαρξης των ατόμων υφίσταται χιλιάδες χρόνια.Ξεκινάει τουλάχιστον από το Δημόκριτο.Μέχρι πρόσφατα τα άτομα παρέμεναν υποθετικά και όχι παρατηρήσιμα.
Το πρώτο ήταν το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας το 1981,που αναπτύχθηκε από τον Gerd Binnig και Heinrich Rohrer
 Το 1981 οι Ελβετοί φυσικοί Gerd Binnig και Heinrich Rohrer ανέπτυξαν το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM) που μας έδωσε τη δυνατότητα να «δούμε» άτομα.Για την ανακάλυψή τους τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ μόλις τέσσερα χρόνια μετά.

ΑΡΧΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΟΥ ΣΑΡΩΣΗΣ ΣΗΡΑΓΓΑΣ

 Η λειτουργία του STM στηρίζεται στο κβαντομηχανικό φαινόμενο της σήραγγας.Εδώ θα ξεκινήσουμε χρησιμοποιώντας ένα κοντινό ανάλογο,το φαινόμενο της ολικής εσωτερικής ανάκλασης για να καταλάβουμε την αρχή λειτουργίας του STM.
Ένα σύγχρονο μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM) 
 Μία μονοχρωματική δέσμη φωτός που διαδίδεται μέσα σε ένα γυάλινο πλακίδιο και προσπίπτει σε μια έδρα του με γωνία μεγαλύτερη από την κρίσιμη crit) ανακλάται κατά εκατό τοις εκατό.Το φαινόμενο λέγεται ολική εσωτερική ανάκλαση.Στην πραγματικότητα το κύμα του φωτός δε σταματάει ακαριαία πάνω στην ανακλαστική επιφάνεια.Για πολύ μικρό διάστημα, ένα τμήμα της δέσμης, συνεχίζει την πορεία του και έξω από το γυάλινο πλακίδιο.Αυτό μπορούμε να το δείξουμε πλησιάζοντας ένα δεύτερο γυάλινο πλακίδιο κοντά στο πρώτο.Το φωτεινό κύμα που πέρασε έξω από το πρώτο γυάλινο πλακίδιο και εξασθενεί ταχύτατα παραλαμβάνεται από το δεύτερο πλακίδιο και διαδίδεται μέσα σ' αυτό.Η ένταση του μεταδιδόμενου κύματος στο δεύτερο πλακίδιο εξαρτάται από το πόσο κοντά φέραμε τα δύο πλακίδια μεταξύ τους.
Το φωτεινό κύμα που πέρασε έξω από το πρώτο γυάλινο πλακίδιο και εξασθενεί ταχύτατα παραλαμβάνεται από το δεύτερο πλακίδιο και διαδίδεται μέσα σ' αυτό.Η ένταση του μεταδιδόμενου κύματος στο δεύτερο πλακίδιο εξαρτάται από το πόσο κοντά φέραμε τα δύο πλακίδια μεταξύ τους
 Μια από τις σημαντικότερες ανακαλύψεις του εικοστού αιώνα είναι ότι τα σωματίδια συμπεριφέρονται ως κύματα.Όπως το φως μπορεί να διαπεράσει την «απαγορευμένη περιοχή» ανάμεσα στα πλακίδια έτσι και τα σωματίδια μπορούν να διαπεράσουν με το φαινόμενο σήραγγας περιοχές που σύμφωνα με την κλασική θεωρία είναι απαγορευμένες.Ένα απλό παράδειγμα του φαινομένου σήραγγας έχουμε στην περίπτωση δύο μετάλλων που βρίσκονται πολύ κοντά το ένα στο άλλο χωρίς όμως να έρχονται σε επαφή.Μια διαφορά δυναμικού εφαρμόζεται ανάμεσα στα δύο μέταλλα.Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του κομματιού στα αριστερά δεν έχουν αρκετή ενέργεια για να περάσουν στο κομμάτι στα δεξιά.Εντούτοις,όπως τα φωτεινά κύματα,τα κύματα που είναι συνδεδεμένα με τα ηλεκτρόνια δε σταματούν ακαριαία στα όρια της επιφάνειας του μετάλλου αλλά εκτείνονται και έξω από αυτό εξασθενώντας πολύ γρήγορα.Εάν το κενό ανάμεσα στα δύο κομμάτια μετάλλου είναι πολύ μικρό, το ηλεκτρόνιο-κύμα μπαίνει στο δεύτερο κομμάτι πριν εξασθενήσει ολοκληρωτικά και διαδίδεται μέσα σ' αυτό. Ένα ρεύμα ρέει ανάμεσα στα δύο μεταλλικά ηλεκτρόδια.Το ρεύμα αυτό αυξάνεται εκθετικά καθώς τα δύο τμήματα μετάλλου πλησιάζουν μεταξύ τους.
α) Τα ηλεκτρόνια στο εσωτερικό ενός μετάλλου είναι «φυλακισμένα» μέσα σ' αυτό γιατί βρίσκονται μέσα σ' ένα πηγάδι δυναμικού παραγόμενο από την έλξη των θετικών πυρήνων.Οι ενέργειες των ηλεκτρονίων αντιστοιχούν στη σκιασμένη περιοχή.Είναι φανερό ότι τα ηλεκτρόνια δεν έχουν αρκετή ενέργεια για να «δραπετεύσουν από το μέταλλο».
β) Εφαρμόζοντας μια διαφορά δυναμικού ανάμεσα σε δύο γειτονικά μεταλλικά τμήματα ψηλώνουμε τα τοιχώματα δυναμικής ενέργειας του ενός πηγαδιού σε σχέση με το άλλο κατά eV.Σύμφωνα με την κλασική θεωρία ένα φράγμα δυναμικού εξακολουθεί να εμποδίζει τα ηλεκτρόνια να περάσουν από το ένα τμήμα στο άλλο.Η κβαντομηχανική προβλέπει ότι κάποια ηλεκτρόνια μπορούν να διαπεράσουν το φράγμα
 Οι Binnig και Rohrer πέτυχαν να κατασκευάσουν ένα μικροσκόπιο εκμεταλλευόμενοι το φαινόμενο σήραγγας.Το εγχείρημα παρουσίασε μεγάλες δυσκολίες.Η τελική επιτυχία αποτελεί απόδειξη της ιδιοφυΐας των ερευνητών.
 Η κεντρική ιδέα τους ήταν να μιμηθούν κάποιον που προσπαθεί να προσδιορίσει την υφή μιας ανώμαλης επιφάνειας μέσα σε ένα σκοτεινό δωμάτιο σαρώνοντας σχολαστικά την επιφάνεια με τα δάκτυλά του πολλές φορές.
Εφαρμόζοντας μια διαφορά δυναμικού, από λίγα millivolts έως λίγα volts, ανάμεσα στην ακίδα και το δείγμα προκαλούμε ένα ρεύμα σήραγγας της τάξεως των 10-9  Α(nΑ)
 Υποθέστε ότι αντί για ένα δάκτυλο χρησιμοποιούμε μια πολύ αιχμηρή ακίδα την οποία πλησιάζουμε σ' ένα αγώγιμο δείγμα χωρίς να την φέρνουμε ποτέ σε επαφή με αυτό.Εφαρμόζοντας μια διαφορά δυναμικού, από λίγα millivolts έως λίγα volts,ανάμεσα στην ακίδα και το δείγμα προκαλούμε ένα ρεύμα σήραγγας της τάξεως των 10-9  Α(nΑ).Εάν η ακίδα κινείται παράλληλα στην επιφάνεια του δείγματος, το ρεύμα μεγαλώνει ή μικραίνει ανάλογα με το αν το δείγμα παρουσιάζει «λόφους» και «κοιλάδες» στην επιφάνειά του.Για να διατηρηθεί το ρεύμα σταθερό πρέπει η απόσταση ακίδας-δείγματος να διατηρείται σταθερή.Πρέπει δηλαδή η ακίδα να κινείται συνεχώς πλησιάζοντας ή απομακρυνόμενη από το δείγμα.Παρακολουθώντας την κίνηση της ακίδας έχουμε μια εικόνα των ανωμαλιών που παρουσιάζει η επιφάνεια του δείγματος σε κάθε θέση. 
 Με πολλαπλές σαρώσεις της επιφάνειας του δείγματος και με εξομοιώσεις που πετυχαίνουμε με τη βοήθεια ηλεκτρονικών υπολογιστών καταλήγουμε σε απεικονίσεις αγώγιμων επιφανειών σε ατομική κλίμακα.
Εικόνα 1.Προσμίξεις ατόμων χρυσού σε επιφάνεια γραφίτη.
Εικόνα 2.Άτομα άνθρακα στην επιφάνεια γραφίτη
 Γεννιέται το ερώτημα πώς είναι δυνατόν η ακίδα να κινείται μπρος-πίσω με την απαιτούμενη ακρίβεια κατά τη σάρωση της επιφάνειας;Σίγουρα αυτό δεν θα μπορούσε να γίνει με μηχανικό τρόπο,με βίδες και γρανάζια.Οι Binnig και Rohrer χρησιμοποίησαν πιεζοηλεκτρικούς κρυστάλλους για να στερεώσουν την ακίδα τους και να ελέγξουν την κίνηση της στο επίπεδο xy (σάρωση) και στον άξονα z (πλησίασμα-απομάκρυνση).
 Οι πιεζοηλεκτρικοί κρύσταλλοι αναπτύσσουν στα άκρα τους μια διαφορά δυναμικού όταν συμπιέζονται και,αντίστροφα,συμπιέζονται ή εκτείνονται όταν μια διαφορά δυναμικού εφαρμόζεται σ' αυτούς.
 Εάν εφαρμοστεί η κατάλληλη διαφορά δυναμικού στους x και y κρυστάλλους μπορούμε να εξασφαλίσουμε την κίνηση σάρωσης της ακίδας με ταχύτητες της τάξης των 10 nm/s.
Εάν εφαρμοστεί η κατάλληλη διαφορά δυναμικού στους x και y κρυστάλλους μπορούμε να εξασφαλίσουμε την κίνηση σάρωσης της ακίδας με ταχύτητες της τάξης των 10 nm/s
 Καθώς η σάρωση προχωράει,ένα κύκλωμα «νιώθει» κάθε αλλαγή στο ρεύμα σήραγγας και παράγει την κατάλληλη τάση,που εφαρμόζεται στον κρύσταλλο z μετακινώντας την ακίδα μέχρι να αποκατασταθεί η σταθερότητα του ρεύματος σήραγγας.
 Από την αρχή λειτουργίας του το STM,δε μπορεί να απεικονίσει επιφάνειες μη αγώγιμων υλικών.Για τέτοιου είδους απεικονίσεις χρησιμοποιείται το SFM (Scanning Force Microscope),το οποίο στηρίζεται στην ανίχνευση των απωστικών δυνάμεων που αναπτύσσονται ανάμεσα στα άτομα όταν αυτά πλησιάσουν πολύ μεταξύ τους.




Παρακαλώ αναρτήστε:

author

ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ τμήμα ΦΥΣΙΚΗΣ τομέαs ΑΣΤΡΟΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ μέλοs τηs ΕΝΩΣΗΣ ΕΛΛΗΝΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Αποκτήστε δωρεάν ενημερώσεις!!!

ΠΑΡΑΔΙΔΟΝΤΑΙ ΙΔΙΑΙΤΕΡΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ,ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑΣ ΓΙΑ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΤΑΞΕΙΣ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΚΑΙ ΛΥΚΕΙΟΥ------------ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΦΟΙΤΗΤΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Α.Ε.Ι , Τ.Ε.Ι. ΚΑΙ Ε.Μ.Π.------------ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ------------ Τηλέφωνο κινητό : 6974662001 ------------ Τηλέφωνο οικίας :210 7560725 ------------ Email : sterpellis@gmail.com Για οικονομική βοήθεια: Εθνική Τράπεζα της Ελλάδος:Αριθμός λογαριασμού 117/946964-81

ΠΑΡΑΔΙΔΟΝΤΑΙ ΙΔΙΑΙΤΕΡΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ,ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑΣ ΓΙΑ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΤΑΞΕΙΣ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΚΑΙ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΦΟΙΤΗΤΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Α.Ε.Ι , Τ.Ε.Ι. ΚΑΙ Ε.Μ.Π. ------------------------------------ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ Τηλέφωνο κινητό : 6974662001 Τηλέφωνο οικίας :210 7560725 Email : sterpellis@gmail.com Για οικονομική βοήθεια: Εθνική Τράπεζα της Ελλάδος:Αριθμός λογαριασμού 117/946964-81