అయస్కాంతత్వం
వస్తువుల యొక్క ఒక అయస్కాంత క్షేత్రామునకు పరమాణు సంబంధముగా కాని లేక ఉప పరమాణు స్థాయిలో కాని ప్రతిస్పందించే లక్షణమును అయస్కాంతత్వం అంటారు. ఉదాహరణకు, ఫెర్రో అయస్కాంతత్వం అత్యంత ప్రాచుర్యము పొందిన అయస్కాంతత్వం. కొన్ని ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థములు వారి సొంత అయస్కాంత క్షేత్రమును ఉత్పత్తి చేసుకుంటాయి. అయినప్పటికీ, అన్ని వస్తువులు అధికంగా కాని తక్కువగా కానీ అయస్కాంత క్షేత్రము ఉండడము వలన ప్రభావితము అవుతాయి. కొన్ని అయస్కాంత క్షేత్రమునకు ఆకర్షింపబడతాయి (పారా అయస్కాంతత్వం); ఇతరములు అయస్కాంత క్షేత్రము వలన త్రోసివేయబడతాయి (డయా అయస్కాంతత్వం) ; మరి కొన్ని అనువర్తిత అయస్కాంత క్షేత్రముతో క్లిష్టమైన సంబంధము కలిగి ఉంటాయి. అయస్కాంత క్షేత్రముల వలన చాల తక్కువగా ప్రభావితము అయ్యే పదార్థాలను నాన్-మాగ్నెటిక్ పదార్థాలు అంటారు. అవి రాగి, అల్యూమినియం, వాయువులు, మరియు ప్లాస్టిక్.
ఒక పదార్థము యొక్క అయస్కాంత స్థితి (లేక దశ) ఉష్ణోగ్రత (మరియు ఒత్తిడి వంటి ఇతర అస్థిరములు మరియు అనువర్తిత అయస్కాంత క్షేత్రము) పై ఆధారపడి ఉంటుంది. దీనివల్ల ఉష్ణోగ్రత మొ. వాటి ఆధారముగా వస్తువు ఒకటి కంటే ఎక్కువ అయస్కాంతత్వం రకాలను ప్రదర్శిస్తుంది.
అరిస్టాటిల్ ప్రకారము అయస్కాంతత్వంపై మొట్టమొదటి శాస్త్రీయ చర్చలు థాలేస్ అనే శాస్త్రజ్ఞుడు చేశాడు. ఈయన క్రీ.పూ. 625 నుండి క్రీ.పూ. 545 వరకు జీవించారు. అదే సమయములో ప్రాచీన భారతదేశములో, భారతీయ శస్త్రవైద్యుడు, శుశ్రుత, మొదటిసారిగా శస్త్రచికిత్సలలో అయస్కాంతమును ఉపయోగించాడు.
ప్రాచీన చైనాలో, అయస్కాంతత్వం గురించిన మొదటి పరిచయం క్రీ.పూ. 4వ శతాబ్దమునకు చెందిన ఒక పుస్తకము, "బుక్ ఆఫ్ ది డెవిల్ వ్యాలీ మాస్టర్" (鬼谷子) లో "ది లోడ్ స్టోన్ ఇనుమును తన దగ్గరకు వచ్చేట్టు చేస్తుంది లేదా అది ఇనుమును ఆకర్షిస్తుంది". సూది ఆకర్షింపబడడము గురించి క్రీ.శ. 20 మరియు 100 మధ్య రచించబడిన ఒక పుస్తకములో ("లౌఎంన్-హేంగ్" ) లో ఉంది: "ఒక లోడ్ స్టోన్ సూదిని ఆకర్షిస్తుంది". ప్రాచీన చైనా శాస్త్రజ్ఞుడు షెన్ కుయో (1031–1095) మొదటిసారిగా అయస్కాంత సూది కంపాస్ గురించి మరియు ట్రూ నార్త్ అనే ఖగోళ ప్రత్యయము ఉపయోగించడము వలన అది నౌకయానములో కచ్చితత్వమునకు ఉపయోగపడిందని వ్రాసాడు. ("డ్రీం పూల్ ఎస్సేస్", AD 1088), మరియు 12 వ శతాబ్దము నాటికి చైనీయులు నౌకయానములో లోడ్ స్టోన్ దిక్సూచిని ఉపయోగించారు. వాళ్ళు లోడ్ స్టోన్ తో ఒక స్పూన్ తయారు చేశారు. ఈ స్పూన్ యొక్క హ్యాండిల్ ఎప్పుడూ దక్షిణమునే చూపించేది.
1187నాటికి యూరోప్లో అలెక్సాండర్ నెక్‌హాం మొదటిసారిగా దిక్సూచిని మరియు నౌకా యానములో దాని ఉపయోగాల గురించి వివరించాడు. 1269లో, పీటర్ పెరేగ్రినాస్ డే మరికోర్ట్ అయస్కాంతముల లక్షణాలను వివరిస్తూ మొదటి గ్రంథమైన "ఎపిస్టోల డే మాగ్నేటే"ను రచించారు. 1282లో, యెమెన్ శాస్త్రవేత్త, ఖగోళశాస్త్రవేత్త మరియు భూగోళశాస్త్రవేత్త అయిన అల్-అష్రఫ్, అయస్కాంతముల లక్షణాల గురించి మరియు పొడి దిక్సూచిని గురించి చర్చించాడు.
1600లో విలియం గిల్బర్ట్ తన "డే మాగ్నేటే, మాగ్నేటిసిస్క్యూ కోర్పోరిబాస్, ఎట్ డే మాగ్నో మగ్నేటీ టేల్యూర్" లను ప్రచురించారు. ("అయస్కాంతము మరియు అయస్కాంత వస్తువులు మరియు అతి పెద్ద ఆయస్కాంతమైన భూమి గురించి" ). ఈ పుస్తకాలలో ఆయన తన నమూనా భూమి అయిన టెర్రెల్లాతో చేసిన ఎన్నో ప్రయోగాల గురించి వివరించారు. ఆయన ప్రయోగాల నుండి, భూమి తనకు తానే ఒక ఆయస్కాంతమని మరియు ఈ కారణంగానే దిక్సూచి ఉత్తరానికి చూపించిందని నిర్ధారించాడు. (ఇంతకు మునుపు కొంతమంది అది ఒక ధ్రువనక్షత్రము పొలారిస్ అని నమ్మేవారు లేక దిక్సూచిని ఆకర్షించే ఉత్తరాన ఉన్న ఒక పెద్ద అయస్కాంత ద్వీపమని నమ్మేవారు).
విద్యుత్ శక్తి మరియు అయస్కాంతత్వం మధ్య ఉన్న సంబంధము గురించి 1819 నుండి తెలియసాగింది. ఇది యూనివర్సిటి ఆఫ్ కోపెన్హగెన్ లో ఆచార్యుడు అయిన హాన్స్ క్రిస్టియన్ ఓయెర్స్టెడ్ రచించిన ఒక గ్రంథము వలన తెలిసింది. ఈయన అనుకోని ఒక సంఘటన వలన విద్యుత్ ప్రవాహము ఒక దిక్సూచి సూదిని ప్రభావితం చేయగలదని కనుగొన్నాడు. ఈ ప్రముఖమైన ప్రయోగమును ఓయెర్స్టెడ్ ప్రయోగము అంటారు. ఎన్నో ఇతర ప్రయోగాలు అనుసరించాయి: 1820లో ఆండ్రే-మారీ ఆంపియర్, ఒక మూసివున్న మార్గములో తిరుగుతున్న అయస్కాంత క్షేత్రము ఆ మార్గము యొక్క చుట్టుకొలత గుండా ప్రవహిస్తున్న విద్యుత్తుకు సంబంధించి ఉంటుందని కనుగొన్నాడు; కార్ల్ ఫ్రెడ్రిచ్ గాస్; జీన్-బాప్టిస్ట్ బయోట్మరియు ఫెలిక్స్ సవర్ట్, ఇద్దరు 1820లో బయోట్-సవర్ట్ సూత్రముతో ముందుకు వచ్చారు. ఈ సూత్రము ఒక విద్యుత్-వాహక తంతి నుండి అయస్కాంత క్షేత్రమునకు సమీకరణమును ఇచ్చింది; 1831లో మైఖేల్ ఫారడే సమయ మార్పులతో ఒక తంతి యొక్క కొక్కి గుండా ప్రవహించే అయస్కాంత ధార వోల్టేజీని ప్రేరేపిస్తుందని కనుగొన్నాడు. మరియు ఇతరులు అయస్కాంతత్వం మరియు విద్యుత్ శక్తి మధ్య సంబంధాలను కనుగొన్నారు. జేమ్స్ క్లార్క్ మాక్స్వెల్ ఈ అంతర్గత నిజాలను విస్తరణ చేసి మరియు కలిపి ఒక కొత్త విషయాన్ని మాక్స్వేల్స్ సమీకరణాలుగా చెప్పారు. ఈయన విద్యుత్ శక్తి, అయస్కాంతత్వం మరియు ఆప్టిక్స్ మూడింటిని విద్యుదయస్కాంతత్వం అనే క్షేత్రమునకు తీసుకొని వచ్చారు. 1905లో, ఐన్స్టీన్ తన ప్రత్యేక సాపేక్షత సిద్ధాంతమును ముందుకు సాగించుటకు మూడు సూత్రాలను ఉపయోగించాడు. ఆ సూత్రాలన్నీ ప్రస్తుత స్థితి యొక్క చట్రంలో నిజమని ఉపయోగించారు.
విద్యుదయస్కాంతత్వం 21వ శతాబ్దములో అభివృద్ధి చెందసాగింది మరియు మరిన్ని ప్రాథమిక సిద్ధాంతాలలో ఉపయోగిమ్పబడింది : గాజ్ సిద్ధాంతము, క్వాంటం ఎలెక్ట్రో డైనమిక్స్, ఎలెక్ట్రోవీక్ సిద్ధాంతము, మరియు అంతిమంగా స్టాండర్డ్ మోడల్.
ఆంగ్యులర్ మొమెంటం మరియు అయస్కాంతత్వం మధ్య సన్నిహిత సంబంధం ఉంది. ఇది మాక్రోస్కోపిక్ స్కేల్ పై, ఐన్స్టీన్-డే-హాస్ ప్రభావముతో "రొటేషన్ బై మాగ్నెటైజేషన్ లో మరియు దాని వ్యతిరేకము బర్నేట్ట్ ప్రబావము లేక "మాగ్నెటైజేషన్ బై రొటేషన్" వ్యక్తపరచబడుతుంది.
పరమాణు మరియు ఉప-పరమాణు స్కేల్స్ వద్ద, ఈ సంబంధము ఒక అయస్కాంత కదలిక నుండి ఆంగ్యులర్ మొమెంటానికి నిష్పత్తిగా వ్యక్తపరచబడుతుంది - గైరో అయస్కాంత నిష్పత్తి.
అయస్కాంతత్వం, మూలములలో, రెండు మూలాల నుండి పుడుతుంది:
అయస్కాంత వస్తువులలో, మాగ్నెటైజేషన్ యొక్క మూలాలు : కేంద్రకము చుట్టూ ఎలెక్ట్రాన్ యొక్క కక్ష్యలో ఆంగ్యులార్ చలనము మరియు ఎలెక్ట్రాన్ల అంతర్గత అయస్కాంత కదలిక (చూడండి "ఎలెక్ట్రాన్ అయస్కాంత డైపోల్ కదలిక" ). అయస్కాంతత్వం యొక్క ఇతర మూలాలు : వస్తువులో ఎలెక్ట్రాన్ అయస్కాంత కదలికల కంటే ఎన్నో వేలసార్లు చిన్నవైన న్యూక్లియై యొక్క న్యూక్లియర్ అయస్కాంత కదలిక లు. కాబట్టి ఇవి వస్తువుల మాగ్నెటైజేషన్ సందర్భములో లెక్కింపబడవు. వేరే సందర్భాలలో న్యూక్లియర్ అయస్కాంత కదలికలు ప్రాముఖ్యం కలిగినవి ముఖ్యంగా న్యూక్లియర్ మాగ్నెటిక్ రెసోనన్స్ (NMR) మరియు మాగ్నెటిక్ రెసోనన్స్ ఇమేజింగ్ (MRI)
సాధారణంగా, వస్తువులో ఉన్న అనేకమైన ఎలెక్ట్రాన్లు అయస్కాంత కదలికలు (కక్ష్యలోనివి మరియు అంతర్గాతమైనవి) రద్దు చేయబడే విధంగా ఏర్పాటు చేయబడి ఉంటాయి. దీనికి కారణము, కొంత వరకు, పాలీ ఎక్స్క్లూషన్ సూత్రము ఫలితంగా వ్యతిరేక అంతర్గతా అయస్కాంత కదలికలతో జత అయ్యేందుకు (చూడండి "ఎలెక్ట్రాన్ అమరిక" ), లేకా సున్నా నెట్ కక్ష్య చలనముతో నిండిన సబ్ షెల్స్ గా కలిసేందుకు. ఈ రెండు సందర్భాలలో, ప్రతి ఎలెక్ట్రాన్ నుండి అయస్కాంత కదలికలను రద్దు చేసే విధంగా ఈ ఎలెక్ట్రాన్ల ఏర్పాటు ఉంటుంది. అంతేకాకుండా, జత చేయబడని ఎలెక్ట్రాన్లు మరియు/లేక నిమ్పని సబ్ షెల్స్ ఉండే విధంగా ఎలెక్ట్రాన్ అమరిక "ఉన్నప్పుడు", తరచూ ఘన పదార్ధములో ఉన్న వివిధ ఎలెక్ట్రాన్లు వేరువేరు దిశలలో అయస్కాంత కదలికలు ఇస్తాయి. దీని వలన వస్తువు అయస్కాంతము కాదు.
అయినప్పటికీ కొన్నిసార్లు - సహజంగా కాని లేక అనువర్తిత బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రము వలన కానీ -- ప్రతి ఎలెక్ట్రాన్ యొక్క అయస్కాంత కదలిక సగటున వరుసలో ఉంటుంది. అప్పుడు వస్తువు మొత్తం అయస్కాంత క్షేత్రమును ఉత్పన్నం చేయగలదు. ఇది బలంగా ఉంటుంది.
ఒక వస్తువు యొక్క అయస్కాంత ప్రవర్తన దాని నిర్మాణక్రమముపై ఆధారపడి ఉంటుంది, ముఖ్యంగా దాని ఎలెక్ట్రాన్ అమరిక పై, పైన చెప్పబడిన కారణముల చేత, మరియు ఉష్నోగ్రతపైన కూడ. అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద, అక్కడక్కడ ఉష్ణ చలనము ఎలెక్ట్రాన్లకు కలవడం మరింత కష్టతరం చేస్తుంది.
డయా అయస్కాంతత్వం అన్ని వస్తువులలో కనిపిస్తుంది. అది వస్తువుల యొక్క అనువర్తిత అయస్కాంత క్షేత్రమును వ్యతిరేకించే ప్రవృత్తి మరియు దీనివలన అయస్కాంత క్షేత్రముచే దూరము త్రోసివేయబడడము. అయినప్పటికీ, పారా అయస్కాంత లక్షణాలు కలిగిన వస్తువులలో (అంటే, బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రమును పెంచే ప్రవృత్తి కలిగినది) పారా అయస్కాంత ప్రవర్తన ఆధిపత్యంలో ఉంటుంది. ఈ విధంగా, సామాన్యంగా జరిగేదే అయినప్పటికీ, డయా అయస్కాంత ప్రవర్తన అటువంటి డయా అయస్కాంత వస్తువులలో మాత్రమే కనిపిస్తుంది. డయా అయస్కాంత వస్తువులో, జతచేయబడనటువంటి ఎలెక్ట్రాన్లు ఉండవు కాబట్టి అంతర్గత ఎలెక్ట్రాన్ అయాస్కాంత ప్రాముఖ్యతలు ఎటువంటి ప్రభావాన్ని ఉత్పన్నం చేయలేవు. ఇటువంటి సందర్భాలలో, ఎలెక్ట్రాన్ యొక్క కక్ష్యలో కదలికల వలన మాగ్నటైజేషన్ ఉత్పన్న మౌతుంది. ఇది సాంప్రదాయికంగా క్రింది విధంగా వివరించవచ్చు:
ఈ వివరణ కొత్తగా కనిపెట్టుటకు ఉపయోగపడేదిగా మాత్రమే వాడబడింది; సరిగ్గా అర్ధం చేసుకొనుటకు క్వాంటం-మెకానికల్ వివరణ అవసరము అవుతుంది.
అన్ని వస్తువులు ఈ కక్ష్య ప్రతిస్పందనకు గురి అవుతాయని గమనించండి. అయినప్పటికీ, పారా అయస్కాంత మరియు ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థాలలో, డయా అయస్కాంత ప్రభావము జతచేయబడనటువంటి ఎలెక్ట్రాన్ల వలన వచ్చిన బలమైన ప్రభావమునకు గురి అవుతాయి.
పారా అయస్కాంత వస్తువులో "జతచేయబడని ఎలెక్ట్రాన్లు" ఉంటాయి, అంటే, తమలో ఒకే ఒక్క ఎలెక్ట్రాన్ కలిగిన పరమాణు లేక అణు సంబధిత కక్ష్యలు ఉంటాయి. అంతర్గత (స్పిన్) అయస్కాంత ప్రాముఖ్యతలు కలిగి ఉండుటకు జత చేయబడిన ఎలెక్ట్రాన్లకు పాలీ ఎక్స్‌క్లూషన్ సూత్రము అవసరము అవుతుంది. ఈ ప్రాముఖ్యతలు వ్యతిరేక దిశలో సూచిస్తూ ఉంటాయి మరియు వాటి అయస్కాంత క్షేత్రములు తుడిచివేయబడతాయి. ఒక జతచేయబడని ఎలెక్ట్రాన్ ఏ దిశలోనైనా స్వేచ్ఛగా తన అయస్కాంత ప్రముఖ్యను కలప గలదు. బాహ్య అయస్కాంత క్షేత్రము అనువర్తింప చేయబడినపుడు, ఈ అయస్కాంత కదలికలు అనువర్తిత క్షేత్రము దిశలోనే కలుస్తాయి. దీనివల అది బలపడుతుంది.
పారా అయస్కాంత పదార్థము వలెనే ఒక ఫెర్రో అయస్కాంతము కూడా జతచేయబడని ఎలెక్ట్రాన్లు కలిగి ఉంటుంది. అయినప్పటికీ, "అనువర్తిత క్షేత్రము" నకు సమాంతరంగా ఉండే ఎలెక్ట్రాన్ల యొక్క అంతర్గత అయస్కాంత కదలికల యొక్క ప్రవృత్తికి తోడు "అదనం"గా ఈ వస్తువులలో అయస్కాంత కదలికలకు "ఒకదానికి ఒకటి" సమాంతరంగా ఉండే ప్రవృత్తి కూడా ఉంటుంది. దీని వలన తక్కువ స్థాయి శక్తి స్థితిలో ఉంటాయి. ఈ విధంగా, అనువర్తిత క్షేత్రము తీసివేసినపుడు కూడా, వస్తువులలో ఎలెక్ట్రాన్లు సమాంతర ఓరియెంటేషన్ నిర్వహిస్తాయి.
ప్రతి ఫెర్రో అయస్కాంత పదార్థము తన సొంత వ్యక్తిగత ఉష్ణోగ్రత కలిగి ఉంటుంది. దీనిని క్యూరీ ఉష్ణోగ్రత లేక క్యూరీ బిందువు అంటారు. ఈ ఉష్ణోగ్రత దాటితే ఆ పదార్థము తన ఫెర్రో అయస్కాంత లక్షణాలను కోల్పోతుంది. దీనికి కారణము ఫెర్రో అయస్కాంత క్రమము వలన అపవ్యవస్థ పట్ల ఉష్ణ ప్రవృత్తి శక్తిని తగ్గిస్తుంది.
సులభముగా గుర్తించదగ్గ అయస్కాంత లక్షణాలను ప్రదర్శించే (అయస్కాంతములుగా ఏర్పడుటకు) కొన్ని ఫెర్రో అయస్కాంత వస్తువులు : తుత్తినాగము, ఇనుము, కోబాల్ట్, గడోలినియం మరియు వాటి మిశ్రధాతువులు.
ఫెర్రో అయస్కాంత వస్తువులోని పరమాణువుల అయస్కాంత కదలిక వాటిని చిన్న చిన్న శాశ్వత అయస్కాంతములుగా ప్రవర్తించేలా చేస్తుంది. అవి ఒకదానికి ఒకటి అతుక్కొని ఉంటాయి మరియు తమను తాము చిన్న ప్రాంతాలుగా అమర్చు కుంటాయి. ఇవి ఒకేరీతి అమరికలో ఉంటాయి. వీటిని అయస్కాంత డొమెయిన్స్ లేక వీస్ డొమెయిన్స్ అంటారు. ఒక అయస్కాంత బల సూక్ష్మ దర్శినితో అయస్కాంత డొమెయిన్స్ లను పరిశీలించవచ్చు మరియు అయస్కాంత డొమెయిన్స్ యొక్క సరిహద్దులను గుర్తించవచ్చు. ఇవి తెల్లని గీతాలుగా గీయబడతాయి.భౌతికంగా అయస్కాంత క్షేత్రములను చూపించే ఎన్నో శాశ్త్రీయ ప్రయోగాలు ఉన్నాయి.
ఒక డొమెయిన్ లో అనేకమైన అణువులు ఉన్నప్పుడు, అది అస్థిరమై రెండు డొమెయిన్లుగా విభజించబడి వ్యతిరేక దిశలలో నిలబెట్టబడతాయి. దీని వలన కుడివైపు చూపిన విధంగా ఎక్కువ స్థిరంగా అతుక్కొని ఉంటాయి.
ఒక అయస్కాంత క్షేత్రమునకు బహిరంగ పడినపుడు, డొమెయిన్ యొక్క సరిహద్దులు కదిలి అయస్కాంత క్షేత్రముతో కలిసి ఉన్న డొమెయిన్లు పెరుగుతాయి మరియు ఎడమ వైపు చూపిన విధంగా నిర్మాణక్రమమును ఆధిపత్యం ప్రదర్శిస్తాయి. అయస్కాంత క్షేత్రము తీసివేసినపుడు, డొమెయిన్లు అయస్కాంతము లేని స్థితికి చేరుకోలేక పోవచ్చు. దీని వలన ఫెర్రో అయస్కాంత వస్తువు అయాస్కాంతము కలిగినది ఒక శాశ్వత అయస్కాంతముగా ఏర్పడుతుంది.
ప్రస్తుతము ఉన్న డొమెయిన్ మిగత అన్నిటి కంటే ఒకే డొమెయిన్ లో అధిపత్యము ప్రదర్శించే విధగా ఎక్కువ శక్తివంతంగా అయస్కాంతముగా చేయబడినపుడు, ఆ వస్తువు ఆయస్కాంతపరంగా పూర్తిగా నిమ్పబడింది. అయస్కాంతము చేయబడిన ఒక ఫెర్రో అయస్కాంతపు వస్తువు క్యూరీ బిందువు ఉష్ణోగ్రతకు వేడి చేసినపుడు, అణువులు కదిలించబడి అయస్కాంత డొమెయిన్ తన ఆర్గనైజేషన్ కోల్పోతాయి మరియు అవి కలిగించే అయస్కాంత లక్షణాలు రద్దుకాబడతాయి. వస్తువు చల్లార్చబడినపుడు, ఈ డొమెయిన్ అమరిక నిర్మాణ క్రమము తక్షణమే తిరిగి వస్తుంది. ఒక ద్రవము గడ్డ కట్టి స్ఫటిక వలె ఘనము లోనికి మారే విధంగా.
ఒక యాంటి ఫెర్రో ఆయస్కాన్తములో, ఫెర్రో అయస్కాంతము లాగా కాకుండా, ప్రక్కన ఉండే కలిసే ఎలెక్ట్రాన్ల అంతర్గత అయస్కాంత కదలికలకు "వ్యతిరేక" దిశలో సూచించే ఒక ప్రవృత్తి ఉంటుంది. ఒక పదార్ధములో అన్ని పరమాణువులు ప్రతి ఒకటి 'వ్యతిరేక-అమరిక'లో అమర్చబడితే ఆ పదార్థము యాంటి ఫెర్రో అయస్కాంతము . యాంటిఫెర్రో అయస్కాంతములు సున్నా నికర అయస్కాంత కదలిక కలిగి ఉంటాయి, అంటే వాటి నుండి ఎటువంటి క్షేత్రము ఉత్పన్నం కాదు. యాంటిఫెర్రో అయస్కాంతములు ఇతర రకాల ప్రవర్తనలను పోల్చుకుంటే, చాలా తక్కువ సామాన్యత కలిగి ఉంటాయి మరియు తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద గమనించబడతాయి. మారుతున్న ఉష్నోగ్రతలలో, యాంటిఫెర్రో అయస్కాంతములు డయా అయస్కాంతము మరియు ఫెర్రి అయస్కాంత లక్షణములు ప్రదర్శిస్తాయి.
కొన్ని వస్తువులలో, ప్రక్క ఎలెక్ట్రాన్లు వ్యతిరేక దిశగా సూచించాలని అనుకుంటాయి కాని వాటికి "ప్రతి" జత వ్యతిరేక అమరికలో ఉండేవిధంగా ఎటువంటి క్షేత్రమితి అమరిక లేదు. దీనిని స్పిన్ గ్లాస్ అంటారు మరియు ఇది క్షేత్రమితి భంగము నకు ఉదాహరణ.
ఫెర్రో అయస్కాంతత్వం మాదిరిగానే, క్షేత్రము లేనప్పుడు కూడా ఫెర్రి అయస్కాంతాలు తమ మాగ్నెటైజేషన్ ను పట్టి ఉంచుకుంటాయి. అయినప్పటికీ, యాంటి ఫెర్రో అయస్కాంతముల మాదిరిగా, ఎలెక్ట్రానిక్ స్పిన్ల ప్రక్కనున్న జతలు వ్యతిరేక దిశలో సూచిస్తాయి. ఈ రెండు లక్షణాలు విరుద్ధమైనవి కావు ఎందుకంటే ఆప్టిమల్ క్షేత్రమితి ఏర్పాటులో, ఒకే దిశలో చూపించే ఎలెక్ట్రాన్ల ఉపఅల్లిక నుండి అయస్కాంత కదలికలు, వ్యతిరేక దిశలో సూచించే బిందువుల అల్లిక నుండి ఎక్కువగా ఉంటాయి.
మొట్టమొదటిగా కనుగొనబడిన అయస్కాంత పదార్థము, మాగ్నెటైట్, సహజంగా ఒక ఫెర్రో అయస్కాంతము; అయినప్పటికీ, లూయిస్ నీల్ ఫెర్రి అయస్కాంతము యొక్క ఆవిష్కరణతో దీనిని తప్పని నిరూపించారు.
ఒక ఫెర్రో అయస్కాంతము లేక ఫెర్రి అయస్కాంతము చాల చిన్నదిగా ఉన్నప్పుడు, అది బ్రౌనియన్ కదలికకు గురి అయ్యే ఒకేఒక అయస్కాంత స్పిన్ లాగా ఉంటుంది. పారా అయస్కాంతము వలెనే అయస్కాంత క్షేత్రమునకు దీని యొక్క ప్రతిస్పందన నాణ్యతసంబంధితముగా ఉంటుంది కాని పరిమాణంలో ఎక్కువ.
విద్యుత్ ప్రవాహము ద్వారా ఆయస్కాంతత్వము ఉత్పత్తి చేయబడే ఒక రకమైన అయస్కాంతమును విద్యుదయస్కాంతము అంటారు. విద్యుత్ ఆగిపోయినపుడు అయస్కాంత క్షేత్రము కూడా అదృశ్యము అవుతుంది.
లేక ఒక అయస్కాంతము
ప్రత్యేక సాపేక్షత యొక్క ఐన్స్టీన్ సిద్ధాంతమునకు పర్యవసానముగా, విద్యుత్ శక్తి మరియు అయస్కాంతత్వం ప్రాథమికంగా పరస్పరం సంబంధించి ఉంటాయి. విద్యుత్ శక్తి లేని అయస్కాంతత్వం మరియు అయస్కాంతత్వం లేని విద్యుత్ శక్తి రెండు ప్రత్యేక సాపేక్షతతో పోసగానివే. దీనికి కారణములైన ప్రభావములు - పొడవు సంకోచము, సమయము పెరుగుట మరియు అయస్కాంత బలము గమన వేగాముపై ఆధారపడి ఉండనే వాస్తవము. అయినప్పటికీ, విద్యుత్ శక్తి మరియు అయస్కాంతత్వం రెండు పరిగణనలోనికి తీసుకుంటే, ఫలితంగా వచ్చే సిద్ధాంతము (విద్యుదయస్కాంతము) ప్రత్యేక సాపేక్షతకు పూర్తిగా అనుగుణంగా ఉంటుంది. ముఖ్యంగా, ఒకరికి పూర్తిగా ఎలెక్ట్రిక్ అని అనిపించే విషయము మరొకరికి అయస్కాంతము అనిపించవచ్చు లేక మరింత సామాన్యముగా విద్యుత్ శక్తి మరియు అయస్కాంతత్వం రెండూ కూడా సందర్భానికి తగినట్లుగా అనుకూలముగా ఆధారపడి ఉంటాయి. ఈ విధంగా, ప్రత్యేక సాపేక్షత విద్యుత్ శక్తి మరియు అయస్కాంతత్వం రెండింటిని విడదీయలేని విద్యుదయస్కాంతముగా ఒకటి చేస్తుంది. ఇది స్థలము మరియు సమయము కలయికతో వచ్చిన స్పేస్ టైంకు సమాంతరముగా భావించవచ్చు.
అయస్కాంతత్వం ప్రక్రియ అయస్కాంత క్షేత్రము ద్వారా "మధ్యవర్తిత్వము" చేయబడుతుంది. ఒక విద్యుత్ ప్రవాహము లేక అయస్కాంత డైపోల్ ఒక అయస్కాంత క్షేత్రమును సృష్టిస్తుంది మరియు ఆ క్షేత్రాము తన వంతుగా ఆ క్షేత్రములో ఇతర కణాలపై అయస్కాంత బలములు అందిస్తుంది.
మాక్స్వెల్ సమీకరణాలు, స్థిర ప్రవాహము విషయములో బయోట్-సవర్ట్ సూత్రమునకు సూక్ష్మీకరించబడినది, ఈ బలములను పాలించే క్షేత్రముల యొక్క మూలము మరియు ప్రవర్తన గురించి వివరిస్తుంది. అందుచేత, విద్యుత్ చేత చార్జ్ చేయబడిన కణములు కదలికలో ఉన్నప్పుడు అయస్కాంతత్వం ప్రదర్శించబడుతుంది. ఉదాహరణకు, ఒక విద్యుత్ ప్రవాహములో ఎలెక్ట్రాన్ల కదలికల నుండి లేక కొన్ని సందర్భాలలో పరమాణువు యొక్క కేంద్రకము చుట్టూ ఎలెక్ట్రాన్ల యొక్క కక్ష్యలో చలనము వలన. అవి క్వాంటం-యాంత్రిక స్పిన్ నుండి పుట్టిన "అంతర్గత" అయస్కాంత డైపోల్ లుల నుండి కూడా పుడతాయి.
అయస్కాంత క్షేత్రములు సృష్టించే ఇదే రకమైన పరిస్థితులు --ఒక ప్రవాహములో కానీ ఒక పరమాణువులో కాని మరియు అంతర్గత అయస్కాంత డైపోల్స్ కానీ కదిలేల్ చార్జ్ -- ఇవి అన్ని కూడా బలము సృష్టించే ఒక అయస్కాంత క్షేత్రము ప్రభావము కలిగి ఉండే పరిస్థితులు. క్రింద చలనములో ఉన్న చార్జ్ యొక్క సూత్రము ఇవ్వబడింది: అంతర్గత డైపోల్ పై బలముల కొరకు, అయస్కాంత డైపోల్ చూడండి.
ఒక చార్జ్ చేయబడిన కణము ఒక అయస్కాంత క్షేత్రము B గుండా కదిలితే, అది క్రాస్ ప్రాడక్ట్ ద్వారా వచ్చిన ఒక లారెంజ్ బలము F అనుభవిస్తుంది :
ఇక్కడ:
ఇది ఒక క్రాస్ ప్రాడక్ట్ కాబట్టి, బలము కణము యొక్క కదలిక మరియు అయస్కాంత క్షేత్రము రెండింటికీ లంబముగా ఉంటుంది. కణముపై అయస్కాంత బలము ఎటువంటి పని చేయదని తెలుస్తుంది; అది కణము యొక్క చలన దిశను మార్చవచ్చు, కాని అది దానిని వేగవంతము కాని నెమ్మది కాని చేయలేదు. బలము యొక్క పరిమాణం
ఇక్కడ formula_4 v మరియు B ల మధ్య కోణము
చలన చార్జ్ యొక్క వెలాసిటి వెక్టార్ యొక్క దిశను, అయస్కాంత క్షేత్రమును మరియు వినియోగించిన బలమును నిర్ణయించే ఒక పరికరము - మీ కుడి చేతి చూపుడు వేలు "V", మధ్య వేలు "B" మరియు బొటన వేలు "F". గన్-మాదిరి అమరిక చేసేటప్పుడు, చూపుడు వేలు క్రిందనుండి మధ్య వేలు దాటేలా ఉంచితే, వరుసగా వేళ్ళు వెలాసిటి వెక్టార్, అయస్కాంత క్షేత్ర వెక్టార్ మరయు బలము వెక్టార్ సూచిస్తాయి. కుడి చేయి సూత్రము కూడా చూడండి.
అయస్కాంత క్షేత్రము యొక్క మూలము ప్రకృతిలో చూపబడినది "దక్షిణ ధ్రువము" మరియు ఒక "ఉత్తర ధ్రువము" కలిగిన ఒక డైపోల్. ఈ పదాలు ఆయస్కాంతాలను దిక్సూచికలుగా ఉపయోగించబడినపుడు, భూమి యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రముతో పరస్పర చర్యలతో ఉత్తరము మరియు దక్షిణమును గ్లోబు పై సూచించేవి. అయస్కాంతము యొక్క వ్యతిరేక ధ్రువాలు ఆకర్షించబడతాయి కాబట్టి, ఒక అయస్కాంతము యొక్క ఉత్తర ధ్రువము మరొక అయస్కాంతము యొక్క దక్షిణ ధ్రువమును ఆకర్షిస్తుంది. భూమి యొక్క ఉత్తర అయస్కాంత ధ్రువము (ప్రస్తుతము ఆర్క్టిక్ మహాసగుర్తుములో ఉన్నది, కెనడాకు ఉత్తరాన) భౌతికంగా ఒక దక్షిణ ధ్రువము. ఎందుకంటే అది దిక్శూచి యొక్క ఉత్తర ధ్రువమును ఆకర్షిస్తుంది కాబట్టి.
ఒక అయస్కాంత క్షేత్రము శక్తి కలిగి ఉంటుంది మరియు భౌతిక వ్యవస్థలు తక్కువ శక్తి ఉన్న అమరికల వైపు కదులుతాయి. ఒక డయాఅయస్కాంత వస్తువును అయస్కాంత క్షేత్రములో ఉంచినపుడు, ఒక అయస్కాంత డైపోల్, ఆ క్షేత్రములో వ్యతిరేక ధ్రువముతో కలిసేందుకు చూస్తుంది. దీనివలన క్షేత్రము యొక్క నికర శక్తి తగ్గుట్టుంది. ఒక అయస్కాంత క్షేత్రములో ఫెర్రో అయస్కాంత వస్తువును ఉచినట్లయితే, అయస్కాంత డైపోల్స్ అనువర్తిత క్షేత్రముతో కలుసుటకు చూస్తాయి. దీనితో అయస్కాంత డొమెయిన్స్ యొక్క సరిహద్దులు విస్తరించబడతాయి.
ఒక బార్ అయస్కాంతములో సమంగా పంపిణీ చేయబడిన ఎలెక్ట్రాన్ల నుండి ఒక బార్ అయస్కాంతము ఫెర్రో ఆయస్కాంతత్వము పొందుతుంది కాబట్టి, ఒక బార్ ఆయస్కాన్తమును సగమునకు కోసినపుడు, ఫలితముగా వచ్చిన ప్రతి చిన్న ముక్క ఒక బార్ అయస్కాంతము అవుతుంది.. ఒక అయస్కాంతమునకు ఉత్తర ధ్రువము మరియు దక్షిణ ధ్రువము ఉంటాయని చెప్పబడినప్పటికీ, ఈ రెండు ధ్రువాలను ఒకదాని నుండి మొరొక దానిని వేరు చేయలేము. ఒక మొనోపోల్ - ఒకవేళ ఇటువంటిది ఉంటె -- అది ఒక కొత్త మరియు ప్రాథమికంగా వేరు రకమైన అయస్కాంత వస్తువు అవుతుంది. అది ఒక వేరుచేయబడిన ఉత్తర ధ్రువము, దక్షిణ ధ్రువమునకు కలపబడని దానివలె ఉంటుంది లేక దీనికి వ్యతిరేకముగా కూడా. మొనోపోల్స్ "అయస్కాంత చార్జ్"ను కలిగి ఉంటాయి. ఇవి విద్యుత్ చార్జ్ కు సంబంధించి ఉంటుంది. 1931 నుండి క్రమమైన పరిశోధనలు జరిగినప్పటికీ, , అవి ఎప్పుడు పరిశీలించబడలేదు మరియు ఉండకపోవచ్చు కూడా.
అయినప్పటికీ, కొన్ని థియరెటికల్ భౌతికశాస్త్ర నమూనాలు ఈ అయస్కాంత మొనోపోల్స్ ఉన్నాయని ముందుగానే తెలిపాయి. 1931లో పాల్ డిరాక్ ఈ విధంగా పరిశీలించాడు, విద్యుత్ శక్తి మరియు అయస్కాంతత్వం ఒక అవయవాను రూపత్వము ప్రదర్శిస్తాయి కాబట్టి, విడదీయబడిన దక్షిణ లేక ఉత్తర అయస్కాంత ధ్రువాలు పరిశీలించబడాలి. ఇది వ్యక్తిగత ఋణాత్మక మరియు ధనాత్మక చార్జ్ లు వ్యతిరేక ఛార్జ లేకుండానే పరిశీలించవచ్చని క్వాంటం సిద్ధాంతము చెప్పిన మాదిరిగానే చేయవచ్చునని అన్నారు. క్వాంటం సిద్ధాంతమును ఉపయోగించి డిరాక్, అయస్కాంత మొనోపోల్స్ ఉన్నట్లయితే, ఎలెక్ట్రిక్ చార్జ్ యొక్క క్వాన్టైజేషన్ ను వివరించవచ్చునని - అంటే పరిశీలించబడిన ఎలిమెంటరి కణములు ఎలెక్ట్రాన్ యొక్క చార్జ్ కంటే ఎన్నో రెట్లు ఉన్న చార్జ్ లను ఎందుకు తరలిస్తున్నాయో వివరించవచ్చునని చెప్పారు.
కొన్ని గ్రాండ్ యూనిఫైడ్ సిద్ధాంతాలు మొనోపోల్స్ ఉన్నాయని చెప్తున్నాయి. ఇవి ఎలిమెంటరి కణముల మాదిరిగా కాకుండా, సోలిటన్లు (లోకలైజ్డ్ శక్తి ప్యాకెట్లు) బిగ్ బాంగ్ లోని మొనోపోల్స్ యొక్క సంఖ్యను తెలుసుకొనుటకు ఈ నమూనాలను ఉపయోగించిన తోలి ఫలితాలు ఖగోళ పరిశోధనా ఫలితాలతో సరిపోలేదు - మొనోపోల్స్ ఎంతగా పెద్దగా మరియు ఎక్కువగా ఉండోచునంటే అవి విశ్వం యొక్క పరిమాణ విస్తీరణ పెరుగుదలను ఆపగలిగెంత. కానీ, ఇంఫ్లేషణ్ అనే అంశము (దేనికోసమైతే ఈ సమస్య మోటివేషన్ గా పనికొస్తుందో అది) ఈ సమస్యను పరిష్కరించడంలో విజయం సాధించింది. ఇవి మొనోపోల్స్ కలిగి ఉన్న నమూనాలను తయారు చేసింది. కానీ అవి ప్రస్తుత పరిశీలనలకు సరిపోయేంత అరుదు.
సూత్రప్రకారముగా, అన్ని రకాల అయస్కాంత శక్తులు నిర్దిష్టమైన (సూపర్ కండక్టివిటికు సమానంగా) క్వాంటం మెకానికల్ సంఘటనను అంత సులువుగా వివరించడం కుదరదు. (ఉదాహరణకు, క్వాంటం మెకానిక్స్ కు సంబంధించిన గణిత సూత్రాలు, ముఖ్యంగా స్పిన్ మరియు పాలీ సూత్రానికి సంబంధించినవి).
1927లో ఒక నమూనాను వాల్టర్ హీట్లర్ మరియు ఫ్రిట్స్ లండన్ విజయవంతంగా నిర్మించారు. వీరు, క్వాంటంను యాంత్రికంగా సాధించగలిగారు, మరియు హైడ్రోజన్ పరమాణువుల నుండి హైడ్రోజన్ అణువులు ఎలా తయారయ్యాయి, అంటే హైడ్రోజన్ పరమాణువు ఆర్బిటాల్లు formula_5 మరియు formula_6కేంద్రకం "A" మరియు "B" వద్ద కేంద్రిక్రుతమవ్వడం. కింద చూడండి. అది అయస్కాంత తత్వానికి దారితీస్తుంది అనడం ప్రత్యేక్షమైనదే కాదు, ఈ కింది విధంగా వివరింపదగినది.
హీట్లర్-లండన్ సిద్ధాంతం ప్రకారం, టూ-బాడి మాలికులార్ formula_7 ఆర్బిటాల్స్ తయారవుతాయి, అలా వచ్చే ఆర్బిటాల్ ని కింది విధంగా నామకరణం చేస్తారు:
ఇక్కడ, ఆఖరు ఉత్పత్తి అంటే మొదటి ఎలెక్ట్రాన్, r , రెండవ కేంద్రికం వద్ద కేంద్రీకృతమైన ఎటామిక్ హైర్ద్రోజేన్ ఆర్బిటాల్ లో ఉంది. అయితే, రెండవ ఎలెక్ట్రాన్ మొదటి కేంద్రికం చుట్టూ తిరుగుతూ ఉంటుంది. ఈ మార్పు, ఒకే రకమైన లక్షణాలు ఉన్న పార్టికిల్స్ గుర్తిన్చాలేమని చెప్పే క్వాంటం మేకనికాల్ సూత్రానికి ఒక నిదర్శన. రసాయనిక బంధాలు ఏర్పడేందుకు మాత్రమే నిర్దిష్టమైనట్టు కాకుండా, అయస్కాంత తత్వానికి కూడా నిర్దిష్టమైనది. ఈ సందర్భంలో ఎక్స్చేంజ్ ఇంటరాక్షన్ అనే పదం 100 లేక 1000 ఫాక్టర్లచే ఉద్భవిస్తుంది, ఇది ఎలెక్ట్రోడైనమిక్ డైపోల్ డైపోల్ ఇంటరాక్షన్ నుండి వచ్చే శక్తి కన్నా గొప్పది.
అయస్కాంత తత్వానికి కారణమయ్యే "స్పిన్ ఫంక్షన్" formula_9 కొరకు, మనకు ఇంతకుముందే చెప్పిన పాలీ సూత్రము ఉంది. అది, ఒక సిమ్మెట్రిక్ ఆర్బిటాల్ (+ గుర్తుతో ఉన్న) ను యాంటి-సిమ్మెట్రిక్ స్పిన్ ఫంక్షన్ (- గుర్తుతో ఉన్న) గుణించాలి, మరియు దాని "వైస్ వార్సా" కూడా చేయాలి. అంటే:
అంటే, formula_11 మాత్రమే కాకుండా, formula_6 కూడా "α" మరియు "β" చే మార్పు జరపాలి. (మొదటి గుర్తు స్పిన్ అప్ ను సూచించగా, రెండవ గుర్తు స్పిన్ డౌన్ ను సూచిస్తుంది), + గుర్తును - గుర్తుతో మార్చాలి, మాఖరుగా r ను "s" (= ±½);తో మార్చాలి. కాబట్టి మనకు ఆఖరులో formula_13 మరియు formula_14 వస్తాయి. సిన్గ్లేట్ స్థితి అంటే, - గుర్తు అంటే స్పిన్నులు "యాంటి పారలెల్" అని అర్ధం, ఘన పదార్థం కొరకు మన వద్ద యాంటిఫెర్రోమాగ్నేటిజం మరియు టూ-అటమిక్ మోలికుల్స్ కొరకు ఒక డయామాగ్నేటిజం ఉన్నాయి. రసాయనిక బంధం (హోమియో పోలార్) ఏర్పడే తత్వము (అంటే, + గుర్తుతో "సిమ్మెట్రిక్" మోలికులర్ ఆర్బిటాల్ ఏర్పడడం), ఒక "యాంటిసిమ్మెట్రిక్" స్పిన్ స్థితిలో పాలీ సూత్రం ప్రకారం సాధ్యపడుతుంది. దీనికి వ్యతిరేకముగా, ఎలెక్ట్రాన్ల కులుంబ్ తరిమివేయడము, అంటే, ఈ దూరము నేట్టడము ద్వారా అవి ఒకదానిని మరొకటి తప్పించుకోవాలనే ప్రవృత్తి కలిగి ఉంటాయి. ఇది "సిమ్మెట్రిక్" స్పిన్ ఫంక్షన్ (+ గుర్తు ఉండి, ట్రిప్లెట్ ఫంక్షన్స్ లో ఒకటైన) కు కామ్ప్లిమేన్తరిగా ఉన్న ఒక "యాంటిసిమ్మెట్రిక్" కక్ష్య ప్రక్రియ (అంటే - గుర్తుతో) కు దారితీస్తుంది.. ఈ విధంగా, ఇప్పుడు స్పిన్లు "సమాంతరము"గా ఉంటాయి (ఘనములో ఫెర్రో ఆయస్కాంతత్వమునకు, రెండు-అటామిక్ వాయువులలో పారా ఆయస్కాంతత్వము).
చివర—చెప్పబడిన ప్రవృత్తి లోహాలలో ఎక్కువగా అధిగమిస్తుంది : ఇనుము, కోబాల్ట్ మరియు తుత్తినాగము మరియు "ఫెర్రో అయస్కాంతము" లైన కొన్ని అరుదైన భూములు మొదట చెప్పబడిన ప్రవృత్తి అధిగమించే ఎన్నో ఇతర లోహాలు "అయస్కాంతము కానివి" (ఉదాహరణ: సోడియం, అల్యూమినియం, మరియు మెగ్నీషియం) లేక "యాంటిఫెర్రోఅయస్కాంతము" (ఉదాహరణ: మాంగనీస్). డైఅటామిక్ వాయువులు కూడా ఇంచుమించు డై మాగ్నెటిక్. అవి పారా మాగ్నెటిక్ కాదు. అయినప్పటికీ, ఆక్సిజెన్ అణువు, π-కక్ష్యల ప్రమేయము వలన జీవ శాస్త్రములకు ముఖ్యమైనటువంటి మినహాయింపు.
పరిశీలనార్హమైన హీట్లర్-లండన్ విషయాలు అయస్కాంతత్వం యొక్క హీసేన్బర్గ్ నమూనాకు వర్తించవచ్చు. (హీసేన్బర్గ్ 1928)
ఈ ప్రక్రియ యొక్క వివరణ సున్నితమైన అన్ని క్వాంటం సాంకేతికతలపై ఆధారపడింది కాని ఎలెక్ట్రో డైనమిక్స్ ముఖ్యంగా ఫినామినలజి గురించి చెప్తుంది.కొన్ని జీవరాశులు అయస్కాంత క్షేత్రములను కూపీతీయగలవు. ఈ ప్రక్రియను మాగ్నెటోసెప్షన్ అంటారు. మాగ్నెటోబయాలజి అయస్కాంత క్షేత్రములను ఒక వైద్య చికిత్సగా అధ్యయనం చేస్తుంది. ఒక జీవరాశిచే ఉత్పత్తిచేయబడిన క్షేత్రములను బయోఅయస్కాంతత్వం అంటారు.