მაგნეტიზმი

მაგნეტიზმი () — მოძრავი ელექტრული მუხტების ურთიერთქმედების ფორმა, რომელიც ხორციელდება მანძილზე მაგნიტური ველის საშუალებით. ელექტროენერგიასთან ერთად მაგნიტიზმი ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების ერთ-ერთი გამოვლინებაა. ველის კვანტური თეორიის თვალსაზრისით, ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებას ატარებს ბოზონი — ფოტონი (ნაწილაკი, რომელიც შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ელექტრომაგნიტური ველის კვანტური აგზნების სახით).

მაგნიტური ველი, ისე როგორც ვლექტრული ველი, მატერიის მოძრაობის ელექტრომაგნიტური ფორმის ერთ-ერთი გამოვლენაა. მაგნიტურ და ელექტრულ ველებს შორის სრული სიმეტრია არ არსებობს. ელექტრული ველის წყაროა ელექტრული მუხტები, რომლებიც გააჩნიათ ელემენტარულ ნაწილაკებს, ანალოგიური მაგნიტური მუხტები ბუნებაში ჯერჯერობით აღმოჩენილი არაა, თუმცა ჰიპოთეზები მაგნიტური მონოპოლის არსებობის შესაძლებლობის შესახებ დიდი ხანია გამოთქმულია.

მაგნიტური ველის წყაროა მოძრავი ელექტრული მუხტები, ანუ ელექტრული დენი. ატომური მასშტაბებით ელექტრონებისა და ნუკლონებისათვის არსებობს ორი ტიპის მიკროსკოპული დენი — ორბიტული, რომელიც დაკავშირებულია ნაწილაკების მასათა ცენტრის წინსვლითს, მოძრაობასთან, და სპინური, რომელიც ნაწილაკთა მოძრაობის შინაგან თავისუფლების ხარისხებთანაა დაკავშირებული.

ნაწილაკების მაგნეტიზმს რაოდენობრივად ახასიათებენ ორბიტული და სპინური მაგნიტური მომენტებით.

ცნობილია ნივთიერებაზე გარე მაგნიტური ველის მოქმედების ორი ძირითადი ეფექტი დიამაგნიტური და პარამაგნიტური. დიამაგნიტური ეფექტი ფარადეის ინდუქციის კანონის შედეგია. გარე მაგნიტური ველი ნივთიერებაში ისეთ ინდუქციურ დენს წარმოშობს, რომლის მაგნიტური ველი მიმართულია გარე ველის საპირისპიროდ (ლენცის წესი). ამიტომ გარე ველით წარმოქმნილი ნივთიერების დიამაგნიტური მომენტი ყოველთვის უარყოფითია ამ ველის მიმართ. თუ ატომებს აქვს ნულისაგან გინსხვავებული მაგნიტური მომენტები (სპინური, ორბიტული ან ორივე ერთად), მაშინ გარე ველი ცდილობს მათ ორიენტირებას თავისი მიმართულების გასწვრივ. ამის შედეგად წარმოიშობა გარე ველის პარალელური დადებითი მაგნიტური მომენტი, რომელსაც პარამაგნიტური მომენტი ეწოდება.

ნივთიერების მაგნიტურ თვისებებზე მნიშვნელოვან გავლვნას ახდენს ატომურ მაგნიტურ მომენტებს შორის ურთიერთქმედება, რომელსაც შეიძლება ჰქონდეს როგორც მაგნიტური, ისე ელექტრული ხასიათი. ზოგიერთ შემთხვევაში ურთიერთქმედების გამო ენერგეტიკულად ხელსაყრელი ხდება ნივთიერებაში თავისთავადი, გარე ველისაგან დამოუკიდებელი ატომური მაგნიტური წესრიგის არსებობა. ნივთიერებებს, რომლებშიც ატომური მაგნიტური მომენტები ერთმანეთის პარალელურად ლაგდება, უწოდებენ ფერომაგნეტიკებს, ხოლო ნივთიერებებს, რომლებშიც მეზობელი ატომური მაგნიტური მომენტები ანტიპარალელურად ლაგდება, — ანტიფერომაგნეტიკებს.

მაგნეტიკის მაგნიტური თვისებების აღწერისას თერმოდინამიკული მდგომარეობის განმსაზღვრელი ერთ-ერთი ძირითადი მაკროსკოპული მახასიათებელია მაგნეტიკის მოცულობის ერთეულის ჯამური მაგნიტური მომენტი — დამაგნიტებულობის ვიქტორი . როგორც ცდები აჩევნებს,  გარე ველის დაძაბულობის ფუნქციაა.  დამოკიდებულების გრაფიკს დამაგნიტებულობის მრუდი ეწოდება. მას სხვადასხვა მაგნეტიკისათვის სხვადასხვა სახე აქვს. ზოგიერთი ნივთიერებისათვის  და  სიდიდეებს შორის კავშირი წრფივია, ; -ს მაგნიტურ ამთვისებლობას უწოდებენ. იგი დიამაგნეტიკებისათვის უარვოფითია (), პარამაგნეტიკებისათვის კი — დადებითი (). ფერომაგნეტიკებში  არის -ის არაწრფივი ფუნქცია. მათი ამთვისებლობა დამოკიდებულია არა მარტო ტემპერატურასა და ნივთიერების თვისებებზე, არამედ ველის დაძაბულობაზეც.

ნივთიერების მაგნიტური თვისებები განისაზღვრება მმაგნეტიზმის ატომური მატარებლების ბუნებით და მათი ურთიერთქმედების ხასიათით. მაგნიტური მომენტის მქონე მიკრონაწილაკთა შორის ურთიერთქმედების ხასიათზე ნივთიერების მაგნიტური თვისებვბის ძლიერი დამოკიდებულების შედეგია ის, რომ ერთი და იმავე ქიმიური შემადგენლობის ნივთიერებებს სხვადასხვა გარეშე პირობებში (აგრვთვე სსვადასხვა კრისტალურ ან ფაზურ მდგომარეობაში) შეიძლვბა განსხვავებული მაგნიტური თვისებები ჰქონდვთ. მაგალითად, Fe, Co, Ni, კრისტალურ მდგომარეობაში განსაზღვრულ ტემპერატურაზე დაბლა (კიურის წერტილი) ფერომაგნიტური თვისებები აქვთ, კიურის წვრტილის ზემოთ კი ამ თვისებას კარგავენ. მაგნეტიზმის მოვლენათა ძლიერ ფართო დიაპაზონი განაპირობებს მის უაღრესად დიდ როლს ბუნების მოვლენებში, მეცნიერებასა და ტექნიკაში.

ლიტერატურა