Сделай Сам Свою Работу на 5

ТЕМА 2. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ПОРОД И МИНЕРАЛОВ

Среда (горные порода или минерал), помещенное в магнитное поле напряженностью Н А/м под его воздействием намагничевается. Характеристика, определяющая намагничевание среды, называется магнитной индукцией В

В = µ0 (Н+J),

где J - магнитный момент единицы объема среды (или его намагниченность), µ0 – магнитная проницаемость вакуума.

Магнитный момент зависит как от интенсивности (т.е. напряженности) магнитного поля, так и от свойства горной породы – ее магнитной восприимчивости или способности горной породы намагничеваться J = • Н.

Кроме того, среда характеризуется также магнитной проницаемостью µ

µ = 1+ = .

Эта величина показывает, во сколько раз увеличивается магнитное поле в результате намагничивания среды:

В = µ0 (Н+J ) = µ0 (Н + Н) = µ0µ Н

Носителями магнетизма вещества служат электроны его атома. Электрон характеризуется:

а) спиновым магнитным моментом µВ , вызванным вращением электрона;

направление момента зависит от положения электрона в атоме;

б) орбитальным магнитным моментом.

Орбиты, заполненные электронами, не имеют магнитного момента, т. к. каждому электрону соответствует другой с противоположным по знаку магнитным моментом, компенсирующим магнитный момент первого.

Все вещества делятся на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

ДИАМАГНЕТИКИ

Диамагнетики- это элементы с заполненными орбитами. Спиновые и орбитальные магнитные моменты электронов у диамагнетиков скомпенси-рованы, и в отсутствии магнитного поля диамагнетики не намагничиваются. Это означает, что остаточной намагниченности у диамагнетиков нет: J n= 0. Воздействие внешнего магнитного поля вызывает появление у диамагнетика противоположного ему магнитного момента. Магнитная восприимчивость диамагнетиков колеблется в пределах от 0 до –5 • 10-5 СИ.

 

К диамагнетикам относятся:

а) самородные: сера, Bi, Cu, Pb, Hg, а также нефть и вода;

б) минералы без Fe: кварц, калиевый полевой шпат, ортоклаз, плагиоклаз, кальцит, гипс, галит, графит, эпидот, скаполит, хлорит.

 



ПАРАМАГНЕТИКИ

В атомах парамагнетиков магнитные моменты электронов скомпенсирова- ны не полностью. Внутренние орбиты не заполнены. Атомы и молекулы не

упорядочены из-за теплового движения. В отсутствии магнитного поля парамагнетики не намагничены, т.е. их остаточная намагниченность Jn = 0; воздействие внешнего магнитного поля ориентирует магнитные моменты атомов µа в его направлении. Магнитная восприимчивость парамагнетиков достигает 20•10-5 ед.СИ. При этом все магнитные моменты атомов ориентируются только при низких температурах или в сильном поле.

В слабом магнитном поле Земли J 0, 33 J0, где J0 = n µа – магнитное насыщение, n – число атомов в единице объема.

Магнитная восприимчивость парамагнетиков = , где C – температура Кюри, Т– это абсолютная температура. Температура Кюри это такая температура, при превышении которой вещества приобретают свойства парамагнетиков.

К парамагнетикам относятся:

а) минералы без Fe – мусковит, шпинель, топаз, апатит, доломит и др;

б) минералы с двух или трехвалентным Fe, что наделяет их магнитной восприимчивостью, достигающей 20•10-5ед. СИ: биотиты, гранаты, амфиболы, хлориты, пироксены, оливин. Примеси могут увеличивать их магнитную восприимчивость.

 

ФЕРРОМАГНЕТИКИ

 

Атомы Fe с заполненными внешними орбитами создают ферромагнитные минералы. Не заполненные внешние орбиты создают магнитные моменты у минералов Co, Ni, Ga.

Электроны в атомах ферромагнетиков также скомпенсированы не полностью. Спиновые моменты электронов параллельны и в отсутствии

 

магнитного поля создают самопроизвольную намагниченность, т.е. у ферромагнетиков имеется остаточная намагниченность J n > 0.

Если спиновые моменты электронов атомов параллельны, но разнонаправлены, то содержащие их минералы называются антиферромагнетики.Они намагничиваются очень слабо.

Слабые ферромагнетики называют – ферримагнетиками (или парамагнетиками).

Ферромагнетик, нагретый до температуры Кюри теряет ферромагнитные свойства и переходит в парамагнетик; остывший он имеет термоостаточную намагниченность J r t ( а если меньше, чем до температуры Кюри – частичную термоостаточную намагниченности J rt p).

Больше всего ферромагнетиков содержится в базальтах и габбро, меньше в гранитах.

 

К ферромагнитным минералам относятся:

Магнетит с = (8–25) ед.СИ;

Титаномагнетит, представляющийсобой раствор магнетита в ульвошпинели. Его = 13•10-5;

маггемитобразуется при частичном окислении магнетита. Он имеет = (8–25) ед.СИ. При нагревании переходит в гематит;

гематит –антиферромагненик. Его = (1–13)•10–5 ед.СИ;

пирротин – может быть ферромагнетиком с = (80– 2000) •10-5 ед.СИ или ферримагнетиком с меньшей , что зависит от содержания иона Fe +3;

сидерит;он слабомагнитен, его = (200–700) •10-5 ед.СИ.

Структура расположения магнитных доменов ферромагнетиков дана на рисунке 2а. Процесс намагничивания ферромагнетиков, имеет обратимый характер, что показано на рис.2,б. Эта зависимость называется «петлей магнитного гистерезиса».

 

Рис. 2.а. Рис. 2.б.

Здесь по оси абсцисс отложена напряженность магнитного поля Н, по оси ординат - интенсивность намагничивания J :

Jr – остаточная намагниченность, приобретаемая образцом, если Н не достигла величины Нs . Если Н достигает Нs , то наступает нормальная намагниченность насыщения Js. При уменьшении Нs до нуля, намагниченность уменьшается до J rs; это остаточная намагниченность насыщения.

Напряженность магнитного поля Земли гораздо ниже, чем намагниченность насыщения Нs . Для размагничивания породы необходимо чтобы магнитное поле достигло напряженности –Нс. Эта величина называется коэрцетивной силой.

Магнитная жесткость минералаопределяется отношением Jrs /J s . Её величина колеблется от 0 до 1. Петля гистерезиса имеет прямоугольную форму, если J rs = J s. (Такие магнетики применялись ранее для создания магнитной памяти).

Чем больше магнитная жесткость минерала, тем бòльшая магнитная сила Нс, необходимая для его размагничивания. Размагниченный ферромагнетик

состоит из очень мелких областей (доменов) намагниченных до насыщения. Но из-за хаотической их ориентировки суммарный магнитный момент близок к нулю. В слабых магнитных полях структура ферромагнетика оказываются однодоменной. В этом случае J = H, где J i = J (Н) – J (0) – индуцированная намагниченность.

Магнитные свойства породы характеризуются также фактором Q = Jn / J i , где Jn – остаточная намагниченность породы в отсутствии магнитного поля Земли.



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.