Pada awal 80-an, sektor pertanian Uni Soviet menuntut dari industri truk penggerak semua roda multifungsi yang dapat mengangkut produk pertanian langsung dari ladang ke gudang, serta dari desa ke perusahaan pengolahan. Selain itu, kerangka acuan berbicara tentang kesesuaian khusus truk untuk bekerja bersama-sama dengan mesin pertanian - traktor, kombinasi - langsung di lapangan. Artinya, dibutuhkan kendaraan berteknologi dengan kemampuan off-road dan aspal. Pada tahun 1982, insinyur NAMI, bersama dengan spesialis dari Pabrik Otomotif Kutaisi, mengembangkan truk sampah KAZ-4540, yang mulai diproduksi dua tahun kemudian. Mobil itu benar-benar baru, asli dan - tidak biasa untuk industri Soviet - memiliki persentase penyatuan yang sangat rendah dengan peralatan serial yang sudah diproduksi.

Pesaing Colchis yang diduga dapat menjadi Bedford TM 4-4 tahun 1981 universal Inggris, yang dibuat untuk tentara negara-negara NATO, tetapi dapat melakukan segalanya sama seperti truk sampah pertanian kami.

KAZ-4540

Dari luar, mobil-mobilnya sangat mirip: kabin cabover datar yang sama, "menjilat", lampu depan bundar di bemper, ban tunggal dengan tapak off-road dan ground clearance yang tinggi. Secara visual, karena kabin yang sempit dengan area kaca yang lebih kecil, mobil asing itu tampak lebih tinggi, meskipun pesaing virtual kami hampir sama tingginya. Daya dukung Colchis menurut paspor adalah 6 ton. KAZ-4540 terutama dilengkapi dengan bak pembuangan dengan pembongkaran tiga arah, tetapi dalam jumlah kecil di pabrik, dan setelah itu, dalam kondisi artisanal, berbagai peralatan khusus dipasang pada sasisnya. Bedford TM paling sering berfungsi sebagai pengangkut instalasi khusus atau evakuasi kendaraan lapis baja ringan dan truk lainnya dan mampu membawa beban seberat 6,5–8 ton (tergantung versinya).

Tidak banyak yang bisa dikatakan tentang interior truk yang dibandingkan. Baik di KAZ kami dan di dasbor "Inggris", roda kemudi dan kartu pintu terbuat dari plastik "ek", instrumen besar bundar sederhana dan informatif, kontrol banyak fungsi "didelegasikan" ke sakelar persegi panjang terpadu, dan kabin ganda kedua mobil tidak menerima tempat tidur - lagipula, mereka dirancang untuk bergerak di sepanjang rute lokal.

BedfordTM

Penggerak semua roda KAZ-4540 dilengkapi dengan mesin diesel produksi delapan silinder, yang kekuatannya 160 hp. Unit daya tidak terletak tepat di bawah kabin, tetapi dengan sedikit offset ke arah bodi. Dipasangkan dengan mesin diesel, gearbox manual delapan kecepatan, dikombinasikan dengan transfer case satu tahap, berfungsi. Menariknya, untuk menyederhanakan perawatan, kotak tidak terhubung secara kaku ke mesin, tetapi melalui poros kardan perantara. Gearbox yang dirancang khusus memungkinkan truk untuk bergerak dalam waktu lama di lahan subur sejajar dengan kombinasi dengan kecepatan minimal 2 km / jam. Dari "gadget" off-road, truk sampah dapat membanggakan penguncian diferensial gandar silang dari gandar belakang.

Sebuah turbodiesel 8,2 liter dengan 206 hp disembunyikan di bawah kabin Bedford. dalam kombinasi dengan transmisi manual enam kecepatan, sebuah "razdatka" ditempatkan di belakang kotak. Suspensi mesin secara struktural sama - pada empat pegas memanjang. Karena kemampuan off-road yang buruk dan keandalan mesin yang rendah, NATO meninggalkan kendaraan Inggris pada akhir tahun 80-an.

KAZ-4540

GAZ-4301 - Renault Midliner S100

Sejak tahun 1960-an, para pencipta telah mengikuti dua jalur menuju pembuatan truk pengantar tugas menengah - baik yang Amerika, dengan tata letak kap mesin, atau yang Eropa, dengan kabin di atas mesin. Di Uni Soviet, tata letak kap selalu lebih disukai, dan GAZ-4301 baru tahun 1984, yang menggantikan GAZ-53, menjadi sama. Pada tahun yang sama di Eropa, Renault, bersama dengan Saviem, Volvo, DAF, dan Magirus-Deutz, setelah menciptakan "Club of Four", bekerja sama dan pada 1980-81 telah merancang satu model universal, yang dalam "renault" versi itu disebut Renault Midliner S100.

Para perancang merancang truk baru dari Gorky dengan gaya yang sama dengan ZIL-169 yang lebih menahan beban: GAZ-4301 memiliki kisi-kisi radiator persegi, lampu depan di spatbor bersudut, dan bagian depan menyempit ke arah hidung. Cabover Midliner juga memiliki kabin bersudut, gril plastik yang tidak dicat, tetapi secara keseluruhan terlihat lebih modern, karena ternyata mirip dengan cabover dari tahun 90-an dan awal nol.

GAZ-4301

Sepintas, interior mobil yang dibandingkan terlihat serupa. Mereka terkait dengan plastik kasar yang murah, instrumen bulat sederhana, seluruh panel indikator lampu, ventilasi udara, dan kompartemen sarung tangan yang lapang. Namun jika dilihat lebih dekat, mobil asing tersebut menawarkan kenyamanan lebih bagi pengemudinya. Roda kemudinya empuk, dan tidak terbuat dari plastik keras, tuas perpindahan gigi terletak lebih dekat ke tempat kerja pengemudi, kursi memiliki sandaran tangan, ada tempat reguler untuk persiapan radio dan audio. Dengan biaya tambahan, Renault dapat dibeli dengan kabin tidur yang diperpanjang. GAZ-4301 dengan kursi untuk istirahat pengemudi tidak diproduksi secara massal.

GAZon dilengkapi dengan mesin diesel enam silinder GAZ-542 6,2 liter dengan kapasitas 142 hp. berpendingin udara, yang merupakan solusi universal untuk negara dengan sejumlah besar zona iklim. Motor adalah salinan berlisensi dari unit Deutz, dan sumber dayanya sebelum perbaikan dihitung pada level 300 ribu km. Gearbox manual lima kecepatan dikembangkan di rumah. Untuk menggunakan truk secara mulus bersama-sama dengan kendaraan pertanian pada kecepatan sangat rendah, rasio roda gigi dari roda gigi pertama dibuat besar. Penggeraknya secara tradisional berada di gandar belakang.

Renault Midliner S

Basis untuk Renault Midliner adalah diesel "enam" 5,4 liter berpendingin air dengan kapasitas 150 hp. Gearbox manual lima kecepatan yang dikembangkan oleh ZF Friedrichshafen bekerja dengannya. Pegas mengatasi beban dan benturan pada keempat roda kedua truk. Terlepas dari keserbagunaannya, GAZ lebih sering digunakan di daerah pedesaan, dan Renault bekerja lebih banyak di kota antara gudang dan perusahaan.

MAZ-5432 - Mercedes-Benz NG 80

Traktor bagasi dengan tingkat kenyamanan tinggi bagi pengemudi hingga awal tahun 80-an absen sebagai kelas di Uni Soviet. Tidak sia-sia bahwa Uni Soviet membeli traktor buatan asing untuk penerbangan ke Eropa Barat. Tetapi pada tahun 1981 situasinya berubah: produksi traktor truk MAZ-5432 dimulai di Minsk. Setahun sebelumnya, Mercedes-Benz memperbarui keluarga kendaraan jarak jauh Generasi Baru, yang menerima indeks NG 80.

MAZ-5432

Traktor generasi keempat dari Pabrik Mobil Minsk menerima desain baru yang radikal - pasti pada tingkat analog asing. Secara umum, kedua mesin ini secara lahiriah serupa, tetapi masing-masing memiliki fitur karakteristik yang kecil. Jadi, MAZ menonjol karena lampu penanda dan indikator arah yang terletak tinggi di tepi kabin. Anda tidak dapat mengacaukan Mercedes dengan apa pun karena panel depan kabin berbentuk baji, yang bentuknya disebabkan oleh upaya untuk meningkatkan perampingan mobil. Untuk kenyamanan masuk ke dalam kabin kedua mesin tersebut dilengkapi dengan tangga dan pegangan yang lebar di sisi-sisi kabin. Berat maksimum semi-trailer untuk MAZ adalah 21 ton, dan untuk Mercedes-Benz - 15,5–16 ton, tergantung pada versinya.

Mercedes-Benz NG80

"Jerman", tentu saja, menawarkan lebih banyak "keripik" kepada krunya, mulai dari AC dan tempat berlabuh dengan pelindung jatuh dalam bentuk jaring hingga jendela listrik. Namun demikian, MAZ juga cukup keren - peralatan dan kinerjanya yang tinggi dibuktikan dengan fakta bahwa itu menjadi mobil domestik pertama yang lulus uji homologasi di pusat penelitian di dekat ibu kota Prancis dan diizinkan beroperasi di semua jalan di Eropa. .

Mercedes-Benz NG80

Traktor Minsk dilengkapi dengan mesin diesel YaMZ-238M2 12 silinder modern dengan volume 14,86 liter dan tenaga 280 hp. Transmisi manual delapan kecepatan yang dirancang untuk itu, dilengkapi dengan demultiplier, memungkinkan untuk secara signifikan mengurangi nafsu makan truk, sehingga mobil yang dimuat dapat menempuh jarak sekitar 1.000 km dengan satu tangki penuh. Beberapa mesin diesel delapan silinder dengan tenaga dari 280 hingga 375 hp dipasang pada mobil Jerman. Kecepatan maksimum traktor dari Minsk adalah 85 km / jam, sedangkan Merc dengan mesin paling sederhana dapat berakselerasi hingga 110 km / jam. Kedua mobil memiliki power steering, rem pneumatik dengan amplifier, tetapi selain itu, mobil asing dapat dilengkapi dengan sistem rem anti-lock dengan biaya tambahan. MAZ dilengkapi dengan suspensi pegas semua roda, dan pada Mercedes-Benz NG 80 bisa berbeda: versi murah juga dilengkapi dengan pegas tua yang bagus, tetapi pada level trim yang kaya, silinder pneumatik dipasang di semua roda.

MAZ-5432

Epilog

Menyimpulkan serangkaian materi tentang membandingkan mobil domestik dan asing dari tahun 80-an, perlu dicatat bahwa sebagian besar dari mereka telah menjalani kehidupan konveyor yang sukses, dan beberapa desain, setelah modernisasi mendalam, diproduksi hingga hari ini. Tetapi untuk sejumlah pabrik mobil Soviet, dekade yang sukses inilah yang menjadi lagu utama. Setelah itu, karena pergolakan politik, industri otomotif kita mulai menurun tajam, dan hanya yang terkuat yang keluar dari situ.

Ada dua jenis magnet yang berbeda. Beberapa yang disebut magnet permanen, terbuat dari bahan "magnet keras". Sifat magnetiknya tidak terkait dengan penggunaan sumber atau arus eksternal. Jenis lain termasuk yang disebut elektromagnet dengan inti besi "magnetik lunak". Medan magnet yang diciptakan oleh mereka terutama disebabkan oleh fakta bahwa arus listrik melewati kawat belitan yang menutupi inti.

Kutub magnet dan medan magnet.

Sifat magnetik magnet batang paling terlihat di dekat ujungnya. Jika magnet semacam itu digantungkan di bagian tengah sehingga dapat berputar bebas pada bidang horizontal, maka ia akan mengambil posisi yang kira-kira sesuai dengan arah dari utara ke selatan. Ujung batang yang mengarah ke utara disebut kutub utara, dan ujung yang berlawanan disebut kutub selatan. Kutub dua magnet yang berlawanan akan saling tarik menarik, sedangkan kutub yang sejenis akan saling tolak menolak.

Jika sebatang besi yang tidak termagnetisasi didekatkan dengan salah satu kutub magnet, kutub tersebut akan menjadi magnet untuk sementara. Dalam hal ini, kutub dari batang magnet yang paling dekat dengan kutub magnet akan berseberangan namanya, dan yang terjauh akan memiliki nama yang sama. Daya tarik antara kutub magnet dan kutub berlawanan yang diinduksi olehnya di batang menjelaskan aksi magnet. Beberapa bahan (seperti baja) sendiri menjadi magnet permanen yang lemah setelah berada di dekat magnet permanen atau elektromagnet. Sebuah batang baja dapat dimagnetisasi hanya dengan melewatkan ujung magnet permanen di ujungnya.

Jadi, magnet menarik magnet lain dan benda-benda yang terbuat dari bahan magnetik tanpa bersentuhan dengannya. Tindakan seperti itu di kejauhan dijelaskan oleh adanya medan magnet di ruang di sekitar magnet. Beberapa gambaran tentang intensitas dan arah medan magnet ini dapat diperoleh dengan menuangkan serbuk besi pada selembar karton atau kaca yang diletakkan di atas magnet. Serbuk gergaji akan berbaris dalam rantai ke arah lapangan, dan kerapatan garis serbuk gergaji akan sesuai dengan intensitas bidang ini. (Mereka paling tebal di ujung magnet, di mana intensitas medan magnet paling besar.)

M. Faraday (1791–1867) memperkenalkan konsep garis induksi tertutup untuk magnet. Garis-garis induksi keluar dari magnet di kutub utara ke ruang sekitarnya, masuk ke magnet di kutub selatan, dan lewat di dalam bahan magnet dari kutub selatan kembali ke utara, membentuk loop tertutup. Jumlah garis induksi yang keluar dari magnet disebut fluks magnet. Kerapatan fluks magnet, atau induksi magnet ( PADA) sama dengan jumlah garis induksi yang melalui garis normal melalui luas dasar satuan ukuran.

Induksi magnetik menentukan gaya yang dengannya medan magnet bekerja pada konduktor pembawa arus yang terletak di dalamnya. Jika penghantar yang dialiri arus Saya, terletak tegak lurus terhadap garis induksi, maka menurut hukum Ampere, gaya F, yang bekerja pada konduktor, tegak lurus terhadap medan dan konduktor dan sebanding dengan induksi magnet, kuat arus dan panjang konduktor. Jadi, untuk induksi magnetik B kamu bisa menulis ekspresi

di mana F adalah gaya dalam newton, Saya- arus dalam ampere, aku- panjang dalam meter. Satuan ukuran untuk induksi magnet adalah tesla (T).

Galvanometer.

Galvanometer adalah perangkat sensitif untuk mengukur arus lemah. Galvanometer menggunakan torsi yang dihasilkan oleh interaksi magnet permanen berbentuk tapal kuda dengan kumparan pembawa arus kecil (elektromagnet lemah) yang tergantung di celah antara kutub magnet. Torsi, dan karenanya defleksi koil, sebanding dengan arus dan induksi magnet total di celah udara, sehingga skala instrumen hampir linier dengan defleksi kecil koil.

Gaya magnet dan kuat medan magnet.

Selanjutnya, satu kuantitas lagi harus diperkenalkan yang mencirikan efek magnetik dari arus listrik. Mari kita asumsikan bahwa arus melewati kawat kumparan panjang, di mana bahan yang dapat dimagnetisasi berada. Gaya magnetisasi adalah hasil kali arus listrik dalam kumparan dan jumlah lilitannya (gaya ini diukur dalam ampere, karena jumlah lilitan adalah besaran tak berdimensi). Kekuatan medan magnet H sama dengan gaya magnetisasi per satuan panjang kumparan. Jadi, nilai H diukur dalam ampere per meter; itu menentukan magnetisasi yang diperoleh oleh bahan di dalam koil.

Dalam induksi magnetik vakum B sebanding dengan kekuatan medan magnet H:

di mana m 0 - disebut. konstanta magnet yang memiliki nilai universal 4 p Bab 10 –7 J/m. Dalam banyak bahan, nilai B kira-kira proporsional H. Namun, dalam bahan feromagnetik, rasio antara B dan H agak lebih rumit (yang akan dibahas di bawah).

pada gambar. Gambar 1 menunjukkan elektromagnet sederhana yang dirancang untuk menangkap beban. Sumber energinya adalah baterai DC. Gambar tersebut juga menunjukkan garis gaya medan elektromagnet, yang dapat dideteksi dengan metode serbuk besi biasa.

Elektromagnet besar dengan inti besi dan jumlah belitan ampere yang sangat besar, yang beroperasi dalam mode kontinu, memiliki gaya magnetisasi yang besar. Mereka menciptakan induksi magnet hingga 6 T di celah antara kutub; induksi ini hanya dibatasi oleh tekanan mekanis, pemanasan kumparan dan saturasi magnetik inti. Sejumlah elektromagnet raksasa (tanpa inti) dengan pendingin air, serta instalasi untuk menciptakan medan magnet berdenyut, dirancang oleh P.L. Massachusetts Institute of Technology. Pada magnet seperti itu dimungkinkan untuk mencapai induksi hingga 50 T. Elektromagnet yang relatif kecil, menghasilkan medan hingga 6,2 T, mengonsumsi daya listrik 15 kW dan didinginkan oleh hidrogen cair, dikembangkan di Laboratorium Nasional Losalamos. Bidang serupa diperoleh pada suhu kriogenik.

Permeabilitas magnetik dan perannya dalam magnet.

Permeabilitas magnetik m adalah nilai yang mencirikan sifat magnetik material. Logam feromagnetik Fe, Ni, Co dan paduannya memiliki permeabilitas maksimum yang sangat tinggi - dari 5000 (untuk Fe) hingga 800.000 (untuk supermalloy). Dalam bahan seperti itu pada kekuatan medan yang relatif rendah H induksi besar terjadi B, tetapi hubungan antara kuantitas ini, secara umum, non-linier karena fenomena saturasi dan histeresis, yang dibahas di bawah ini. Bahan feromagnetik sangat tertarik oleh magnet. Mereka kehilangan sifat magnetiknya pada suhu di atas titik Curie (770 ° C untuk Fe, 358 ° C untuk Ni, 1120 ° C untuk Co) dan berperilaku seperti paramagnet, yang induksi B hingga nilai tegangan yang sangat tinggi H sebanding dengan itu - persis sama seperti yang terjadi dalam ruang hampa. Banyak unsur dan senyawa bersifat paramagnetik pada semua suhu. Zat paramagnetik dicirikan oleh magnetisasi dalam medan magnet luar; jika bidang ini dimatikan, paramagnet kembali ke keadaan tidak termagnetisasi. Magnetisasi dalam feromagnet dipertahankan bahkan setelah medan luar dimatikan.

pada gambar. Gambar 2 menunjukkan loop histeresis tipikal untuk bahan feromagnetik yang keras secara magnetis (kerugian tinggi). Ini mencirikan ketergantungan ambigu dari magnetisasi bahan yang dipesan secara magnetis pada kekuatan medan magnet. Dengan peningkatan kekuatan medan magnet dari titik awal (nol) ( 1 ) magnetisasi mengikuti garis putus-putus 1 –2 , dan nilai m berubah secara signifikan sebagai magnetisasi sampel meningkat. Pada intinya 2 saturasi tercapai, yaitu dengan peningkatan lebih lanjut dalam intensitas, magnetisasi tidak lagi meningkat. Jika kita sekarang secara bertahap menurunkan nilainya H ke nol, maka kurva B(H) tidak lagi mengikuti jalan yang sama, tetapi melewati titik 3 , mengungkapkan, seolah-olah, "memori" materi tentang "sejarah masa lalu", maka nama "histeresis". Jelas, dalam hal ini, beberapa magnetisasi sisa dipertahankan (segmen 1 –3 ). Setelah mengubah arah medan magnet menjadi kebalikannya, kurva PADA (H) melewati titik 4 , dan segmen ( 1 )–(4 ) sesuai dengan gaya koersif yang mencegah demagnetisasi. Pertumbuhan nilai lebih lanjut (- H) memimpin kurva histeresis ke kuadran ketiga - bagian 4 –5 . Penurunan selanjutnya dalam nilai (- H) menjadi nol dan kemudian meningkatkan nilai positif H akan menutup loop histeresis melalui titik 6 , 7 dan 2 .

Bahan keras secara magnetis dicirikan oleh loop histeresis lebar yang mencakup area signifikan pada diagram dan oleh karena itu sesuai dengan nilai besar magnetisasi residu (induksi magnetik) dan gaya koersif. Loop histeresis sempit (Gbr. 3) adalah karakteristik bahan magnetik lunak seperti baja ringan dan paduan khusus dengan permeabilitas magnetik tinggi. Paduan semacam itu dibuat untuk mengurangi kehilangan energi karena histeresis. Sebagian besar paduan khusus ini, seperti ferit, memiliki hambatan listrik yang tinggi, yang tidak hanya mengurangi kerugian magnetik, tetapi juga kerugian listrik akibat arus eddy.

Material magnetik dengan permeabilitas tinggi dihasilkan dengan cara annealing yang dilakukan pada suhu sekitar 1000 °C, dilanjutkan dengan tempering (pendinginan bertahap) hingga suhu kamar. Dalam hal ini, perlakuan mekanis dan termal pendahuluan, serta tidak adanya pengotor dalam sampel, sangat signifikan. Untuk inti transformator pada awal abad ke-20. baja silikon dikembangkan, nilainya m yang meningkat dengan meningkatnya kandungan silikon. Antara 1915 dan 1920, permalloy (paduan Ni dengan Fe) muncul dengan karakteristik loop histeresis sempit dan hampir persegi panjang. Nilai permeabilitas magnetik yang sangat tinggi m untuk nilai kecil H hypernic (50% Ni, 50% Fe) dan paduan mu-metal (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) berbeda, sedangkan dalam perminvar (45% Ni, 30% Fe, 25% Co ) nilai m praktis konstan selama berbagai perubahan kekuatan medan. Di antara bahan magnetik modern, kita harus menyebutkan supermalloy, paduan dengan permeabilitas magnetik tertinggi (mengandung 79% Ni, 15% Fe, dan 5% Mo).

Teori kemagnetan.

Untuk pertama kalinya, gagasan bahwa fenomena magnetik pada akhirnya direduksi menjadi fenomena listrik muncul dari Ampere pada tahun 1825, ketika ia mengungkapkan gagasan arus mikro internal tertutup yang beredar di setiap atom magnet. Namun, tanpa konfirmasi eksperimental tentang keberadaan arus seperti itu dalam materi (elektron ditemukan oleh J. Thomson hanya pada tahun 1897, dan deskripsi struktur atom diberikan oleh Rutherford dan Bohr pada tahun 1913), teori ini “memudar”. ”. Pada tahun 1852, W. Weber menyarankan bahwa setiap atom dari zat magnetik adalah magnet kecil, atau dipol magnet, sehingga magnetisasi lengkap suatu zat tercapai ketika semua magnet atom individu berbaris dalam urutan tertentu (Gbr. 4 , b). Weber percaya bahwa "gesekan" molekuler atau atom membantu magnet dasar ini untuk mempertahankan urutannya meskipun ada pengaruh getaran termal yang mengganggu. Teorinya mampu menjelaskan magnetisasi benda setelah kontak dengan magnet, serta demagnetisasi mereka pada benturan atau pemanasan; akhirnya, "perkalian" magnet juga dijelaskan ketika jarum magnet atau batang magnet dipotong-potong. Namun teori ini tidak menjelaskan asal mula magnet elementer itu sendiri, atau fenomena saturasi dan histeresis. Teori Weber diperbaiki pada tahun 1890 oleh J. Ewing, yang menggantikan hipotesis gesekan atomnya dengan gagasan gaya pembatas antar atom yang membantu mempertahankan urutan dipol dasar yang membentuk magnet permanen.

Pendekatan terhadap masalah, yang pernah diusulkan oleh Ampere, menerima kehidupan kedua pada tahun 1905, ketika P. Langevin menjelaskan perilaku bahan paramagnetik dengan menghubungkan masing-masing atom dengan arus elektron tak terkompensasi internal. Menurut Langevin, arus inilah yang membentuk magnet kecil, berorientasi secara acak ketika medan eksternal tidak ada, tetapi memperoleh orientasi yang teratur setelah penerapannya. Dalam hal ini, pendekatan untuk menyelesaikan pemesanan sesuai dengan saturasi magnetisasi. Selain itu, Langevin memperkenalkan konsep momen magnetik, yang untuk magnet atom tunggal sama dengan produk "muatan magnet" kutub dan jarak antar kutub. Jadi, lemahnya magnetisme bahan paramagnetik disebabkan oleh momen magnet total yang diciptakan oleh arus elektron yang tidak terkompensasi.

Pada tahun 1907, P. Weiss memperkenalkan konsep "domain", yang menjadi kontribusi penting bagi teori magnetisme modern. Weiss membayangkan domain sebagai "koloni" kecil atom, di mana momen magnetik semua atom, untuk beberapa alasan, dipaksa untuk mempertahankan orientasi yang sama, sehingga setiap domain termagnetisasi hingga jenuh. Domain terpisah dapat memiliki dimensi linier orde 0,01 mm dan, karenanya, volume orde 10–6 mm 3 . Domain dipisahkan oleh apa yang disebut dinding Bloch, yang ketebalannya tidak melebihi 1000 dimensi atom. "Dinding" dan dua domain yang berorientasi berlawanan ditunjukkan secara skematis pada Gambar. 5. Dinding seperti itu adalah "lapisan transisi" di mana arah magnetisasi domain berubah.

Dalam kasus umum, tiga bagian dapat dibedakan pada kurva magnetisasi awal (Gbr. 6). Pada bagian awal, dinding, di bawah aksi medan eksternal, bergerak melalui ketebalan zat sampai menemukan cacat kisi kristal, yang menghentikannya. Dengan meningkatkan kekuatan medan, dinding dapat dipaksa untuk bergerak lebih jauh melalui bagian tengah di antara garis putus-putus. Jika setelah itu kuat medan kembali diturunkan menjadi nol, maka dinding tidak lagi kembali ke posisi semula, sehingga sampel akan tetap termagnetisasi sebagian. Ini menjelaskan histeresis magnet. Pada akhir kurva, proses berakhir dengan saturasi magnetisasi sampel karena pengurutan magnetisasi dalam domain tidak teratur terakhir. Proses ini hampir sepenuhnya reversibel. Kekerasan magnetik ditunjukkan oleh bahan-bahan di mana kisi atom mengandung banyak cacat yang mencegah pergerakan dinding interdomain. Ini dapat dicapai dengan pemrosesan mekanis dan termal, misalnya dengan mengompresi dan kemudian mensinter bahan bubuk. Dalam paduan alnico dan analognya, hasil yang sama dicapai dengan menggabungkan logam menjadi struktur yang kompleks.

Selain bahan paramagnetik dan feromagnetik, terdapat bahan-bahan yang disebut dengan sifat antiferromagnetik dan ferrimagnetik. Perbedaan antara jenis magnet ini diilustrasikan pada Gambar. 7. Berdasarkan konsep domain, paramagnetisme dapat dianggap sebagai fenomena karena adanya kelompok kecil dipol magnetik dalam materi, di mana dipol individu berinteraksi sangat lemah satu sama lain (atau tidak berinteraksi sama sekali) dan oleh karena itu , dengan tidak adanya medan eksternal, mereka hanya mengambil orientasi acak (Gbr. 7, sebuah). Dalam bahan feromagnetik, dalam setiap domain, ada interaksi yang kuat antara dipol individu, yang mengarah ke keselarasan paralel yang teratur (Gbr. 7, b). Dalam bahan antiferromagnetik, sebaliknya, interaksi antara dipol individu mengarah ke keselarasan antiparalel mereka, sehingga momen magnetik total setiap domain adalah nol (Gbr. 7, di). Akhirnya, dalam bahan ferrimagnetik (misalnya, ferit) ada pemesanan paralel dan antiparalel (Gbr. 7, G), menghasilkan magnetisme yang lemah.

Ada dua konfirmasi eksperimental yang meyakinkan tentang keberadaan domain. Yang pertama adalah yang disebut efek Barkhausen, yang kedua adalah metode figur bubuk. Pada tahun 1919, G. Barkhausen menetapkan bahwa ketika medan eksternal diterapkan pada sampel bahan feromagnetik, magnetisasinya berubah dalam bagian-bagian kecil yang terpisah. Dari sudut pandang teori domain, ini tidak lebih dari kemajuan seperti lompatan dari dinding interdomain, yang menemui cacat individu yang menahannya di jalan. Efek ini biasanya dideteksi menggunakan kumparan di mana batang atau kawat feromagnetik ditempatkan. Jika magnet yang kuat secara bergantian dibawa ke sampel dan dikeluarkan darinya, sampel akan termagnetisasi dan termagnetisasi ulang. Perubahan seperti lompatan dalam magnetisasi sampel mengubah fluks magnet melalui koil, dan arus induksi tereksitasi di dalamnya. Tegangan yang muncul dalam hal ini dalam koil diperkuat dan diumpankan ke input sepasang headphone akustik. Klik yang dirasakan melalui headphone menunjukkan perubahan magnetisasi yang tiba-tiba.

Untuk mengungkapkan struktur domain magnet dengan metode angka bubuk, setetes suspensi koloid dari bubuk feromagnetik (biasanya Fe 3 O 4) diterapkan pada permukaan bahan magnet yang dipoles dengan baik. Partikel bubuk mengendap terutama di tempat-tempat dengan ketidakhomogenan maksimum medan magnet - pada batas domain. Struktur seperti itu dapat dipelajari di bawah mikroskop. Sebuah metode juga telah diusulkan berdasarkan lewatnya cahaya terpolarisasi melalui bahan feromagnetik transparan.

Teori magnetisme asli Weiss dalam fitur utamanya telah mempertahankan signifikansinya hingga hari ini, namun, setelah menerima interpretasi yang diperbarui berdasarkan konsep putaran elektron yang tidak terkompensasi sebagai faktor yang menentukan magnetisme atom. Hipotesis adanya momen intrinsik elektron diajukan pada tahun 1926 oleh S. Goudsmit dan J. Uhlenbeck, dan saat ini elektron sebagai pembawa spin dianggap sebagai “magnet elementer”.

Untuk memperjelas konsep ini, pertimbangkan (Gbr. 8) atom bebas besi, bahan feromagnetik yang khas. Dua cangkangnya ( K dan L), yang paling dekat dengan nukleus, diisi dengan elektron, dengan dua elektron pada elektron pertama, dan delapan elektron pada elektron kedua. PADA K-kulit, spin salah satu elektron positif, dan yang lainnya negatif. PADA L-kulit (lebih tepatnya, dalam dua subkulitnya), empat dari delapan elektron memiliki spin positif, dan empat lainnya memiliki spin negatif. Dalam kedua kasus tersebut, spin elektron dalam kulit yang sama saling menghilangkan, sehingga momen magnet total adalah nol. PADA M-kulit, situasinya berbeda, karena enam elektron di subkulit ketiga, lima elektron memiliki putaran yang diarahkan ke satu arah, dan hanya yang keenam - di arah lain. Akibatnya, empat putaran yang tidak terkompensasi tetap, yang menentukan sifat magnetik atom besi. (Di luar N-kulit hanya memiliki dua elektron valensi, yang tidak berkontribusi pada magnetisme atom besi.) Magnetisme feromagnet lain, seperti nikel dan kobalt, dijelaskan dengan cara yang sama. Karena atom tetangga dalam sampel besi sangat berinteraksi satu sama lain, dan elektronnya sebagian terkumpul, penjelasan ini harus dianggap hanya sebagai ilustrasi, tetapi skema yang sangat disederhanakan dari situasi nyata.

Teori magnet atom, berdasarkan spin elektron, didukung oleh dua eksperimen gyromagnetic yang menarik, salah satunya dilakukan oleh A. Einstein dan W. de Haas, dan yang lainnya oleh S. Barnett. Dalam percobaan pertama ini, sebuah silinder bahan feromagnetik ditangguhkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 9. Jika arus dilewatkan melalui kawat belitan, maka silinder berputar pada porosnya. Ketika arah arus (dan karenanya medan magnet) berubah, ia berputar ke arah yang berlawanan. Dalam kedua kasus, rotasi silinder disebabkan oleh urutan putaran elektron. Dalam percobaan Barnett, sebaliknya, sebuah silinder gantung, yang dibawa secara tajam ke dalam keadaan berputar, dimagnetisasi tanpa adanya medan magnet. Efek ini dijelaskan oleh fakta bahwa selama rotasi magnet, momen giroskopik dibuat, yang cenderung memutar momen putaran ke arah sumbu rotasinya sendiri.

Untuk penjelasan yang lebih lengkap tentang sifat dan asal usul gaya jarak pendek yang mengatur magnet atom tetangga dan melawan efek tidak teratur dari gerakan termal, kita harus beralih ke mekanika kuantum. Penjelasan mekanika kuantum tentang sifat gaya-gaya ini diusulkan pada tahun 1928 oleh W. Heisenberg, yang mendalilkan adanya interaksi pertukaran antara atom tetangga. Kemudian, G. Bethe dan J. Slater menunjukkan bahwa gaya pertukaran meningkat secara signifikan dengan penurunan jarak antar atom, tetapi setelah mencapai jarak antar atom minimum tertentu, mereka turun ke nol.

SIFAT MAGNETIK BAHAN

Salah satu studi ekstensif dan sistematis pertama tentang sifat magnetik materi dilakukan oleh P. Curie. Dia menemukan bahwa menurut sifat magnetiknya, semua zat dapat dibagi menjadi tiga kelas. Yang pertama termasuk zat dengan sifat magnetik yang diucapkan, mirip dengan besi. Zat seperti itu disebut feromagnetik; medan magnet mereka terlihat pada jarak yang cukup jauh ( cm. lebih tinggi). Zat yang disebut paramagnetik termasuk dalam kelas kedua; sifat magnetik mereka umumnya mirip dengan bahan feromagnetik, tetapi jauh lebih lemah. Misalnya, gaya tarik-menarik ke kutub elektromagnet yang kuat dapat menarik palu besi dari tangan Anda, dan untuk mendeteksi daya tarik zat paramagnetik ke magnet yang sama, biasanya diperlukan neraca analitik yang sangat sensitif. . Yang terakhir, kelas ketiga mencakup apa yang disebut zat diamagnetik. Mereka ditolak oleh elektromagnet, mis. gaya yang bekerja pada diamagnet berlawanan dengan gaya yang bekerja pada ferro dan paramagnet.

Pengukuran sifat magnetik.

Dalam studi sifat magnetik, pengukuran dua jenis adalah yang paling penting. Yang pertama adalah pengukuran gaya yang bekerja pada sampel di dekat magnet; ini adalah bagaimana magnetisasi sampel ditentukan. Yang kedua mencakup pengukuran frekuensi "resonansi" yang terkait dengan magnetisasi materi. Atom adalah "giroskop" kecil dan dalam presesi medan magnet (seperti gasing biasa di bawah pengaruh torsi yang diciptakan oleh gravitasi) pada frekuensi yang dapat diukur. Selain itu, gaya bekerja pada partikel bermuatan bebas yang bergerak tegak lurus terhadap garis induksi magnetik, serta pada arus elektron dalam konduktor. Ini menyebabkan partikel bergerak dalam orbit melingkar, yang jari-jarinya diberikan oleh

R = mv/eB,

di mana m adalah massa partikel, v- kecepatannya e adalah muatannya, dan B adalah induksi magnet medan. Frekuensi gerak melingkar tersebut sama dengan

di mana f diukur dalam hertz e- dalam liontin, m- dalam kilogram, B- di Tesla. Frekuensi ini mencirikan pergerakan partikel bermuatan dalam suatu zat dalam medan magnet. Kedua jenis gerak (presesi dan gerak dalam orbit melingkar) dapat dieksitasi dengan medan bolak-balik dengan frekuensi resonansi yang sama dengan karakteristik frekuensi "alami" dari bahan tertentu. Dalam kasus pertama, resonansi disebut magnetik, dan yang kedua, siklotron (mengingat kesamaan dengan gerakan siklik partikel subatomik dalam siklotron).

Berbicara tentang sifat magnetik atom, perlu memberikan perhatian khusus pada momentum sudutnya. Medan magnet bekerja pada dipol atom yang berputar, mencoba memutarnya dan mengaturnya sejajar dengan medan. Sebagai gantinya, atom mulai melakukan presesi di sekitar arah medan (Gbr. 10) dengan frekuensi yang bergantung pada momen dipol dan kekuatan medan yang diterapkan.

Presesi atom tidak dapat diamati secara langsung, karena semua atom sampel mengalami presesi dalam fase yang berbeda. Namun, jika medan bolak-balik kecil yang diarahkan tegak lurus terhadap medan pengurutan konstan diterapkan, maka hubungan fase tertentu dibuat antara atom-atom yang mendahuluinya, dan momen magnetik totalnya mulai berpresisi dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi presesi individu. momen magnetik. Kecepatan sudut presesi sangat penting. Sebagai aturan, nilai ini adalah urutan 10 10 Hz/T untuk magnetisasi yang terkait dengan elektron, dan urutan 10 7 Hz/T untuk magnetisasi yang terkait dengan muatan positif dalam inti atom.

Diagram skematis instalasi untuk mengamati resonansi magnetik nuklir (NMR) ditunjukkan pada gambar. 11. Substansi yang diteliti dimasukkan ke dalam medan konstan yang seragam di antara kutub. Jika medan RF kemudian dieksitasi dengan kumparan kecil di sekitar tabung reaksi, resonansi dapat dicapai pada frekuensi tertentu, sama dengan frekuensi presesi dari semua "giroskop" nuklir sampel. Pengukuran mirip dengan menyetel penerima radio ke frekuensi stasiun tertentu.

Metode resonansi magnetik memungkinkan untuk mempelajari tidak hanya sifat magnetik atom dan inti tertentu, tetapi juga sifat lingkungannya. Intinya adalah bahwa medan magnet dalam padatan dan molekul tidak homogen, karena mereka terdistorsi oleh muatan atom, dan detail dari kurva resonansi eksperimental ditentukan oleh medan lokal di wilayah di mana inti presesi berada. Hal ini memungkinkan untuk mempelajari fitur struktur sampel tertentu dengan metode resonansi.

Perhitungan sifat magnetik.

Induksi magnet medan bumi adalah 0,5 × 10 -4 T, sedangkan medan antara kutub elektromagnet kuat adalah urutan 2 T atau lebih.

Medan magnet yang diciptakan oleh konfigurasi arus apa pun dapat dihitung menggunakan rumus Biot-Savart-Laplace untuk induksi magnet dari medan yang diciptakan oleh elemen arus. Perhitungan medan yang dibuat oleh kontur berbagai bentuk dan gulungan silinder dalam banyak kasus sangat rumit. Di bawah ini adalah rumus untuk sejumlah kasus sederhana. Induksi magnetik (dalam teslas) dari medan yang dibuat oleh kawat lurus panjang dengan arus Saya

Medan magnet batang besi mirip dengan medan luar solenoida panjang dengan jumlah lilitan ampere per satuan panjang sesuai dengan arus dalam atom pada permukaan batang magnet, karena arus di dalam batang membatalkan satu sama lain. keluar (Gbr. 12). Dengan nama Ampere, arus permukaan seperti itu disebut Ampere. Kekuatan medan magnet H a, dibuat oleh arus Ampere, sama dengan momen magnet dari satuan volume batang M.

Jika batang besi dimasukkan ke dalam solenoida, maka selain fakta bahwa arus solenoida menciptakan medan magnet H, urutan dipol atom dalam bahan magnet batang menciptakan magnetisasi M. Dalam hal ini, fluks magnet total ditentukan oleh jumlah arus nyata dan ampere, sehingga B = m 0(H + H a), atau B = m 0(H+M). Sikap M/H ditelepon suseptibilitas magnetik dan dilambangkan dengan huruf Yunani c; c adalah kuantitas tak berdimensi yang mencirikan kemampuan suatu bahan untuk dimagnetisasi dalam medan magnet.

Nilai B/H, yang mencirikan sifat magnetik material, disebut permeabilitas magnetik dan dilambangkan dengan saya, dan saya = m 0m, di mana saya adalah mutlak, dan m- permeabilitas relatif,

Dalam zat feromagnetik, nilai c dapat memiliki nilai yang sangat besar - hingga 10 4 10 6 . Nilai c bahan paramagnetik memiliki sedikit lebih dari nol, dan bahan diamagnetik memiliki sedikit lebih sedikit. Hanya dalam ruang hampa dan di medan yang sangat lemah adalah kuantitas c dan m konstan dan tidak bergantung pada medan luar. Induksi ketergantungan B dari H biasanya non-linier, dan grafiknya, yang disebut. kurva magnetisasi untuk bahan yang berbeda dan bahkan pada suhu yang berbeda dapat berbeda secara signifikan (contoh kurva tersebut ditunjukkan pada Gambar. 2 dan 3).

Sifat magnetik materi sangat kompleks, dan pemahaman menyeluruh tentang strukturnya memerlukan analisis menyeluruh tentang struktur atom, interaksinya dalam molekul, tumbukan dalam gas, dan pengaruh timbal baliknya dalam zat padat dan cair; sifat magnetik cairan masih paling sedikit dipelajari.

Bumi memiliki medan magnet, yang alasan keberadaannya belum ditetapkan. Medan magnet memiliki dua kutub magnet dan satu sumbu magnet. Posisi kutub magnet tidak sesuai dengan posisi geografisnya. Kutub magnet terletak di belahan bumi utara dan selatan secara asimetris relatif satu sama lain. Dalam hal ini, garis yang menghubungkan mereka - sumbu magnet Bumi membentuk sudut hingga 11 ° dengan sumbu rotasinya.

Kemagnetan bumi dicirikan oleh intensitas magnet, deklinasi, dan kemiringan. Kekuatan magnet diukur dalam oersteds.

Deklinasi magnetik adalah sudut deviasi jarum magnet dari meridian geografis di lokasi tertentu. Karena jarum magnet menunjukkan arah meridian magnetik, deklinasi magnetik akan sesuai dengan sudut antara meridian magnetik dan geografis. Kemunduran bisa ke timur atau barat. Garis yang menghubungkan deklinasi identik pada peta disebut isogon. Isogon deklinasi sama dengan nol disebut meridian magnetik nol. Isogon memancar dari kutub magnet di belahan bumi selatan dan bertemu di kutub magnet di belahan bumi utara.

Kemiringan magnet adalah sudut kemiringan jarum magnet terhadap cakrawala. Garis-garis yang menghubungkan titik-titik yang sama kemiringannya disebut isoklin. Nol isoklin disebut ekuator magnetik. Isoclines, seperti paralel, membentang dalam arah garis lintang dan bervariasi dari 0 hingga 90 °.

Kelancaran isogon dan isoklin di beberapa tempat di permukaan bumi terganggu cukup tajam, yang dikaitkan dengan adanya anomali magnetik. Akumulasi bijih besi yang besar dapat menjadi sumber anomali tersebut. Anomali magnetik terbesar adalah Kursk. Anomali magnetik juga dapat disebabkan oleh pecahnya kerak bumi - sesar, sesar balik, akibatnya batuan dengan karakteristik magnetik yang berbeda bersentuhan, dll. Anomali magnetik banyak digunakan untuk mencari deposit mineral dan mempelajari struktur batuan. lapisan tanah sebelah bawah.

Nilai intensitas magnet, deklinasi dan inklinasi mengalami fluktuasi (variasi) harian dan sekuler.

Variasi diurnal disebabkan oleh gangguan matahari dan bulan dari ionosfer dan lebih menonjol di musim panas daripada di musim dingin, dan lebih banyak di siang hari daripada di malam hari. Jauh lebih intens

variasi abad. Diyakini bahwa mereka disebabkan oleh perubahan yang terjadi di lapisan atas inti bumi. Variasi sekuler di berbagai titik geografis berbeda.

Tiba-tiba, berlangsung beberapa hari, fluktuasi magnetik (badai magnetik) dikaitkan dengan aktivitas matahari dan paling intens di lintang tinggi.

4. Panas Bumi

Bumi menerima panas dari dua sumber: dari Matahari dan dari perutnya sendiri. Keadaan termal permukaan bumi hampir seluruhnya bergantung pada pemanasannya oleh Matahari. Namun, di bawah pengaruh banyak faktor, terjadi redistribusi panas matahari yang jatuh ke permukaan bumi. Titik yang berbeda di permukaan bumi menerima jumlah panas yang tidak sama karena posisi miring sumbu rotasi bumi relatif terhadap bidang ekliptika.

Untuk membandingkan kondisi suhu, konsep suhu rata-rata harian, rata-rata bulanan dan tahunan rata-rata di bagian tertentu dari permukaan bumi diperkenalkan.

Fluktuasi suhu tertinggi dialami oleh lapisan atas bumi. Lebih dalam dari permukaan, fluktuasi suhu harian, bulanan dan tahunan secara bertahap menurun. Ketebalan kerak bumi, di mana batuan dipengaruhi oleh panas matahari, disebut zona heliothermal. Kedalaman zona ini bervariasi dari beberapa meter hingga 30 m.

Di bawah zona panas matahari ada sabuk suhu konstan, di mana fluktuasi suhu musiman tidak mempengaruhi. Di wilayah Moskow, terletak di kedalaman 20 m.

Di bawah sabuk suhu konstan adalah zona panas bumi. Di zona ini, suhu naik dengan kedalaman karena panas internal Bumi - rata-rata 1 ° C untuk setiap 33 m Interval kedalaman ini disebut "langkah panas bumi". Kenaikan suhu saat pendalaman ke dalam Bumi sebesar 100 m disebut gradien panas bumi. Nilai langkah dan gradien panas bumi berbanding terbalik dan berbeda untuk berbagai wilayah di Bumi. Produk mereka adalah nilai konstan dan sama dengan 100. Jika, misalnya, langkahnya adalah 25 m, maka gradiennya adalah 4 °C.

Perbedaan nilai langkah panas bumi dapat disebabkan oleh perbedaan radioaktivitas dan konduktivitas termal batuan, proses hidrokimia di dalam perut, sifat terjadinya batuan, suhu air tanah, dan keterpencilan dari lautan dan lautan.

Nilai langkah panas bumi bervariasi dalam rentang yang luas. Di daerah Pyatigorsk itu 1,5 m, Leningrad - 19,6 m, Moskow - 38,4 m, di Karelia - lebih dari 100 m, di wilayah wilayah Volga dan Bashkiria - 50 m, dll. 14

Sumber utama panas internal Bumi adalah peluruhan radioaktif zat yang terkonsentrasi terutama di kerak bumi. Diasumsikan bahwa panas di dalamnya meningkat sesuai dengan langkah panas bumi hingga kedalaman 15-20 km. Lebih dalam ada peningkatan tajam dalam nilai langkah panas bumi. Para ahli percaya bahwa suhu di pusat Bumi tidak melebihi 4000 ° C. Jika nilai langkah panas bumi tetap sama ke pusat Bumi, maka suhu di kedalaman 900 km akan menjadi 27.000 °C, dan di pusat Bumi akan mencapai sekitar 193.000 °C.