La începutul anilor 80, sectorul agricol al URSS a cerut din partea industriei un camion multifuncțional cu tracțiune integrală care să poată transporta la fel de bine produsele agricole direct de la câmp la depozite, precum și de la sat la întreprinderile de prelucrare. Mai mult, în caietul de sarcini se vorbea despre adecvarea deosebită a camionului pentru a lucra în tandem cu utilaje agricole - tractoare, combine - direct în câmp. Adică era nevoie de un vehicul tehnologic cu capacități de teren și asfalt. În 1982, inginerii NAMI, împreună cu specialiștii de la Uzina de automobile Kutaisi, au dezvoltat autobasculanta KAZ-4540, care a fost pusă în producție doi ani mai târziu. Mașina era cu adevărat nouă, originală și - neconvențional pentru industria sovietică - avea un procent foarte scăzut de unificare cu echipamentele de serie deja produse.

Presupusul concurent al Colchis ar putea fi universalul britanic Bedford TM 4-4 din 1981, care a fost creat pentru armatele țărilor NATO, dar ar putea face totul la fel ca autobasculanta noastră agricolă.

KAZ-4540

În exterior, mașinile sunt destul de asemănătoare: aceleași cabine plate „linse” cu un aspect cabover, faruri rotunde în bara de protecție, anvelope simple cu benzi de rulare pentru teren și garda la sol mare. Vizual, datorită cabinei înguste cu o suprafață de sticlă mai mică, mașina străină pare mai înaltă, deși concurenții noștri virtuali sunt aproape la fel ca înălțime. Capacitatea de transport a Colchis conform pașaportului a fost de 6 tone. KAZ-4540 a fost echipat în principal cu o benă cu descărcare în trei direcții, dar în loturi mici la fabrică, iar apoi în condiții artizanale, pe șasiu au fost instalate diverse echipamente specializate. Bedford TM a servit cel mai adesea ca transportator de instalații speciale sau un evacuator de vehicule blindate ușoare și alte camioane și era capabil să transporte încărcături cântărind 6,5-8 tone (în funcție de versiune).

Nu sunt multe de spus despre interiorul camioanelor comparate. Atât în ​​KAZ-ul nostru, cât și în tabloul de bord „britanic”, volanul și cardurile ușilor sunt realizate din plastic „stejar”, ​​instrumentele mari rotunde sunt simple și informative, controlul multor funcții este „delegat” întrerupătoarelor dreptunghiulare unificate și cabinele duble ale ambelor mașini nu au primit locuri de dormit - la urma urmei, acestea sunt proiectate pentru deplasarea de-a lungul rutelor locale.

BedfordTM

KAZ-4540 cu tracțiune integrală era echipat cu un motor diesel de producție cu opt cilindri, a cărui putere era de 160 CP. Unitatea de putere nu era amplasată strict sub cabină, ci cu o ușoară deplasare către caroserie. Împreună cu un motor diesel, a funcționat o cutie de viteze manuală cu opt trepte, combinată cu o cutie de transfer cu o singură treaptă. Interesant este că pentru a simplifica întreținerea, cutia nu este conectată rigid la motor, ci printr-un cardan intermediar. O cutie de viteze special concepută permite camionului să se deplaseze mult timp pe teren arabil paralel cu combina cu o viteză minimă de 2 km/h. Dintre „gadget-urile” off-road, autobasculanta s-ar putea lăuda cu blocarea diferenţialului transversal al punţii din spate.

Sub cabina lui Bedford era ascuns un turbodiesel de 8,2 litri cu 206 CP. în combinație cu o transmisie manuală cu șase trepte, în spatele cutiei a fost plasată o „razdatka”. Suspensiile mașinilor sunt structural aceleași - pe patru arcuri longitudinale. Din cauza capacității off-road slabe și a fiabilității scăzute a motoarelor, NATO a abandonat vehiculele britanice până la sfârșitul anilor 80.

KAZ-4540

GAZ-4301 - Renault Midliner S100

Începând cu anii 1960, creatorii au urmat două căi către crearea camioanelor de livrare medii - fie cea americană, cu aspect de capotă, fie cea europeană, cu o cabină deasupra motorului. În URSS, structura capotei a fost întotdeauna preferată, iar noul GAZ-4301 din 1984, care l-a înlocuit pe GAZ-53, a devenit același. În aceiași ani în Europa, Renault, împreună cu Saviem, Volvo, DAF și Magirus-Deutz, creând „Clubul celor Patru”, au cooperat și, în 1980-81, proiectaseră un singur model universal, care în „renault” versiunea a fost numită Renault Midliner S100.

Designerii au proiectat noul camion de la Gorki în același stil cu ZIL-169, mai portant: GAZ-4301 are o grilă pătrată a radiatorului, faruri în aripi unghiular și o îngustare față spre nas. Caboverul Midliner are, de asemenea, o cabină unghiulară, o grilă din plastic nevopsită, dar în general arată mai modern, deoarece s-a dovedit a fi similar cu caboverele din anii 90 și începutul zero.

GAZ-4301

La prima vedere, interioarele mașinilor comparate arată similar. Acestea sunt legate de plastic ieftin ieftin, instrumente rotunde simple, un întreg panou de indicatoare de lămpi, orificii de ventilație și o torpedou încăpătoare. Dar o privire mai atentă arată că mașina străină oferă mai mult confort șoferului. Volanul său este moale și nu este din plastic dur, maneta schimbătorului de viteze este situată mai aproape de locul de muncă al șoferului, scaunele au cotiere, există un loc obișnuit pentru pregătirea radio și audio. Pentru o taxă suplimentară, Renault putea fi achiziționat cu o cabină de dormit extinsă. GAZ-4301 cu un scaun pentru odihna șoferului nu a fost produs în serie.

GAZon a fost echipat cu un motor diesel GAZ-542 cu șase cilindri de 6,2 litri, cu o capacitate de 142 CP. răcit cu aer, care era o soluție universală pentru o țară cu un număr mare de zone climatice. Motorul era o copie licențiată a unității Deutz, iar resursele sale înainte de revizie au fost calculate la nivelul de 300 de mii de km. O cutie de viteze manuală cu cinci trepte a fost dezvoltată în interior. Pentru a utiliza fără probleme camionul în tandem cu vehiculele agricole la viteze foarte mici, raportul de transmisie al primei trepte a fost mărit. Tracțiunea era în mod tradițional pe puntea spate.

Renault Midliner S

Baza pentru Renault Midliner a fost un motor diesel „șase” în linie de 5,4 litri, răcit cu apă, cu o capacitate de 150 CP. O cutie de viteze manuală cu cinci trepte dezvoltată de ZF Friedrichshafen a lucrat cu ea. Arcurile fac față sarcinilor și denivelărilor de pe cele patru roți ale ambelor camioane. În ciuda versatilității lor, GAZ-urile au fost folosite mai des în zonele rurale, iar Renault a lucrat mai mult în orașe, între depozite și întreprinderi.

MAZ-5432 - Mercedes-Benz NG 80

Tractoarele cu portbagaj cu un nivel ridicat de confort pentru șofer până la începutul anilor 80 au lipsit ca clasă în Uniunea Sovietică. Nu în zadar URSS a cumpărat tractoare de fabricație străină pentru zborurile către Europa de Vest. Dar în 1981 situația s-a schimbat: producția camionului tractor MAZ-5432 a început la Minsk. Cu un an mai devreme, Mercedes-Benz a actualizat familia de vehicule cu rază lungă de acțiune noua generație, care au primit indicele NG 80.

MAZ-5432

Primul născut din a patra generație de tractoare a Uzinei de automobile Minsk a primit un design radical nou - cu siguranță la nivelul analogilor străini. În general, aceste două mașini sunt similare în exterior, dar fiecare are caracteristici mici. Deci, MAZ se remarcă datorită luminilor de delimitare și a indicatoarelor de direcție situate sus, pe marginile cabinei. Nu puteți confunda un Mercedes cu nimic din cauza panoului frontal în formă de pană al cabinei, a cărui formă este cauzată de eforturile de îmbunătățire a raționalizării mașinii. Pentru confortul de a intra în cabina ambelor mașini, acestea au fost echipate cu trepte largi și mânere pe părțile laterale ale cabinei. Greutatea maximă a unei semiremorci pentru MAZ a fost de 21 de tone, iar pentru Mercedes-Benz - 15,5–16 tone, în funcție de versiune.

Mercedes-Benz NG80

„Germanul”, desigur, a oferit echipajului său și mai multe „cipuri”, variind de la aer condiționat și dane cu protecție împotriva căderii sub formă de plase până la geamuri electrice. Cu toate acestea, MAZ a fost, de asemenea, destul de cool - nivelul său ridicat de echipare și performanță este dovedit de faptul că a devenit prima mașină autohtonă care a trecut testele de omologare la un centru de cercetare din apropierea capitalei Franței și a fost permisă să opereze pe toate drumurile din Europa. .

Mercedes-Benz NG80

Tractorul Minsk a fost echipat cu un motor diesel YaMZ-238M2 modernizat cu 12 cilindri, cu un volum de 14,86 litri și o putere de 280 CP. Transmisia manuală cu opt trepte concepută pentru acesta, echipată cu un demultiplicator, a făcut posibilă reducerea semnificativă a apetitului camionului, astfel încât o mașină încărcată să poată parcurge aproximativ 1.000 km cu un rezervor plin. Pe mașinile germane au fost instalate mai multe motoare diesel cu opt cilindri, cu o putere de la 280 la 375 CP. Viteza maximă a tractorului din Minsk a fost de 85 km/h, în timp ce Merc cu cel mai modest motor putea accelera până la 110 km/h. Ambele mașini aveau servodirecție, frâne pneumatice cu amplificator, dar, în plus, o mașină străină putea fi echipată cu sistem de frână antiblocare contra cost. MAZ-urile erau echipate cu suspensie cu arc pentru toate roțile, iar pe Mercedes-Benz NG 80 putea fi diferit: versiunile ieftine erau echipate și cu arcuri vechi bune, dar la niveluri de echipare bogate, cilindri pneumatici au fost instalați pe toate roțile.

MAZ-5432

Epilog

Încheind o serie de materiale privind compararea mașinilor autohtone și străine din anii 80, trebuie remarcat că majoritatea dintre ele au trăit o viață de transport de succes, iar unele modele, după o modernizare profundă, sunt produse până în prezent. Dar pentru o serie de fabrici de automobile sovietice, acest deceniu de succes a devenit cântecul lebedei. După aceea, din cauza revoltelor politice, industria noastră auto a început o spirală descendentă abruptă și doar cei mai puternici au ieșit din ea.

Există două tipuri diferite de magneți. Unii sunt așa-numiții magneți permanenți, fabricați din materiale „magnetice dure”. Proprietățile lor magnetice nu sunt legate de utilizarea surselor externe sau a curenților. Un alt tip include așa-numiții electromagneți cu un miez de fier „magnetic moale”. Câmpurile magnetice create de acestea se datorează în principal faptului că un curent electric trece prin firul înfășurării care acoperă miezul.

Poli magnetici si camp magnetic.

Proprietățile magnetice ale unui magnet bar sunt cele mai vizibile în apropierea capetelor sale. Dacă un astfel de magnet este suspendat de partea din mijloc, astfel încât să se poată roti liber într-un plan orizontal, atunci va lua o poziție aproximativ corespunzătoare direcției de la nord la sud. Capătul tijei îndreptată spre nord se numește polul nord, iar capătul opus se numește polul sudic. Polii opuși ai doi magneți se atrag unul pe celălalt, în timp ce polii asemănători se resping reciproc.

Dacă o bară de fier nemagnetizat este adusă lângă unul dintre polii unui magnet, acesta din urmă se va magnetiza temporar. În acest caz, polul barei magnetizate cel mai apropiat de polul magnetului va fi opus ca nume, iar cel îndepărtat va avea același nume. Atractia dintre polul magnetului si polul opus indusa de acesta in bara explica actiunea magnetului. Unele materiale (cum ar fi oțelul) în sine devin magneți permanenți slabi după ce se află lângă un magnet permanent sau un electromagnet. O tijă de oțel poate fi magnetizată prin simpla trecere a capătului unui magnet permanent peste capătul său.

Așadar, magnetul atrage alți magneți și obiecte din materiale magnetice fără a fi în contact cu aceștia. O astfel de acțiune la distanță se explică prin existența unui câmp magnetic în spațiul din jurul magnetului. O idee despre intensitatea și direcția acestui câmp magnetic poate fi obținută prin turnarea piliturii de fier pe o foaie de carton sau sticlă plasată pe un magnet. Rumegușul se va alinia în lanțuri în direcția câmpului, iar densitatea liniilor de rumeguș va corespunde intensității acestui câmp. (Sunt cele mai groase la capetele magnetului, unde intensitatea câmpului magnetic este cea mai mare.)

M. Faraday (1791–1867) a introdus conceptul de linii de inducție închise pentru magneți. Liniile de inducție ies din magnet la polul său nord în spațiul înconjurător, intră în magnet la polul sudic și trec în interiorul materialului magnetului de la polul sud înapoi la nord, formând o buclă închisă. Numărul total de linii de inducție care ies dintr-un magnet se numește flux magnetic. Densitatea fluxului magnetic sau inducția magnetică ( LA) este egal cu numărul de linii de inducție care trec de-a lungul normalei printr-o zonă elementară de dimensiunea unității.

Inducția magnetică determină forța cu care acționează un câmp magnetic asupra unui conductor de curent aflat în el. Dacă conductorul care transportă curentul eu, este situat perpendicular pe liniile de inducție, apoi conform legii lui Ampère, forța F, acționând asupra conductorului, este perpendiculară atât pe câmp, cât și pe conductor și este proporțională cu inducția magnetică, puterea curentului și lungimea conductorului. Astfel, pentru inducția magnetică B poți scrie o expresie

Unde F este forța în newtoni, eu- curent în amperi, l- lungimea in metri. Unitatea de măsură pentru inducția magnetică este tesla (T).

Galvanometru.

Un galvanometru este un dispozitiv sensibil pentru măsurarea curenților slabi. Galvanometrul folosește cuplul generat de interacțiunea unui magnet permanent în formă de potcoavă cu o bobină mică purtătoare de curent (electromagnet slab) suspendată în golul dintre polii magnetului. Cuplul și, prin urmare, deviația bobinei, este proporțională cu curentul și cu inducția magnetică totală în spațiul de aer, astfel încât scara instrumentului este aproape liniară cu deviații mici ale bobinei.

Forța de magnetizare și puterea câmpului magnetic.

În continuare, trebuie introdusă încă o cantitate care caracterizează efectul magnetic al curentului electric. Să presupunem că curentul trece prin firul unei bobine lungi, în interiorul căreia se află materialul magnetizabil. Forța de magnetizare este produsul dintre curentul electric din bobină și numărul de spire (această forță se măsoară în amperi, deoarece numărul de spire este o mărime adimensională). Intensitatea câmpului magnetic H egală cu forța de magnetizare pe unitatea de lungime a bobinei. Astfel, valoarea H măsurată în amperi pe metru; determină magnetizarea dobândită de materialul din interiorul bobinei.

Într-o inducție magnetică în vid B proporțional cu intensitatea câmpului magnetic H:

Unde m 0 - așa-numita. constantă magnetică având o valoare universală de 4 p Ch 10 –7 H/m. În multe materiale, valoarea B aproximativ proporțională H. Cu toate acestea, în materialele feromagnetice, raportul dintre Bși H ceva mai complicat (ceea ce va fi discutat mai jos).

Pe fig. 1 prezintă un electromagnet simplu conceput pentru a capta sarcini. Sursa de energie este o baterie DC. Figura prezintă, de asemenea, liniile de forță ale câmpului unui electromagnet, care pot fi detectate prin metoda obișnuită a piliturii de fier.

Electromagneții mari cu miez de fier și un număr foarte mare de amperi-tururi, care funcționează în regim continuu, au o forță mare de magnetizare. Ele creează o inducție magnetică de până la 6 T în golul dintre poli; această inducție este limitată doar de solicitările mecanice, încălzirea bobinelor și saturația magnetică a miezului. O serie de electromagneți giganți (fără miez) cu răcire cu apă, precum și instalații pentru crearea câmpurilor magnetice pulsate, au fost proiectate de P.L. Massachusetts Institute of Technology. Pe astfel de magneți a fost posibil să se realizeze inducție până la 50 T. Un electromagnet relativ mic, care produce câmpuri de până la 6,2 T, consumând 15 kW de energie electrică și răcit cu hidrogen lichid, a fost dezvoltat la Laboratorul Național Losalamos. Câmpuri similare se obțin la temperaturi criogenice.

Permeabilitatea magnetică și rolul său în magnetism.

Permeabilitatea magnetică m este o valoare care caracterizează proprietățile magnetice ale materialului. Metalele feromagnetice Fe, Ni, Co și aliajele lor au permeabilitati maxime foarte mari - de la 5000 (pentru Fe) la 800.000 (pentru supermaloy). În astfel de materiale la intensități de câmp relativ scăzute H apar inducții mari B, dar relația dintre aceste mărimi este, în general, neliniară datorită fenomenelor de saturație și histerezis, care sunt discutate mai jos. Materialele ferromagnetice sunt puternic atrase de magneți. Ei își pierd proprietățile magnetice la temperaturi peste punctul Curie (770°C pentru Fe, 358°C pentru Ni, 1120°C pentru Co) și se comportă ca paramagneți, pentru care inducție. B până la valori foarte mari de tensiune H este proporțională cu ea - exact la fel cum are loc în vid. Multe elemente și compuși sunt paramagnetice la toate temperaturile. Substanțele paramagnetice se caracterizează prin magnetizare într-un câmp magnetic extern; dacă acest câmp este dezactivat, paramagneții revin la starea nemagnetizată. Magnetizarea în feromagneți este păstrată chiar și după oprirea câmpului extern.

Pe fig. 2 prezintă o buclă tipică de histerezis pentru un material feromagnetic dur magnetic (pierdere mare). Caracterizează dependența ambiguă a magnetizării unui material ordonat magnetic de puterea câmpului de magnetizare. Cu o creștere a intensității câmpului magnetic de la punctul inițial (zero) ( 1 ) magnetizarea merge de-a lungul liniei punctate 1 –2 , și valoarea m se modifică semnificativ pe măsură ce magnetizarea probei crește. La punctul 2 se atinge saturația, adică cu o creștere suplimentară a intensității, magnetizarea nu mai crește. Daca acum scadem treptat valoarea H la zero, apoi curba B(H) nu mai urmează aceeași cale, ci trece prin punct 3 , dezvăluind, parcă, „memoria” materialului despre „istoria trecută”, de unde și denumirea de „histereză”. Evident, în acest caz, se păstrează o oarecare magnetizare reziduală (segmentul 1 –3 ). După schimbarea direcției câmpului de magnetizare în sens opus, curba LA (H) trece punctul 4 , iar segmentul ( 1 )–(4 ) corespunde forţei coercitive care împiedică demagnetizarea. Creșterea în continuare a valorilor (- H) conduce curba de histerezis către al treilea cadran - secțiunea 4 –5 . Scăderea ulterioară a valorii (- H) la zero și apoi crescând valorile pozitive H va închide bucla de histerezis prin puncte 6 , 7 și 2 .

Materialele magnetice dure sunt caracterizate printr-o buclă largă de histerezis care acoperă o zonă semnificativă pe diagramă și, prin urmare, corespunde unor valori mari ale magnetizării reziduale (inducție magnetică) și forței coercitive. O buclă îngustă de histerezis (Fig. 3) este caracteristică materialelor magnetice moi, cum ar fi oțelul moale și aliajele speciale cu permeabilitate magnetică ridicată. Astfel de aliaje au fost create pentru a reduce pierderile de energie din cauza histerezisului. Majoritatea acestor aliaje speciale, precum feritele, au o rezistență electrică mare, ceea ce reduce nu numai pierderile magnetice, ci și pierderile electrice datorate curenților turbionari.

Materialele magnetice cu permeabilitate ridicată sunt produse prin recoacere efectuată la o temperatură de aproximativ 1000 ° C, urmată de revenire (răcire treptată) la temperatura camerei. În acest caz, tratamentul mecanic și termic preliminar, precum și absența impurităților în probă sunt foarte semnificative. Pentru miezurile de transformatoare la începutul secolului XX. au fost dezvoltate oțeluri siliconice, valoarea m care a crescut odată cu creșterea conținutului de siliciu. Între 1915 și 1920, au apărut permalloies (aliaje de Ni cu Fe) cu bucla lor caracteristică de histerezis îngustă și aproape dreptunghiulară. Valori deosebit de ridicate ale permeabilității magnetice m pentru valori mici H Aliajele hipernic (50% Ni, 50% Fe) și mu-metal (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) diferă, în timp ce în perminvar (45% Ni, 30% Fe, 25% Co) valoare m practic constant într-o gamă largă de modificări ale intensității câmpului. Dintre materialele magnetice moderne, trebuie menționat supermalloy, un aliaj cu cea mai mare permeabilitate magnetică (conține 79% Ni, 15% Fe și 5% Mo).

Teorii ale magnetismului.

Pentru prima dată, ideea că fenomenele magnetice se reduc în cele din urmă la cele electrice a apărut de la Ampère în 1825, când a exprimat ideea microcurenților interni închisi care circulă în fiecare atom al unui magnet. Cu toate acestea, fără nicio confirmare experimentală a prezenței unor astfel de curenți în materie (electronul a fost descoperit de J. Thomson abia în 1897, iar descrierea structurii atomului a fost dată de Rutherford și Bohr în 1913), această teorie „a dispărut”. ”. În 1852, W. Weber a sugerat că fiecare atom al unei substanțe magnetice este un magnet minuscul, sau un dipol magnetic, astfel încât magnetizarea completă a unei substanțe se realizează atunci când toți magneții atomici individuali sunt aliniați într-o anumită ordine (Fig. 4). , b). Weber credea că „frecarea” moleculară sau atomică ajută acești magneți elementari să-și mențină ordinea în ciuda influenței perturbatoare a vibrațiilor termice. Teoria sa a putut explica magnetizarea corpurilor la contactul cu un magnet, precum și demagnetizarea lor la impact sau încălzire; în cele din urmă, „înmulțirea” magneților a fost explicată și atunci când un ac magnetizat sau o tijă magnetică a fost tăiată în bucăți. Și totuși această teorie nu a explicat nici originea magneților elementari înșiși, nici fenomenele de saturație și histerezis. Teoria lui Weber a fost îmbunătățită în 1890 de J. Ewing, care și-a înlocuit ipoteza frecării atomice cu ideea forțelor de limitare interatomice care ajută la menținerea ordinii dipolilor elementari care formează un magnet permanent.

Abordarea problemei, propusă odată de Ampere, a primit o a doua viață în 1905, când P. Langevin a explicat comportamentul materialelor paramagnetice atribuind fiecărui atom un curent electronic intern necompensat. Potrivit lui Langevin, acești curenți formează minusculi magneți, orientați aleatoriu atunci când câmpul extern este absent, dar dobândind o orientare ordonată după aplicarea acestuia. În acest caz, aproximarea ordonării complete corespunde saturației magnetizării. În plus, Langevin a introdus conceptul de moment magnetic, care pentru un singur magnet atomic este egal cu produsul dintre „sarcina magnetică” a polului și distanța dintre poli. Astfel, magnetismul slab al materialelor paramagnetice se datorează momentului magnetic total creat de curenții de electroni necompensați.

În 1907, P. Weiss a introdus conceptul de „domeniu”, care a devenit o contribuție importantă la teoria modernă a magnetismului. Weiss și-a imaginat domeniile ca mici „colonii” de atomi, în interiorul cărora momentele magnetice ale tuturor atomilor, din anumite motive, sunt forțate să mențină aceeași orientare, astfel încât fiecare domeniu este magnetizat până la saturație. Un domeniu separat poate avea dimensiuni liniare de ordinul a 0,01 mm și, în consecință, un volum de ordinul a 10–6 mm 3 . Domeniile sunt separate de așa-numiții pereți Bloch, a căror grosime nu depășește 1000 de dimensiuni atomice. „Peretele” și două domenii orientate opus sunt prezentate schematic în Fig. 5. Astfel de pereți sunt „straturi de tranziție” în care direcția magnetizării domeniului se schimbă.

În cazul general, pe curba de magnetizare inițială se pot distinge trei secțiuni (Fig. 6). În secțiunea inițială, peretele, sub acțiunea unui câmp exterior, se deplasează prin grosimea substanței până când întâlnește un defect al rețelei cristaline, care îl oprește. Prin creșterea intensității câmpului, peretele poate fi forțat să se deplaseze mai departe prin secțiunea de mijloc dintre liniile întrerupte. Dacă după aceea intensitatea câmpului este din nou redusă la zero, atunci pereții nu vor mai reveni la poziția inițială, astfel încât proba va rămâne parțial magnetizată. Aceasta explică histerezisul magnetului. La sfârșitul curbei, procesul se încheie cu saturarea magnetizării probei datorită ordonării magnetizării în ultimele domenii dezordonate. Acest proces este aproape complet reversibil. Duritatea magnetică este manifestată de acele materiale în care rețeaua atomică conține multe defecte care împiedică mișcarea pereților interdomenii. Acest lucru poate fi realizat prin prelucrare mecanică și termică, de exemplu prin comprimarea și apoi sinterizarea materialului sub formă de pulbere. În aliajele de alnico și analogii lor, același rezultat este obținut prin topirea metalelor într-o structură complexă.

Pe lângă materialele paramagnetice și feromagnetice, există materiale cu așa-numitele proprietăți antiferomagnetice și ferimagnetice. Diferența dintre aceste tipuri de magnetism este ilustrată în Fig. 7. Pe baza conceptului de domenii, paramagnetismul poate fi considerat ca un fenomen datorită prezenței în material a unor grupuri mici de dipoli magnetici, în care dipolii individuali interacționează foarte slab între ei (sau nu interacționează deloc) și, prin urmare, , în absența unui câmp extern, ele iau doar orientări aleatorii ( Fig. 7, A). În materialele feromagnetice, în cadrul fiecărui domeniu, există o interacțiune puternică între dipolii individuali, conducând la alinierea paralelă ordonată a acestora (Fig. 7, b). În materialele antiferomagnetice, dimpotrivă, interacțiunea dintre dipolii individuali duce la alinierea lor ordonată antiparalelă, astfel încât momentul magnetic total al fiecărui domeniu este zero (Fig. 7, în). În cele din urmă, în materialele ferimagnetice (de exemplu, ferite) există atât o ordonare paralelă, cât și o ordonare antiparalelă (Fig. 7, G), rezultând un magnetism slab.

Există două confirmări experimentale convingătoare ale existenței domeniilor. Primul dintre ele este așa-numitul efect Barkhausen, al doilea este metoda figurii de pulbere. În 1919, G. Barkhausen a stabilit că atunci când un câmp extern este aplicat unui eșantion de material feromagnetic, magnetizarea acestuia se modifică în porțiuni discrete mici. Din punctul de vedere al teoriei domeniului, aceasta nu este altceva decât o avansare asemănătoare unui salt a peretelui interdomeniu, care întâlnește defecte individuale care îl țin înapoi pe drum. Acest efect este de obicei detectat folosind o bobină în care este plasată o tijă sau un fir feromagnetic. Dacă un magnet puternic este adus alternativ la probă și scos din acesta, proba va fi magnetizată și remagnetizată. Modificările asemănătoare unui salt în magnetizarea probei modifică fluxul magnetic prin bobină și un curent de inducție este excitat în ea. Tensiunea care apare în acest caz în bobină este amplificată și alimentată la intrarea unei perechi de căști acustice. Clicuri percepute prin căști indică o schimbare bruscă a magnetizării.

Pentru a dezvălui structura domeniului unui magnet prin metoda figurilor de pulbere, o picătură de suspensie coloidală a unei pulberi feromagnetice (de obicei Fe 3 O 4) este aplicată pe o suprafață bine lustruită a unui material magnetizat. Particulele de pulbere se depun în principal în locurile cu neomogenitate maximă a câmpului magnetic - la granițele domeniilor. O astfel de structură poate fi studiată la microscop. De asemenea, a fost propusă o metodă bazată pe trecerea luminii polarizate printr-un material feromagnetic transparent.

Teoria originală a magnetismului a lui Weiss, în principalele sale trăsături, și-a păstrat semnificația până în prezent, totuși, după ce a primit o interpretare actualizată bazată pe conceptul spinurilor electronilor necompensate ca factor care determină magnetismul atomic. Ipoteza existenței unui moment intrinsec al unui electron a fost înaintată în 1926 de S. Goudsmit și J. Uhlenbeck, iar în prezent electronii ca purtători de spin sunt considerați „magneți elementari”.

Pentru a clarifica acest concept, luați în considerare (Fig. 8) un atom liber de fier, un material feromagnetic tipic. Cele două scoici ( Kși L), cel mai aproape de nucleu, sunt umplute cu electroni, cu doi pe primul dintre ei și opt pe al doilea. LA K-shell, spin-ul unuia dintre electroni este pozitiv, iar celălalt este negativ. LA L-coaja (mai precis, în cele două subînvelișuri ale sale), patru dintre cei opt electroni au spini pozitivi, iar ceilalți patru au spinuri negativi. În ambele cazuri, spinurile electronilor din aceeași înveliș se anulează complet, astfel încât momentul magnetic total este zero. LA M-shell, situația este diferită, din cauza celor șase electroni din al treilea subshell, cinci electroni au spini direcționați într-o direcție, iar doar al șaselea - în cealaltă. Ca urmare, rămân patru rotiri necompensate, ceea ce determină proprietățile magnetice ale atomului de fier. (În exterior N-shell are doar doi electroni de valență, care nu contribuie la magnetismul atomului de fier.) Magnetismul altor feromagneți, precum nichelul și cobaltul, este explicat în mod similar. Deoarece atomii învecinați dintr-o probă de fier interacționează puternic între ei, iar electronii lor sunt parțial colectivizați, această explicație ar trebui considerată doar ca o schemă ilustrativă, dar foarte simplificată a situației reale.

Teoria magnetismului atomic, bazată pe spinul electronului, este susținută de două experimente giromagnetice interesante, dintre care unul a fost realizat de A. Einstein și W. de Haas, iar celălalt de S. Barnett. În primul dintre aceste experimente, un cilindru de material feromagnetic a fost suspendat așa cum se arată în Fig. 9. Dacă un curent trece prin firul de înfășurare, atunci cilindrul se rotește în jurul axei sale. Când direcția curentului (și, prin urmare, câmpul magnetic) se schimbă, acesta se întoarce în direcția opusă. În ambele cazuri, rotația cilindrului se datorează ordonării spinilor electronilor. În experimentul lui Barnett, dimpotrivă, un cilindru suspendat, adus brusc într-o stare de rotație, este magnetizat în absența unui câmp magnetic. Acest efect se explică prin faptul că în timpul rotației magnetului se creează un moment giroscopic, care tinde să rotească momentele de rotație în direcția propriei axe de rotație.

Pentru o explicație mai completă a naturii și originii forțelor cu rază scurtă de acțiune care ordonează magneții atomici vecini și contracarează efectul dezordonat al mișcării termice, ar trebui să apelăm la mecanica cuantică. O explicație mecanică cuantică a naturii acestor forțe a fost propusă în 1928 de W. Heisenberg, care a postulat existența interacțiunilor de schimb între atomii vecini. Mai târziu, G. Bethe și J. Slater au arătat că forțele de schimb cresc semnificativ odată cu scăderea distanței dintre atomi, dar după atingerea unei anumite distanțe interatomice minime, ele scad la zero.

PROPRIETĂȚI MAGNETICE ALE SUBSTANȚEI

Unul dintre primele studii extinse și sistematice ale proprietăților magnetice ale materiei a fost întreprins de P. Curie. El a descoperit că, în funcție de proprietățile lor magnetice, toate substanțele pot fi împărțite în trei clase. Prima include substanțe cu proprietăți magnetice pronunțate, similare cu cele ale fierului. Astfel de substanțe se numesc feromagnetice; câmpul lor magnetic este vizibil la distanțe considerabile ( cm. superior). Substanțele numite paramagnetice se încadrează în clasa a doua; proprietățile lor magnetice sunt în general similare cu cele ale materialelor feromagnetice, dar mult mai slabe. De exemplu, forța de atracție către polii unui electromagnet puternic poate smulge un ciocan de fier din mâinile tale și, pentru a detecta atracția unei substanțe paramagnetice față de același magnet, de regulă, sunt necesare balanțe analitice foarte sensibile. . Ultima, a treia clasă include așa-numitele substanțe diamagnetice. Ele sunt respinse de un electromagnet, adică. forța care acționează asupra diamagneților este îndreptată opus celei care acționează asupra fero- și paramagneților.

Măsurarea proprietăților magnetice.

În studiul proprietăților magnetice, măsurătorile de două tipuri sunt cele mai importante. Prima dintre ele este măsurarea forței care acționează asupra probei în apropierea magnetului; astfel se determină magnetizarea probei. Al doilea include măsurători ale frecvențelor „rezonante” asociate cu magnetizarea materiei. Atomii sunt „giroscoape” minuscule și într-un câmp magnetic precess (ca o blat normal sub influența unui cuplu creat de gravitație) la o frecvență care poate fi măsurată. În plus, o forță acționează asupra particulelor încărcate libere care se mișcă în unghi drept față de liniile de inducție magnetică, precum și asupra unui curent de electroni dintr-un conductor. Determină mișcarea particulei pe o orbită circulară, a cărei rază este dată de

R = mv/eB,

Unde m este masa particulei, v- viteza ei e este sarcina sa și B este inducția magnetică a câmpului. Frecvența unei astfel de mișcări circulare este egală cu

Unde f măsurată în herți e- în pandantive, m- în kilograme, B- în Tesla. Această frecvență caracterizează mișcarea particulelor încărcate într-o substanță într-un câmp magnetic. Ambele tipuri de mișcare (precesia și mișcarea pe orbite circulare) pot fi excitate prin alternarea câmpurilor cu frecvențe de rezonanță egale cu frecvențele „naturale” caracteristice unui material dat. În primul caz, rezonanța se numește magnetică, iar în al doilea, ciclotron (având în vedere asemănarea cu mișcarea ciclică a unei particule subatomice într-un ciclotron).

Vorbind despre proprietățile magnetice ale atomilor, este necesar să se acorde o atenție deosebită momentului lor unghiular. Câmpul magnetic acționează asupra unui dipol atomic rotativ, încercând să-l rotească și să-l pună paralel cu câmpul. În schimb, atomul începe să preceseze în jurul direcției câmpului (Fig. 10) cu o frecvență care depinde de momentul dipol și de puterea câmpului aplicat.

Precesia atomilor nu poate fi observată direct, deoarece toți atomii probei precesează într-o fază diferită. Dacă, totuși, se aplică un mic câmp alternant direcționat perpendicular pe câmpul de ordonare constant, atunci se stabilește o anumită relație de fază între atomii care precedă, iar momentul lor magnetic total începe să preceadă cu o frecvență egală cu frecvența precesiei individului. momente magnetice. Viteza unghiulară a precesiunii este de mare importanță. De regulă, această valoare este de ordinul a 10 10 Hz/T pentru magnetizarea asociată electronilor și de ordinul a 10 7 Hz/T pentru magnetizarea asociată cu sarcini pozitive în nucleele atomilor.

O diagramă schematică a instalației de observare a rezonanței magnetice nucleare (RMN) este prezentată în fig. 11. Substanța studiată este introdusă într-un câmp uniform constant între poli. Dacă un câmp RF este apoi excitat cu o bobină mică în jurul eprubetei, rezonanța poate fi atinsă la o anumită frecvență, egală cu frecvența de precesiune a tuturor „giroscoapelor” nucleare ale probei. Măsurătorile sunt similare cu reglarea unui receptor radio la frecvența unui anumit post.

Metodele de rezonanță magnetică fac posibilă studierea nu numai a proprietăților magnetice ale anumitor atomi și nuclee, ci și a proprietăților mediului lor. Ideea este că câmpurile magnetice din solide și molecule sunt neomogene, deoarece sunt distorsionate de sarcinile atomice, iar detaliile cursului curbei de rezonanță experimentală sunt determinate de câmpul local din regiunea în care se află nucleul precedent. Acest lucru face posibilă studierea caracteristicilor structurii unui anumit eșantion prin metode de rezonanță.

Calculul proprietăților magnetice.

Inducția magnetică a câmpului Pământului este de 0,5×10 -4 T, în timp ce câmpul dintre polii unui electromagnet puternic este de ordinul a 2 T sau mai mult.

Câmpul magnetic creat de orice configurație de curenți poate fi calculat folosind formula Biot-Savart-Laplace pentru inducerea magnetică a câmpului creat de elementul curent. Calculul câmpului creat de contururi de diverse forme și bobine cilindrice este în multe cazuri foarte complicat. Mai jos sunt formule pentru o serie de cazuri simple. Inducția magnetică (în tesla) a câmpului creat de un fir drept lung cu curent eu

Câmpul unei tije magnetizate de fier este similar cu câmpul extern al unui solenoid lung, cu numărul de spire de amperi pe unitate de lungime corespunzând curentului din atomii de pe suprafața tijei magnetizate, deoarece curenții din interiorul tijei se anulează reciproc. afară (Fig. 12). Sub numele de Ampere, un astfel de curent de suprafață se numește Ampère. Intensitatea câmpului magnetic H a, creat de curentul Amperi, este egal cu momentul magnetic al volumului unitar al tijei M.

Dacă o tijă de fier este introdusă în solenoid, atunci pe lângă faptul că curentul solenoidului creează un câmp magnetic H, ordonarea dipolilor atomici în materialul magnetizat al tijei creează magnetizare M. În acest caz, fluxul magnetic total este determinat de suma curenților reali și amperilor, astfel încât B = m 0(H + H a), sau B = m 0(H+M). Atitudine M/H numit susceptibilitate magnetică și este notat cu litera greacă c; c este o mărime adimensională care caracterizează capacitatea unui material de a fi magnetizat într-un câmp magnetic.

Valoare B/H, care caracterizează proprietățile magnetice ale materialului, se numește permeabilitatea magnetică și se notează prin m a, și m a = m 0m, Unde m a este absolută și m- permeabilitate relativă,

În substanțele feromagnetice, valoarea c poate avea valori foarte mari - până la 10 4 ё 10 6 . Valoare c materialele paramagnetice au puțin mai mult decât zero, iar materialele diamagnetice au puțin mai puțin. Numai în vid și în câmpuri foarte slabe sunt cantitățile cși m sunt constante și nu depind de câmpul extern. Inducerea dependenței B din H este de obicei neliniar, iar graficele sale, așa-numitele. curbele de magnetizare pentru diferite materiale și chiar la diferite temperaturi pot diferi semnificativ (exemple de astfel de curbe sunt prezentate în figurile 2 și 3).

Proprietățile magnetice ale materiei sunt foarte complexe, iar o înțelegere aprofundată a structurii lor necesită o analiză amănunțită a structurii atomilor, a interacțiunilor lor în molecule, a ciocnirilor lor în gaze și a influenței lor reciproce în solide și lichide; proprietăţile magnetice ale lichidelor sunt încă cele mai puţin studiate.

Pământul are un câmp magnetic, ale cărui motive nu au fost stabilite. Un câmp magnetic are doi poli magnetici și o axă magnetică. Pozitia polilor magnetici nu coincide cu pozitia celor geografici. Polii magnetici sunt localizați în emisfera nordică și sudică asimetric unul față de celălalt. În acest sens, linia care le conectează - axa magnetică a Pământului formează un unghi de până la 11 ° cu axa de rotație a acestuia.

Magnetismul Pământului se caracterizează prin intensitate magnetică, declinație și înclinare. Puterea magnetică se măsoară în oersteds.

Declinația magnetică este unghiul de abatere al acului magnetic de la meridianul geografic dintr-o locație dată. Deoarece acul magnetic indică direcția meridianului magnetic, declinația magnetică va corespunde unghiului dintre meridianul magnetic și cel geografic. Declinarea poate fi de est sau vest. Liniile care leagă declinații identice pe o hartă se numesc izogoni. Izogonul de declinație egal cu zero se numește meridianul magnetic zero. Izogonii iradiază de la polul magnetic din emisfera sudică și converg către polul magnetic din emisfera nordică.

Înclinarea magnetică este unghiul de înclinare al acului magnetic față de orizont. Liniile care leagă puncte de înclinare egală se numesc izocline. Izoclinul zero se numește ecuator magnetic. Izoclinele, ca și paralelele, se întind în direcția latitudinală și variază de la 0 la 90°.

Cursul neted al izogonilor și izoclinelor în unele locuri de pe suprafața pământului este destul de brusc perturbat, ceea ce este asociat cu existența anomaliilor magnetice. Acumulări mari de minereuri de fier pot servi drept surse pentru astfel de anomalii. Cea mai mare anomalie magnetică este Kursk. Anomaliile magnetice pot fi cauzate și de rupturi în scoarța terestră - falii, falii inverse, în urma cărora roci cu caracteristici magnetice diferite intră în contact etc. Anomaliile magnetice sunt utilizate pe scară largă pentru a căuta zăcăminte minerale și pentru a studia structura subsol.

Valorile intensităților magnetice, declinațiilor și înclinațiilor experimentează fluctuații (variații) zilnice și seculare.

Variațiile diurne sunt cauzate de perturbațiile solare și lunare ale ionosferei și sunt mai pronunțate vara decât iarna și mai mult ziua decât noaptea. Mult mai intens

variații de secol. Se crede că acestea se datorează modificărilor care au loc în straturile superioare ale miezului pământului. Variațiile seculare în diferite puncte geografice sunt diferite.

Brusc, care durează câteva zile, fluctuațiile magnetice (furtuni magnetice) sunt asociate cu activitatea solară și sunt cele mai intense la latitudini mari.

§ 4. Căldura Pământului

Pământul primește căldură din două surse: de la Soare și din propriile sale intestine. Starea termică a suprafeței Pământului depinde aproape în întregime de încălzirea acesteia de către Soare. Cu toate acestea, sub influența multor factori, are loc o redistribuire a căldurii solare care a căzut pe suprafața Pământului. Diferite puncte de pe suprafața pământului primesc o cantitate inegală de căldură datorită poziției înclinate a axei de rotație a Pământului față de planul eclipticii.

Pentru a compara condițiile de temperatură, sunt introduse conceptele de temperaturi medii zilnice, medii lunare și medii anuale în anumite părți ale suprafeței Pământului.

Cele mai mari fluctuații de temperatură sunt experimentate de stratul superior al Pământului. Mai adânc de la suprafață, fluctuațiile de temperatură zilnice, lunare și anuale scad treptat. Grosimea scoarței terestre, în interiorul căreia rocile sunt afectate de căldura solară, se numește zonă heliotermală. Adâncimea acestei zone variază de la câțiva metri până la 30 m.

Sub zona solară termică există o centură de temperatură constantă, unde fluctuațiile sezoniere ale temperaturii nu afectează. În zona Moscovei, este situat la o adâncime de 20 m.

Sub centura de temperatură constantă se află zona geotermală. În această zonă, temperatura crește odată cu adâncimea din cauza căldurii interne a Pământului - cu o medie de 1 ° C la fiecare 33 m. Acest interval de adâncime este numit „etapa geotermală”. Creșterea temperaturii la adâncirea în Pământ cu 100 m se numește gradient geotermal. Valorile treptei geotermale și ale gradientului sunt invers proporționale și diferite pentru diferite regiuni ale Pământului. Produsul lor este o valoare constantă și este egal cu 100. Dacă, de exemplu, treapta este de 25 m, atunci gradientul este de 4 °C.

Diferențele dintre valorile etapei geotermale se pot datora radioactivității și conductivității termice diferite a rocilor, proceselor hidrochimice din intestine, naturii apariției rocilor, temperaturii apei subterane și distanței de oceane și mări.

Valoarea treptei geotermale variază într-o gamă largă. În zona Pyatigorsk este de 1,5 m, Leningrad - 19,6 m, Moscova - 38,4 m, în Karelia - mai mult de 100 m, în regiunea Volga și Bashkiria - 50 m etc. 14

Principala sursă de căldură internă a Pământului este dezintegrarea radioactivă a substanțelor concentrate în principal în scoarța terestră. Se presupune că căldura din acesta crește în conformitate cu pasul geotermal până la o adâncime de 15-20 km. Mai adânc are loc o creștere bruscă a valorii treptei geotermale. Experții consideră că temperatura din centrul Pământului nu depășește 4000 ° C. Dacă magnitudinea treptei geotermale ar rămâne aceeași până la centrul Pământului, atunci temperatura la o adâncime de 900 km ar fi de 27.000 °C, iar în centrul Pământului ar ajunge la aproximativ 193.000 °C.