Začiatkom 80-tych rokov poľnohospodársky sektor ZSSR požadoval od priemyslu multifunkčné nákladné vozidlo s pohonom všetkých kolies, ktoré by rovnako dobre dokázalo prepravovať poľnohospodárske produkty priamo z poľa do skladov, ako aj z dediny do spracovateľských podnikov. Okrem toho sa v zadávacích podmienkach hovorilo o špeciálnej vhodnosti vozíka na prácu v tandeme s poľnohospodárskymi strojmi - traktormi, kombajnmi - priamo na poli. To znamená, že bolo potrebné technologické vozidlo s terénnymi a asfaltovými schopnosťami. V roku 1982 inžinieri NAMI spolu so špecialistami z automobilového závodu Kutaisi vyvinuli sklápač KAZ-4540, ktorý bol uvedený do výroby o dva roky neskôr. Auto bolo naozaj nové, originálne a – na sovietsky priemysel netradične – malo veľmi nízke percento unifikácie s už vyrábanou sériovou výbavou.

Údajným konkurentom Colchis by mohol byť britský univerzál Bedford TM 4-4 z roku 1981, ktorý bol vytvorený pre armády krajín NATO, ale mohol robiť všetko rovnako ako náš poľnohospodársky sklápač.

KAZ-4540

Navonok sú autá dosť podobné: rovnaké ploché „lízané“ kabíny s usporiadaním kabíny, okrúhle svetlomety v nárazníku, jednoduché pneumatiky s terénnym dezénom a vysokou svetlou výškou. Vizuálne sa kvôli úzkej kabíne s menšou presklenou plochou zdá zahraničné auto vyššie, hoci naši virtuálni konkurenti sú na výšku takmer rovnakí. Nosnosť Kolchidy podľa pasu bola 6 ton. KAZ-4540 bol vybavený hlavne sklápacím telesom s trojstranným vykladaním, ale v malých sériách v továrni a potom v remeselných podmienkach bolo na jeho podvozok nainštalované rôzne špecializované vybavenie. Bedford TM najčastejšie slúžil ako nosič špeciálnych zariadení alebo evakuátor ľahkých obrnených vozidiel a iných nákladných vozidiel a bol schopný prepravovať náklady s hmotnosťou 6,5–8 ton (v závislosti od verzie).

O interiéri porovnávaných kamiónov nie je veľa čo povedať. V našom KAZ aj na „britskej“ prístrojovej doske sú volant a dverové karty vyrobené z „dubového“ plastu, veľké okrúhle prístroje sú jednoduché a informatívne, ovládanie mnohých funkcií je „delegované“ na jednotné pravouhlé spínače a dvojité kabíny oboch vozňov nedostali miesta na spanie - napokon sú určené na pohyb po miestnych trasách.

BedfordTM

Pohon všetkých kolies KAZ-4540 bol vybavený osemvalcovým sériovým dieselovým motorom, ktorého výkon bol 160 koní. Pohonná jednotka nebola umiestnená striktne pod kabínou, ale s miernym odsadením smerom ku karosérii. V spojení s naftovým motorom fungovala osemstupňová manuálna prevodovka kombinovaná s jednostupňovou prevodovkou. Zaujímavosťou je, že pre zjednodušenie údržby nie je box pevne spojený s motorom, ale cez medziľahlý kardan. Špeciálne navrhnutá prevodovka umožňuje vozíku dlhý čas pohybovať sa po ornej pôde paralelne s kombajnom s minimálnou rýchlosťou 2 km/h. Z terénnych „vychytávok“ sa sklápač mohol pochváliť uzamykaním medzinápravového diferenciálu zadnej nápravy.

Pod kabínou Bedfordu sa ukrýval 8,2-litrový turbodiesel s výkonom 206 koní. v kombinácii so šesťstupňovou manuálnou prevodovkou sa za skriňou umiestnila „razdatka“. Závesy strojov sú konštrukčne rovnaké - na štyroch pozdĺžnych pružinách. Kvôli slabým terénnym schopnostiam a nízkej spoľahlivosti motorov NATO koncom 80. rokov opustilo britské vozidlá.

KAZ-4540

GAZ-4301 - Renault Midliner S100

Od 60. rokov 20. storočia kráčali tvorcovia k vytvoreniu stredne ťažkých dodávkových vozidiel dvoma cestami – buď americkou, s rozložením kapoty, alebo európskou, s kabínou nad motorom. V ZSSR sa vždy uprednostňovalo usporiadanie kapoty a nový GAZ-4301 z roku 1984, ktorý nahradil GAZ-53, sa stal rovnakým. V tých istých rokoch v Európe Renault spolu so Saviem, Volvom, DAF a Magirus-Deutz, ktorí vytvorili „Klub štyroch“, spolupracovali a v rokoch 1980-81 navrhli jediný univerzálny model, ktorý v „renaulte“ verzia sa volala Renault Midliner S100.

Dizajnéri navrhli nový kamión od Gorkého v rovnakom štýle s nosnejším ZIL-169: GAZ-4301 má hranatú masku chladiča, svetlomety v hranatých blatníkoch a predok zužujúci sa smerom k nosu. Cabover Midliner má tiež hranatú kabínu, nelakovanú plastovú mriežku chladiča, ale celkovo pôsobí modernejšie, keďže sa ukázalo, že je podobný caboverom z 90. rokov a rannej nuly.

GAZ-4301

Interiéry porovnávaných áut vyzerajú na prvý pohľad podobne. Spája ich lacný hrubý plast, jednoduché okrúhle prístroje, celý panel svetelných indikátorov, vetracie otvory a priestranná príručná skrinka. Bližší pohľad však ukazuje, že cudzie auto ponúka vodičovi väčší komfort. Jeho volant je mäkký, nie z tvrdého plastu, radiaca páka je umiestnená bližšie k pracovisku vodiča, sedadlá majú lakťové opierky, pravidelné miesto pre rádio a audio prípravu. Za príplatok sa dal Renault kúpiť s predĺženou spacou kabínou. GAZ-4301 so sedadlom pre odpočinok vodiča nebol sériovo vyrábaný.

GAZon bol vybavený 6,2-litrovým šesťvalcovým dieselovým motorom GAZ-542 s výkonom 142 k. vzduchom chladené, čo bolo univerzálne riešenie pre krajinu s veľkým počtom klimatických pásiem. Motor bol licencovanou kópiou jednotky Deutz a jeho zdroj pred generálnou opravou bol vypočítaný na úrovni 300 000 km. Päťstupňová manuálna prevodovka bola vyvinutá vo vlastnej réžii. Aby bolo možné bez problémov používať nákladné vozidlo v tandeme s poľnohospodárskymi vozidlami pri ultranízkych rýchlostiach, bol prevodový pomer prvého prevodového stupňa zvýšený. Pohon bol tradične na zadnej náprave.

Renault Midliner S

Základom pre Renault Midliner bola 5,4-litrová radová dieselová „šestka“ vodou chladená s výkonom 150 koní. Spolupracovala s ňou päťstupňová manuálna prevodovka vyvinutá spoločnosťou ZF Friedrichshafen. Pružiny sa vyrovnávajú so záťažou a nárazmi na štyroch kolesách oboch vozíkov. Napriek svojej všestrannosti sa GAZ častejšie používali vo vidieckych oblastiach a Renault pracoval viac v mestách medzi skladmi a podnikmi.

MAZ-5432 - Mercedes-Benz NG 80

Kufrové traktory s vysokým komfortom pre vodiča až do začiatku 80. rokov ako trieda v Sovietskom zväze absentovali. Nie nadarmo ZSSR nakupoval traktory zahraničnej výroby na lety do západnej Európy. V roku 1981 sa však situácia zmenila: v Minsku sa začala výroba ťahača MAZ-5432. O rok skôr aktualizoval Mercedes-Benz rodinu svojich vozidiel s dlhým dojazdom novej generácie, ktoré získali index NG 80.

MAZ-5432

Prvorodený zo štvrtej generácie traktorov Minského automobilového závodu dostal radikálne nový dizajn - rozhodne na úrovni zahraničných analógov. Vo všeobecnosti sú tieto dva stroje navonok podobné, ale každý má malé charakteristické črty. MAZ teda vyniká obrysovými svetlami a smerovými svetlami umiestnenými vysoko na okrajoch kabíny. Mercedes si s ničím nepomýlite kvôli klinovitému prednému panelu kabíny, ktorého tvar je spôsobený snahou o zefektívnenie auta. Pre pohodlie vstupu do kabíny oboch strojov boli vybavené širokými schodíkmi a madlami po stranách kabíny. Maximálna hmotnosť návesu pre MAZ bola 21 ton a pre Mercedes-Benz - 15,5–16 ton, v závislosti od verzie.

Mercedes-Benz NG80

„Nemec“ samozrejme svojej posádke ponúkol ešte viac rôznych „čipov“, od klimatizácie a lôžok s ochranou proti pádu v podobe sietí až po elektrické okná. Napriek tomu bol MAZ tiež celkom v pohode - o jeho vysokej úrovni výbavy a výkonu svedčí fakt, že sa stal prvým domácim autom, ktoré prešlo homologačnými testami vo výskumnom stredisku neďaleko hlavného mesta Francúzska a bolo povolené jazdiť na všetkých cestách v Európe. .

Mercedes-Benz NG80

Traktor Minsk bol vybavený modernizovaným 12-valcovým dieselovým motorom YaMZ-238M2 s objemom 14,86 litra a výkonom 280 k. Na to určená osemstupňová manuálna prevodovka vybavená demultiplikátorom umožnila výrazne znížiť apetít nákladného auta, takže naložené auto dokázalo prejsť na jednu plnú nádrž asi 1000 km. Na nemecké autá bolo nainštalovaných niekoľko osemvalcových dieselových motorov s výkonom od 280 do 375 k. Maximálna rýchlosť ťahača z Minska bola 85 km/h, zatiaľ čo Merc s najskromnejším motorom dokázal zrýchliť na 110 km/h. Obidve autá mali posilňovač riadenia, pneumatické brzdy so zosilňovačom, no navyše zahraničné auto bolo možné za príplatok vybaviť protiblokovacím systémom bŕzd. MAZ boli vybavené pružinovým odpružením všetkých kolies a na Mercedes-Benz NG 80 to mohlo byť inak: lacné verzie boli vybavené aj starými dobrými pružinami, ale na bohatých úrovniach výbavy boli na všetky kolesá nainštalované pneumatické valce.

MAZ-5432

Epilóg

Na záver série materiálov o porovnaní domácich a zahraničných automobilov z 80. rokov treba poznamenať, že väčšina z nich prežila úspešný dopravný život a niektoré návrhy sa po hlbokej modernizácii vyrábajú dodnes. Ale pre množstvo sovietskych automobilových závodov sa práve toto úspešné desaťročie stalo labutou piesňou. Potom, v dôsledku politických otrasov, náš automobilový priemysel začal prudko klesať a vyšli z neho len tí najsilnejší.

Existujú dva rôzne typy magnetov. Niektoré z nich sú takzvané permanentné magnety vyrobené z „tvrdých magnetických“ materiálov. Ich magnetické vlastnosti nesúvisia s použitím externých zdrojov alebo prúdov. Ďalším typom sú takzvané elektromagnety s jadrom z "mäkkého magnetického" železa. Magnetické polia, ktoré vytvárajú, sú spôsobené najmä skutočnosťou, že elektrický prúd prechádza drôtom vinutia pokrývajúceho jadro.

Magnetické póly a magnetické pole.

Magnetické vlastnosti tyčového magnetu sú najvýraznejšie v blízkosti jeho koncov. Ak je takýto magnet zavesený na strednej časti, aby sa mohol voľne otáčať v horizontálnej rovine, potom zaujme polohu približne zodpovedajúcu smeru od severu k juhu. Koniec tyče smerujúci na sever sa nazýva severný pól a opačný koniec sa nazýva južný pól. Protiľahlé póly dvoch magnetov sa navzájom priťahujú, zatiaľ čo podobné póly sa odpudzujú.

Ak sa tyč nezmagnetizovaného železa priblíži k jednému z pólov magnetu, magnet sa dočasne zmagnetizuje. V tomto prípade pól magnetizovanej tyče najbližšie k pólu magnetu bude mať opačný názov a vzdialený bude mať rovnaký názov. Príťažlivosť medzi pólom magnetu a opačným pólom, ktorú indukuje v tyči, vysvetľuje pôsobenie magnetu. Niektoré materiály (napríklad oceľ) sa samy o sebe stanú slabými permanentnými magnetmi potom, čo sú v blízkosti permanentného magnetu alebo elektromagnetu. Oceľovú tyč možno zmagnetizovať jednoduchým prevlečením konca permanentného magnetu cez jej koniec.

Magnet teda priťahuje iné magnety a predmety vyrobené z magnetických materiálov bez toho, aby s nimi bol v kontakte. Takéto pôsobenie na diaľku sa vysvetľuje existenciou magnetického poľa v priestore okolo magnetu. Určitú predstavu o intenzite a smere tohto magnetického poľa možno získať naliatím železných pilín na list kartónu alebo skla umiestneného na magnete. Piliny sa zoradia do reťazcov v smere poľa a hustota čiar pilín bude zodpovedať intenzite tohto poľa. (Najhrubšie sú na koncoch magnetu, kde je intenzita magnetického poľa najväčšia.)

M. Faraday (1791–1867) zaviedol koncept uzavretých indukčných čiar pre magnety. Indukčné čiary vychádzajú z magnetu na jeho severnom póle do okolitého priestoru, vstupujú do magnetu na južnom póle a prechádzajú vnútri materiálu magnetu z južného pólu späť na sever, čím vytvárajú uzavretú slučku. Celkový počet indukčných čiar vychádzajúcich z magnetu sa nazýva magnetický tok. Hustota magnetického toku alebo magnetická indukcia ( AT) sa rovná počtu indukčných čiar prechádzajúcich pozdĺž normály cez elementárnu oblasť veľkosti jednotky.

Magnetická indukcia určuje silu, ktorou magnetické pole pôsobí na vodič s prúdom, ktorý sa v ňom nachádza. Ak vodič prenáša prúd ja, je umiestnená kolmo na indukčné čiary, potom podľa Ampérovho zákona je sila F, pôsobiace na vodič, je kolmé na pole aj na vodič a je úmerné magnetickej indukcii, sile prúdu a dĺžke vodiča. Teda pre magnetickú indukciu B môžete napísať výraz

kde F je sila v newtonoch, ja- prúd v ampéroch, l- dĺžka v metroch. Jednotkou merania magnetickej indukcie je tesla (T).

Galvanometer.

Galvanometer je citlivé zariadenie na meranie slabých prúdov. Galvanometer využíva krútiaci moment generovaný interakciou permanentného magnetu v tvare podkovy s malou cievkou vedúcou prúd (slabý elektromagnet) zavesenou v medzere medzi pólmi magnetu. Krútiaci moment a tým aj výchylka cievky je úmerná prúdu a celkovej magnetickej indukcii vo vzduchovej medzere, takže mierka prístroja je takmer lineárna s malými výchylkami cievky.

Magnetizujúca sila a sila magnetického poľa.

Ďalej je potrebné uviesť ešte jednu veličinu, ktorá charakterizuje magnetický účinok elektrického prúdu. Predpokladajme, že prúd prechádza drôtom dlhej cievky, vo vnútri ktorej sa nachádza magnetizovateľný materiál. Magnetizačná sila je súčinom elektrického prúdu v cievke a počtu jej závitov (táto sila sa meria v ampéroch, keďže počet závitov je bezrozmerná veličina). Intenzita magnetického poľa H rovná magnetizačnej sile na jednotku dĺžky cievky. Teda hodnota H merané v ampéroch na meter; určuje magnetizáciu získanú materiálom vo vnútri cievky.

Vo vákuovej magnetickej indukcii Búmerné sile magnetického poľa H:

kde m 0 - tzv. magnetická konštanta s univerzálnou hodnotou 4 p K 10-7 H/m. V mnohých materiáloch hodnota B približne proporcionálne H. Vo feromagnetických materiáloch je však pomer medzi B a H o niečo zložitejšie (o čom sa bude diskutovať nižšie).

Na obr. 1 je znázornený jednoduchý elektromagnet určený na zachytávanie záťaže. Zdrojom energie je jednosmerná batéria. Na obrázku sú tiež znázornené siločiary poľa elektromagnetu, ktoré je možné zistiť bežnou metódou železných pilín.

Veľké elektromagnety so železnými jadrami a veľmi veľkým počtom ampérzávitov, pracujúce v kontinuálnom režime, majú veľkú magnetizačnú silu. V medzere medzi pólmi vytvárajú magnetickú indukciu až 6 T; táto indukcia je obmedzená iba mechanickým namáhaním, zahrievaním cievok a magnetickou saturáciou jadra. Množstvo obrovských elektromagnetov (bez jadra) s vodným chladením, ako aj inštalácie na vytváranie pulzných magnetických polí, navrhol P.L. Massachusetts Institute of Technology. Na takýchto magnetoch bolo možné dosiahnuť indukciu až 50 T. Relatívne malý elektromagnet, produkujúci polia do 6,2 T, spotrebujúci 15 kW elektrickej energie a chladený tekutým vodíkom, bol vyvinutý v Losalamos National Laboratory. Podobné polia sa získajú pri kryogénnych teplotách.

Magnetická permeabilita a jej úloha v magnetizme.

Magnetická priepustnosť m je hodnota, ktorá charakterizuje magnetické vlastnosti materiálu. Feromagnetické kovy Fe, Ni, Co a ich zliatiny majú veľmi vysokú maximálnu permeabilitu - od 5000 (pre Fe) do 800 000 (pre supermalloy). V takýchto materiáloch pri relatívne nízkej intenzite poľa H dochádza k veľkým indukciám B, ale vzťah medzi týmito veličinami je vo všeobecnosti nelineárny v dôsledku saturácie a hysteréznych javov, ktoré sú diskutované nižšie. Feromagnetické materiály sú silne priťahované magnetmi. Svoje magnetické vlastnosti strácajú pri teplotách nad Curieovým bodom (770 °C pre Fe, 358 °C pre Ni, 1120 °C pre Co) a správajú sa ako paramagnety, pre ktoré je indukcia B až po veľmi vysoké hodnoty napätia H je jej úmerná – presne taká istá, ako sa odohráva vo vákuu. Mnoho prvkov a zlúčenín je paramagnetických pri všetkých teplotách. Paramagnetické látky sa vyznačujú tým, že sú magnetizované vo vonkajšom magnetickom poli; ak je toto pole vypnuté, paramagnety sa vrátia do nezmagnetizovaného stavu. Magnetizácia vo feromagnetikách je zachovaná aj po vypnutí vonkajšieho poľa.

Na obr. 2 znázorňuje typickú hysteréznu slučku pre magneticky tvrdý (vysokostratový) feromagnetický materiál. Charakterizuje nejednoznačnú závislosť magnetizácie magneticky usporiadaného materiálu od sily magnetizačného poľa. So zvýšením intenzity magnetického poľa od počiatočného (nulového) bodu ( 1 ) magnetizácia prebieha pozdĺž prerušovanej čiary 1 –2 a hodnotu m sa výrazne mení so zvyšujúcou sa magnetizáciou vzorky. V bode 2 sa dosiahne saturácia, t.j. pri ďalšom zvyšovaní intenzity sa už magnetizácia nezvyšuje. Ak teraz postupne znižujeme hodnotu H na nulu, potom krivka B(H) už nesleduje rovnakú cestu, ale prechádza bodom 3 , odhaľujúce akoby „pamäť“ materiálu o „minulej histórii“, odtiaľ názov „hysteréza“. Je zrejmé, že v tomto prípade je zachovaná určitá zvyšková magnetizácia (segment 1 –3 ). Po zmene smeru magnetizačného poľa na opačný, krivka AT (H) prekračuje bod 4 a segment ( 1 )–(4 ) zodpovedá koercitívnej sile, ktorá zabraňuje demagnetizácii. Ďalší rast hodnôt (- H) vedie hysterézna krivka do tretieho kvadrantu - sekcie 4 –5 . Následný pokles hodnoty (- H) na nulu a potom zvyšovanie kladných hodnôt H uzavrie hysteréznu slučku cez body 6 , 7 a 2 .

Magneticky tvrdé materiály sa vyznačujú širokou hysteréznou slučkou, ktorá pokrýva značnú plochu na diagrame, a preto zodpovedá veľkým hodnotám zvyškovej magnetizácie (magnetickej indukcie) a koercitívnej sily. Úzka hysterézna slučka (obr. 3) je charakteristická pre mäkké magnetické materiály, ako je mäkká oceľ a špeciálne zliatiny s vysokou magnetickou permeabilitou. Takéto zliatiny boli vytvorené s cieľom znížiť straty energie v dôsledku hysterézie. Väčšina týchto špeciálnych zliatin, podobne ako ferity, má vysoký elektrický odpor, ktorý znižuje nielen magnetické straty, ale aj elektrické straty spôsobené vírivými prúdmi.

Magnetické materiály s vysokou permeabilitou sa vyrábajú žíhaním vykonávaným pri teplote cca 1000 °C, po ktorom nasleduje temperovanie (postupné ochladzovanie) na izbovú teplotu. V tomto prípade je veľmi dôležité predbežné mechanické a tepelné spracovanie, ako aj neprítomnosť nečistôt vo vzorke. Pre jadrá transformátorov na začiatku 20. storočia. boli vyvinuté kremíkové ocele, hodnota m ktorý sa zvyšoval so zvyšujúcim sa obsahom kremíka. V rokoch 1915 až 1920 sa objavili permalloy (zliatiny Ni s Fe) s charakteristickou úzkou a takmer pravouhlou hysteréznou slučkou. Obzvlášť vysoké hodnoty magnetickej permeability m pre malé hodnoty H hypernické (50 % Ni, 50 % Fe) a mu-metalové (75 % Ni, 18 % Fe, 5 % Cu, 2 % Cr) zliatiny sa líšia, zatiaľ čo v perminvare (45 % Ni, 30 % Fe, 25 % Co ) hodnotu m prakticky konštantný v širokom rozsahu zmien intenzity poľa. Z moderných magnetických materiálov treba spomenúť supermalloy, zliatinu s najvyššou magnetickou permeabilitou (obsahuje 79 % Ni, 15 % Fe a 5 % Mo).

Teórie magnetizmu.

Prvýkrát myšlienka, že magnetické javy sú v konečnom dôsledku redukované na elektrické, vznikla od Ampera v roku 1825, keď vyjadril myšlienku uzavretých vnútorných mikroprúdov cirkulujúcich v každom atóme magnetu. Avšak bez akéhokoľvek experimentálneho potvrdenia prítomnosti takýchto prúdov v hmote (elektrón objavil J. Thomson až v roku 1897 a popis štruktúry atómu podali Rutherford a Bohr v roku 1913) táto teória „vybledla. “. V roku 1852 W. Weber navrhol, že každý atóm magnetickej látky je maličký magnet alebo magnetický dipól, takže úplná magnetizácia látky sa dosiahne vtedy, keď sú všetky jednotlivé atómové magnety zoradené v určitom poradí (obr. 4 , b). Weber veril, že molekulárne alebo atómové „trenie“ pomáha týmto elementárnym magnetom udržiavať ich usporiadanie napriek rušivému vplyvu tepelných vibrácií. Jeho teória dokázala vysvetliť magnetizáciu telies pri kontakte s magnetom, ako aj ich demagnetizáciu pri náraze alebo zahriatí; nakoniec, „množenie“ magnetov bolo tiež vysvetlené, keď bola magnetizovaná ihla alebo magnetická tyč rozrezaná na kúsky. A predsa táto teória nevysvetlila ani pôvod samotných elementárnych magnetov, ani javy saturácie a hysterézie. Weberovu teóriu zdokonalil v roku 1890 J. Ewing, ktorý nahradil svoju hypotézu atómového trenia myšlienkou medziatómových obmedzujúcich síl, ktoré pomáhajú udržiavať usporiadanie elementárnych dipólov, ktoré tvoria permanentný magnet.

Prístup k problému, ktorý kedysi navrhol Ampere, dostal druhý život v roku 1905, keď P. Langevin vysvetlil správanie paramagnetických materiálov prisúdením každého atómu vnútorným nekompenzovaným elektrónovým prúdom. Podľa Langevina sú to práve tieto prúdy, ktoré tvoria drobné magnety, ktoré sú náhodne orientované, keď vonkajšie pole chýba, ale po aplikácii získavajú usporiadanú orientáciu. V tomto prípade aproximácia k úplnému zoradeniu zodpovedá saturácii magnetizácie. Okrem toho Langevin zaviedol koncept magnetického momentu, ktorý sa pre jeden atómový magnet rovná súčinu „magnetického náboja“ pólu a vzdialenosti medzi pólmi. Slabý magnetizmus paramagnetických materiálov je teda spôsobený celkovým magnetickým momentom vytváraným nekompenzovanými elektrónovými prúdmi.

V roku 1907 zaviedol P. Weiss pojem „doména“, ktorý sa stal dôležitým príspevkom k modernej teórii magnetizmu. Weiss si domény predstavoval ako malé „kolónie“ atómov, v rámci ktorých sú magnetické momenty všetkých atómov z nejakého dôvodu nútené udržiavať rovnakú orientáciu, takže každá doména je zmagnetizovaná do nasýtenia. Samostatná doména môže mať lineárne rozmery rádovo 0,01 mm, a teda objem rádovo 10–6 mm3. Domény sú oddelené takzvanými Blochovými stenami, ktorých hrúbka nepresahuje 1000 atómových rozmerov. „Stena“ a dve opačne orientované domény sú schematicky znázornené na obr. 5. Takéto steny sú „prechodové vrstvy“, v ktorých sa mení smer magnetizácie domény.

Vo všeobecnom prípade možno na počiatočnej magnetizačnej krivke rozlíšiť tri rezy (obr. 6). V počiatočnom úseku sa stena pôsobením vonkajšieho poľa pohybuje cez hrúbku látky, až kým nenarazí na defekt kryštálovej mriežky, ktorý ju zastaví. Zvýšením intenzity poľa môže byť stena nútená pohybovať sa ďalej cez strednú časť medzi prerušovanými čiarami. Ak sa potom intenzita poľa opäť zníži na nulu, steny sa už nevrátia do svojej pôvodnej polohy, takže vzorka zostane čiastočne zmagnetizovaná. To vysvetľuje hysterézu magnetu. Na konci krivky sa proces končí saturáciou magnetizácie vzorky v dôsledku usporiadania magnetizácie v posledných neusporiadaných doménach. Tento proces je takmer úplne reverzibilný. Magnetickú tvrdosť vykazujú tie materiály, v ktorých atómová mriežka obsahuje veľa defektov, ktoré bránia pohybu medzidoménových stien. To sa dá dosiahnuť mechanickým a tepelným spracovaním, napríklad lisovaním a následným spekaním práškového materiálu. V alnico zliatinách a ich analógoch sa rovnaký výsledok dosiahne tavením kovov do komplexnej štruktúry.

Okrem paramagnetických a feromagnetických materiálov existujú materiály s takzvanými antiferomagnetickými a ferimagnetickými vlastnosťami. Rozdiel medzi týmito typmi magnetizmu je znázornený na obr. 7. Na základe koncepcie domén možno paramagnetizmus považovať za jav v dôsledku prítomnosti malých skupín magnetických dipólov v materiáli, v ktorých jednotlivé dipóly navzájom veľmi slabo interagujú (alebo neinteragujú vôbec) a preto pri absencii vonkajšieho poľa majú iba náhodné orientácie (obr. 7, a). Vo feromagnetických materiáloch v rámci každej domény existuje silná interakcia medzi jednotlivými dipólmi, čo vedie k ich usporiadanému paralelnému zarovnaniu (obr. 7, b). V antiferomagnetických materiáloch naopak interakcia medzi jednotlivými dipólmi vedie k ich antiparalelnému usporiadanému usporiadaniu, takže celkový magnetický moment každej domény je nulový (obr. 7, v). Nakoniec, vo ferimagnetických materiáloch (napríklad feritoch) existuje paralelné aj antiparalelné usporiadanie (obr. 7, G), čo má za následok slabý magnetizmus.

Existujú dve presvedčivé experimentálne potvrdenia existencie domén. Prvým z nich je takzvaný Barkhausenov efekt, druhým je metóda práškovej postavy. V roku 1919 G. Barkhausen zistil, že keď sa na vzorku feromagnetického materiálu aplikuje vonkajšie pole, jeho magnetizácia sa mení v malých diskrétnych častiach. Z pohľadu teórie domén nejde o nič iné, ako o skokové napredovanie medzidoménovej steny, ktorá naráža na jednotlivé defekty, ktoré ju brzdia na ceste. Tento efekt sa zvyčajne zisťuje pomocou cievky, v ktorej je umiestnená feromagnetická tyč alebo drôt. Ak sa silný magnet striedavo privádza k vzorke a odstraňuje sa z nej, vzorka sa zmagnetizuje a premagnetizuje. Skokové zmeny v magnetizácii vzorky menia magnetický tok cievkou a je v nej vybudený indukčný prúd. Napätie, ktoré v tomto prípade vzniká v cievke, sa zosilní a privedie na vstup dvojice akustických slúchadiel. Kliknutia vnímané cez slúchadlá naznačujú prudkú zmenu magnetizácie.

Na odhalenie doménovej štruktúry magnetu metódou práškových obrazcov sa na dobre vyleštený povrch zmagnetizovaného materiálu nanesie kvapka koloidnej suspenzie feromagnetického prášku (zvyčajne Fe 3 O 4). Častice prášku sa usadzujú najmä v miestach maximálnej nehomogenity magnetického poľa - na hraniciach domén. Takáto štruktúra môže byť študovaná pod mikroskopom. Bol tiež navrhnutý spôsob založený na prechode polarizovaného svetla cez priehľadný feromagnetický materiál.

Pôvodná Weissova teória magnetizmu vo svojich hlavných črtách si zachovala svoj význam až do súčasnosti, dostala však aktualizovanú interpretáciu založenú na koncepte nekompenzovaných spinov elektrónov ako faktora určujúceho atómový magnetizmus. Hypotézu o existencii vlastného momentu elektrónu vyslovili v roku 1926 S. Goudsmit a J. Uhlenbeck av súčasnosti sú elektróny ako nosiče spinov považované za „elementárne magnety“.

Na objasnenie tohto pojmu uvažujme (obr. 8) voľný atóm železa, typický feromagnetický materiál. Jeho dve škrupiny ( K a L), najbližšie k jadru, sú naplnené elektrónmi, pričom dva sú na prvom z nich a osem na druhom. AT K- škrupina, spin jedného z elektrónov je kladný a druhý záporný. AT L-obal (presnejšie vo svojich dvoch podplášťoch), štyri z ôsmich elektrónov majú kladné spiny a ostatné štyri majú záporné spiny. V oboch prípadoch sa spiny elektrónov v rámci toho istého obalu úplne vyrušia, takže celkový magnetický moment je nulový. AT M-plášť, situácia je iná, pretože zo šiestich elektrónov v treťom podplášte má päť elektrónov spiny nasmerované jedným smerom a iba šiesty v druhom. V dôsledku toho zostávajú štyri nekompenzované spiny, ktoré určujú magnetické vlastnosti atómu železa. (Vo vonkajšej N-plášť má len dva valenčné elektróny, ktoré neprispievajú k magnetizmu atómu železa.) Podobne sa vysvetľuje magnetizmus iných feromagnetík, ako niklu a kobaltu. Keďže susedné atómy vo vzorke železa medzi sebou silne interagujú a ich elektróny sú čiastočne kolektivizované, treba toto vysvetlenie považovať len za ilustratívnu, no veľmi zjednodušenú schému reálnej situácie.

Teóriu atómového magnetizmu, založenú na spine elektrónov, podporujú dva zaujímavé gyromagnetické experimenty, z ktorých jeden uskutočnili A. Einstein a W. de Haas a druhý S. Barnett. V prvom z týchto experimentov bol valec z feromagnetického materiálu zavesený, ako je znázornené na obr. 9. Ak cez drôt vinutia prechádza prúd, potom sa valec otáča okolo svojej osi. Keď sa zmení smer prúdu (a tým aj magnetické pole), otočí sa opačným smerom. V oboch prípadoch je rotácia valca spôsobená usporiadaním spinov elektrónov. V Barnettovom experimente je naopak zavesený valec, ktorý sa prudko otáča, magnetizuje v neprítomnosti magnetického poľa. Tento efekt sa vysvetľuje tým, že pri otáčaní magnetu vzniká gyroskopický moment, ktorý má tendenciu otáčať spinové momenty v smere vlastnej osi otáčania.

Pre úplnejšie vysvetlenie podstaty a pôvodu síl krátkeho dosahu, ktoré usporiadajú susedné atómové magnety a pôsobia proti neusporiadanému účinku tepelného pohybu, by sme sa mali obrátiť na kvantovú mechaniku. Kvantovo mechanické vysvetlenie podstaty týchto síl navrhol v roku 1928 W. Heisenberg, ktorý predpokladal existenciu výmenných interakcií medzi susednými atómami. Neskôr G. Bethe a J. Slater ukázali, že výmenné sily výrazne narastajú so zmenšujúcou sa vzdialenosťou medzi atómami, no po dosiahnutí určitej minimálnej medziatómovej vzdialenosti klesnú na nulu.

MAGNETICKÉ VLASTNOSTI LÁTKY

Jednu z prvých rozsiahlych a systematických štúdií magnetických vlastností hmoty uskutočnil P. Curie. Zistil, že podľa magnetických vlastností možno všetky látky rozdeliť do troch tried. Prvá zahŕňa látky s výraznými magnetickými vlastnosťami podobnými železu. Takéto látky sa nazývajú feromagnetické; ich magnetické pole je viditeľné na veľké vzdialenosti ( cm. vyššie). Látky nazývané paramagnetické patria do druhej triedy; ich magnetické vlastnosti sú vo všeobecnosti podobné vlastnostiam feromagnetických materiálov, ale oveľa slabšie. Napríklad sila príťažlivosti k pólom silného elektromagnetu môže vytiahnuť železné kladivo z vašich rúk a na zistenie príťažlivosti paramagnetickej látky k rovnakému magnetu sú spravidla potrebné veľmi citlivé analytické váhy. . Do poslednej, tretej triedy patria takzvané diamagnetické látky. Odpudzuje ich elektromagnet, t.j. sila pôsobiaca na diamagnety smeruje opačne ako sila pôsobiaca na fero- a paramagnety.

Meranie magnetických vlastností.

Pri štúdiu magnetických vlastností sú najdôležitejšie merania dvoch typov. Prvým z nich je meranie sily pôsobiacej na vzorku v blízkosti magnetu; takto sa určuje magnetizácia vzorky. Druhá zahŕňa merania „rezonančných“ frekvencií spojených s magnetizáciou hmoty. Atómy sú maličké „gyroskopy“ a prebiehajú v procese magnetického poľa (ako bežná rotačka pod vplyvom krútiaceho momentu vytvoreného gravitáciou) s frekvenciou, ktorú možno merať. Okrem toho sila pôsobí na voľné nabité častice pohybujúce sa v pravom uhle k čiaram magnetickej indukcie, ako aj na prúd elektrónov vo vodiči. Spôsobuje pohyb častice po kruhovej dráhe, ktorej polomer je daný o

R = mv/eB,

kde m je hmotnosť častice, v- jej rýchlosť e je jeho náboj, a B je magnetická indukcia poľa. Frekvencia takéhoto kruhového pohybu sa rovná

kde f merané v hertzoch e- v príveskoch, m- v kilogramoch, B- v Tesle. Táto frekvencia charakterizuje pohyb nabitých častíc v látke v magnetickom poli. Oba typy pohybu (precesia a pohyb po kruhových dráhach) môžu byť vybudené striedaním polí s rezonančnými frekvenciami rovnými "prirodzeným" frekvenciám charakteristickým pre daný materiál. V prvom prípade sa rezonancia nazýva magnetická a v druhom cyklotrón (vzhľadom na podobnosť s cyklickým pohybom subatomárnej častice v cyklotróne).

Keď už hovoríme o magnetických vlastnostiach atómov, je potrebné venovať osobitnú pozornosť ich momentu hybnosti. Magnetické pole pôsobí na rotujúci atómový dipól, snaží sa ho otočiť a nastaviť rovnobežne s poľom. Namiesto toho sa atóm začne precesovať okolo smeru poľa (obr. 10) s frekvenciou závislou od dipólového momentu a sily aplikovaného poľa.

Precesiu atómov nemožno priamo pozorovať, pretože všetky atómy vzorky prechádzajú v inej fáze. Ak sa však aplikuje malé striedavé pole nasmerované kolmo na pole konštantného usporiadania, potom sa medzi precesnými atómami vytvorí určitý fázový vzťah a ich celkový magnetický moment sa začne precesovať s frekvenciou rovnajúcou sa frekvencii precesie jednotlivých atómov. magnetické momenty. Uhlová rýchlosť precesie je veľmi dôležitá. Táto hodnota je spravidla rádovo 1010 Hz/T pre magnetizáciu spojenú s elektrónmi a rádovo 107 Hz/T pre magnetizáciu spojenú s kladnými nábojmi v jadrách atómov.

Schematický diagram zariadenia na pozorovanie nukleárnej magnetickej rezonancie (NMR) je znázornený na obr. 11. Skúmaná látka sa zavedie do rovnomerného konštantného poľa medzi pólmi. Ak sa potom pomocou malej cievky okolo skúmavky vybudí RF pole, možno dosiahnuť rezonanciu pri určitej frekvencii, ktorá sa rovná frekvencii precesie všetkých jadrových "gyroskopov" vzorky. Merania sú podobné ako pri naladení rádiového prijímača na frekvenciu konkrétnej stanice.

Metódy magnetickej rezonancie umožňujú skúmať nielen magnetické vlastnosti konkrétnych atómov a jadier, ale aj vlastnosti ich prostredia. Ide o to, že magnetické polia v pevných látkach a molekulách sú nehomogénne, pretože sú skreslené atómovými nábojmi a detaily priebehu experimentálnej rezonančnej krivky sú určené lokálnym poľom v oblasti, kde sa nachádza precesné jadro. To umožňuje študovať vlastnosti štruktúry konkrétnej vzorky rezonančnými metódami.

Výpočet magnetických vlastností.

Magnetická indukcia poľa Zeme je 0,5×10 -4 T, pričom pole medzi pólmi silného elektromagnetu je rádovo 2 T a viac.

Magnetické pole vytvorené akoukoľvek konfiguráciou prúdov možno vypočítať pomocou Biot-Savart-Laplaceovho vzorca pre magnetickú indukciu poľa vytvoreného prúdovým prvkom. Výpočet poľa vytvoreného obrysmi rôznych tvarov a valcových zvitkov je v mnohých prípadoch veľmi komplikovaný. Nižšie sú uvedené vzorce pre niekoľko jednoduchých prípadov. Magnetická indukcia (v teslach) poľa vytvoreného dlhým rovným drôtom s prúdom ja

Pole magnetizovanej železnej tyče je podobné vonkajšiemu poľu dlhého solenoidu s počtom ampérových závitov na jednotku dĺžky zodpovedajúcim prúdu v atómoch na povrchu magnetizovanej tyče, pretože prúdy vo vnútri tyče sa navzájom rušia. von (obr. 12). Podľa názvu Ampere sa takýto povrchový prúd nazýva Ampère. Intenzita magnetického poľa H a, vytvorený ampérovým prúdom, sa rovná magnetickému momentu jednotkového objemu tyče M.

Ak je do solenoidu vložená železná tyč, potom okrem toho, že prúd solenoidu vytvára magnetické pole H, usporiadanie atómových dipólov v magnetizovanom materiáli tyče vytvára magnetizáciu M. V tomto prípade je celkový magnetický tok určený súčtom skutočných a ampérových prúdov, takže B = m 0(H + H a), alebo B = m 0(H+M). Postoj M/H volal magnetická susceptibilita a označuje sa gréckym písmenom c; c je bezrozmerná veličina charakterizujúca schopnosť materiálu magnetizovať sa v magnetickom poli.

Hodnota B/H, ktorá charakterizuje magnetické vlastnosti materiálu, sa nazýva magnetická permeabilita a označuje sa m a a m a = m 0m, kde m a je absolútna a m- relatívna priepustnosť,

Vo feromagnetických látkach je hodnota c môže mať veľmi veľké hodnoty - až 10 4 ё 10 6 . Hodnota c paramagnetické materiály majú o niečo viac ako nulu a diamagnetické materiály o niečo menej. Len vo vákuu a vo veľmi slabých poliach sú množstvá c a m sú konštantné a nezávisia od vonkajšieho poľa. Vyvolanie závislosti B od H je spravidla nelineárny, a jeho grafy, tzv. magnetizačné krivky pre rôzne materiály a dokonca aj pri rôznych teplotách sa môžu výrazne líšiť (príklady takýchto kriviek sú na obr. 2 a 3).

Magnetické vlastnosti hmoty sú veľmi zložité a dôkladné pochopenie ich štruktúry si vyžaduje dôkladnú analýzu štruktúry atómov, ich interakcií v molekulách, ich zrážok v plynoch a ich vzájomného vplyvu v pevných látkach a kvapalinách; magnetické vlastnosti kvapalín sú stále najmenej prebádané.

Zem má magnetické pole, ktorého dôvody nie sú známe. Magnetické pole má dva magnetické póly a magnetickú os. Poloha magnetických pólov sa nezhoduje s polohou geografických. Magnetické póly sú umiestnené na severnej a južnej pologuli navzájom asymetricky. V tomto ohľade ich spojnica - magnetická os Zeme zviera s osou rotácie uhol až 11°.

Zemský magnetizmus je charakterizovaný magnetickou intenzitou, deklináciou a sklonom. Magnetická sila sa meria v orerstedoch.

Magnetická deklinácia je uhol odchýlky magnetickej strelky od geografického poludníka v danom mieste. Pretože magnetická strelka ukazuje smer magnetického poludníka, magnetická deklinácia bude zodpovedať uhlu medzi magnetickým a geografickým poludníkom. Skloňovanie môže byť na východ alebo na západ. Čiary spájajúce rovnaké deklinácie na mape sa nazývajú izogóny. Deklinačný izogón rovný nule sa nazýva nulový magnetický poludník. Izogóny vyžarujú z magnetického pólu na južnej pologuli a zbiehajú sa k magnetickému pólu na severnej pologuli.

Magnetický sklon je uhol sklonu magnetickej strelky k horizontu. Čiary spájajúce body s rovnakým sklonom sa nazývajú izokliny. Nulová izoklina sa nazýva magnetický rovník. Izokliny, podobne ako rovnobežky, sa tiahnu v smere zemepisnej šírky a menia sa od 0 do 90°.

Hladký priebeh izogón a izoklinál na niektorých miestach zemského povrchu je dosť ostro narušený, čo súvisí s existenciou magnetických anomálií. Veľké akumulácie železných rúd môžu slúžiť ako zdroje takýchto anomálií. Najväčšou magnetickou anomáliou je Kursk. Príčinou magnetických anomálií môžu byť aj zlomy v zemskej kôre - zlomy, spätné zlomy, v dôsledku ktorých sa dostávajú do kontaktu horniny s rôznymi magnetickými charakteristikami a pod. Magnetické anomálie sa široko používajú na vyhľadávanie ložísk nerastných surovín a štúdium štruktúry podložie.

Hodnoty magnetických intenzít, deklinácií a inklinácií zažívajú denné a sekulárne výkyvy (variácie).

Denné variácie sú spôsobené slnečnými a lunárnymi poruchami ionosféry a sú výraznejšie v lete ako v zime a viac cez deň ako v noci. Oveľa intenzívnejšie

variácie storočia. Predpokladá sa, že sú spôsobené zmenami, ktoré sa vyskytujú v horných vrstvách zemského jadra. Svetské variácie v rôznych geografických bodoch sú rôzne.

Náhle, niekoľko dní trvajúce magnetické fluktuácie (magnetické búrky) sú spojené so slnečnou aktivitou a sú najintenzívnejšie vo vysokých zemepisných šírkach.

§ 4. Teplo Zeme

Zem prijíma teplo z dvoch zdrojov: zo Slnka a z vlastných útrob. Tepelný stav zemského povrchu takmer úplne závisí od jeho zahrievania Slnkom. Pod vplyvom mnohých faktorov však dochádza k redistribúcii slnečného tepla, ktoré dopadlo na zemský povrch. Rôzne body na zemskom povrchu dostávajú nerovnaké množstvo tepla v dôsledku naklonenej polohy zemskej osi rotácie voči rovine ekliptiky.

Pre porovnanie teplotných pomerov sa zavádzajú pojmy priemerná denná, priemerná mesačná a priemerná ročná teplota v určitých častiach zemského povrchu.

Najvyššie teplotné výkyvy zažíva horná vrstva Zeme. Hlbšie od povrchu sa postupne znižujú denné, mesačné a ročné výkyvy teplôt. Hrúbka zemskej kôry, v ktorej sú horniny ovplyvnené slnečným teplom, sa nazýva heliotermická zóna. Hĺbka tejto zóny sa pohybuje od niekoľkých metrov do 30 m.

Pod solárnou termálnou zónou sa nachádza pás konštantnej teploty, kde sezónne teplotné výkyvy neovplyvňujú. V oblasti Moskvy sa nachádza v hĺbke 20 m.

Pod pásom konštantnej teploty sa nachádza geotermálna zóna. V tejto zóne teplota v dôsledku vnútorného tepla Zeme stúpa s hĺbkou - v priemere o 1 ° C na každých 33 m. Tento hĺbkový interval sa nazýva „geotermálny krok“. Nárast teploty pri prehĺbení Zeme o 100 m sa nazýva geotermálny gradient. Hodnoty geotermálneho kroku a gradientu sú nepriamo úmerné a rozdielne pre rôzne oblasti Zeme. Ich súčin je konštantná hodnota a rovná sa 100. Ak je napríklad krok 25 m, potom je gradient 4 °C.

Rozdiely v hodnotách geotermálneho kroku môžu byť spôsobené odlišnou rádioaktivitou a tepelnou vodivosťou hornín, hydrochemickými procesmi v črevách, povahou výskytu hornín, teplotou podzemnej vody a odľahlosťou od oceánov a morí.

Hodnota geotermálneho kroku sa mení v širokom rozsahu. V oblasti Pyatigorsk je to 1,5 m, Leningrad - 19,6 m, Moskva - 38,4 m, v Karélii - viac ako 100 m, v regióne Povolžia a Baškirsko - 50 m atď. 14

Hlavným zdrojom vnútorného tepla Zeme je rádioaktívny rozpad látok sústredených najmä v zemskej kôre. Predpokladá sa, že teplo v ňom stúpa v súlade s geotermálnym krokom do hĺbky 15-20 km. Hlbšie dochádza k prudkému nárastu hodnoty geotermálneho kroku. Odborníci sa domnievajú, že teplota v strede Zeme nepresahuje 4000 °C. Ak by hodnota geotermálneho kroku zostala rovnaká do stredu Zeme, potom by teplota v hĺbke 900 km bola 27 000 °C a v strede Zeme by dosahovala približne 193 000 °C.