Лекции по дисциплине «физика горных пород» навоий 2017 Жиянов А. Б. Курс лекции по дисциплине «Физика горных пород»

2.Магнитные свойства.
Магнитное поле характеризуется двумя показателями: напряженностью Н и индукцией В. Напряженность магнитного поля Н ( в А\м) определяет величину и направление действия магнитных сил F_м в вакууме на единицу магнитной массы m_м Согласно закону Кулона сила взаимодействия между двумя магнитными массами m₁ и m₂ на расстоянии r друг от друга

F = ± m₁· m₂ /(μ_аr²)

где μ_а – некоторая характеристика среды (вещества, породы) называемая абсолютной магнитной проницаемостью.

Отношение μ_а/μ_о называется относительной магнитной проницаемостью μ.
Магнитная индукция В – векторная величина, выражающая интенсивность магнитного поля.
Между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в веществе существует прямо пропорциональная зависимость

В= µ_аН.

В этой зависимости коэффициент пропорциональности µ_а также равен абсолютной магнитной пропорциональности вещества. В вакууме μ_а= μ_о= 4π10^-7. Это константа называется абсолютной магнитной постоянной..

Для оценки магнитных свойств вещества или породы чаще используют показатель относительной магнитной проницаемости u.
Изменение индукции магнитного поля при внесении в него породы связанно с ее намагничиванием. Это явление возникает в породе вследствие появления нескомпенсированного магнитного момента М под воздействием внешнего поля. Последний, в свою очередь, обусловлен наличием в породе элементарных магнитных моментов m_{i .}
Намагниченность прямо пропорциональна напряженности магнитного поля :

J =u_а Н – u_о Н= u_оН (u –1) .

Коэффициент (u –1) =x называется объемной магнитной восприимчивостью.

Так, если магнитные моменты всех электронов атома компенсируют друг друга, то при Р =о атом не магничен. Такие породы называются диамагнитными.В диамагнитных породах электронные оболочки атомов симметричны и замкнуты. При внесении такого атома в магнитное поле его электронные оболочки получают дополнительную скорость и каждый атом породы приобретает магнитный момент, направленный против поля. Поэтому магнитная проницаемость диамагнетиков меньше единицы, и такие породы, помещенные в магнитное поле, уменьшают плотность магнитного потока, т.е. его индукцию. Величина диамагнетизма определяется радиусами атомных орбит и в большинстве случаев не зависит от температуры.
Горные породы, атомы которых обладают магнитным моментом при отсутствии внешнего поля, называются парамагнитными. Однако в целом образец парамагнетика при отсутствии поля не намагничен вследствие хаотичного распределения в нем магнитных моментов отдельных атомов. Лишь при внесении парамагнетика в магнитное поле его диполи ориентируются сообразно с направлением поля, и, следовательно, образец намагничивается. Так как этой ориентировке препятствует тепловое движение атомов, магнитная проницаемость парамагнетиков с повышением температуры уменьшается. В целом же магнитная проницаемость их несколько больше единицы.
Магнитная проницаемость диамагнетиков и парамагнетиков не зависит от напряженности магнитного поля при изменении его вплоть до 8*10⁵А\ м.
Следует подчеркнуть, что намагниченность, обусловленная диамагнитными явлениями, присуща всем горным породам и минералам, однако, так как она незначительна по величине и направлена противоположно намагниченности, вызванной парамагнитными явлениями, последняя преобладает и становится решающей.
Горные породы, у которых целые объемы ( домены ) обладают магнитными моментами при отсутствии внешнего поля, называются ферромагнитными. Благодаря доменам магнитная проницаемость ферромагнитных пород значительно больше, чем у парамагнитных. Намагниченность ферромагнитных пород достигается воздействием не только внешнего поля, но и намагничивающим действием дополнительного внутреннего молекулярного поля.
Намагниченность ферромагнитных пород зависит от напряженности магнитного поля, причем при определенном значении Н эта зависимость исчезает- наступает насыщение. При снижении напряженности магнитного поля до нуля породы полностью не размагничивается. Это явление носит название остаточной намагниченности J_ост. Для того чтобы породу размагнитить, необходимо воздействие на нее некоторого обратно направленного магнитного поля. Напряженность поля, при которой происходит полное размагничивание, характеризует породу и называется коэрцитивной силой Н_с.
Естественная радиоактивность пород обусловлена наличием в их составе либо минералов, содержащих радиоактивные элементы ( уран U, торий Th, радий Ra ), либо радиоактивных изотопов калия ( К⁴⁰), кальция, рубидия, циркония, олова, теллура , вольфрама, рения и висмута.
Кроме того, ряд минералов обладает способностью адсорбировать из окружающей среды радиоактивные элементы и изотопы, в следствии чего наличие таких минералов в породах также повышает их радиоактивность. Так, повышенной радиоактивностью в результате сорбции элементов обладают глина и глинистые сланцы. Поэтому присутствие глин в осадочных породах (например мергелях ) увеличивает их радиоактивность.
Радиоактивных элементов в земной коре очень мало. По приближенным оценкам, в литосфере содержится урана ( U²³⁵ ) 2.1 * 10^-60\0 урана ( U²³⁸ ) 3 * 10^-40\0, тория ( Th²³⁷ ) 8 10^-40\0 , радия (Ra²²⁶ ) 1*10^-40\0.
Как известно, при радиоактивном распаде, связанном с перестройкой ядер элементов, происходит излучение а и в – частиц и Y - лучей.