Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Магнитные свойства горных пород и минералов при повышенных давлениях и температурах (по литературным данным).
1.1. Остаточная намагниченность горных пород и минералов в условиях повышенных давлений и температур 11
1.2. Магнетизм системы мелких ферримагнитных частиц 19
1.3. Магнитная восприимчивость горных пород в условиях повышенных давлений..28
1.4. Коэрцитивная сила и разрушающее поле горных пород и минералов 30
Глава 2. Методика, техника и объект исследования.
2.1. Автоматический вибрационный термомагнитометр 37
2.2. Автоматический вибрационный пьезомагнитометр 38
2.3. Установка для сдвигового воздействия под повышенным давлением 42
2.4. Установка для измерения магнитной восприимчивости горных пород при повышенных давлениях 44
2.5. Установка для изучения магнитных свойств горных пород при повышенных давлениях в переменных магнитных полях 44
2.6. Установка для изучения длительности воздействия давления при повышенных температурах на намагничивания горных пород 46
2.7. Автоматические вакуумные магнитные микровесы 49
2.8. Объекты исследований 53
2.9. Методика измерений и исследований 60
2.10. Погрешности измерений 62
2.11. Выводы 64
Глава 3 Пьезомагнитные свойства пород и ансамбля частиц магнетита
3.1. Остаточная намагниченность 68
3.1.1. Влияние давления на остаточную намагниченность насыщения и термоостаточную намагниченность ансамбля частиц магнетита 68
3.1.2. Сравнительное изучение термоостаточной и идеальной остаточной намагниченности магнетита 74
3.1.3. Пьезоостаточная намагниченность магнетита при повышенных давлениях в зависимости от размеров частиц 76
3.1.4. Влияние длительности действия повышенных давлений при высоких температурах на термоостаточную намагниченность 78
3.2. Магнитная восприимчивость 82
3.3. Обсуждение результатов исследования пьезомагнитных свойств ансамбля частиц магнетита 87
3.4. Геофизическое приложение результатов исследования пьезомагнитных свойств ансамбля частиц магнетита 98
3.4.1. Пьезомагнитный критерий однодоменности 100
3.5. Выводы 102
Глава 4. Остаточная намагниченность, коэрцитивная сила и плотность дислокаций магнетита после сдвигового воздействия под давлением .
4.1. Влияние сдвигового воздействия под давлением на основные виды остаточной намагниченности 105
4.2. Коэрцитивная сила, разрушающее поле и плотность дислокаций магнетита после сдвигового воздействия под давлением 114
4.2.1. Плотность дислокаций частиц порошка после воздействия повышенных давлений 114
4.2.2. Коэрцитивная сила и разрушающее поле магнетита после сдвигового воздействия под давлением 117
4.3. Обсуждение полученных результатов 121
4.4. Выводы 125
Глава 5. Влияния разрушения и дробления образца при сдвиговом воздействии под давлением на магнитные свойства магнетита и гематита .
5.1. Магнитные свойства магнетита 130
5.1.1. Температурная зависимость намагниченности насыщения магнетита 130
5.1.2. Кривые намагничивания и параметры гистерезиса магнетита 136
5.2. Температурная зависимость намагниченности насыщения гематита 138
5.3. Рентгеноструктурные исследования 148
5.4. Обсуждение полученных результатов 150
5.5. Выводы 158
Глава 6. Магнитные свойства железистых кварцитов Кольского полуострова и Камчатских туфов после сдвигового воздействия под давлением .
6.1. Магнитные свойства железистых кварцитов Кольского полуострова 160
6.2. Температурная зависимость намагниченности насыщения железистых кварцитов после сдвигового воздействия под давлением 161
6.3. Магнитные свойства магнетитов из зон разломов 166
6.4. Магнитные свойства Камчатских туфов после сдвигового воздействия под повышенным давлением 171
6.5. Обсуждение и геофизическое приложение полученных результатов 176
6.6. Выводы 180
Глава 7. Магнитные и пьезомагнитные характеристики базальтов Красного моря и гипербазитов Южного Урала .
7.1. Магнитные свойства подводных базальтов Красного моря 182
7.1.1. Влияние повышенных давлений на естественную остаточную, термоостаточную намагниченности и на остаточную намагниченность насыщения подводных базальтов 183
7.1.2. Влияние переменного магнитного поля на естественную остаточную и термоостаточную намагниченности подводных базальтов 184
7.1.3. Температурная зависимость естественной остаточной намагниченности и намагниченности насыщения 187
7.1.4. Температурная зависимость намагниченности насыщения подводных базальтов после сдвигового воздействия под давлением 190
7.2. Магнитные свойства гипербазитов гор Крака после сдвигового воздействия под повышенным давлением 195
7.2.1. Температурная зависимость намагниченности насыщения гипербазитов... 196
7.2.2. Температурная зависимость гистерезисных свойств гипербазитов 200
7.2.3. Химический состав и микроструктура гипербазитов гор Крака 202
7.2.4. Рентгеноструктурные исследования 206
7.3. Обсуждение и геофизическое приложение полученных результатов... 210
7.4. Выводы 217
Заключение 219
Литература
- Магнетизм системы мелких ферримагнитных частиц
- Установка для сдвигового воздействия под повышенным давлением
- Влияние давления на остаточную намагниченность насыщения и термоостаточную намагниченность ансамбля частиц магнетита
- Коэрцитивная сила, разрушающее поле и плотность дислокаций магнетита после сдвигового воздействия под давлением
Введение к работе
В современных условиях, когда быстро меняются взгляды на различные аспекты жизни общества, особое значение приобретает пересмотр приоритетов в подготовке детей, юношества к жизни и труду. Соответственно, изменяются требования к психолого-педагогической подготовке будущего учителя.
Ориентация молодежи в школе на учительскую профессию и пригодность к обучению в педагогических учебных заведениях рассматривается как одна из проблем качественной подготовки педагога в современных условиях. Важной задачей, поставленной перед школами, органами управления образованием, средними и высшими учебными заведениями, институтами повышения квалификации работников образования, является отбор на учебу в средние и высшие педагогические заведения молодежи, обнаружившей склонность к работе с детьми, а также имеющей личностные свойства, являющиеся профессионально значимыми и обеспечивающими успешность в педагогической деятельности.
Одним из личностно-профессиональных значимых свойств учителя, необходимого для успешного осуществления педагогического взаимодействия субъектов учебно-воспитательного процесса, является эмпатия. Выявление наличия и закономерностей развития эмпатийных свойств студентов педагогических колледжей выступает как условие формирования профессиональной пригодности.
Традиционная трактовка феномена эмпатии как «понимание внутреннего мира другого человека и эмоциональное приобщение к его жизни» (И.М. Юсупов), позволяет определить эмпатию не только как результат интеграции элементов познавательных и эмоциональных процессов, но и как проявление отношения к другому человеку как высшей ценности, взгляд на него как на «самоцель» общения. Такое понимание позволяет выделить регулятивную функцию эмпатии, сущность которой состоит в помогающем поведении педагога, направленном на воспитанника. Реализация данного поведения в ситуациях взаимодействия и общения между педагогом и воспитанником способствует не
только проявлению, но и развитию эмпатии как профессионально значимого свойства личности педагога, обеспечивающего эффективное педагогическое взаимодействие через приобщение к эмоциональному миру учащихся. Такую эмпатию мы называем педагогической, недостаточно являвшейся до сих пор предметом специального исследования.
Теоретические положения по проблеме эмпатии и методические проблемы ее изучения проанализированы А.А. Бодалевым и Т.Р. Каштановой, И.М. Юсуповым. Они определили следующие основные проблемы, вызывающие трудности при изучении эмпатии. Во-первых, это относится к общей теоретической неразработанности понятия «эмпатия», ее природы и механизмов. Во-вторых, трудность заключается в самой проблеме возникновения эмпатии у испытуемых, которая должна быть естественным проявлением, а не имитацией. В-третьих, затруднение возникает в интерпретации полученных данных, так как собственно эмпатические явления чрезвычайно трудно вычленить из других, в большей или меньшей степени влияющих на ход эксперимента.
Названные трудности позволили выделить противоречия между:
установкой на максимальную гуманизацию образования, развитие эмпа-тических качеств у учащихся и явной или неявной демонстрацией насилия в средствах массовой информации;
назревшей необходимостью развития гуманистических взаимоотношений учителей с учащимися и недостаточной изученностью педагогической эмпатии как психологического явления;
выполненными работами по изучению эмпатии и недостаточным уровнем исследования психологических условий формирования педагогической эмпатии в образовательном процессе.
Эти противоречия вызвали необходимость поиска путей их разрешения и предопределило выбор темы исследования, проблему которого мы сформулировали следующим образом: каковы психологические условия проявления и развития эмпатии у студентов средних педагогических учебных заведений? Решение данной проблемы составляет цель нашего исследования.
Объектом исследования является педагогическая эмпатия.
Предмет исследования - сущность, структура и психологические условия развития педагогической эмпатии у будущего учителя в педагогическом колледже.
В основу организации и проведения исследования положена выдвинутая нами гипотеза, заключающаяся в предположении о том, что педагогическая эмпатия может успешно развиваться, если формировать гуманистические субъект-субъектные отношения, распространяющиеся на когнитивный, эмоциональный и поведенческий аспекты совместной деятельности педагога и учащегося.
Цель, объект, предмет и гипотеза исследования обусловили совокупность его задач:
Уточнить сущность понятия «педагогическая эмпатия» и определить исходные теоретико-методологические позиции ее исследования.
Выявить специфику психологической структуры, характеристику педагогической эмпатии у студентов педагогических колледжей.
Определить уровни, критерии, психологические условия, механизмы, способы и средства развития педагогической эмпатии.
Проанализировать динамику педагогической эмпатии у студентов в ходе формирующего эксперимента.
Исследованием было охвачено 158 студентов Тамбовского педагогического училища № 2 и 59 студентов Тамбовского педагогического колледжа № 1 им. К.Д. Ушинского. В последнем в течение двух лет проводился целенаправленный формирующий эксперимент, охвативпшй 29 человек, а контрольную группу составили 30 студентов.
Теоретико-методологическую основу исследования составили: учение о сущности человека (Б.Г. Ананьев, Л.С. Выготский, К.Д. Ушинский, Э. Фромм и др.); деятельностно-личностный (А.Г. Асмолов, А.Н. Леонтьев и др.), аксиологический (Н.А.Коваль, Н.И.Непомнящая, В.А.Сластенин, Е.Н.Шиянов и др.) и системный (Б.Ф. Ломов, А.В. Пет-ровский, К.К. Платонов и др.) подходы к ана-
лизу социально-перцептив-ной и рефлексивной регуляции поведения субъекта эмпатии, а также методологические положения о единстве внешних и внутренних условий в формировании свойств личности (С.Л. Рубинштейн), представления о взаимодействии и взаимопроникновении эмоциональных и интеллектуальных процессов (В .К. Вилюнас, Л.С. Выготский и др.).
Концептуальную основу исследования составили также теоретические и экспериментальные исследования по проблеме восприятия и понимания человека человеком (Г.М. Андреева, А.А. Бодалев, СВ. Кондратьева, Н.Н. Обозов), работы по изучению отношений и мотивации в учебной деятельности (А.Г. Ковалев, А.К. Маркова, В.Н. Мясищев, Ю.М. Орлов, В.Н. Панферов, М.И. Старое и др.).
Для решения поставленных задач были использованы следующие психодиагностические методы: опросник уровня эмпатийных тенденций И.М. Юсупова; методика диагностики уровня эмпатических способностей В.В. Бойко; методика изучения продуктов деятельности в профориентации С.А. Соловьевой; тест мотивов участия в педагогической деятельности (К.В. Вербова, Г.В. Пара-мей), методика «Самооценка эмпатии» (модифицированная автором, см. приложение 9 диссертации). В исследовании были также применены методы опроса (индивидуальное и коллективное анкетирование, беседы), наблюдения, изучение индивидуальных особенностей личности, методы математической статистики.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
обнаружена возможность развития педагогической эмпатии с позиции формирования системы гуманистических отношений у студентов педколледжа с окружающей действительностью;
выявлена специфика психологической структуры, сущности и характеристики выраженности эмпатийных свойств личности будущего учителя (потребности сопереживать, опекать, ухаживать, заботиться, помогать, сочувствство-вать и др.);
определены психологические условия развития педагогической эмпатии у студентов в процессе использования комплекса вербальных и невербальных средств, способов развития эмпатии.
Теоретическая значимость проведенного исследования заключается в уточнении понятия «педагогическая эмпатия»; в доказательстве положения о том, что педагогическая эмпатия есть особый вид профессиональных взаимоотношений; в систематизации структуры педагогической эмпатии, включающей в себя три компонента: когнитивный, эмоциональный и поведенческий.
Практическая значимость работы состоит в подборе объективных, валидных методик диагностики и развития эмпатии у будущих специалистов, которые могут быть использованы в практическом обучении и воспитании будущих учителей; разработанные практические рекомендации по определению эмпатии у студентов педагогического колледжа и старшеклассников успешно применяются в процессе педагогической профориентации и профотбора абитуриентов в педагогические учебные заведения, а технологии психологического тренинга общения и ролевых игр, могут быть рекомендованы для практического использования в работе учителей общеобразовательных школ и профориентационных центров; кроме того, основные положения диссертационного исследования нами использованы в лекциях для студентов педвузов, колледжей, в институтах повышения квалификации работников образования для повышения качества подготовки молодых учителей к педагогической деятельности с учащимися.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Педагогическая эмпатия представляет собой важнейшее профессиональное свойство личности педагога, отношение его к воспитаннику, включающее в себя когнитивный, эмоциональный и поведенческий компоненты, способствующие восприятию, распознаванию и оценке внутреннего мира учащегося, его эмоциональных переживаний и состояний, сопереживании и оказании ему действенной помощи в преодолении трудностей, возникающих негативных переживаний и состояний, выступающее в качестве гуманистической системы взаимоотношений «педагог — ученик».
Эмпатийное отношение будущего учителя тесно связано с ориентацией на модель межличностного субъект-субъектного взаимодействия с детьми, составляющими которой являются когнитивный, эмоциональный и поведенческий компоненты.
В опытно-экспериментальной деятельности при реализации психолого-педагогических условий, актуализирующих и развивающих эмпатийные свойства личности студентов, эффективными являются лекции и семинарские занятия, ролевые педагогические игры (психотренинг общения, решение проблемных педагогических задач), педагогическая деятельность в процессе производственной практики в школе.
Опытно-экспериментальной базой исследования являлся Тамбовский педагогический колледж № 1 им. К.Д. Ушинского, где диссертант работал преподавателем.
Основные этапы исследования.
Первый этап исследования (1998-2000) - поисково-теоретический. Изучался отечественный и зарубежный опыты обучения и формирования эмпатии у людей, определялись цели и задачи исследования. Анализировалась философская, психологическая, педагогическая, социологическая литература по исследуемой проблеме. Определялись теоретико-методо-логические основы и подобраны методы исследования. Был проведен констатирующий эксперимент.
Второй этап исследования (2001-2003) — опытно-эксперименталь-ный. Были прочитаны лекции по проблемам педагогической деятельности, в том числе по психолого-педагогическим проблемам общения, социальной перцепции и эмпатии. После прочтения лекционного курса был проведен повторный срез по психодиагностирующим методикам. Сопоставлены и проанализированы результаты до и после лекционного курса, которые не обнаружили существенных различий в показателях гуманистической направленности и эмпатии. Анализ результатов показал ограниченные возможности вербальных форм учебно-воспитательной деятельности, поэтому был проведен формирующий эксперимент, включающий в себя ролевые педагогические игры, решение проблемных
педагогических задач, спецсеминары, участие испытуемых в педагогической деятельности во время производственной практики и др.
Третий этап исследования (2003-2004) - контрольно-обобщающий. Тщательно проверялись и анализировались результаты формирующего эксперимента, уточнялись выводы. Были обобщены данные исследования, подготовлены методические рекомендации, оформлены результаты в виде кандидатской диссертации.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечена: совокупностью современных методологических и теоретических позиций; комплексностью и адекватностью взаимодополняющих и взаимопроверяющих методов исследования, соответствующих его задачам и логике; системным подходом к оценке изучаемых явлений; сочетанием количественного и качественного анализа результатов исследования с использованием методов математической статистики.
Результаты исследования прошли апробацию на научных конференциях в Тамбовском государственном университете им. Г.Р. Державина (1999-2004 гг.); на международной научно-практической конференции аспирантов «Дифференциация и интеграция психолого-педагогического знания в науке, социальной практике и научных исследованиях» (г. Смоленск, 2001 г.). Результаты и выводы исследования внедрены в содержание занятий по спецкурсу «Психология общения» и «Педагогические технологии» в Тамбовском педагогическом колледже № 1 им. К.Д. Ушинского, отражены в следующих публикациях: «Об эмпатии учителя» (Тамбов, 1999); «Актуальность проблемы эмпатии учителя в период перестройки общества» (Тамбов, 2000); «Ролевая игра как метод изучения и развития педагогической эмпатии» (Смоленск, 2001); «Формирование эмпатии у будущего учителя» (Тамбов, 2001); «Эмпатия как профессионально значимое свойство личности будущего педагога» (Тамбов, 2002); «Развитие эмпатии в педагогической деятельности» (Тамбов, 2002); «Способы педагогического воздействия на студентов с различным уровнем эмпатии» (Тамбов, 2003),
«Психология развития эмпатии у студентов педколледжа - будущих учителей» (Тамбов, 2004).
Структура диссертационной работы.
Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.
Магнетизм системы мелких ферримагнитных частиц
Интерес к изучению магнитных свойств горных пород и минералов при повышенных давлениях (ВД) в зависимости от размеров магнитных включений обусловлен тем, что горная порода содержит зацементированные в немагнитной матрице сравнительно мелкие зерна ферримагнитных минералов с одно-, псевдоодно- и многодоменной структурой. Размеры ферримагнитных включений в значительной степени определяют магнитные параметры горных пород и их устойчивость к различным внешним воздействиям (давление, температура, переменные поля, время и т.д.) [43, 200, 203, 204, 226]. Размеры магнитных частиц определяют также величину и стабильность термоостаточной намагниченности горных пород, несущей информацию о величине и направлении древнего магнитного поля Земли [125, 206].
В природных условиях минералы представляют собой агрегаты, состоящие из целого спектра размеров зерен, и можно говорить лишь о преобладающем размере зерен в агрегате. В зависимости от размеров доменов выделяют зерна: 1) Суперпарамагнитные (СП), когда размер зерна меньше размера домена; 2) Однодоменные (ОД), когда размер зерна соответствует размеру домена; 3) Псевдооднодоменные (ПОД), когда зерно содержит первые единицы до менов или домены находятся в изоляции (исключены процессы смещения границ); 4) Многодоменные (МД), когда зерно состоит из множества доменов [125].
Среди основных магнитоупорядочен ных минералов железо имеет самые малые критические размеры доменов (переход СП-ОД - 0,0173 мкм, переход ОД-ПОД - 0,026-0,03 мкм). У магнетита размер однодоменных зерен (переход СП-ОД) находится в интервале 0,01-0,1 мкм. Титаномагнетит (xFe2Ti04(1-x)Fe3C 4), характеризуется более крупными размерами критических доменов, причем величина их возрастает по мере роста коэффициента х: 0,1-0,3 мкм при х=0,6 и 1 мкм при х=0,8. При этом следует отметить, что размер домена гематита имеет очень широкие пределы СП-ОД перехода от 0,0275 до 100 мкм [195].
Однофазное окисление ферришпинелей приводит к возрастанию критических размеров доменов. Например, с ростом параметра окисления (z) переход от СП-состояния к ОД - состоянию имеет место в более крупных частицах от 0,044 до 0,197 мкм. При переходе от однодоменного состояния к двухдоменному критический размер частицы увеличивается от 0,54 до 13 мкм и от ПОД -состояния в МД -состояние - от 42 до 150 мкм при z 0,6. В интервале z 0,6 - 0,8 этот размер частицы увеличивается только до 49 мкм.
Имеется общая закономерность изменения магнитных параметров (}rs, Нс, Her, Іп/U, Нс/НС{ з&о, ho,s) от размера зерен для синтезированных аналогов магнетита с изоморфными примесями и окисленных разностей. Наибольшие значения Нс, Her, h0,5, Irs, Wis и наименьшие значения аз0 и Нс/Нс наблюдаются для однодоменных зерен. Все параметры зависят от температуры, при которой проводятся их измерение. Для однодоменного магнетита (при комнатной температуре Т0): Н0=32 кА/м, Hcr=4Q кА/м, fr0,5=24 кА/м, /«//5=0,4, Нс/Нс=1,5, єео=0,1 ед. СГСМ. Для однодоменного титаномагнетита (при Т0): Н 40-160 кА/м, Нс,=56-176 кА/м, /, =0,45-0,6, Нс/Нс=1,1-1,4, aso=0,03-0,1 ед. СГСМ.
Для ферришпинелида с многодоменными зернами наблюдается довольно сильное уменьшение коэрцитивное Нс, Нет, ho,5, Irs, іп/k и рост зе0 и Нс/Нс по сравнению с однодоменными зернами. Так, для многодоменного магнетита (сМ50 мкм), Нс=2,4 кА/м, Нсг=12,8 кА/м, /ъ,5=2,4 кА/м, V/s=0,02, Нс/Нс=5, эе0=0,3 ед. СГСМ. Для многодоменного титаномагнетита (сМ50 мкм) (азо=0,1-0,6) наблюда ется та же тенденция: Нс=2,4 кА/м, Нв=10,4 кА/м, /s//s=0,03-0t05, Нс/Нс=4, аэо-0,2 ед. СГСМ.
При окислении титаномагнетитов по мере увеличения Q (от 390 до 450С при х=0,3) 1т, Нс, Нсг уменьшаются, а Нс/Л-/С и ее0 немного возрастают. Для титаномагнетите с х=0,6 при увеличении 0 от 160 до 210С наблюдается обратная закономерность, по мере увеличения степени окисления lr /ls и Нс возрастают, а Нс/Нс и ее0 падают.
Для гематита четкую зависимость этих параметров от размера зерна установить трудно, так как размер его домена колеблется в очень широких пределах, что, по-видимому, связано со сложностью состава зерен, даже синтезированных. Для однодоменных частиц гематита установлены довольно низкие значения ln/ls по сравнению с магнетитом. Для частиц с /=0,05 мкм, /=0,2-0,6 мкм lrs/ls-0,2, в то время как для многодоменных зерен с сМ00 мкм, /«//$, наоборот, достигает очень большой величины «0,7. Этот параметр для гематита как бы имеет обратную зависимость от размера зерна в отличие от магнетита. Однодоменные частицы гематита обладают очень высокой коэрцитивностью (Нс, ho,5 до 640 кА/м) многодоменные зерна гематита довольно магнитомягкие (Нсг и h0 5 менее 8 кА/м, у образцов с зернами до нескольких мм не превышает 0,8 кА/м).
Установлена зависимость от размера зерна различных видов остаточной намагниченности. Термоостаточная намагниченность lrt возрастает по мере уменьшения размеров зерен от многодоменных к однодоменным. Ориентацион-ная (детритовая) остаточная намагниченность обнаруживает максимум в области псевдооднодоменных (ПОД) размеров зерен. Рост идеальной остаточной намагниченности прослеживается для зерен магнетита о 70 мкм, т. е. имеет место в области многодоменных зерен. При низких температурах (Т -135С) такая зависимость прослеживается слабо. Вязкая остаточная намагниченность обнаруживает ту же тенденцию роста с уменьшением размера зерен, что и U Подобная зависимость наблюдается и для параметра вязкости. Магнитная восприимчивость имеет обратную зависимость от размера зерен.
Установка для сдвигового воздействия под повышенным давлением
На рис. 3.1, 3.2 приведены кривые зависимости остаточной намагниченности насыщения от давления (1к(Р)) порошка магнетита с частицами различных размеров. Остаточная намагниченность насыщения (U) магнетита (месторождение «Слюдо-рудник») создана в магнитном поле напряженностью 800 кА/м. Как видно из рисунка 3.1 с уменьшением размеров частиц порошка магнетита величина необратимого изменения /ге после воздействия давления также уменьшается. При этом наиболее интенсивно разрушается остаточная намагниченность насыщения крупных частиц магнетита. В частности, необратимое уменьшение /ге для порошка с размерами частиц магнетита 170 мкм после воздействия давления 100 МПа составляет более 72% первоначальной величины. В то же время воздействие той же величины давления приводит к незначительному уменьшению величины i для порошка с размерами частиц магнетита 6 мкм.
В этом же рисунке кривая 7 выражает зависимость /re(PJ порошка магнетита, полученного измельчением в шаровой мельнице. Она лежит несколько выше кривой irs(P) порошка магнетита, полученного измельчением в ступке (кривая 3). Различие в зависимостях 1 (Р) порошка магнетита с одинаковыми средними размерами частиц, но полученных с разными способами, по-видимому, объясняется тем, что в процессе измельчения магнетита в шаровой мельнице образуются частицы с более высокой плотностью дислокаций, чем при измельчении в ступке. Действительно, оценка плотности дислокаций рентгеноструктурным методом показала, что в частицах магнетита, полученных измельчением в шаровой мельнице, плотность дислокаций на порядок выше, чем в частицах, полученных измельчением в ступке (0,8-Ю15 м 2).
Если интенсивность уменьшения /ге порошка магнетита с частицами одного и того же размера после воздействия давления зависит от способа их получения, то на зависимость Irs(P) также должен оказывать сильное влияние отжиг порошка. Такое предположение действительно подтверждается. В рисунке 3.2 приведены кривые /ге(Р) для порошка магнетита, отожженного на воздухе и в вакууме. Как видно из рисунка необратимое уменьшение /ге порошка магнетита со средним размером частиц 35 мкм после воздействия давления 100 МПа составляет 49% (рис. 3.1, кривая
3). После отжига на воздухе при 700С в течение 120 минут уменьшение 1№ равно 40% (рис. 3.2, кривая 5). Таким образом, lrs порошка магнетита после отжига его на воздухе становится более стабильной по отношению к воздействию давления. При этом с увеличением температуры и длительности отжига на воздухе устойчивость /ге порошка по отношению к воздействию давления возрастает.
В таблице 3.1 приводится данные влияния отжига на воздухе на величину остаточной намагниченности насыщения, намагниченности насыщения, коэрцитивной силы и разрушающего поля порошков магнетита со средним размером частиц 35 мкм, полученных измельчением в ступке. В таблице 3.2 представлены результаты влияния отжига на воздухе на величину намагниченности насыщения порошка магнетита с различными размерами частиц. После отжига порошка магнетита на воздухе происходит значительное уменьшение не только значения остаточной намагниченности насыщения, но и величины намагниченности насыщения. Следует отметить, что интенсивность уменьшения величины Is возрастает с уменьшением размеров частиц порошка (табл. 3.2). Из табл. 3.1 видно, что отжиг порошка магнетита на воздухе мало влияет на величину Нс, хотя приводит к заметному уменьшению значения Нсг На рис. 3.2 также представлены кривые /ге(Р) для порошка магнетита, отожженных в вакууме 5-Ю"3 Па. Как видно необратимое уменьшение /ге порошка магнетита со средним размером частиц 35 мкм после воздействия давлений 100 МПа составляет 85% (рис. 3.2, кривая 1). Таким образом, отжиг в вакууме приводит к резкому уменьшению стабильности /ге порошка магнетита по отношению к воздействию давления. После отжига в вакууме наблюдается значительное уменьшение величин Irs, Но и Нсг порошка магнетита. При этом величина /ге остается постоянной.
На рис. 3.2 - 3.4 представлены кривые зависимости термоостаточной намагниченности (lrt(P)) порошка магнетита от давления, in создавалась нагревом образцов на воздухе и в вакууме до температуры 600 и 700С и последующим охлаждением их до комнатной температуры в поле 400 А/м. Сравнивая кривые, приведенные на рис. 3.2 и 3.4, можно заключить, что термоостаточная намагниченность порошка магнетита, образованная в вакууме, является менее устойчивой по отношению к воздействию давления, чем / , образованная на воздухе. При этом увеличение температуры образования / порошка магнетита от 600 до 700С приводит к увеличению ее устойчивости по отношению к воздействию давления. Кривая ЦР) для термоостаточной намагниченности, образованной при температуре 700 С, лежит выше кривой для In, образованной при температуре 600С (рис. 3.3, кривая 2, 3).
На рис. 3.3 представлены кривые ЦР) порошка магнетита в зависимости от размеров частиц. Как видно, с уменьшением размеров частиц порошка магнетита наблюдается возрастание стабильности /rt по отношению к воздействию давления. Например, необратимое уменьшение Ы порошка магнетита со средними размерами частиц 170 мкм {кривая 1) после воздействия давления 100 МПа составляет 57%. В то же время для порошка магнетита со средними размерами частиц 15 мкм (кривая 5} уменьшение Irt при тех давлениях равно 5%.
В этом же рисунке приводится кривая ЦР) порошка магнетита со средним размеров частиц 35 мкм, полученного измельчением в шаровой мельнице (кривая 4). Она лежит несколько выше кривой ЦР) порошка магнетита с частицами того же размера (кривая 3), полученного измельчением в ступке. Следует отметить, что термоостаточную намагниченность на воздухе удается получить только порошка магнетита с размером частиц больше 15 мкм. В процессе образования /rt на воздухе происходит интенсивное окисление мелких частиц магнетита. Поэтому в последующих опытах для уменьшения влияния процессов окисления термоостаточную намагниченность мелких частиц магнетита создавали в условиях вакуума.
На рис. 3.4 представлены кривые 1#(Р) порошка магнетита. При этом термоостаточная намагниченность образована в вакууме. Сравнение кривых ЦР) приведенных на рис. 3.2 и 3.4 показывает, что термоостаточная намагниченность, созданная в вакууме, обладают меньшей устойчивостью по отношению к воздействию давления. При этом сохраняется установленная ранее закономерность: с уменьшением размеров частиц порошка магнетита наблюдается возрастание стабильности fa по отношению к воздействию давления. Например, после воздействия давления 100 МПа уменьшение величины fa для порошка магнетита с размерами частиц 170 мкм составляет 91%. В то же время, уменьшение величины fa для порошка магнетита с размерами частиц 0,05 мкм равно 10%.
Различие в стабильности fa, образованной на воздухе и в вакууме, по отношению к воздействию давления связано с тем, что при нагреве на воздухе в процессе образования fa происходит частичное окисление частиц магнетита до гематита. Окисление магнетита приводит к увеличению стабильности fa по отношению к воздействию давления. Окисление магнетита подтверждается данными рентгеноструктурно-го, термомагнитного анализов. Чем выше температура нагрева, больше длительность вьщержки при высокой температуре и меньше размеры частиц, тем интенсивнее происходит окисление и тем стабильнее становится термоостаточная намагниченность по отношению к воздействию давления. Например, для порошка магнетита с размерами частиц 35 мкм fa, образованная при температуре 600С (рис. 3.2, кривая 4), оказалась менее стабильной по отношению к воздействию давления, чем fa, образованная при температуре 700С (кривая 6). Термоостаточная намагниченность порошка магнетита, полученная охлаждением от температуры 600С, обуславливается только остаточной намагниченностью магнетита. В то же время / , образованная охлаждением от температуры 700С - суммарной остаточной намагниченностью магнетита и гематита. Появляющаяся )л гематита увеличивает стабильность суммарной намагниченности. С другой стороны, замена определенной части поверхностного слоя уменьшает эффективный средний размер частиц магнетита, что также приводит к увеличению стабильности намагниченности fa по отношению к воздействию давления.
Влияние давления на остаточную намагниченность насыщения и термоостаточную намагниченность ансамбля частиц магнетита
Как правило, естественная остаточная намагниченность поверхностных и неглубоко залегающих магматических пород имеет термоостатрчную природу. Глубинные же породы магнитоактивного слоя, по современным представлениям, могут приобретать намагниченность при охлаждении магмы до температур Т(при условии Т ТС, где Тс - температура Кюри), соответствующих глубине, на которой находится магма, т.е. парциальную термоостаточную намагниченность (/ f).
Образование !& под воздействием повышенного давления производилось по схеме: ТР+Н+AtH Р Т . Наложение давления (Р ) осуществлялось после достижения температуры 72, а затем включалось магнитное поле Н+. Давление поддерживалось строго постоянным в течение всего периода выдержки At [3]. Давление и магнитное поле действовали в период выдержки при температуре Ті и в интервале температур Ті - Тг. После достижения температуры Ті сначала выключалось магнитное поле Н, а затем снималось давление F. Дальнейшее охлаждение до комнатной температуры происходило в скомпенсированном магнитном поле Земли.
Парциальная термоостаточная намагниченность создавалась в интервалах температур 300-400С, 500-525С при различной длительности воздействия давления (до 3600 с). При этом также изменялась взаимная ориентация направлений преимущественной оси приложенного кваэивсестороннего давления и постоянного магнитного поля. Для уменьшения влияния окисления образцы были предварительно отожжены на воздухе при температуре 900С в течение 4 часов.
На рис. 3.8, 3.9 приведены зависимости парциальной термоостаточной намагниченности Irpt образцов от длительности воздействия магнитного поля и давления для случая НИР. Прямая 1 характеризует зависимость / f образца в исходном состоянии от длительности действия магнитного поля без наложения давления. Приложение давления приводит к уменьшению как абсолютной величины lrpt так и интенсивности ее образования.
Повышение температуры также уменьшает интенсивность роста /rpt от длительности воздействия давления и температуры. Например, величина lrpt, образованная в интервале температур 300-400С, более чем в 5 раз больше значения lrpt, образованной в интервале температур 500-525С. С повышением температуры интенсивность роста trpt в зависимости от длительности воздействия давления и температуры уменьшается. В температурном интервале 500-525С относительное увеличение lrpt при длительности воздействия давления 3600 с составляет 23%, в то время как в интервале температур 525-550С lrpt увеличивается всего на 0,6%.
На рис. 3.10 представлены для случая НИР кривые зависимости парциальной термоостаточной намагниченности магнетита от переменного магнитного поля. lrpt образована в интервале 500-525С при длительности воздействия давления 600 с (кривая 1) и 3600 с (кривая 2). Увеличение длительности выдержки под давлением приводит к росту стабильности lrpt по отношению к воздействию переменного магнитного поля. Следует отметить, что lrpt, образованная при НИР уменьшается в переменных полях более интенсивно, чем парциальная термоостаточная намагниченность, созданная в условиях HLP [11].
Как известно, при нагревах на воздухе происходит окисление частиц магнетита. Поэтому для уменьшения влияния процессов окисления в процессе образования парциальной термоостаточной намагниченности в последующих опытах образовали в вакууме. Для исключения изменений вызываемых отжигом внутренних напряжений частицы магнетита также предварительно были отожжены в вакууме 5 10"3 Па в течение 4 часов при температуре 900С.
Как видно из рисунка 3.11 стабильность /фґ, образованной охлаждением от температуры 500С, по отношению к воздействию давления возрастает с увеличением длительности выдержки при этой температуре. Коэрцитивная сила (Нсі) измерена вдоль направления поля, приложенного во время термообработки, а значение (Нс2) измерено против направления магнитного поля (табл. 3.3). Для исходного образца величины НС1 и НС2 совпадают, а после образования /ф? значение НС2 становится больше НС1. С увеличением длительности выдержки при высокой температуре это различие возрастает.
В данном разделе также представлены результаты изучения влияния повышенных давлений на начальную магнитную восприимчивость (зв0) многодоменных (МД) и однодоменных (ОД) частиц природных магнетитов в зависимости от исходного магнитного состояния. Исходное магнитное состояние частиц магнетита получено двумя способами размагничивания. В первом способе размагничивание осуществлялось нагревом образца выше температуры Кюри и охлаждением его в скомпенсированном магнитном поле Земли. В результате такого размагничивания получается исходное магнитное состояние, которое называется абсолютно нулевым состоянием (АНС). Во втором способе размагничивание образца осуществлялось воздействием переменного магнитного поля. Амплитуда, которого плавно увеличивалась до максимума и затем уменьшалась нуля (0- h Hs-+0). При этом в образце получается исходное магнитное состояние, которое называется нулевым состоянием (НС).
Коэрцитивная сила, разрушающее поле и плотность дислокаций магнетита после сдвигового воздействия под давлением
Прежде чем перейти к рассмотрению результатов исследования плотности дислокаций в порошках магнетита с частицами различных размеров, приведем краткое описание методики, примененной автором.
В настоящее время для оценки плотности дислокаций в порошках применяются в основном три метода (аппроксимаций, гармонического анализа и моментов), основанных на анализе формы дифракционных линий, с помощью которых могут быть найдены размеры блоков когерентного рассеяния. В этой работе применялся метод гармонического анализа ширины и формы дифракционной линии [74]. Известно, что ширина дифракционного максимума определяется физическими (размеры блоков, наличие микронапряжений и дефектов упаковки) и геометрическими (расходимость первичного пучка, собственная ширина спектральной линии характеристического излучения) факторами. Для выяснения распределения интенсивности дифракционной линии, зависящего только от физических факторов, и экспериментального распределения интенсивности дифракционной линии было исключено распределение интенсивности, обусловленное геометрическими факторами. Распределение интенсивности, связанное с геометрическими условиями съемки, было получено путем исследования отожженных порошков, в которых влияние физических факторов можно пренебречь. Распределение интенсивности за счет разделения физических факторов и геометрических, схематически может быть представлено следующим образом. Пусть f(y) - функция распределения интенсивности, описывающая влияние физических факторов. Можно считать, что каждая элементарная площадка кривой f{y) испытывает размытие за счет геометрических факторов д(х). Экспериментальная кривая распределения интенсивности h(x) представляет собой наложение множества таких размытых элементов: +« Л(х) - \f{y)9{x - y)dy. (4.1) Для нахождения f(x) кривые h{x) и д{х) были разложены в ряд Фурье с заменой интеграла суммой членов этого ряда. Пределы суммирования ±- определялись от точки х=0 до точки, где кривые л(х) и д(х) сливаются с фоном. Интервал а а 2 + разбивался на 40 равных частей. Зная коэффициенты Фурье Hn(t) и G„(t), по соот ветствующим формулам можно рассчитать F„(f). Коэффициенты Фурье линий физи ческого расширения F„(f) могут быть представлены в виде произведения двух со множителей: Fn(t) = A%(t)-A%(t) = А6,
На рис. 4.10 приведены кривые зависимости плотности дислокаций в частицах с различными размерами порошка магнетита от повышенного давления (р(Р)). Определение плотности дислокаций в частицах порошка магнетита производилось после предварительного пятикратного воздействия повышенного давления. Как видно из рисунка после воздействия повышенного давления наблюдается увеличение плотности дислокаций в частицах магнетита. Следует отметить, что рост величины плотности дислокаций начинается с малых давлений. При этом наиболее интенсивный ее рост наблюдается для порошка магнетита с наиболее крупными размерами частиц. Например, после воздействия повышенного давления 1,2 ГПа плотность дислокаций в крупном порошке (170 мкм) увеличивается в 17 раз. В порошках же со средними размерами частиц 63 мкм и 0,05 мкм величина плотности дислокации до давлений 600 МПа остается практически неизменной. Рост плотности дисло кации для частиц этих размеров наблюдается в интервале давлений от 600 МПа до 1,2 ГПа. При этом в порошке магнетита со средним размером частиц 0,05 мкм величина плотности дислокации увеличивается только в 2 раза.
Как горные породы, так и ферримагнитные минералы имеют различную структуру, которая в свою очередь определяет величину коэрцитивной силы (Нс), разрушающего поля (Ног) и величину естественной остаточной намагниченности. Нс и Нсг являются мерами устойчивости ферримагнитных минералов и содержащих их горных пород по отношению различного рода внешним воздействиям, в том числе к воздействию повышенных давлений. В настоящее время изучены поведения Нс и Нсг пород, в основном, под воздействием повышенных односторонних, квазивсесторонних давлений. Однако, хотя горные породы в естественных условиях находятся в сложнонапряженном состоянии влияние сдвигового воздействия под повышенным давлением на их коэрцитивную силу разрушающее поле до сих пор не изучено. Поэтому в данном разделе приведены данные влияние сдвигового воздействия при наличии повышенных давлений на коэрцитивную силу и разрушающее поле порошка магнетита с различными размерами частиц [17].
В качестве объектов исследования выбраны магнетиты Ковдорского месторождения {Кольский полуостров) и месторождения "Слюдорудник" (Южный Урал). Сдвиговое воздействие на образец, который находится под повышенным давлением, осуществлялось по схеме: Р0+(т1+а-1"Р ,Р0+сг2+сг2" 0 , о+сгл+а,« -Р0Г, Jn-\ Jn-Образец после наложения повышенного давления подвергался сдвиговому воздействию на установке Бриджмена путем поворота нижней наковальни. При этом интенсивность сдвигового воздействия прямо пропорционально углу поворота наковален. Величины коэрцитивной силы и разрушающего поля образца в исходном состоянии и после сдвигового воздействия под повышенным давлением измерялись автоматическим вибрационном магнитометром.
На рис, 4.11, 4.12 представлены кривые зависимости коэрцитивной силы {Нс(Р)) и разрушающего поля {Нс(Р)) от давления порошка магнетита с различными размерами частиц. Как видно из рисунков, наблюдается необратимое увеличение HQ и На- после воздействия повышенных давлений. При этом следует отметить, что действие давления больше всего сказывается на крупных частицах (170 мкм), а на мелких частицах (35 мкм) это влияние меньше. На кривых зависимостей НС(Р) и Нсг(Р) можно выделить три участка. В первом участке (интервал давлений от 0 до 600 МПа) эти кривые близки к линейной зависимости. Во втором участке в интервале давлений от 600 до 900 МПа наблюдается более интенсивный рост величин Нс и Ног. В третьем интервале при увеличении давления более 900 МПа изменение величин Нс и Нсг практически не происходит.
В табл. 4.1 приведены магнитные параметры (намагниченность насыщения, остаточная намагниченность насыщения, разрушающее поле) магнетита Ковдорско-го месторождения в исходном состоянии, после воздействия повышенных давлений и сдвигового воздействия под повышенным давлением. Как видно из таблицы 4.1 после воздействия повышенного давления и обработки в условиях ВД+СД происходит уменьшение величины crs магнетита. Интенсивность уменьшения величины xs растет с увеличением величины повышенного давления и угла поворота наковален. Например, уменьшение величины о$ после воздействия повышенного давления 2000 МПа и после обработки в условиях ВД+СД составляет 7 и 30%, соответственно. Наблюдается рост относительной остаточной намагниченности ( JR/ JSO) И величины разрушающего поля с увеличением давления и угла поворота наковален. При этом отношение оь/сги, после обработки в условиях ВД+СД (2000 МПа, 720) увеличивается в 8 раз, а величина /-/«.- в 3 раза.
