Магнитные свойства вещества

Лекция 3

Экспериментальные исследования показали, что все вещества в большей или меньшей степени обладают магнитными свойствами. Если два витка с токами поместить в какую-либо среду, то сила магнитного взаимодействия между токами изменяется. Этот опыт показывает, что индукция магнитного поля, создаваемого электрическими токами в веществе, отличается от индукции магнитного поля, создаваемого теми же токами в вакууме.

Согласно гипотезе Ампера, в любом теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением атомов и молекул. Эти микроскопические токи создают собственное магнитное поле В_с, поэтому магнитная индукция В в среде отличается от индукции В₀ внешнего магнитного поля в той же точке пространства в вакууме. Магнитная индукция в среде складывается из индукции внешнего магнитного поля и собственной индукции вещества:

В =В₀ + В_с

Магнитной проницаемостью среды называется физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в веществе отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме:

μ = В/В₀

Вещества крайне разнообразны по своим магнитным свойствам. У большинства веществ эти свойства выражены слабо. Слабо-магнитные вещества делятся на две большие группы – парамагнетики и диамагнетики

Диамагнетиками называются вещества, которые слабо намагничиваются в направлении, противоположном индукции намагничивающего поля. Диамагнетики ненамного ослабляют внешнее поле; для этих веществ магнитная проницаемость немного меньше единицы:

μ <1,

при этом отличие не превышает десятитысячные доли. Самый сильный диамагнетик – висмут - обладает магнитной проницаемостью, равной 0,999824

Диамагнитными свойствами обладают, например, золото, серебро, свинец, кварц, большинство газов, цинк, вода, орг. соединения.

Парамагнетиками называются вещества, которые слабо намагничиваются в направлении индукции намагничивающего поля. Парамагнетики ненамного усиливают внешнее поле; для этих веществ магнитная проницаемость немного больше единицы:

μ>1,

при этом отличие невелико. Наиболее выраженные парамагнитные свойства проявляют платина (μ = 1,00036) и жидкий кислород (μ = 1,00034).

Для вакуума µ= 1 по определению. При решении большинства задач магнитную проницаемость воздуха принимаем также равной 1.

Образцы из пара- и диамагнетика, помещенные в неоднородное магнитное поле между полюсами электромагнита, ведут себя по-разному: – парамагнетики втягиваются в область магнитного поля, диамагнетики – выталкиваются.

Важно отметить, что диамагнитными свойствами обладают атомы любых веществ. Однако во многих случаях диамагнетизм атомов маскируется более сильным парамагнитным эффектом.

Ферромагнетиками называются вещества, которые значительно усиливают внешнее магнитное поле.

μ>>1

К группе ферромагнетиков относятся четыре химических элемента: железо, никель, кобальт, гадолиний. Из них наибольшей магнитной проницаемостью обладает железо. Поэтому вся эта группа получила название ферромагнетиков.

Ферромагнетиками могут быть различные сплавы, содержащие ферромагнитные элементы, например, электротехнические стали.

Широкое применение в технике получили керамические ферромагнитные материалы – ферриты.

Магнитная проницаемость ферромагнетиков по порядку величины лежит в пределах 10²–10⁵. Например, у стали μ ≈ 8000, у сплава железа с никелем магнитная проницаемость достигает значений 250000.

Объяснение магнитных свойств ферромагнетиков:

В ферромагнитном веществе существуют макроскопические области, в которых магнитные моменты всех атомов направлены в одну сторону, то есть упорядочены.

Ферромагнитным доменом называется самопроизвольно намагниченная область внутри ферромагнетика

В разных доменах индукция магнитных полей имеют различные направления, и в большом кристалле поля взаимно компенсируют друг друга. При внесении ферромагнитного образца во внешнее поле происходит смещение границ отдельных доменов так, что объем доменов, ориентированных по внешнему полю увеличивается.

рисунки

При выключении внешнего поля ферромагнетик остается намагниченным. Благодаря этому существуют постоянные магниты.

При повышении температуры увеличивается амплитуда тепловых колебаний атомов вещества. В ферромагнетиках это препятствует процессам упорядочения доменов.

Для каждого ферромагнитного вещества существует температура, выше которойоно не проявляет ферромагнитных свойств. Эта температура называется точкой Кюри.

Некоторые применения ферромагнетиков в технике:

сердечники трансформаторов, электродвигателей, генераторов; постоянные магниты (компасы, электроизмерительные приборы, телефоны, звукозаписывающие устройства); магнитная запись информации.

Проявление ферромагнитных свойств материалов:

Ферромагнетики «втягивают» в себя силовые линии магнитного поля. На этом основано действие «магнитной защиты» (рисунок от руки)

Ферромагнитный сердечник во много раз усиливает магнитное поле внутри соленоида (электромагнит)

Тепловое движение препятствует упорядочению доменов. Точка Кюри – температура, выше которой в данном ферромагнетике упорядочение доменов невозможно ==> ферромагнетик можно размагнитить, если нагреть его выше температуры точки Кюри.

Домашнее задание:

вещество в магнитном поле – Р 856(846)

Основные формулы темы «Магнетизм» с учетом магнитной проницаемости среды

	формула	правило, чертеж
Индукция магнитного поля	или	правило буравчика
Сила Ампера		правило левой руки
Сила Лоренца		правило левой руки для положительного заряда
Магнитная проницаемость вещества	μ = В/В0
Сила взаимодействия параллельных токов
Индукция прямого провода с током
Индукция в центре кругового витка
Индукция на оси соленоида

Дата добавления: 2014-01-06