Вещество в магнитном поле

Ферромагнетизм
Магнитная проницаемость
Парамагнетики и диамагнетики
Природа ферромагнетизма
Постоянные магниты
Температура Кюри
Применение ферромагнитных материалов

Ферромагнетизм. Электростатическое взаимодействие неподвижных зарядов зависит от свойств среды, в которой находятся заряды. Опыт показывает, что от свойств среды зависит и магнитное взаимодействие токов. Если около большой катушки подвесить на двух тонких проводах вторую небольшую катушку (рис. 190), то при подключении катушек к источнику тока наблюдается отклонение малой катушки от вертикального положения.

При внесении в большую катушку железного стержня малая катушка отклоняется на больший угол. Увеличение силы Ампера, действующей на малую катушку, показывает, что индукция магнитного поля, создаваемого током в большой катушке, увеличивается при внесении в катушку железного сердечника. Вещества, которые значительно усиливают внешнее магнитное поле, называются ферромагнетиками. Кроме железа, к ферромагнетикам относятся, например, никель, кобальт и некоторые соединения этих металлов с другими элементами.

Магнитная проницаемость. Физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в однородной среде отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью:

.(53.1)

У ферромагнетиков значения магнитной проницаемости достигают нескольких десятков, сотен и даже тысяч единиц.

Парамагнетики и диамагнетики. При внесении в катушку стержней из меди, алюминия, стекла, фарфора, дерева не удается заметить изменения отклонения малой катушки. Однако эксперименты с применением более чувствительных приборов позволяют установить, что все вещества изменяют магнитное поле. По характеру производимых изменений внешнего магнитного поля неферромагнитные вещества делятся на парамагнетики и диамагнетики.
Парамагнетиками называются вещества, которые создают слабое магнитное поле, по направлению совпадающее с внешним полем.
Магнитная проницаемость даже наиболее сильных парамагнетиков мало отличается от единицы: 1,00036 — у платины и 1,0034 — у жидкого кислорода. Диамагнетиками называются вещества, которые создают поле, ослабляющее внешнее магнитное поле. Диамагнитными свойствами обладают, например, серебро, свинец, кварц. Магнитная проницаемость диамагнетиков отличается от единицы не более чем на десятитысячные доли. Самый сильный из диамагнетиков — висмут — обладает магнитной проницаемостью, равной 0,999824.

Природа ферромагнетизма. Ферромагнетизм объясняется магнитными свойствами электронов. Электрон эквивалентен круговому току или вращающемуся заряженному телу и поэтому обладает собственным магнитным полем. В большинстве кристаллов магнитные поля электронов взаимно компенсируются благодаря попарной антипараллельной ориентации магнитных полей электронов. Лишь в некоторых кристаллах, например в кристаллах железа, возникают условия для параллельной ориентации собственных магнитных полей электронов. В результате этого внутри кристалла ферромагнетика возникают намагниченные области протяженностью 10^-2 - 10^{-4 см. Эти самопроизвольно намагниченные области называются доменами (рис. 191, а).}

В отдельных доменах магнитные поля имеют различные направления и в большом кристалле взаимно компенсируют друг друга. При внесении ферромагнитного образца во внешнее магнитное поле происходит упорядочение ориентации магнитных полей отдельных доменов.
С увеличением магнитной индукции внешнего поля возрастает степень упорядоченности ориентации отдельных доменов — магнитная индукция возрастает. При некотором значении индукции внешнего поля наступает полное упорядочение ориентации доменов (рис. 191, б), возрастание магнитной индукции прекращается. Это явление называется магнитным насыщением.

Постоянные магниты. При вынесении ферромагнитного образца из внешнего магнитного поля значительная часть доменов сохраняет упорядоченную ориентацию — образец становится постоянным магнитом. Для изготовления постоянных магнитов используются сталь, сплавы железа с алюминием, никелем и кобальтом, оксиды железа и некоторых других металлов.

Температура Кюри. Упорядоченность ориентации доменов в ферромагнетике нарушается тепловыми колебаниями атомов в кристалле. Чем выше температура кристалла, тем быстрее разрушается порядок в ориентации доменов, вследствие чего образец размагничивается. Температура, выше которой вещество перестает быть ферромагнетиком, называется температурой Кюри. Температура Кюри у железа 770 °С, у кобальта 1130 °С, у никеля 356 °С. Исчезновение ферромагнитных свойств у железа при высокой температуре можно наблюдать в опыте с лезвием бритвы, которое при нагревании пламенем отпадает от магнита.

Применение ферромагнитных материалов. Ферромагнитные материалы, способные усиливать магнитные поля в десятки тысяч раз, широко применяются в современной технике. Стальной сердечник является одной из основных деталей электрогенератора и электродвигателя, электромагнита и трансформатора. Тонкий слой ферромагнитного порошка на гибкой пленке используется для магнитной записи и воспроизведения звука.

(по материалам пособия "Физика - справочные материалы" Кабардин О.Ф.)

Дата добавления: 2015-07-02