Какви вещества се наричат магнитни. Магнити и магнитни свойства на материята
Има два магнита различни видове... Някои са така наречените постоянни магнити, направени от "магнитно твърди" материали. Техните магнитни свойства не са свързани с използването на външни източници или токове. Друг вид са така наречените електромагнити с "мека магнитна" желязна сърцевина. Магнитните полета, които създават, се дължат главно на факта, че електрически ток преминава през жилата на намотката, която обгражда сърцевината.
Магнитни полюси и магнитно поле.
Магнитни свойствалентовият магнит е най -видим близо до краищата му. Ако такъв магнит е окачен от средната част, така че да може свободно да се върти в хоризонталната равнина, тогава той ще заеме позиция, приблизително съответстваща на посоката от север на юг. Краят на бара, сочещ на север, се нарича северния полюс, а противоположният край се нарича южен полюс. Противоположните полюси на два магнита се привличат един към друг, а едноименните полюси се отблъскват взаимно.
Ако пръчка от немагнитно желязо се доближи до един от полюсите на магнита, последният ще бъде временно намагнетизиран. В този случай полюсът на намагнетизираната лента, най -близо до полюса на магнита, ще бъде противоположен по име, а далечният полюс ще бъде със същото име. Привличането между полюса на магнита и противоположния полюс, индуцирано от него в лентата и обяснява действието на магнита. Някои материали (като стомана) сами по себе си стават слаби постоянни магнити, след като са близо до постоянен магнит или електромагнит. Стоманен прът може да се намагнетизира, като просто плъзнете края на постоянния магнит на пръта по неговия край.
Така че магнитът привлича други магнити и предмети, направени от магнитни материали, без да е в контакт с тях. Това действие на разстояние се обяснява със съществуването в пространството около магнита магнитно поле... Някаква представа за интензитета и посоката на това магнитно поле може да се получи чрез поръсване на железни стружки върху лист картон или стъкло, поставени върху магнит. Стърготините ще се нареждат на вериги в посока на полето, а плътността на линиите на дървените стърготини ще съответства на интензивността на това поле. (Те са най -дебели в краищата на магнита, където интензитетът на магнитното поле е най -голям.)
М. Фарадей (1791–1867) въвежда концепцията за затворени индукционни линии за магнити. Индукционните линии излизат в околното пространство от магнита при него Северен полюс, са включени в магнита y Южен полюси преминават вътре в магнитния материал от южния полюс обратно на север, образувайки затворен контур. Общият брой линии на индукция, напускащи магнит, се нарича магнитен поток. Плътност на магнитния поток или магнитна индукция ( V), е равен на броя на индукционните линии, преминаващи по нормалата през елементарна област с единична величина.
Магнитната индукция определя силата, с която магнитното поле действа върху токов проводник, разположен в него. Ако проводникът, през който тече токът Аз, се намира перпендикулярно на линиите на индукция, тогава, според закона на Ампер, силата Fдействащ върху проводник е перпендикулярен както на полето, така и на проводника и е пропорционален на магнитната индукция, силата на тока и дължината на проводника. По този начин, за магнитна индукция Бможете да напишете израз
където F- сила в нютони, Аз- ток в ампери, л- дължина в метри. Единицата за измерване на магнитната индукция е Tesla (T).
Галванометър.
Галванометърът е чувствителен инструмент за измерване на слаби токове. Галванометърът използва въртящия момент, генериран от взаимодействието на постоянен магнит с форма на подкова с малка намотка, носеща ток (слаб електромагнит), окачена в пролуката между полюсите на магнита. Въртящият момент и следователно отклонението на бобината са пропорционални на тока и общата магнитна индукция във въздушната междина, така че скалата на устройството е почти линейна с малки отклонения на бобината.
Сила на намагнитване и сила на магнитното поле.
След това трябва да се въведе още едно количество, характеризиращо магнитното действие електрически ток... Да предположим, че ток тече през проводника на дълга намотка, която съдържа материала, който трябва да се намагнетизира. Силата на намагнитване е продуктът на електрическия ток в бобината от броя на нейните завои (тази сила се измерва в ампери, тъй като броят на завоите е безразмерна величина). Силата на магнитното поле Зравна на намагнитващата сила на единица дължина на бобината. По този начин количеството Зизмерено в ампери на метър; той определя намагнитването, придобито от материала вътре в бобината.
Във вакуум, магнитна индукция Бпропорционално на силата на магнитното поле З:
където м 0 - т.нар магнитна константа с универсална стойност 4 стр H 10 -7 H / m. В много материали стойността Бприблизително пропорционално З... При феромагнитните материали обаче съотношението между Би Змалко по -сложно (което ще бъде разгледано по -долу).
На фиг. 1 показва прост електромагнит за захващане на товари. Източникът на енергия е акумулаторна батерия постоянен ток... Фигурата показва и силовите линии на полето на електромагнита, които могат да бъдат открити чрез обичайния метод на железни стружки.
Големите електромагнити с железни сърцевини и много голям брой ампер-завъртания, работещи в непрекъснат режим, имат голяма сила на намагнитване. Те създават магнитна индукция до 6 T между полюсите; тази индукция е ограничена само от механични напрежения, нагряване на бобините и магнитно насищане на сърцевината. Редица гигантски електромагнити (без ядро) с водно охлаждане, както и инсталации за създаване на импулсни магнитни полета, са проектирани от П. Л. Капица (1894-1984) в Кеймбридж и в Института физически проблемиАкадемия на науките на СССР и Ф. Горчив (1902-1967) в Масачузетс Технологичен институт... На такива магнити беше възможно да се постигне индукция до 50 T. Сравнително малък електромагнит, генериращ полета до 6,2 T, консумиращ 15 kW електрическа енергия и охлаждан от течен водород, е разработен в Националната лаборатория в Лосаламос. Такива полета се получават при криогенни температури.
Магнитната пропускливост и нейната роля в магнетизма.
Магнитна пропускливост мТова е величина, която характеризира магнитните свойства на материала. Феромагнитните метали Fe, Ni, Co и техните сплави имат много високи максимални пропускливости - от 5000 (за Fe) до 800 000 (за свръхсплав). В такива материали при относително ниска сила на полето Знастъпват големи индукции Б, но връзката между тези величини, най -общо казано, е нелинейна поради явленията на насищане и хистерезис, които са разгледани по -долу. Феромагнитните материали са силно привлечени от магнити. Те губят магнитните си свойства при температури над точката на Кюри (770 ° C за Fe, 358 ° C за Ni, 1120 ° C за Co) и се държат като парамагнетици, за които индукцията Бдо много високи стойности на напрежение Зпропорционално на него - по абсолютно същия начин, както се случва във вакуум. Много елементи и съединения са парамагнитни при всякакви температури. Парамагнитните вещества се характеризират с факта, че са намагнетизирани във външно магнитно поле; ако това поле е изключено, парамагнетиците се връщат в немагнитно състояние. Магнетизацията във феромагнетиците се запазва дори след изключване на външното поле.
На фиг. 2 показва типичен цикъл на хистерезис за магнитно твърд (с големи загуби) феромагнитен материал. Той характеризира двусмислената зависимост на намагнитването на магнитно подреден материал от интензитета на намагнитващото поле. С увеличаване на силата на магнитното поле от началната (нулева) точка ( 1 ) намагнитването протича по пунктираната линия 1 –2 , и количеството мсе променя значително с увеличаване на намагнитването на пробата. В точката 2 достига се насищане, т.е. с по -нататъшно увеличаване на напрежението, намагнитването вече не се увеличава. Ако сега постепенно намалим стойността Здо нула, след това кривата Б(З) вече не следва предишния път, а преминава през точката 3 , разкривайки така или иначе "спомена" на материала за " минала история", Оттук и името" хистерезис ". Очевидно в този случай се запазва известно остатъчно намагнитване (сегментът 1 –3 ). След промяна на посоката на намагнитващото поле към обратната, кривата V (З) преминава точката 4 и сегментът ( 1 )–(4 ) съответства на принудителната сила, която предотвратява размагнитването. По-нататъшен растеж на стойностите (- З) пренася кривата на хистерезиса в третия квадрант - секцията 4 –5 ... Последващото намаляване на стойността (- З) до нула и след това увеличаване на положителните стойности Зще доведе до затваряне на хистерезисния контур през точките 6 , 7 и 2 .
Магнитно твърдите материали се характеризират с широк контур на хистерезис, обхващащ голяма площ в диаграмата и следователно съответстващ на големи стойности на остатъчното намагнитване (магнитна индукция) и принудителната сила. Тесен контур на хистерезис (фиг. 3) е характерен за меките магнитни материали като мека стомана и специални сплави с висока магнитна пропускливост. Такива сплави са създадени с цел намаляване на загубите на енергия поради хистерезис. Повечето от тези специални сплави, като феритите, имат високо електрическо съпротивление, което намалява не само магнитните загуби, но и електрическите, причинени от вихрови токове.
Магнитните материали с висока пропускливост се произвеждат чрез отгряване, проведено чрез задържане при температура около 1000 ° C, последвано от темпериране (постепенно охлаждане) до стайна температура. В същото време предварителната механична и термична обработка, както и липсата на примеси в пробата, са много важни. За трансформаторни ядра в началото на 20 век. силициеви стомани са разработени, размер мкоето се увеличава с увеличаване на съдържанието на силиций. Между 1915 и 1920 г. се появява пермалоид (Ni-Fe сплави) с характерен тесен и почти правоъгълен цикъл на хистерезис. Особено високи стойности на магнитната пропускливост мпри малки стойности Зхиперниковите сплави (50% Ni, 50% Fe) и mu-метал (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) се различават, докато в Perminvar (45% Ni, 30% Fe, 25% Co ) стойността мпрактически постоянен в широк диапазон на напрегнатост на полето. Сред съвременните магнитни материали трябва да споменем супермала - сплав с най -висока магнитна пропускливост (съдържа 79% Ni, 15% Fe и 5% Мо).
Теории за магнетизма.
За първи път идеята, че магнитните явления в крайна сметка се свеждат до електрически, възниква в Ампер през 1825 г., когато той изразява идеята за затворени вътрешни микротокове, циркулиращи във всеки атом на магнит. Въпреки това, без никакво експериментално потвърждение за наличието на такива течения в материята (електронът е открит от Дж. Томсън едва през 1897 г., а описанието на структурата на атома е дадено от Ръдърфорд и Бор през 1913 г.), тази теория „избледнява ". През 1852 г. У. Вебер предлага всеки атом магнитна материяе малък магнит или магнитен дипол, така че пълното намагнитване на веществото се постига, когато всички отделни атомни магнити са подредени в определен ред (фиг. 4, б). Вебер вярва, че молекулярното или атомното "триене" помага на тези елементарни магнити да поддържат реда си, въпреки смущаващото влияние на топлинните вибрации. Неговата теория е в състояние да обясни намагнитването на телата в контакт с магнит, както и размагнитването им при удар или нагряване; накрая, "умножаването" на магнитите също беше обяснено, когато намагнетизирана игла или магнитен прът беше нарязан на парчета. И все пак тази теория не обяснява нито произхода на самите елементарни магнити, нито явленията на насищане и хистерезис. Теорията на Вебер е усъвършенствана през 1890 г. от Дж. Юинг, който замества хипотезата си за атомно триене с идеята за межатомни ограничаващи сили, които спомагат за поддържането на подреждането на елементарните диполи, съставляващи постоянен магнит.
Подходът към проблема, предложен веднъж от Ампер, получава втори живот през 1905 г., когато П. Лангевин обяснява поведението на парамагнитните материали, приписвайки на всеки атом вътрешен некомпенсиран електронен ток. Според Лангевин именно тези токове образуват малки магнити, произволно ориентирани, когато няма външно поле, но придобиващи подредена ориентация след прилагането му. В този случай подходът към пълното подреждане съответства на насищането на намагнитването. В допълнение, Langevin въвежда концепцията за магнитен момент, равен за отделен атомен магнит на продукта на "магнитния заряд" на полюс от разстоянието между полюсите. По този начин слабият магнетизъм на парамагнитните материали се дължи на общия магнитен момент, създаден от некомпенсирани електронни токове.
През 1907 г. П. Вайс въвежда понятието "домейн", което става важен принос за съвременна теориямагнетизъм. Вайс си представя домейни под формата на малки "колонии" от атоми, в рамките на които магнитните моменти на всички атоми, по някаква причина, са принудени да поддържат една и съща ориентация, така че всеки домейн да се намагнетизира до насищане. Отделен домейн може да има линейни размери от порядъка на 0,01 mm и съответно обем от порядъка на 10–6 mm 3. Домените са разделени от така наречените стени на Блох, чиято дебелина не надвишава 1000 атомни размери. „Стената“ и два противоположно ориентирани домена са схематично показани на фиг. 5. Такива стени са "преходни слоеве", в които посоката на намагнитване на домейна се променя.
По принцип на кривата на първоначалното намагнитване могат да се разграничат три участъка (фиг. 6). В началния участък стената под действието на външно поле се движи през дебелината на веществото, докато не срещне дефект кристална решеткатова я спира. Като увеличите силата на полето, можете да принудите стената да се движи по -нататък, през средната част между пунктираните линии. Ако след това силата на полето се намали отново до нула, стените вече няма да се върнат в първоначалното си положение, така че пробата ще остане частично намагнетизирана. Това обяснява хистерезиса на магнита. В края на кривата процесът завършва със насищането на намагнитването на пробата поради подреждането на намагнитването вътре в последните неуредени домейни. Този процес е почти напълно обратим. Магнитната твърдост се проявява от тези материали, в които атомната решетка съдържа много дефекти, които възпрепятстват движението на междудомейните стени. Това може да се постигне чрез механична и термична обработка, например чрез пресоване и последващо синтероване на прахообразния материал. В сплавите alnico и техните аналози същият резултат се постига чрез сливане на метали в сложна структура.
В допълнение към парамагнитните и феромагнитните материали съществуват материали с така наречените антиферомагнитни и феримагнитни свойства. Разликата между тези видове магнетизъм е илюстрирана на фиг. 7. Изхождайки от концепцията за домейни, парамагнетизмът може да се разглежда като явление, причинено от наличието на малки групи магнитни диполи в материала, при които отделните диполи взаимодействат много слабо един с друг (или изобщо не взаимодействат) и следователно , при липса на външно поле, приемайте само случайни ориентации (фиг. 7, а). Във феромагнитните материали, във всеки домейн, има силно взаимодействие между отделните диполи, което води до тяхното подредено паралелно подравняване (фиг. 7, б). В антиферомагнитните материали, напротив, взаимодействието между отделните диполи води до тяхното антипаралелно подредено подравняване, така че общият магнитен момент на всеки домейн е нулев (фиг. 7, v). И накрая, във феримагнитните материали (например феритите) има както паралелно, така и антипаралелно подреждане (фиг. 7, G), което води до слаб магнетизъм.
Има две завладяващи експериментално потвърждениесъществуването на домейни. Първият от тях е така нареченият ефект на Баркхаузен, вторият е методът на праховата фигура. През 1919 г. Г. Баркхаузен установява, че когато се прилага външно поле към проба от феромагнитен материал, намагнитването му се променя на малки дискретни части. От гледна точка на теорията на домейна, това не е нищо повече от рязък напредък на междудоменната стена, която среща индивидуални дефекти, които я забавят по пътя. Този ефект обикновено се открива с бобина, в която е поставен феромагнитен прът или тел. Ако последователно се привежда и изважда от пробата силен магнит, пробата ще бъде намагнетизирана и намагнетизирана. Внезапните промени в намагнитването на пробата променят магнитния поток през бобината и в нея се възбужда индукционен ток. Генерираното напрежение в тази намотка се усилва и подава към входа на чифт акустични слушалки. Щракването през слушалките показва рязка промяна в намагнитването.
За да се разкрие доменната структура на магнит по метода на праховите фигури, капка от колоидна суспензия от феромагнитен прах (обикновено Fe 3 O 4) се нанася върху добре полирана повърхност от намагнетизиран материал. Праховите частици се отлагат предимно на места с максимална неоднородност на магнитното поле - по границите на областите. Тази структура може да се изследва под микроскоп. Предложен е и метод, основан на пропускане на поляризирана светлина през прозрачен феромагнитен материал.
Оригиналната теория на магнетизма на Вайс в основните си характеристики е запазила значението си и до днес, като е получила обаче актуализирана интерпретация, основана на концепцията за некомпенсирани електронни завъртания като фактор, определящ атомния магнетизъм. Хипотезата за съществуването на присъщ момент на електрона е предложена през 1926 г. от С. Гудсмит и Дж. Уленбек, а понастоящем електроните като носители на спина се считат за „елементарни магнити“.
За да изясним тази концепция, помислете (фиг. 8) за свободен железен атом - типичен феромагнитен материал. Двете му черупки ( Ки L), най -близо до ядрото, са изпълнени с електрони, като първият от тях съдържа два, а вторият - осем електрона. V К-черупката, спинът на един от електроните е положителен, а другият е отрицателен. V L-черупка (по -точно, в две от нейните подови черупки), четири от осемте електрона имат положителни завъртания, а другите четири имат отрицателни завъртания. И в двата случая завъртанията на електрони в една обвивка са напълно компенсирани, така че общият магнитен момент е нулев. V М-чертата, ситуацията е различна, тъй като от шест електрона в третата подолупа пет електрона имат завъртания, насочени в едната посока, и само шестият в другата. В резултат на това остават четири некомпенсирани завъртания, което определя магнитните свойства на железния атом. (Във външното н-черта, има само два валентни електрона, които не допринасят за магнетизма на железния атом.) Магнетизмът на други феромагнетици, като никел и кобалт, се обяснява по подобен начин. Тъй като съседните атоми в железната проба силно взаимодействат помежду си и техните електрони са частично колективизирани, това обяснение трябва да се разглежда само като илюстративна, но много опростена диаграма на реалната ситуация.
Теорията за атомния магнетизъм, основана на отчитането на електронния спин, се подкрепя от два интересни гиромагнитни експеримента, единият от които е извършен от А. Айнщайн и У. де Хаас, а другият от С. Барнет. В първия от тези експерименти цилиндър, изработен от феромагнитен материал, беше окачен, както е показано на фиг. 9. Ако през намотаващия проводник преминава ток, цилиндърът се върти около оста си. Когато посоката на тока (а оттам и магнитното поле) се промени, той се обръща в обратна посока. И в двата случая въртенето на цилиндъра се дължи на подреждането на електронните завъртания. В експеримента на Барнет, напротив, окачен цилиндър, рязко приведен в завъртане, се магнетизира при липса на магнитно поле. Този ефект се обяснява с факта, че когато магнитът се върти, се създава жироскопичен момент, който има тенденция да завърта моментите на въртене по посока на собствената си ос на въртене.
За по-пълно обяснение на природата и произхода на силите на къси разстояния, разпореждащи съседни атомни магнити и противодействащи на неупотребяващите ефекти на топлинното движение, трябва да се обърнем към квантова механика... Квантово-механично обяснение на природата на тези сили е предложено през 1928 г. от В. Хайзенберг, който постулира съществуването на обменни взаимодействия между съседните атоми. По -късно Г. Бете и Дж. Слейтър показаха, че обменните сили значително се увеличават с намаляване на разстоянието между атомите, но след достигане на определено минимално междуатомно разстояние, те падат до нула.
МАГНИТНИ СВОЙСТВА НА ВЕЩЕСТВОТО
Едно от първите обширни и систематични изследвания на магнитните свойства на материята е предприето от П. Кюри. Той открил, че според магнитните си свойства всички вещества могат да бъдат разделени на три класа. Първият включва вещества с изразени магнитни свойства, подобни на тези на желязото. Такива вещества се наричат феромагнитни; магнитното им поле се забелязва на значителни разстояния ( см. по -горе). Вторият клас включва вещества, наречени парамагнитни; техните магнитни свойства обикновено са подобни на тези на феромагнитните материали, но много по -слаби. Например силата на привличане към полюсите на мощен електромагнит може да издърпа железен чук от ръцете ви и за да се открие привличането на парамагнитно вещество към същия магнит, като правило, много чувствителен аналитичен баланс е необходими. Последният, трети клас включва т. Нар. Диамагнитни вещества. Те се отблъскват от електромагнит, т.е. силата, действаща върху диамагнетиците, е насочена срещу тази, която действа върху феро- и парамагнетиците.
Измерване на магнитни свойства.
При изследването на магнитните свойства измерванията от два вида са най -важни. Първият е да се измери силата, действаща върху пробата близо до магнита; по този начин се определя намагнитването на пробата. Вторият включва измервания на "резонансни" честоти, свързани с намагнитването на веществото. Атомите са малки „жироскопи“ и в магнитно поле те прецесират (като нормален връх под въздействието на въртящия момент, генериран от гравитацията) с честота, която може да бъде измерена. В допълнение, сила действа върху свободни заредени частици, движещи се под прав ъгъл към линиите на магнитната индукция, както и върху електронния ток в проводник. Той кара частицата да се движи по кръгова орбита, чийто радиус се определя от израза
R = mv/eB,
където м- маса на частиците, v- неговата скорост, дЗарядът му е и Б- магнитна индукция на полето. Честотата на такива кръгово движениее равно на
където еизмерено в херци, д- в висулки, м- в килограми, Б- в Тесла. Тази честота характеризира движението на заредени частици в вещество в магнитно поле. И двата вида движение (прецесия и движение по кръгови орбити) могат да се възбуждат чрез редуващи се полета с резонансни честоти, равни на "естествените" честоти, характерни за даден материал. В първия случай резонансът се нарича магнитен, а във втория - циклотрон (поради сходството с цикличното движение на субатомна частица в циклотрон).
Говорейки за магнитните свойства на атомите, е необходимо да се обърне специално внимание на техния ъглов момент. Магнитно поле действа върху въртящ се атомен дипол, опитвайки се да го завърти и да го постави успоредно на полето. Вместо това атомът започва да прецесира около посоката на полето (фиг. 10) с честота, която зависи от диполния момент и силата на приложеното поле.
Атомната прецесия не се наблюдава директно, тъй като всички атоми в пробата прецесират в различна фаза. Ако приложим малко променливо поле, насочено перпендикулярно на постоянното поле за подреждане, тогава се установява определена фазова връзка между предшестващите атоми и общият им магнитен момент започва да прецесира с честота, равна на честотата на прецесия на отделните магнитни моменти. Важното е ъглова скоростпрецесия. По правило това е стойност от порядъка на 10 10 Hz / T за намагнитване, свързано с електрони, и от порядъка на 10 7 Hz / T за намагнитване, свързано с положителни заряди в ядрата на атомите.
Схематична диаграма на съоръжение за наблюдение на ядрено -магнитен резонанс (ЯМР) е показана на фиг. 11. Веществото, което се изследва, се въвежда в еднакво постоянно поле между полюсите. Ако тогава, с помощта на малка намотка, покриваща епруветката, се възбужда радиочестотно поле, тогава може да се постигне резонанс при определена честота, равна на честотата на прецесия на всички ядрени „жироскопи“ в пробата. Измерванията са подобни на настройката на радиоприемник към честотата на определена станция.
Методите с магнитен резонанс позволяват да се изследват не само магнитните свойства на специфични атоми и ядра, но и свойствата на тяхната среда. Факт е, че магнитните полета в твърди телаи молекулите са нехомогенни, тъй като са изкривени от атомни заряди, а детайлите на експерименталната резонансна крива се определят от локалното поле в района, където се намира предхождащото ядро. Това дава възможност да се изследват структурните характеристики на конкретна проба чрез резонансни методи.
Изчисляване на магнитните свойства.
Магнитната индукция на земното поле е 0,5 x 10 –4 T, докато полето между полюсите на силен електромагнит е около 2 T и повече.
Магнитното поле, създадено от всяка конфигурация на токове, може да бъде изчислено с помощта на формулата на Biot-Savart-Laplace за магнитната индукция на полето, създадено от токовия елемент. Изчисляването на полето, генерирано от контури с различни форми и цилиндрични бобини, е много сложно в много случаи. По -долу са формули за редица прости случаи. Магнитна индукция (в тесла) на полето, създадено от дълъг прав проводник с ток Аз
Полето на магнетизиран железен прът е подобно на външното поле на дълъг соленоид с броя на ампер-завъртанията на единица дължина, съответстващи на тока в атомите на повърхността на намагнетизирания прът, тъй като токовете вътре в пръта са взаимно компенсирани (Фиг. 12). С името на Ампер такъв повърхностен ток се нарича Ампер. Силата на магнитното поле H aсъздаден от амперния ток е равен на магнитния момент на единица обем на пръта М.
Ако в соленоида е поставен железен прът, в допълнение към факта, че токът на соленоида създава магнитно поле З, подреждането на атомни диполи в намагнетизирания материал на пръта създава намагнитване М... В този случай общият магнитен поток се определя от сумата от реалния и амперния ток, така че Б = м 0(З + H a), или Б = м 0(Н + М). Поведение М/ЗНаречен магнитна чувствителност и се обозначава с гръцката буква ° С; ° СТова е безразмерно количество, характеризиращо способността на материал да се намагнетизира в магнитно поле.
Количеството Б/Зхарактеризиращ магнитните свойства на материала се нарича магнитна пропускливост и се обозначава с m a, и m a = м 0м, където m a- абсолютно и м- относителна пропускливост,
В феромагнитните вещества количеството ° Сможе да има много големи стойности- до 10 4 10 10 6. Количеството ° Спарамагнитните материали имат малко повече от нула, докато диамагнитните материали имат малко по -малко. Само във вакуум и в много слаби полета на величината ° Си мса постоянни и независими от външното поле. Индукционна зависимост Бот Зобикновено нелинейно, а неговите графики, т.нар. кривите на намагнитване за различни материали и дори при различни температури могат да се различават значително (примери за такива криви са показани на фиг. 2 и 3).
Магнитните свойства на материята са много сложни и тяхното задълбочено разбиране изисква задълбочен анализ на структурата на атомите, техните взаимодействия в молекули, техните сблъсъци в газове и взаимното им влияние в твърди тела и течности; магнитните свойства на течностите все още са най -малко проучени.
Веществата, поставени в МР, се държат по различен начин. Редица материали, като злато, сребро, мед, цинк и т.н., леко отслабват MF вътре в веществото. Наричат се диамагнетици. Платина, магнезий, алуминий, хром, паладий, алкални метали, кислород и др., напротив, леко увеличете MF. Те се наричат парамагнити.
Вещества, при които присъщият (вътрешен) MF може да надвишава външния MF, който го е причинил стотици и хиляди пъти, се наричат феромагнетици. Те включват желязо (Fe),кобалт (Co), никел (№), някои редкоземни елементи, както и сплави на базата на тези елементи.
В електротехниката е обичайно всички вещества да се подразделят на магнитни (феромагнетици) и немагнитни (диамагнетици и парамагнетици).
Тъй като MF в немагнитни материали практически не се променя при излагане на външен MF, феромагнетиците представляват особен интерес.
Феромагнетизмът се дължи на наличието на намагнетизирани области в веществото - домейни, в които магнитните моменти на атомите имат една и съща посока. По принцип всеки домейн е малък магнит.
Феромагнетикът се състои от Голям бройобласти, които при липса на външен MF са ориентирани по произволен начин, така че феромагнетикът остава немагнитен. Когато феромагнетик е поставен във външен MF, домейните започват да се ориентират по посока на силовите линии на външния MF. С по -нататъшно увеличаване на силата на външния MF, всички области се установяват по силовите линии на MF. Настъпва магнитно насищане и намагнитването почти не се увеличава. Ако сега намалим силата на външния MF до нула, тогава ориентацията на домейните ще бъде нарушена само частично, следователно намагнитването на феромагнетика намалява, но не до нула. За да се елиминира остатъчното намагнитване на пробата, е необходимо да се приложи външен MF в обратна посока. Силата на такава MF се нарича принудителна сила NS.За всеки феромагнетик има температура, над която неговите феромагнитни свойства изчезват. Нарича се точка Кюри. За желязото точката на Кюри е 768 ° С, за никела - 358 ° С, а за кобалта - 1120 ° С.
За изчисляване на плътността на магнитния поток на МФ Vвъв феромагнетик се използва израз, който взема предвид способността за намагнитване на материала, В =| d 0 | l g H = |l a N,където З- напрежение на външния МП; x g- относителната магнитна пропускливост на материала; | i a - абсолютната магнитна пропускливост на материала.
Свойствата на феромагнетиците да се намагнетизират се вземат предвид | q (., Следователно, за феромагнетиците »1, докато за немагнитните материали C ,. = 1.
Основните характеристики на феромагнетиците са кривата на намагнитване B (H)и контур за хистерезис (фиг. 6.5, а). За да се получи хистерезисна верига, е необходимо плавно да се увеличи Зот нула до / Y 1 -ва и след това намалете от Зпреди -Х
След поредица от цикли на намагнитване се получава затворена крива, която се нарича контур на хистерезис. При различни значения/ При max се получава семейство от хистерезисни бримки (фиг. 6.5.6). Ако величината на силата на MF надвишава стойността, при която настъпва магнитно насищане, т.е. / U || gax> H s,тогава размерът на контура вече не се увеличава, а само области без хистерезис растат (1-2 и 5-6 на фиг. 6.5, а). Такъв контур се нарича граничен хистерезисен контур.
Ориз. 6.5. Криви на намагнитване на феромагнетици: а - хистерезисна верига; б - частични и гранични цикли
Магнетизирането на феромагнитен материал, поставен в MF за първи път, се извършва по линията 0-1. Точки 8 и 4 от ограничаващия цикъл на хистерезис съответстват на принудителната сила //.(-//.), А точки 3 и 7 дават стойностите на остатъчната индукция B g (~ BЖ).
Чрез свързване на върховете в семейството на всички криви на хистерезис, получаваме основната крива на намагнитване на феромагнетика. Тази крива се използва главно при технически изчисления и почти съвпада с оригиналната крива на намагнитване 0-1 (виж фиг. 6.5, а).За удобство се дава само за положителни стойности.
Ориз. 6.6.
1 - мека магнитна; 2 - магнитно твърд
На фиг. 6.6 показва хистерезисните контури за различни магнитни материали. В зависимост от стойността на принудителната сила, всички магнитни материали обикновено се разделят на меки магнитни (крива 1) и твърди магнитни (крива 2).
Магнитно мекаматериалите имат ниска принудителна сила и относително тесен контур на хистерезис. Тази група включва електрическа стомана, пермалоид, ферити. Тези материали се използват в електрически устройствакато електрически машини, трансформатори, електрически апарати и др.
Магнитно твърдматериалите имат висока принудителна сила и широк контур на хистерезис. След като са намагнетизирани, те запазват намагнитването си дори след отстраняването на намагнитващото поле. Постоянните магнити са направени от такива материали и се използват широко в различни устройства.
Изпратете вашата добра работа в базата знания е проста. Използвайте формата по -долу
Студенти, аспиранти, млади учени, които използват базата знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.
публикувано на http://www.allbest.ru/
публикувано на http://www.allbest.ru/
АГЕНЦИЯ ЗА ФЕДЕРАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ ДЪРЖАВНА ИНСТИТУЦИЯ ЗА ВИСШЕ И ПРОФЕСИОНАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ
"ВОРОНЕЖКИ ДЪРЖАВЕН УНИВЕРСИТЕТ"
(GOU VPO VSU)
Геоложки факултет
Катедра „Геология на околната среда“
абстрактно
по темата: Магнитни свойства на веществата
Завършен: студент 1 -ва година, гр. No9
Агошкова Екатерина Владимировна
Рецензент:
Доцент, кандидат на науките Воронова Т.А.
Магнитни свойства на веществата
Магнитна пропускливост на материята
Класификация на веществата чрез въздействието на външно магнитно поле върху тях
Антиферомагнетици и феримагнетици
Постоянни магнити
Точка Кюри
Литература
Магнитни свойства на веществата
Магнетизъм- формата на взаимодействие на движещи се електрически заряди, осъществявано на разстояние посредством магнитно поле.
Магнитните свойства на материята са обяснени според хипотезата на Ампер.
Хипотезата на Ампер- магнитните свойства на тялото могат да се обяснят с токове, циркулиращи вътре в него.
Вътре в атомите, поради движението на електрони по орбити, има елементарни електрически токове, които създават елементарни магнитни полета.
1. ако веществото не притежава магнитни свойства, елементарните магнитни полета не са ориентирани (поради топлинно движение);
2. ако веществото има магнитни свойства, елементарните магнитни полета са еднакво насочени (ориентирани) и се образува собственото вътрешно магнитно поле на веществото.
Магнетизиранвеществото, което създава собствено магнитно поле, се нарича. Магнетизирането се случва, когато веществото се постави във външно магнитно поле.
магнетизъм ампер антиферомагнетик кюри
Магнити азпропускливост на веществото
Ефектът на веществото върху външно магнитно поле се характеризира със стойността м , който се нарича магнитна пропускливост на материята.
Магнитна пропускливост е физическа скаларна величина, която показва колко пъти индукцията на магнитно поле в дадено вещество се различава от индукцията на магнитно поле във вакуум.
къде е В? - магнитна индукция на полето в веществото; Б? 0 - магнитна индукция на полето във вакуум.
Класификация на веществатаот действието на външно магнитно поле върху тях
1.D iamagnetics [м<1]- слабомагнитные вещества, внутреннее магнитное поле направлено противоположно внешнему магнитному полю, но слабовыраженно. Вещества, которые имеют отрицательную магнитную восприимчивость, не зависящую от напряженности магнитного поля.
Отрицателна магнитна чувствителност- това е, когато магнит се внася в тялото и в същото време се отблъсква, а не привлича.
Диамагнетиците включват например инертни газове, водород, фосфор, цинк, злато, азот, силиций, бисмут, мед, сребро. Тоест това са вещества, които са в свръхпроводящо състояние или имат ковалентни връзки.
2. NS арамагнетици [m> 1] - слабомагнитни вещества, вътрешното магнитно поле е насочено по същия начин като външното магнитно поле. За тези вещества магнитната чувствителност също не зависи от това каква сила на полето съществува. В същото време той е положителен. Тоест, когато парамагнетик се доближи до постоянно действащ магнит, възниква привлекателна сила. Те включват алуминий, платина, кислород, манган, желязо.
3.F еромагнетици [m >> 1] - силни магнитни вещества, вътрешното магнитно поле е 100-1000 пъти по-голямо от външното магнитно поле.
В тези вещества, за разлика от диамагнетиците и парамагнетиците, магнитната чувствителност зависи от температурата и силата на магнитното поле и до голяма степен.
Те включват кристали от никел и кобалт.
Антиферомагнетици и феримагнетици
Вещества, в които по време на нагряване настъпва фазов преход на дадено вещество, придружен от появата на парамагнитни свойства, се наричат антиферомагнетици... Ако температурата стане по -ниска от определена, тези свойства няма да се наблюдават в веществото. Примери за тези вещества са манган и хром.
Магнитна чувствителност феримагнетицисъщо зависи от температурите и силата на магнитното поле. Но те все още имат различия. Тези вещества включват различни оксиди.
Всички горепосочени магнити могат да бъдат допълнително разделени на 2 категории:
Твърди магнитни материали.Това са материали от висока стойностпринудителна сила. За тяхното обръщане на намагнитването е необходимо да се създаде мощно магнитно поле. Тези материали се използват при производството на постоянни магнити.
Меки магнитни материалинапротив, те имат малка принудителна сила. При слаби магнитни полета те могат да влязат в насищане. Те имат малки загуби за обръщане на намагнитването. Поради това тези материали се използват за направата на жила за електрически машини, които работят на променлив ток. Това е например трансформатор на ток и напрежение, или генератор, или асинхронен двигател.
Постоянен магнитNS
Постояненмагнити- това са тела, дълго времезапазване на намагнитването.
Постоянният магнит винаги има 2 магнитни полюса: север (N) и юг (S).
Най -силното магнитно поле на постоянен магнит е на полюсите му.
Постоянните магнити обикновено се правят от желязо, стомана, чугун и други железни сплави (силни магнити), както и от никел, кобалт (слаби магнити). Магнитите са естествени (естествени) от желязната руда на магнитната желязна руда и изкуствени, получени чрез намагнитване на желязото при въвеждането му в магнитно поле.
Взаимодействие на магнити: като полюсите се отблъскват и за разлика от полюсите се привличат.
Взаимодействието на магнитите се обяснява с факта, че всеки магнит има магнитно поле и тези магнитни полета взаимодействат помежду си.
Магнитно поле на постоянни магнити
Какви са причините за намагнитването на желязото? Според хипотезата на френския учен Ампер, вътре в веществото има елементарни електрически токове (токове на Ампер), които се образуват в резултат на движението на електрони около ядрата на атомите и около собствената им ос. Елементарни магнитни полета възникват при движение на електрони. Когато парче желязо се въведе във външно магнитно поле, всички елементарни магнитни полета в това желязо са ориентирани по същия начин във външно магнитно поле, образувайки свое собствено магнитно поле. Така парче желязо се превръща в магнит.
Как изглежда магнитното поле?постоянни магнити?
Представа за вида на магнитното поле може да се получи с помощта на железни стружки. Човек трябва само да постави лист хартия върху магнита и да го поръси отгоре с железни пили.
За магнит с постоянна лента За магнит с постоянна дъга
Точка Кюри
Точка Кюри, или Температура на Кюри, е температурата на фазов преход от втори ред, свързан с рязка промяна в симетричните свойства на вещество с промяна в температурата, но при дадени стойности на други термодинамични параметри (налягане, напрежение на електрическото или магнитното поле). Фазовият преход от втори ред при температурата на Кюри е свързан с промяна в симетричните свойства на веществото. При T c, във всички случаи на фазови преходи, някакъв вид атомно подреждане изчезва, например подреждането на електронните спинове ( сегнетоелектрици), атомни магнитни моменти ( феромагнити), подреждайки подреждането на атомите на различни компоненти на сплавта в местата на кристалната решетка (фазови преходи в сплави). Остри аномалии се наблюдават в близост до T c физични свойства, например, пиезоелектрически, електрооптични, термични.
Магнитната точка на Кюри е температурата на такъв фазов преход, при който спонтанното намагнитване на областите на феромагнетиците изчезва и феромагнетикът преминава в парамагнитно състояние. При относително ниски температури топлинното движение на атомите, което неизбежно води до някои смущения в подреденото разположение на магнитните моменти, е незначително. С повишаване на температурата ролята му се увеличава и накрая, при определена температура (Tc), топлинното движение на атомите е в състояние да разруши подреденото подреждане на магнитните моменти, а феромагнетикът се трансформира в парамагнетик. Близо до точката на Кюри се наблюдават редица характеристики при промяната на немагнитните свойства на феромагнетиците (съпротивление, специфична топлина, температурен коефициент на линейно разширение).
Стойността на T c зависи от силата на връзката на магнитните моменти помежду си, в случай на силна връзка достига: за чисто желязо T c = 768 o C, за кобалт T c = 1131 o C, надвишава 1000 o C за сплави желязо-кобалт. За много вещества T c е малък (за никел, T c = 358 o C). Стойността на Tc може да се използва за оценка на енергията на свързване на магнитните моменти помежду си. Разрушаването на подреденото подреждане на магнитните моменти изисква енергията на топлинното движение, която е много по -висока както от енергията на взаимодействие на диполите, така и от потенциалната енергия на магнитния дипол в полето.
При температурата на Кюри магнитната пропускливост на феромагнетика става приблизително равно на едно, над точката на Кюри, се подчинява промяната в магнитната чувствителност Законът на Кюри-Вайс.
За всеки феромагнетик има определена температура - точката на Кюри.
1. Ако t вещество< t Кюри, то вещество обладает ферромагнитными свойствами.
2. Ако t вещество> t Кюри, тогава феромагнитните свойства (намагнитване) изчезват и веществото се превръща в парамагнетик. Следователно постоянните магнити губят магнитните си свойства при нагряване.
Литература
Жилко, В. В. Физика: учебник. надбавка за 11 клас. общообразователно. шк. от рус. lang. обучение / В.В.Жилко, А.В. Лавриненко, Л. Г. Маркович. - Мн.: Нар. Асвета, 2002.-С. 291-297.
http://msk.edu.ua/
http://elhow.ru/
http://class-fizika.narod.ru/
Публикувано на Allbest.ru
Подобни документи
Магнитно поле - компонент електромагнитно полекоето се появява в присъствието на вариращо във времето електрическо поле. Магнитни свойства на веществата. Условия за създаване и проявяване на магнитно поле. Законът на Ампер и мерните единици на магнитното поле.
презентация, добавена на 16.11.2011 г.
Същността на магнитното поле, основните му характеристики. Понятия и класификация на магнитите - вещества, които могат да бъдат намагнетизирани във външно магнитно поле. Структура и свойства на материалите. Постоянни и електрически магнити и техните области на приложение.
резюме, добавено на 12.02.2012
Същността и характеристиките на магнитното поле. Магнитни свойства на различни вещества и източници на магнитни полета. Устройството на електромагнитите, тяхната класификация, приложение и примери за употреба. Соленоид и неговото приложение. Изчисляване на магнетизиращото устройство.
курсова работа, добавена на 17.01.2011 г.
Процесът на образуване и поява на магнитно поле. Магнитни свойства на веществата. Взаимодействие на два магнита и явлението електромагнитна индукция... Токовете на Фуко са вихрови индукционни токове, които възникват в масивни проводници при промяна на магнитния поток.
презентация, добавена на 17.11.2010 г.
Понятието и действието на магнитно поле, неговите характеристики: магнитна индукция, магнитен поток, интензивност, магнитна пропускливост. Формули на магнитна индукция и правилото за "лявата ръка". Елементи и видове магнитни вериги, формулирането на техните основни закони.
презентация, добавена на 27.05.2014 г.
Силово действие в пространството, обграждащо токове и постоянни магнити. Основните характеристики на магнитното поле. Хипотезата на Ампер, законът на Био-Саварт-Лаплас. Магнитен момент на рамката с ток. Явлението електромагнитна индукция; хистерезис, самоиндукция.
презентация, добавена на 28.07.2015 г.
Основни понятия, видове (диамагнетици, феримагнетици, парамагнетици, антиферомагнетици) и условия за проява на магнетизъм. Природата на феромагнитното състояние на веществата. Същността на явлението магнитострикция. Описание на домейнните структури в тънки магнитни филми.
резюме, добавено на 30.08.2010 г.
Прояви на магнитно поле, параметри, които го характеризират. Характеристики на феромагнитни (магнитно меки и магнитно твърди) материали. Законите на Кирххоф и Ом за магнитни вериги с постоянен ток, принципът на тяхното изчисление, тяхната аналогия с електрическите вериги.
тест, добавен на 10.10.2010 г.
Изучаване на феномена диамагнетизъм и парамагнетизъм. Магнитна чувствителност на атомите химични елементи... Магнитен атомен ред и спонтанно намагнитване във феромагнитни минерали. Твърда, течна и газова фаза. Магнитни свойства на седиментните скали.
презентация, добавена на 15.10.2013 г.
Понятието и основните свойства на магнитното поле, изучаването на затворена верига с ток в магнитно поле. Параметри и определяне на посоката на вектора и линиите на магнитната индукция. Биография и научна дейностАндре Мари Ампер, неговото откритие на силата на Ампер.
Магнетизиране на веществото.Постоянните магнити могат да бъдат направени само от относително малко вещества, но всички вещества, поставени в магнитно поле, са намагнетизирани, тоест те сами се превръщат в източници на магнитно поле. В резултат на това векторът на магнитната индукция в присъствието на материя се различава от вектора на магнитната индукция във вакуум.
Хипотезата на Ампер.Причината, поради която телата са магнитни, е установена от френския учен Ампер. Отначало, под прякото впечатление от наблюдение на магнитна игла, завъртаща се близо до проводник с ток, в експериментите на Ерстед, Lmier предполага, че магнетизмът на земята е причинен от течения, преминаващи през земното кълбо. Основната стъпка беше предприета: магнитните свойства на тялото могат да се обяснят с токове, циркулиращи вътре в него. Тогава Ампер стига до общо заключение: магнитните свойства на всяко тяло се определят от затворени електрически токове вътре в него. Тази решителна стъпка от възможността да се обяснят магнитните свойства на тялото чрез токове до категоричното твърдение, че магнитните взаимодействия са взаимодействия на течения, е доказателство за големия научен смелост на Ампер.
Според хипотезата на Ампер, елементарни електрически токове циркулират вътре в молекулите и атомите. (Сега знаем добре, че тези токове се образуват поради движението на електрони в атомите.) Ако равнините, в които циркулират тези токове, са произволно подредени една спрямо друга поради топлинното движение на молекулите (фиг. 1.28, а) , тогава техните действия взаимно се компенсират и тялото не проявява никакви магнитни свойства. В намагничено състояние елементарните токове в тялото са ориентирани така, че действията им се събират (фиг. 1.28, б).
Хипотезата на Ампер обяснява защо една магнитна игла и рамка (контур) с ток в магнитно поле се държат еднакво (вж. § 2). Стрелката може да се разглежда като съвкупност от малки вериги с ток, ориентирани по същия начин.
Най -силните магнитни полета се създават от вещества, наречени феромагнетици. Магнитните полета се създават от феромагнетици не само поради циркулацията на електрони около ядрата, но и поради собственото им въртене.
Вътрешният въртящ момент (ъглов момент) на електрона се нарича спин. Електроните сякаш винаги се въртят около оста си и притежаващи заряд, създават магнитно поле заедно с полето, което се появява поради орбиталното им движение около ядрата. Във феромагнетиците има области с паралелни спинови ориентации, наречени домени; размерите на домейните са от порядъка на 0,5 μm. Паралелната ориентация на завъртанията осигурява минимум потенциална енергия. Ако феромагнетикът не е намагнетизиран, тогава ориентацията на домейните е хаотична, а общото магнитно поле, създадено от домейните, е нула. Когато е включено външно магнитно поле, домейните са ориентирани по линията на магнитната индукция на това поле и индукцията на магнитното поле във феромагнетиците се увеличава, ставайки хиляди и дори милиони пъти по -голяма от индукцията на външното поле .
Температура на Кюри.При температури, по -високи от определени за даден феромагнетик, неговите феромагнитни свойства изчезват. Тази температура се нарича температура на Кюри на името на френския учен, открил това явление. Ако нагреете намагнитен пирон прекалено много, той ще загуби способността да привлича железни предмети към себе си. Температурата на Кюри за желязо е 753 ° С, за никел е 365 ° С, а за кобалт е 1000 ° С. Има феромагнитни сплави, в които температурата на Кюри е по -малка от 100 ° C.
Първите подробни изследвания на магнитните свойства на феромагнетиците са извършени от изключителния руски физик А. Г. Столетов (1839-1896).
Феромагнитите и тяхното приложение.Въпреки че в природата няма толкова много феромагнитни тела, техните магнитни свойства са получили най -големи практическа употреба... Желязна или стоманена сърцевина в бобина усилва магнитното поле, което създава многократно, без да увеличава тока в бобината. Това спестява енергия. Ядрата на трансформатори, генератори, електродвигатели и др. Са направени от феромагнетици.
Когато външното магнитно поле е изключено, феромагнетикът остава намагнетизиран, тоест създава магнитно поле в околното пространство. Това се дължи на факта, че домейните не се връщат в предишното си положение и ориентацията им е частично запазена. Поради това съществуват постоянни магнити.
Постоянните магнити се използват широко в електрически измервателни уреди, високоговорители и телефони, звукозаписващи устройства, магнитни компаси и др.
Феритите са широко използвани - феромагнитни материали, които не провеждат електрически ток. Те представляват химични съединенияжелезни оксиди с оксиди на други вещества. Един от известните феромагнитни материали - магнитна желязна руда - е ферит.
Магнитно записване на информация.Феромагнетиците се използват за производство на магнитни ленти и тънки магнитни филми. Магнитните ленти се използват широко за запис на звук в магнетофони и за видеозапис във видеомагнитофони.
Магнитната лента е гъвкава основа, изработена от PVC или други вещества. На него се нанася работен слой под формата на магнитен лак, състоящ се от много малки иглени частици от желязо или друг феромагнетик и свързващи вещества.
Звукът се записва на касета с помощта на електромагнит, чието магнитно поле се променя във времето със звукови вибрации. Когато лентата се движи близо до магнитната глава, различни части от филма се намагнетизират. Диаграмата на магнитната индукционна глава е показана на фигура 1.29, а, където 1 е сърцевината на електромагнита; 2 - магнитна лента; 3 - работна междина; 4 - електромагнитна намотка.
По време на възпроизвеждане на звук се наблюдава обратният процес: намагнитената лента възбужда електрически сигнали в магнитната глава, които след усилване отиват към високоговорителя на магнетофона.
Тънките магнитни филми се състоят от слой от феромагнитен материал с дебелина от 0,03 до 10 микрона.
Те се използват в устройствата за съхранение на електронни компютри (компютри). Магнитните ленти са предназначени за запис, съхраняване и възпроизвеждане на информация. Те се прилагат върху тънък алуминиев диск или барабан. Информацията се записва и възпроизвежда по почти същия начин, както в конвенционален магнетофон. Записването на информация в компютър може да се извърши и на магнитни ленти.
Развитието на магнитната технология за запис доведе до появата на магнитни микроглави, които се използват в компютрите, позволявайки създаването на немислима по-рано магнитна плътност на запис. Феромагнитен твърд диск с диаметър по -малък от 8 см съхранява до няколко терабайта (10 12 байта) информация. Четенето и записването на информация на такъв диск се извършва с помощта на микроглава, разположена на въртящото се рамо (фиг. 1.29, б). Самият диск се върти с огромна скорост, а главата плува над него в струя въздух, което предотвратява възможността от механични повреди на диска.
Всички вещества, поставени в магнитно поле, създават свое собствено поле. Най -силните полета се генерират от феромагнетици. Постоянни магнити са направени от тях, тъй като феромагнитното поле не изчезва след изключване на намагнитващото поле. Феромагнитите се използват широко в практиката.
1. Какви вещества се наричат феромагнетици!
2. За какви цели се използват феромагнитни материали!
3. Как се записва информацията в компютъра!
Всяко вещество е магнитно, т.е. е в състояние да придобие магнитен момент (намагнитване) под въздействието на магнитно поле. Според величината и посоката на този момент, както и по причините, които са го породили, всички вещества са разделени на групи. Основните са диа- и парамагнити.
Молекулите на диамагнетика нямат собствен магнитен момент. Тя възниква в тях само под въздействието на външно магнитно поле и е насочена срещу него. Така полученото магнитно поле в диамагнетика е по -малко от външното поле, макар и с много малко количество. Това води до факта, че когато диамагнетикът е поставен в неоднородно магнитно поле, той има тенденция да се измества към областта, където напрежението на магнитното поле е по -малко.
Молекулите (или атомите) на парамагнетик имат свои собствени магнитни моменти, които под действието на външни полета са ориентирани по полето и по този начин създават резултатно поле, което надвишава външното. Парамагнетиците се изтеглят в магнитно поле. Така например, течният кислород е парамагнетик, той се привлича от магнит.
Магнитната пропускливост на определено вещество зависи от много фактори: силата на магнитното поле, формата на разглежданото поле (тъй като крайните размери на всеки магнит водят до появата на противоположно поле, което намалява първоначалното), температурата , честота на промените в магнитното поле, наличие на структурни дефекти и др.
Има редица вещества, в които квантовите ефекти на междуатомните взаимодействия водят до появата на специфични магнитни свойства.
Най -интересното свойство е феромагнетизмът. Характерно е за група вещества в твърдо кристално състояние (феромагнетици), характеризираща се с паралелна ориентация на магнитните моменти на атомните носители на магнетизма.
Паралелна ориентация на магнитните моменти съществува в доста големи области на материята - области. Общите магнитни моменти на отделните домейни са много големи, но самите домейни обикновено са ориентирани произволно в материята. Когато се прилага магнитно поле, домейните се ориентират, което води до появата на общ магнитен момент в целия обем на феромагнетика и вследствие на това до неговото намагнитване.
Естествено, феромагнетиците, подобно на парамагнетиците, се движат до точката на полето, където интензитетът е максимален (те се изтеглят в магнитното поле). Поради голямата стойност на магнитната пропускливост, силата, действаща върху тях, е много по -голяма.
Съществуването на домейни във феромагнетиците е възможно само под определена температура (точка на Кюри). Над точката на Кюри топлинното движение нарушава подредената структура на домейните и феромагнетикът става обикновен парамагнетик.
Температурният диапазон на Кюри за феромагнетиците е много широк: за радолиний температурата на Кюри е 20 0 C, за чисто желязо - 1043 К. Почти винаги е възможно да се избере вещество с необходимата температура на Кюри.
С понижаване на температурата всички парамагнетици, с изключение на тези, при които парамагнетизмът се дължи на електроните на проводимост, преминават или в феромагнитно, или в антиферомагнитно състояние.
Някои вещества (хром, манган) имат свои собствени магнитни моменти на електрони, ориентирани антипаралелно (един към друг). Тази ориентация обхваща съседните атоми и техните магнитни моменти се взаимно анулират. В резултат на това антиферомагнетиците имат изключително ниска магнитна чувствителност и се държат като много слаби парамагнетици.
За антиферомагнетиците има и температура, при която антипаралелната ориентация на завъртанията изчезва. Тази температура се нарича антиферомагнитна точка на Кюри или точка на Неел.
Някои феромагнетици (ербин, диоброзин, манган и медни сплави) имат две такива температури (горна и долна точка на Неел), а антиферомагнитни свойства се наблюдават само при междинни температури. Над горната точка веществото се държи като парамагнетик и при температури под долната точка на Неел се превръща във феромагнит.
Необратима промяна в намагнитването на феромагнитна проба в слабо постоянно магнитно поле с циклична промяна в температурата се нарича температурна магнитна хистерезис. Има два вида хистерезис, причинени от промени в домейна и кристалната структура. Във втория случай точката на Кюри е по -висока по време на нагряване, отколкото по време на охлаждане.
Феримагнетизъм - (или некомпенсиран антиферомагнетизъм) съвкупност от магнитни свойства на вещества (феромагнетици) в твърдо състояние, поради наличието на взаимодействие между обмен на електрон и електрон в тялото, което има тенденция да създава антипаралелна ориентация на съседни атомни магнитни моменти. За разлика от антиферомагнетиците, съседни противоположно насочени магнитни моменти, по някаква причина, не се компенсират напълно един друг. Поведението на феримагнетик във външно поле в много отношения е подобно на феромагнетик, но температурната зависимост на свойствата има различна форма: понякога има компенсационна точка за общия магнитен момент при температура под точката на Неел. Според електрическите свойства феромагнетиците са диелектрици или полупроводници.
Суперпарамагнетизмът е квазипарамагнитното поведение на системите, състоящо се от набор от изключително малки феро- или феримагнитни частици. Частиците на тези вещества, при определено малки размери, преминават в еднодоменово състояние с равномерно спонтанно намагнитване по целия обем на частицата. Набор от такива вещества се държи във връзка с ефекта на външно магнитно поле и температура като парамагнитен газ (медно-кобалтови сплави, фини никелови прахове и др.).
Много малки частици от антиферомагнетици също имат специални свойства, подобни на суперпарамагнетизма, тъй като нарушават пълната компенсация на магнитните моменти. Тънките феромагнитни филми имат сходни свойства.
Суперпарамагнетизмът се използва при фини структурни изследвания, в методи за неразрушително определяне на размера, формата, количеството и състава на магнитната фаза и др.
Пиезомагнитите са вещества, в които при прилагане на еластични напрежения възниква спонтанен магнитен ефект, пропорционален на първата степен на величината на напреженията. Този ефект е много малък и най -лесно се открива в антиферомагнетици.
Магнитоелектриците са вещества, в които при поставяне в електрическо поле възниква магнитен момент, пропорционален на стойността на полето.
Зареждане...