Магнітні властивості будь-якого тіла визначаються. Магнітні властивості речовини (3) - Реферат

У всіх тілах, поміщених в магнітне поле, виникає магнітний момент. Це явище називається намагнічуванням.

Намагнічене тіло (магнетик) створює додаткове магнітне поле з індукцією B', Яка взаємодіє з індукцією B 0 \u003d μ а H, Обумовленої макроскопическими струмами. Обидва поля дають результуюче поле з індукцією B, Яка виходить в результаті векторного додавання B'і B 0 .

У молекулах речовини циркулюють замкнуті струми; кожен такий струм має магнітний момент; за відсутності зовнішнього магнітного поля молекулярні струми орієнтовані хаотично і середнє поле, створюване ними, дорівнюватиме нулю. Під дією магнітного поля магнітні моменти молекул орієнтуються переважно вздовж поля, внаслідок чого речовина намагнічується. Мірою намагнічування речовини (магнетика) є вектор намагнічування. вектор намагничивании I дорівнює векторній сумі всіх магнітних моментів p m молекул, укладених в одиниці об'єму речовини:

Величина χ називається магнітною сприйнятливістю - величина безрозмірна.

В системі СІ:	В системі СГСМ:
B′ = μ I	B'\u003d 4χ I	2)
B = μ 0 H + μ I	B = H + 4χ I	3)
μ \u003d 1 + χ	μ \u003d 1 + 4π χ	4)

Крива, що виражає залежність між H і B або H і I, називається кривої намагнічування.

Речовини, для яких χ\u003e 0 (але незначно), називаються парамагнітним ( парамагнетиками); речовини, для яких χ< 0, называются диамагнитными (діамагнетиками). Речовини, у яких χ набагато більше одиниці, називаються феромагнетиками.

Ферромагнетики відрізняються від парамагнетиків і діамагнетиків рядом властивостей.

а) Крива намагнічування феромагнетиків має складний характер (рис.1), для парамагнетиків вона являє пряму лінію з позитивним кутовим
коефіцієнтом, для діамагнетіков - пряму з негативним кутовим коефіцієнтом. Магнітна сприйнятливість і проникність феромагнетиків залежить від напруженості поля; у парамагнетиків і діамагнетиків цієї залежності немає.

Для феромагнетиків зазвичай вказується початкова магнітна проникність (μ поч) - граничне значення магнітної проникності, коли напруженість і індукція поля близькі до нуля, т. Е.

Крива залежності μ від H для феромагнетиків проходить через максимум. У таблицях зазвичай вказується і максимальне значення (μ макс).

б) Магнітна сприйнятливість феромагнетиків зростає зі збільшенням температури. При деякій температурі T до ферромагнетик перетворюється в парамагнетик; ця температура називається температурою Кюрі (точкою Кюрі). При температурах вище точки Кюрі речовина є парамагнетиком. Поблизу температури Кюрі магнітна сприйнятливість феромагнетика різання зростає.

Магнітна сприйнятливість діамагнетиків і деяких парамагнетиків (наприклад, в лужних металах) не залежить від температури. Магнітна сприйнятливість парамагнетиків (за небагатьма винятками) змінюється обернено пропорційно абсолютній температурі.

в) Розмагнічений ферромагнетик намагничивается магнітним полем; залежність B (або I) від H при намагнічуванні буде виражатися кривої 0-1 (рис.1). Ця крива називається початковою кривою намагнічування. Намагніченість в слабких полях ростуть швидко, потім зростання сповільнюється і, нарешті, настає стан насичення, при якому намагніченість практично залишається постійною при подальшому збільшенні поля.

Максимальне значення намагніченості називається намагниченностью насичення (I s).

при зменшенні H до нуля B (і I) Будуть змінюватися по кривій 1-2; відбувається відставання зміни індукції від зміни напруженості поля. Це явище називається магнітним гістерезисом.

Величина індукції, що зберігається в феромагнетику після зняття поля (коли H \u003d 0), називається залишковою індукцією ( B r). на рис.1 B r дорівнює відрізку 0-2. Щоб розмагнітити феромагнетик, потрібно зняти залишкову індукцію. Для цього необхідно створити поле протилежного напрямку. Зміна індукції в попі протилежного напрямку відіб'ється кривої 2-3-4.

напруженість поля H c (Відрізок 0-3 на рис.8), при якій індукція дорівнює нулю, називається коерцитивної напруженістю (силою).

залежність B (або I) Від періодично змінюється напруженості магнітного поля від + H до - H виражається замкнутої кривої 1-2-3-4-5-6-1. Така крива називається петлею гистерезиса.

За один цикл зміни напруженості поля від + H до - H витрачається енергія, пропорційна площі петлі гістерезису.

Властивості феромагнетиків пояснюються наявністю в них областей, які за відсутності зовнішнього магнітного поля мимовільно намагнічені до насичення. Ці області називають доменами. Але розташування і намагніченість цих областей такі, що і відсутність поля загальна намагніченість всього тіла дорівнює нулю.

Коли ферромагнетик знаходиться в магнітному полі, межі між доменами зміщуються (в слабких полях) і вектори намагніченості доменів повертаються у напрямку намагнічує поле (в більш сильних полях), в результаті чого ферромагнетик намагничивается.

Феромагнетик, поміщений в магнітне поле, змінює свої лінійні розміри, т. Е. Деформується. Це явище називається магнітострикцією. Відносне подовження залежить від природи феромагнетика і напруженості магнітного поля.

Величина магнитострикционного ефекту не залежить від напрямку поля; у одних речовин спостерігається вкорочення (нікель), у інших подовження (залізо в слабких полях) уздовж нуля. Це явище використовується для отримання ультразвукових коливань з частотами до 100 кГц.

Численні досліди свідчать про те, що всі речовини, вміщені в магнітне поле, намагнічуються і створюють власне магнітне поле, дія якого складається з дією зовнішнього магнітного поля:

де - магнітна індукція поля в речовині; - магнітна індукція поля в вакуумі, - магнітна індукція поля, що виник завдяки намагничиванию речовини.

При цьому речовина може або посилювати, або послаблювати магнітне поле. Вплив речовини на зовнішнє магнітне поле характеризується величиною, яка називається магнітною проникністю речовини

магнітна проникність - це фізична скалярна величина, що показує, у скільки разів індукція магнітного поля в даній речовині відрізняється від індукції магнітного поля в вакуумі.

Речовини, що ослабляють зовнішнє магнітне поле, називають діамагнетиками (Вісмут, азот, гелій, вуглекислота, вода, срібло, золото, цинк, кадмій і ін.).

Речовини, що підсилюють зовнішнє магнітне поле, - парамагнетики (Алюміній, кисень, платина, мідь, кальцій, хром, марганець, солі кобальту і ін.).

Для діамагнетіков\u003e 1. Але в тому і в іншому випадку відміну від 1 невелика (кілька десятитисячних або стотисячних часткою одиниці). Так, наприклад, у вісмуту \u003d 0,9998 \u003d 1,000.

Деякі речовини (залізо, кобальт, нікель, гадоліній і різні сплави) викликають дуже велике посилення зовнішнього поля. Їх називають феромагнетиками. Для них \u003d 10 3 -10 5.

Вперше пояснення причин, внаслідок яких тіла намагнічені, дав Ампер. Згідно з його гіпотезою, всередині молекул і атомів циркулюють елементарні електричні струми, Які і визначають магнітні властивості будь-якої речовини.

В даний час встановлено, що всі атоми і елементарні частинки дійсно намагнічені. Магнітні властивості атомів в основному визначаються входять до їх складу електронами.

Згідно Напівкласична моделі атома, запропонованої Е. Резерфордом і Н. Бором, електрони в атомах рухаються навколо ядра по замкнутих орбітах (в першому наближенні можна вважати, що по кругових). Рух електрона можна представити як елементарний круговий струм, де е - заряд електрона, v - частота обертання електрона по орбіті. Цей струм утворює магнітне поле, яке характеризується магнітним моментом, модуль його визначається формулою, де S - площа орбіти.

Магнітний момент електрона, обумовлений рухом навколо ядра, називають орбітальним магнітним моментом. Орбітальний магнітний момент - це векторна величина, і напрямок визначається за правилом правого гвинта. Якщо електрон рухається по ходу годинникової стрілки (рис. 1), то струми спрямовані проти годинникової стрілки (у напрямку руху позитивного заряду), і вектор перпендикулярний площині орбіти.

Так як в атомі площини орбіт різних електронів не співпадають, то їх магнітні моменти спрямовані під різними кутами один до одного. Результуючий орбітальний магнітний момент багатоелектронного атома дорівнює векторній сумі орбітальних магнітних моментів окремих електронів.

Нескомпенсованого орбітальним магнітним моментом мають атоми з частково заповненими електронними оболонками. В атомах з заповненими електронними оболонками він дорівнює 0.

Крім орбітального магнітного моменту, електрон має ще власним (спінові) магнітним моментом , Що вперше встановили О. Штерн та В. Герлах в 1922 р Існування магнітного поля у електрона було пояснено його обертанням навколо власної осі, хоча і не слід буквально уподібнювати електрон обертається зарядженого кульці (вовчка).

Достовірно встановлено, що магнітне поле електрона є таким же невід'ємним властивістю, як його маса і заряд. Електрон, в дуже грубому наближенні, можна уявити як дуже маленьку кульку, оточений електричним і магнітним полями (рис. 2). Магнітні поля у всіх електронів однакові, як однакові їх маси і заряди. Спіновий магнітний момент - вектор, спрямований уздовж осі обертання. Він може орієнтуватися тільки двома способами: або за ..., або проти ... Якщо в тому місці, де знаходиться електрон, є зовнішнє магнітне поле, то або по полю, або проти поля. Як показано в квантовій фізиці, В однаковому енергетичному стані можуть перебувати тільки два електрона, спінові магнітні моменти яких протилежні (принцип Паулі).

У багатоелектронних атомів спінові магнітні моменти окремих електронів, як і орбітальні моменти, складаються як вектори. При цьому результуючий спіновий магнітний момент атома у атомів із заповненими електронними оболонками дорівнює 0.

Загальний магнітний момент атома (молекули) дорівнює векторній сумі магнітних моментів (орбітальних і спінових) входять в атом (молекулу) електронів:

Діамагнетик складаються з атомів, які за відсутності зовнішнього магнітного поля не мають власних магнітних моментів, так як у них компенсовані всі спінові і все орбітальні магнітні моменти.

Зовнішнє магнітне поле не діє на весь атом діамагнетиком, але діє на окремі електрони атома, магнітні моменти яких відмінні від нуля. Нехай в даний момент швидкість електрона складає деякий кут (рис. 3) з магнітною індукцією зовнішнього поля.

Завдяки складової на електрон буде діяти сила Лоренца (спрямована до нас на рис. 3), яка викличе додаткове (крім інших рухів, в яких бере участь електрон при відсутності поля) рух по колу. Але цей рух є додатковий круговий струм, який створить магнітне поле, що характеризується магнітним моментом (наведеним), спрямованим за правилом правого гвинта назустріч. В результаті Діамагнетик послаблюють зовнішнє магнітне поле.

Парамагнетики складаються з атомів, у яких результуючий магнітний момент атома. Під час відсутності зовнішнього поля ці моменти орієнтовані хаотично і речовина в цілому не створює навколо себе магнітного поля. При приміщенні парамагнетиков в магнітне поле відбувається переважна орієнтація векторів по полю (цьому перешкоджає тепловий рух частинок). Таким чином, парамагнетик намагнічується, створюючи власне магнітне поле, що збігається по напрямку з зовнішнім полем і підсилює його. Цей ефект називається парамагнітним. При ослабленні зовнішнього магнітного поля до нуля орієнтація магнітних моментів внаслідок теплового руху порушується і парамагнетик розмагнічується. У парамагнетиках спостерігається і діамагнітний ефект, але він значно слабкіше парамагнитного.

Є мікроскопічні кругові струми ( молекулярні струми). Ця ідея в подальшому, після відкриття електрона і будови атома, підтвердилася: ці струми створюються рухом електронів навколо ядра і, так як орієнтовані однаково, в сумі утворюють поле всередині і навколо магніту.

На малюнку а площині, в яких розміщені елементарні електричні струми, орієнтовані безладно через хаотичного теплового руху атомів, і речовина не проявляє магнітних властивостей. У намагніченому стані (під дією, наприклад, зовнішнього магнітного поля) (рисунок б) Ці площини орієнтовані однаково, і їх дії підсумовуються.

Магнітна проникність.

Реакція середовища на вплив зовнішнього магнітного поля з індукцією В0 (поле в вакуумі) визначається магнітною сприйнятливістю μ :

де В - індукція магнітного поля в речовині. Магнітна проникність аналогічна діелектричної проникності ɛ .

За своїм магнітним властивостям речовини поділяються на діамагнетик, парамагнетики і ферромагнетікі. У діамагнетіков коефіцієнт μ , Який характеризує магнітні властивості середовища, менше одиниці (наприклад, у вісмуту μ \u003d 0,999824); у парамагнетиков μ \u003e 1 (у платини μ - 1,00036); у феромагнетиків μ »1 (залізо, нікель, кобальт).

Діамагнетик відштовхуються від магніту, парамагнетики - притягуються до нього. За цим призна-кам їх можна відрізнити один від одного. У багатьох речовин магнітна проникність майже не відрізняється від одиниці, але у феромагнетиків сильно перевершує її, досягаючи декількох десятків тисяч одиниць.

Ферромагнетики.

Найсильніші магнітні властивості проявляють ферромагнетики. Магнітні поля, які створювали феромагнетиками, набагато сильніше зовнішнього що намагнічує поле. Правда, магнітні поля ферромагнетиков створюються не внаслідок звернення електронів навколо ядер - орбітального магнітного моменту, А внаслідок власного обертання електрона - власного магнітного моменту, званого спіном.

Температура Кюрі ( Т з) - це температура, вище якої феромагнітні матеріали ті-ряют свої магнітні властивості. Для кожного феромагнетика вона своя. Наприклад, для заліза Т з\u003d 753 ° С, для нікелю Т з \u003d 365 ° С, для кобальту Т з \u003d 1000 ° С. Існують феромагнітні спла-ви, у яких Т з < 100 °С.

Перші детальні дослідження магнітних властивостей феромагнетиків були виконані видатним російським фізиком А. Г. Столєтова (1839-1896).

Ферромагнетики застосовуються досить широко: як постійних магнітів (в приладах, гучномовцях, телефонах і так далі), сталевих сердечників в транс-форматорах, генераторах, електродвигунах (для посилення магнітного поля і економії електро-гії). На магнітних стрічках, які виготовлені з феромагнетиків, здійснюється запис звуку і зображення для магнітофонів і відеомагнітофонів. На тонкі магнітні плівки про-диться запис інформації для запам'ятовуючих пристроїв в електронно-обчислювальних ма-шинах.

« Фізика - 11 клас »

Магнітне поле створюється електричними струмами і постійними магнітами.
Всі речовини, поміщені в магнітне поле, створюють власне магнітне поле.

Намагнічення речовини.

Всі речовини, поміщені в магнітне поле, намагнічуються, т. Е. Самі стають джерелами магнітного поля.
В результаті цього вектор магнітної індукції при наявності речовини відрізняється від вектора магнітної індукції у вакуумі.

гіпотеза Ампера

Причина, внаслідок якої тіла намагнічені, була встановлена \u200b\u200bфранцузьким фізиком Ампером: магнітні властивості тіла можна пояснити тими, які циркулюють всередині нього струмами.

Усередині молекул і атомів існують елементарні електричні струми, які утворюються внаслідок руху електронів в атомах.
Якщо площини, в яких циркулюють ці струми, розташовані безладно по відношенню один до одного через теплового руху молекул, то їх дії взаємно компенсуються, і ніяких магнітних властивостей тіло не виявляє

У намагніченому стані елементарні струми в тілі орієнтовані так, що їх дії складаються.

Найбільш сильні магнітні поля створюють речовини, які називаються феромагнетиками.
З них роблять постійні магніти, так як поле феромагнетика жевріє після виключення намагнічує поле.

Магнітними полями належать феромагнетиками не тільки внаслідок звернення електронів навколо ядер, але і внаслідок їх власного обертання. У феромагнетиках існують області, звані доменами розміром близько 0,5 мкм.

Якщо феромагнетик НЕ намагнічений, то орієнтація доменів хаотична, і сумарне магнітне поле, створюване доменами, дорівнює нулю.
При включенні зовнішнього магнітного поля домени орієнтуються уздовж ліній магнітної індукції цього поля, і індукція магнітного поля у феромагнетиках збільшується, стаючи в тисячі і навіть мільйони разів більше індукції зовнішнього поля.

Температура Кюрі.

При температурах, великих деякої певної для даного феромагнетика, його феромагнітні властивості зникають.
Цю температуру називають температурою Кюрі на ім'я відкрив це явище французького вченого.
При нагріванні намагнічені тіла втрачають свої магнітні властивості.
Наприклад, температура Кюрі для заліза 753 ° С.
Існують феромагнітні сплави, у яких температура Кюрі менше 100 ° С.

застосування ферромагнетиков

Феромагнітних тіл у природі не так багато, але вони знайшли широке застосування.
Наприклад, сердечник, встановлений в котушці, підсилює створюваний нею магнітне поле, не збільшуючи силу струму в котушці.
Сердечники трансформаторів, генераторів, електродвигунів і т. Д. Виготовляють з феромагнетиків.

При виключенні зовнішнього магнітного поля феромагнетик залишається намагніченим, т. Е. Створює магнітне поле в навколишньому просторі.
Завдяки цьому існують постійні магніти.

Велике застосування одержали ферити - феромагнітні матеріали, не проводять електричного струму, це хімічні сполуки оксидів заліза з оксидами інших речовин.
Один з відомих феромагнітних матеріалів - магнітний залізняк - є ферритом.

Ферромагнетики використовуються для магнітного запису інформації.
З ферромагнетиков виготовляють магнітні стрічки та магнітні плівки, які використовують для звукозапису в магнітофонах і для відеозапису в відеомагнітофонах.

Запис звуку виробляють на стрічку за допомогою електромагніту, магнітне поле якого змінюється в такт із звуковими коливаннями.
При русі стрічки поблизу магнітної головки різні ділянки плівки намагнічуються.

Схема магнітної індукційної головки

де
1 - сердечник електромагніта;
2 - магнітна стрічка;
3 - робочий зазор;
4 обмотка електромагніту.

Розвиток технології магнітного запису призвело до появи магнітних мікроголовок, які використовуються в ЕОМ, що дозволяють створювати велику щільність магнітного запису, так на феромагнітному жорсткому диску діаметром в декілька сантиметрів зберігається до декількох терабайт (10 12 байт) інформації. Зчитування і запис інформації на такому диску здійснюється за допомогою мікроголовкі. Диск обертається з величезною швидкістю, і головка плаває над ним в потоці повітря, що запобігає можливість механічного пошкодження диска.

\\ (~ \\ Vec B \u003d \\ vec B_0 + \\ vec B_1, \\)

де \\ (~ \\ vec B \\) - магнітна індукція поля в речовині; \\ (~ \\ Vec B_0 \\) - магнітна індукція поля в вакуумі, \\ (~ \\ vec B_1 \\) - магнітна індукція поля, що виник завдяки намагничиванию речовини. При цьому речовина може або посилювати, або послаблювати магнітне поле. Вплив речовини на зовнішнє магнітне поле характеризується величиною μ, яка називається магнітною проникністю речовини

\\ (~ \\ Mu \u003d \\ dfrac B (B_0). \\)

магнітна проникність - це фізична скалярна величина, що показує, у скільки разів індукція магнітного поля в даній речовині відрізняється від індукції магнітного поля в вакуумі.

Діа- і пара- магнетики

Всі речовини мають певні магнітними властивостями, т. Е. Є магнетик. Для більшості речовин магнітна проникність μ близька до одиниці і не залежить від величини магнітного поля. Речовини, для яких магнітна проникність незначно менше одиниці (μ< 1), называются діамагнетиками, Незначно більше одиниці (μ\u003e 1) - парамагнетиками. Речовини, магнітна проникність яких залежить від величини зовнішнього поля і може значно перевищувати одиницю (μ »1), називаються феромагнетиками.

Прикладами діамагнетіков є свинець, цинк, вісмут (μ \u003d 0,9998); парамагнетиков - натрій, кисень, алюміній (μ \u003d 1,00023); ферромагнетиков - кобальт, нікель, залізо (μ досягає значення 8⋅10 3).

Вперше пояснення причин, внаслідок яких тіла намагнічені, дав Анрі Ампер (1820 г.). Згідно з його гіпотезою, всередині молекул і атомів циркулюють елементарні електричні струми, які і визначають магнітні властивості будь-якої речовини.

Візьмемо деякий тверда речовина. Його намагніченість пов'язана з магнітними властивостями частинок (молекул і атомів), з яких він складається. Розглянемо, які контури з струмом можливі на мікрорівні. Магнетизм атомів обумовлений двома основними причинами:

1) рухом електронів навколо ядра по замкнутих орбітах ( орбітальний магнітний момент) (Рис. 1);

2) власним обертанням (спіном) електронів ( спиновой магнітний момент) (Рис. 2).

для допитливих. Магнітний момент контуру дорівнює добутку сили струму в контурі на площу, що охоплюються контуром. Його напрямок збігається з напрямком вектора індукції магнітного поля в середині контуру зі струмом.

Так як в атомі площини орбіт різних електронів не співпадають, то вектора індукції магнітних полів, створені ними (орбітальні і спінові магнітні моменти), спрямовані під різними кутами один до одного. Результуючий вектор індукції багатоелектронного атома дорівнює векторній сумі векторів індукції полів, створюваних окремими електронами. Чи не компенсувати полями мають атоми з частково заповненими електронними оболонками. В атомах з заповненими електронними оболонками результуючий вектор індукції дорівнює 0.

У всіх випадках зміна магнітного поля обумовлено появою струмів намагніченості (спостерігається явище електромагнітної індукції). Іншими словами принцип суперпозиції для магнітного поля залишається справедливим: поле всередині магнетика є суперпозицією зовнішнього поля \\ (~ \\ vec B_0 \\) і поля \\ (~ \\ vec B "\\) струмів намагнічування i ', Які виникають під дією зовнішнього поля. Якщо поле струмів намагніченості направлено так само, як і зовнішнє поле, то індукція сумарного поля буде більше зовнішнього поля (Рис. 3, а) - в цьому випадку ми говоримо, що речовина підсилює поле; якщо ж поле струмів намагніченості направлено протилежно зовнішньому полю, то сумарне поле буде менше зовнішнього поля (Рис. 3, б) - саме в цьому сенсі ми говоримо, що речовина послаблює магнітне поле.

Мал. 3

В діамагнетиках молекули не володіють власним магнітним полем. Під дією зовнішнього магнітного поля в атомах і молекулах поле струмів намагніченості направлено протилежно зовнішньому полю, тому модуль вектора магнітної індукції \\ (~ \\ vec B \\) результуючого поля буде менше модуль вектора магнітної індукції \\ (~ \\ vec B_0 \\) зовнішнього поля.

В парамагнетиках молекули володіють власним магнітним полем. У відсутності зовнішнього магнітного поля через теплового руху вектора індукції магнітних полів атомів і молекул орієнтовані хаотично, тому їх середня намагніченість дорівнює нулю (рис. 4, а). При накладенні зовнішнього магнітного поля на атоми і молекули починає діяти момент сил, який прагне повернути їх так, щоб їх поля були орієнтовані паралельно зовнішньому полю. Орієнтація молекул парамагнетика призводить до того, що речовина намагнічується (рис. 4, б).

Мал. 4

Повної орієнтації молекул в магнітному полі перешкоджає їх тепловий рух, тому магнітна проникність парамагнетиків залежить від температури. Очевидно, що з ростом температури магнітна проникність парамагнетиків зменшується.

ферромагнетики

Сама назва цього класу магнітних матеріалів походить від латинського імені заліза - Ferrum. Головна особливість цих речовин полягає в здатності зберігати намагніченість у відсутності зовнішнього магнітного поля, все постійні магніти відносяться до класу феромагнетика. Крім заліза феромагнітними властивостями володіють його «сусіди» по таблиці Менделєєва - кобальт і нікель. Ферромагнетики знаходять широке практичне застосування в науці і техніці, тому розроблено значну кількість сплавів, що володіють різними феромагнітними властивостями.

Всі наведені приклади ферромагнетиков відносяться до металів перехідної групи, електронна оболонка яких містить дещо не спарених електронів, що і призводить до того, що ці атоми мають значний власним магнітним полем. У кристалічному стані завдяки взаємодії між атомами в кристалах виникають області мимовільної (спонтанної) намагніченості - домени. Розміри цих доменів складають десяті і соті долі міліметра (10 -4 - 10 -5 м), що значно перевищує розміри окремого атома (10 -9 м). В межах одного домену магнітні поля атомів орієнтовані строго паралельно, орієнтація магнітних полів інших доменів при відсутності зовнішнього магнітного поля змінюється довільно (рис. 5).

Таким чином, і в НЕ намагніченому стані всередині феромагнетика існують сильні магнітні поля, орієнтація яких при переході від одного домену до іншого змінюється випадковим хаотичним чином. Якщо розміри тіла значно перевищують розміри окремих доменів, то середнє магнітне поле, створюване доменами цього тіла, практично відсутня.

Якщо помістити ферромагнетик в зовнішнє магнітне поле В 0, то магнітні моменти доменів починають перебудовуватися. Однак механічного просторового обертання ділянок речовини не відбувається. Процес перемагнічування пов'язаний зі зміною руху електронів, але не зі зміною положення атомів у вузлах кристалічної решітки. Домени, що мають найбільш вигідну орієнтацію щодо направлення поля, збільшують свої розміри за рахунок сусідніх «неправильно орієнтованих» доменів, поглинаючи їх. При цьому поле в речовині зростає має велике значення.

властивості феромагнетиків

1) феромагнітні властивості речовини виявляються тільки тоді, коли відповідне речовина знаходиться в кристалічному стані;

2) магнітні властивості феромагнетиків сильно залежать від температури, так як орієнтації магнітних полів доменів перешкоджає тепловий рух. Для кожного феромагнетика існує певна температура, при якому доменна структура повністю руйнується, і феромагнетик перетворюється в парамагнетик. Це значення температури називається точкою Кюрі. Так для чистого заліза значення температури Кюрі приблизно дорівнює 900 ° C;

3) ферромагнетики намагнічуються до насичення в слабких магнітних полях. На малюнку 6 показано, як змінюється модуль індукції магнітного поля B в стали зі зміною зовнішнього поля B 0 ;

4) магнітна проникність феромагнетика залежить від зовнішнього магнітного поля (рис. 7).

Це пояснюється тим, що спочатку зі збільшенням B 0 магнітна індукція B росте сильніше, а, отже, μ буде збільшуватися. Потім при значенні магнітної індукції B'0 настає насичення (μ в цей момент максимальна) і при подальшому збільшенні B 0 магнітна індукція B 1 в речовині перестає змінюватися, а магнітна проникність зменшується (прагне до 1):

\\ (~ \\ Mu \u003d \\ dfrac B (B_0) \u003d \\ dfrac (B_0 + B_1) (B_0) \u003d 1 + \\ dfrac (B_1) (B_0); \\)

5) у феромагнетиків спостерігається залишкова намагніченість. Якщо, наприклад, феромагнітний стержень помістити в соленоїд, по якому проходить струм, і намагнітити до насичення (точка А) (Рис. 8), а потім зменшувати струм в соленоїді, а разом з ним і B 0, то можна помітити, що індукція поля в стрижні в процесі його розмагнічування залишається весь час більшою, ніж в процесі намагнічування. коли B 0 \u003d 0 (струм в соленоїді вимкнений), індукція буде дорівнює B r (Залишкова індукція). Стрижень можна вийняти з соленоїда і використовувати як постійний магніт. Щоб остаточно розмагнітити стрижень, потрібно пропустити по соленоїду ток протилежного напрямку, тобто прикласти зовнішнє магнітне поле з протилежним напрямком вектора індукції. Збільшуючи тепер по модулю індукцію цього поля до B oc, Розмагнічують стрижень ( B = 0).).

Таким чином, при намагнічуванні і розмагнічування феромагнетика індукція B відстає від B 0. Це відставання називається явищем гістерезису. Зображена на малюнку 8 крива називається петлею гистерезиса.

гістерезис (Грец. Ὑστέρησις - «відстає») - властивість систем, які не відразу слідують за доданими силам.

Вид кривої намагнічування (петлі гистерезиса) істотно розрізняється для різних феромагнітних матеріалів, які знайшли дуже широке застосування в наукових і технічних додатках. Деякі магнітні матеріали мають широку петлю з високими значеннями залишкової намагніченості і коерцитивної сили, вони називаються магнітно-жорсткими і використовуються для виготовлення постійних магнітів. Для інших феромагнітних сплавів характерні малі значення коерцитивної сили, такі матеріали легко намагнічуються і перемагнічуються навіть в слабких полях. Такі матеріали називаються магнітно-м'якими і використовуються в різних електротехнічних приладах - реле, трансформаторах, магнитопроводах і ін.

література

Аксеновіч Л. А. Фізика в середній школі: Теорія. Завдання. Тести: Учеб. посібник для установ, що забезпечують отримання заг. середовищ, освіти / Л. А. Аксеновіч, Н.Н.Ракіна, К. С. Фаріно; Під ред. К. С. Фаріно. - Мн .: Адукация i вихаванне, 2004. - C.330- 335.
Жилко, В. В. Фізика: навч. посібник для 11-го кл. загальноосвіт. шк. з рос. яз. навчання / В. В. Жилко, А.В. Лавриненко, Л. Г. Маркович. - Мн .: Нар. асвета, 2002. - С. 291-297.