Магнітні властивості речовини. Феромагнетики
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
±езрозмірною величиною.
Магнітна проникність середовища - це фізична величина, що показує, у скільки разів індукція магнітного поля в даній точці однорідного середовища відрізняється по модулю від індукції магнітного поля в цій же точці у вакуумі :
=
В однорідному магнітному середовищі магнітна індукція буде дорівнювати:
=
Індукцією магнітного поля в магнетику є сума поля, створеного зовнішніми джерелами, та поля магнітних моментів самого магнетика:
,
де В - індукція магнітного поля, - постійна в системі СІ
( = 1,2610-6 Нс2Кл-2 або = 4? 10-7 Гн/м), Н - напруженість магнітного поля, яка не залежить від магнітних властивостей середовища, J - намагніченість.
Якщо середовище безмежне й однорідне, то напруженість магнітного поля збігається з вектором поля, створеного таким же струмом у вакуумі. Напруженість магнітного поля обумовлена тільки зовнішніми струмами, і тому в однорідний та ізотропний магнетик не залежить від намагніченості речовини.
Одиницею спрямованості магнітного поля є . Якщо магнетик не магнітоупорядкований, тобто відсутнє зовнішнє поле (J=0), то в слабких магнітних полях ?. Якщо при цьому напрямку та співпадають, то такі речовини називаються ізотропними магнетиками. В ізотропних немагнітоупорядкованих речовинах
= ?,
де ? - магнітна сприйнятливість.
З цього витікає, що ,
де ? = 1+? - магнітна проникність речовини.
Для фізичного вакууму (за відсутності речовини): ? = 0 та ? =1.
У діамагнетиків: ?<0 та <1.
У парамагнетиків та феромагнетиків: ?>0 та >1.
В залежності від того, у статичному чи змінному магнітному полі визначається ? , її називають відповідно статичною або динамічною магнітною проникністю.
У будь-якому середовищі ? 1. Всі речовини, поміщені в магнітне поле, намагнічуються, тобто створюють власне магнітне поле самої речовини. Такі речовини називають магнетиками. Якщо магнетик не намагнічений, то молекулярні струми орієнтовані хаотично і їх сумарне магнітне поле дорівнює нулю. Одні речовини при намагнічуванні зовнішнім полем послабляють магнітне поле, а інші підсилюють.
Згідно з гіпотезою Ампера магнітні властивості речовини обумовлені елементарними замкнутими струмами, що циркулюють усередині невеликих часток речовини - атомів, молекул або їхніх груп. Кожний електрон, що рухається в атомі по замкнутій орбіті, являє собою елементарний (орбітальний) струм, що тече у напрямку, протилежному напрямку руху електрона. У не намагніченому тілі всі елементарні струми розташовані хаотично по відношенню один до одного внаслідок теплового руху молекул, і тому в зовнішньому просторі не спостерігається магнітного поля, тобто дія цих струмів взаємно компенсується (рис. 2а), і ніяких магнітних властивостей тіло не виявляє. Під впливом зовнішнього магнітного поля елементарні струми в тілі встановлюються паралельно один до одного, створюючи результуюче магнітне поле (рис. 2б), так як їхня дія складається, проявляються магнітні властивості. Подальший розвиток науки дав пояснення щодо існування цих циркулюючих струмів на основі будови атома. Кожний електрон, що рухається в атомі навколо ядра по замкнутій орбіті, являє собою електронний струм, що тече у напрямку, протилежному руху електрона. Таким чином, за рахунок орбітального руху електрон створює магнітне поле.
На підставі своїх досвідів Ампер дійшов висновку, що взаємодія струму з магнітом і магнітів між собою можна пояснити, якщо припустити, що усередині магніту існують незатухаючі молекулярні кругові струми.
Слабомагнітні й сильномагнітні речовини відрізняються величиною магнітної проникності . Виміри показали, що для більшості речовин магнітна проникність близька до одиниці й не залежить від величини магнітного поля.
Слабомагнітні речовини
Парамагнетизм і діамагнетизм - порівняно слабкі ефекти, і речовини, у яких вони проявляються, називають слабкими магнетиками. Виключення становлять речовини в надпровідному стані. У цьому випадку при накладенні магнітного поля індуксуються циркуляції струмів, магнітні моменти яких спрямовані проти зовнішнього поля й повністю його компенсують. Діамагнітний ефект тут дуже великий, тому надпровідники називають ідеальними діамагнетиками, для яких ? = -1 та ? = 0. У діамагнетиках вектор магнітної індукції власного поля протилежний вектору магнітної індукції зовнішнього поля. Діамагнетики своїм магнітним полем послабляють зовнішнє магнітне поле, тобто намагніченість речовини в діамагнетиках зменшує сумарне поле.
Діамагнітні властивості речовини проявляються значно слабкіше, ніж парамагнітні властивості. Магнітна проникність цих речовин ? <1 і діамагнетики виштовхуються з області сильного неоднорідного поля (мал. 3.).
Діамагнетиками є вода, скло, вісмут - найдужчий діамагнетик (? = 0,999824).
У парамагнетиках вектор магнітної індукції власного поля прийме той же напрямок, що й вектор магнітної індукції зовнішнього поля, тобто намагніченість речовини в парамагнетику збільшує сумарне поле . Для них ?>1 і парамагнетики втягуються в область сильного неоднорідного поля (мал. 3). При збільшенні температури ? зменшується. При підвищенні температури в парамагнетиках підсилюється хаотичний, тепловий рух атомів (молекул), що й зменшує намагнічування речовини. Прикладами парамагнітних речовин є азот, алюміній, платина - найбільш сильний парамагнетик (? =