Магнітні властивості речовини. Феромагнетики
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
Міністерство освіти і науки України
Херсонський ліцей
Херсонської обласної ради
Курсова робота з фізики на тему:
Магнітні властивості речовини. Феромагнетики
Виконала: Ільїна Наталія
учениця 10 - ФМ класу
Керівник: Кисла І. І.
вчитель фізики
Херсон - 2009
Вступ
Сьогодні людина постійно має справу з електричними явищами - добре вивченими та разом із тим і загадковими. Знайомство людей з ними відбулося ще в глибокій давнині: єгиптяне та греки описували розряди блискавок та супроводжуюче їх світіння металевих загострених предметів, удари електричних скатів.
Ще більш древні згадування відносяться до магнітів - шматочків магнітного залізняку, які здатні притягувати залізні предмети. Самі ранні відомості про використання магніту як компас містяться в китайських літописах, складених приблизно в 1100 р. до н.е.
Перший науковий опис магніту належить французові Пьеру де Мерикуру по прозвищу Перегрін, авторові трактату Лист про магніт (1269 р.).
Одним з послідовників Перегріна у вивченні електричних явищ став італійський математик, натураліст і лікар Джероламо Кардано (1501 або 1506 - 1576). На досвіді він переконався, що електричні взаємодії тіл істотно відрізняються від магнітних. Про результати своїх спостережень учений повідомив у трактаті Про проникливість (1551 р.).
Найбільшого успіху в дослідженні струму та магнетизму в XVI ст. досяг Уїльям Гілберт. У 1600 році він опублікував роботу Про магнетизм, в якій класифікував багато магнітних явищ. Головною його здогадкою було твердження, що магнетична дія виливається з кожного боку магнітного тіла - те, що ми тепер називаємо магнітним полем.
Наприкінці XVIII ст. відомості про магнетизм стали більш численними та упорядкованими, вони почали піддаватися теоретичному аналізу і зайняли певне місце як один із розділів фізики.
У сучасній фізиці магнетизм - великий розділ, пов'язаний з більшістю провідних галузей фізичної науки та вивчаючий взаємодію речовин з магнітним полем.
Магнітні властивості речовини
Практично всі речовини в тім або іншому ступені мають магнітні властивості. Оскільки речовини складаються з атомів, то можно зробити висновок, що їхні магнітні властивості обумовлені магнітними властивостями атомів і часток, з яких складаються атоми.
Дійсно, цим часткам властиві два типи рухів, які й формують їхні магнітні властивості. По-перше, це обертання атомних електронів навколо ядра, що створює елементарний струм, який в свою чергу створює власне магнітне поле. Воно характеризується особливою величиною, названою (орбітальним) магнітним моментом .
. = I ?r2 = IS,
де I - струм, створюваний обертанням електронів, r - радіус орбіти,
- одиничний вектор нормалізації до площини орбіти (мал. 1).
По-друге, електрон сам має власне обертання - щось на зразок зарядженої кульки, що обертається навколо власної осі. Такий рух - магнітний момент . Векторна сума всіх електронів в атомі дасть повний магнітний момент атома:
+.
Сумарний магнітний момент усіх атомів і визначає магнітні властивості речовини.
Відповідно до вкрай спрощеної моделі електрона його можна представити у вигляді крихітної кульки, що обертається навколо своєї осі. Такому обертанню відповідає власний момент кількості рухів електрона, що називається спіном, і внутрішній спіновий струм. Кожний із цих замкнутих струмів створює своє (орбітальне або спінове) магнітне поле з відповідним магнітним моментом. Повний магнітний момент атома дорівнює векторній сумі орбітальних і спінових магнітних моментів всіх його електронів. Результуюче магнітне поле атома виявляється подібним до магнітного поля кругового контуру зі струмом, магнітний момент якого дорівнює .
У багатьох випадках під час відсутності зовнішнього магнітного поля повні магнітні моменти атомів речовини дорівнюють нулю, тобто орбітальні й спінові магнітні моменти його електронів взаємно компенсують один одного.
У всіх тіл, вміщених у магнітне поле, виникає магнітний момент. Це явище називається намагнічуванням.
Якщо речовина не намагнічена, вона не створює магнітного поля. Це означає, що електричні струми розташовані в ньому хаотично, а тому їх сумарна магнітна дія дорівнює нулю. Якщо помістити речовину в зовнішнє магнітне поле, розташування електронних струмів стає частково або повністю впорядкованим. Тому намагнічену речовину можна розглядати як систему мікроскопічних орієнтованих струмів.
Ступінь намагніченості речовини, тобто створення нею власного магнітного поля, характеризують величиною, що так і називається - намагніченість. Намагніченість є векторною величиною, яка дорівнює векторній сумі магнітних моментів атомів в одиничному об'ємі речовини:
n,
де - середній магнітний момент одного атома (молекули), ? - сума магнітних моментів, n - концентрація атомів, J - намагніченість.
Якщо вектор однаковий у всіх точках магнетика, то така намагніченість називається однорідною.
Магнітний вплив, тобто взаємодія між електричними зарядами, що рухаються, залежить від властивостей середовища, у якому перебувають заряди. Кількісною характеристикою магнітних властивостей речовини (середовища) є магнітна проникність , що є ?/p>