Ферромагнетики

Содержание:

· Магнитное поле в веществе

· Намагниченность

· Магнитная проницаемость различных тел

· Опыты Фарадея

· Молекулярная теория магнетизма

· Магнитная защита

· Особенности ферромагнитных тел

· Основы теории ферромагнетизма

· Список использованной литературы

В магнитном отношении все вещества можно разделить на слабомагнитные

( парамагнетики и диамагнетики) и сильномагнитные (ферромагнетики).

Пара- и диамагнетики при отсутствии магнитного поля не намагничены и характеризуются однозначной зависимостью J от H.

Ферромагнетиками называют вещества (твердые), которые могут обладать спонтанной намагниченностью, т.е. намагничены уже при отсутствии внешнего магнитного поля. Типичные представители ферромагнетиков – это железо, кобальт и многие их сплавы.

Магнитное поле в веществе.

Если в магнитное поле, образованное токами в проводах ввести то или иное вещество, поле изменится. Это объясняется тем, что всякое вещество является магнетиком, т.е.способно под воздействием магнитного поля намагничиваться – приобретать магнитный момент М. Этот магнитный момент складывается из элементарных магнитных моментов m_o, связанных с отдельными частицами тела М = m_o.

В настоящее время установлено, что молекулы многих веществ обладают собственным магнитным моментом, обусловленным внутренним движением зарядов. Каждому магнитному моменту соответствует элементарный круговой ток, создающий в окружающем пространстве магнитное поле. При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты молекул ориентированы беспорядочно, поэтому обусловленное ими результирующее магнитное поле равно нулю. Равен нулю и суммарный магнитный момент вещества. Последнее относится и к тем веществам, молекулы которых при отсутствии внешнего поля не имеют магнитных моментов.

Если же вещество поместить во внешнее магнитное поле, то под действием этого поля магнитные моменты молекул приобретают преимущественную ориентацию в одном направлении, и вещество намагничивается – его суммарный магнитный момент становится отличным от нуля. При этом магнитные поля отдельных молекул уже не компенсируют друг друга, в результате возникает поле B. Иначе происходит намагничивание веществ, молекулы которых при отсутствии внешнего поля не имеют магнитного момента. Внесение таких веществ во внешнее поле индуцирует элементарные круговые токи в молекулах, и молекулы, а вместе с ними и все вещество приобретают магнитный момент, что также приводит к возникновению поля В¹. Большинство веществ при внесении в магнитное поле намагничиваются слабо. Сильными магнитными свойствами обладают только ферромагнитные вещества : железо, никель, кобальт, многие их сплавы и др.

Намагниченность.

Термин «магнетики» применяется ко всем веществам при рассмотрении их магнитных свойств. Степень намагничения магнетика характеризуется магнитным моментом единицы объема. Эту величину называют намагниченностью и обозначают J. Она представляет собой магнитный момент единичного объема

Намагниченность является величиной векторной. Она возрастает с увеличением индукции В (или напряженности Н) магнитного поля.

Величина , получившая название относительной магнитной проницаемости среды, показывает, во сколько раз магнитная индукция поля в данной среде больше, чем магнитная индукция в вакууме. Величину называют магнитной восприимчивостью. Если во всех точках вещества вектор J одинаков, говорят, что вещество намагничено однородно.

Магнитная проницаемость различных тел. Тела парамагнитные и диамагнитные.

Магнитная восприимчивость может быть как положительной, так и отрицательной. Если она <0, то вектор J антипараллелен вектору Н. Магнетики, обладающие таким свойством, называют диамагнетиками. При м.в.>0 вектор J параллелен вектору Н. Магнетики, обладающие таким свойством, называют парамагнетиками. В большинстве случаев по модулю магнитные восприимчивости парамагнетиков превышают магнитные восприимчивости диамагнетиков. Зависимость намагниченности этих двух типов магнетиков от напряженности поля является линейной.

Следует отметить, что линейная зависимость J(H) для парамагнетиков наблюдается только в области слабых полей и при высоких температурах. В сильных полях и при низких температурах J(H) постепенно выходит на «насыщение». Как в диамагнетиках, так и в парамагнетиках в отсутствие магнитного поля намагниченность равна нулю.

В приведенной ниже таблице показаны значения магнитной проницаемости для некоторых парамагнитных и диамагнитных веществ

Табл.1

Измерения показывают, что магнитная проницаемость всех веществ отлична от единицы, хотя в большинстве случаев это отличие очень мало. Но особенно замечательным оказывается тот факт, что у одних тел величина магнитной проницаемости >1 , а у других она <1, т. е. внесение в магнитное поле одних веществ увеличивает магнитный поток, а других веществ - уменьшает этот поток. Первые из этих веществ называются парамагнитными, а вторые - диамагнитными. Как показывает таблица 1, отличие величины м.п. от единицы как у парамагнитных, так и у диамагнитных веществ невелико.

Нужно особенно подчеркнуть, что для парамагнитных и диамагнитных тел величина проницаемости не зависит от напряженности внешнего, намагничивающего поля, т. е. представляет собой постоянную величину, характеризующую данное вещество. Как мы увидим ниже, это не имеет места для железа и других сходных с ним (ферромагнитных) тел.

С помощью очень тщательных измерений можно изменение обнаружить изменение магнитного поля и определить величину магнитной проницаемости различных материалов..

Влияние парамагнитных и диамагнитных веществ на величину магнитного потока мы объясняем так же, как и влияние веществ ферромагнитных, тем, что к магнитному потоку, создаваемому током в обмотке катушки, присоединяется поток, исходящий из элементарных амперовых токов. Парамагнитные тела увеличивают магнитный поток катушки. Это увеличение потока при заполнении катушки парамагнитным веществом указывает на то, что и в парамагнитных веществах под действием внешнего магнитного поля элементарные токи ориентируются так, что направление их совпадает с направлением тока обмотки (рис. 1). Небольшое отличие от единицы указывает лишь на то, что в случае парамагнитных веществ этот добавочный магнитный поток очень невелик, т. е. что парамагнитные вещества намагничиваются очень слабо.

Рис. 1. Диамагнитные вещества внутри катушки ослабляют магнитное поле соленоида.

Элементарные токи в них направлены противоположно току в соленоиде.

Уменьшение магнитного потока при заполнении катушки диамагнитным веществом означает, что в этом случае магнитный поток от элементарных токов направлен противоположно магнитному потоку катушки, т. е. что в диамагнитных веществах под действием внешнего магнитного поля возникают элементарные токи, направленные противоположно токам обмотки (рис. 1). Малость отклонений от единицы и в этом случае указывает на то, что дополнительный поток этих элементарных токов невелик.

Кроме диа- и парамагнетиков существует большая группа веществ, обладающих спонтанной намагниченностью, т.е. имеющих не равную нулю намагниченность даже в отсутствие магнитного поля. Эта группа магнетиков получила название ферромагнетиков. Для них зависимость J(H) является нелинейной функцией, и полный цикл перемагничивания описывается петлей гистерезиса. В этих веществах магнитная восприимчивость сама зависит от Н

.

Движение парамагнитных и диамагнитных тел в магнитном поле. Опыты Фарадея. Притяжение железных предметов к магнитам является наиболее простым и бросающимся в глаза проявлением магнитного поля и исторически послужило основой всего развития учения о магнетизме. Оно сводится к воздействию магнитного поля на ориентированные молекулярные токи намагнитившегося железа. Так же, но только значительно слабее должно действовать магнитное поле и на парамагнитные тела, потому что и в парамагнитных телах ориентация элементарных токов происходит так же, как в ферромагнитных: магнитный поток элементарных токов усиливает, хотя и незначительно, магнитный поток ориентирующего поля и, следовательно, парамагнитные тела притягиваются к магниту (рис. 2, а).

Рис. 2. а) При намагничивании парамагнитного или ферромагнитного тела на ближайшем к магниту конце возникает полюс, разноименный с полюсом намагничивающего магнита. Парамагнитное тело притягивается к магниту,

б) В тех же условиях на ближайшем к магниту конце диамагнитного тела возникает полюс одноименный. Диамагнитное тело отталкивается от магнита.

В отличие от тел парамагнитных диамагнитные тела уменьшают магнитный поток катушки. Это означает, что в диамагнитном теле под действием внешнего поля возникают элементарные круговые токи такого направления, что их магнитное поле противоположно направлению внешнего магнитного поля. Следовательно, и действие внешнего магнитного поля на диамагнитные тела противоположно по направлению действию его на тела ферро-и парамагнитные, т. е. диамагнитные тела отталкиваются от магнита (рис. 2, б).