11 кл Магнитные свойства вещества

Коллектив СШ

Добро пожаловать

Урок физики
11класс

Учитель Конюшенко Т.Л.
Сосновская С.Ш.

Экспериментальные исследования показали, что все вещества в большей или меньшей степени обладают магнитными свойствами. Индукция магнитного поля, создаваемого электрическими токами в веществе, отличается от индукции магнитного поля, создаваемого теми же токами в вакууме.

Физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в однородной среде отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью: 

B – в однородной среде
В0 – в вакууме

< 1

> 1

>> 1

Вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле

Слабо-магнитные вещества

Широкое применение в технике получили керамические ферромагнитные материалы – ферриты.

Главная особенность ферромагнетиков заключается в том, что им свойственен остаточный магнетизм, то есть будучи намагничен, ферромагнетик остается таковым даже после отключения источника внешнего магнитного поля.

В отсутствие внешнего магнитного поля парамагнетики не обладают остаточной намагниченностью, то есть не имеют собственного магнитного поля. Из парамагнетиков постоянных магнитов не делают. К парамагнетикам относятся например: алюминий, вольфрам, эбонит, платина, азот.

 Идеальными диамагнетиками называют сверхпроводники, ибо внешнее магнитное поле не проникает в них вовсе. Это значит что можно считать магнитную проницаемость сверхпроводника равной нулю.

Поскольку органическая биологическая ткань является диамагнетиком и немного выталкивается из магнитного поля, то, взяв очень сильное магнитное поле, можно заставить живой объект (лягушку) левитировать:


Диамагнетики

вода, висмут, медь, золото, сера, ртуть, хлор, инертные газы и практически все органические соединения.
Если стержень из диамагнетика подвесить в вакууме в однородном магнитном поле, то в положении равновесия он установится перпендикулярно линиям магнитной индукции

Диамагнетик в магнитном поле намагничивается таким образом, что на том его конце, где входят линии внешнего поля, образуется северный полюс, а с противоположной стороны — южный

Диамагнетик не усиливает, а ослабляет внешнее магнитное поле. μ < 1 (например для золота μ = 0,999961) . Собственное магнитное поле, созданное диамагнетиком, направлено противоположно внешнему, и индукция внутри диамагнетика В меньше индукции В0 при отсутствии поля.

Магнитное поле внутри диамагнитных веществ несколько слабее, чем снаружи. Внешнее поле вблизи диамагнетика искажается; силовые линии поля как бы выталкиваются из диамагнитного тела.

Если диамагнетик поднести к определенному полюсу магнита, то он будет отталкиваться. Например, так как продуктами сгорания свечи являются диамагнитные частицы, то пламя свечи в магнитном поле будет отклоняться

Парамагнетики

алюминий, кислород, молибден, платина, кальций, хром, соли железа, никеля, марганец
Если стержень из парамагнетика подвесить в вакууме в однородном магнитном поле, то он установится вдоль линий магнитной индукции
Парамагнитные вещества не имеют остаточного магнетизма и после выключения намагничивающего поля, они теряют свои магнитные свойства.

Парамагнетиками называются вещества, которые, попав в магнитное поле, несколько усиливают его за счет своего магнетизма. Объясняется это тем, что частицы парамагнетиков обладают собственным магнитным полем, образованным вращением электронов вокруг ядер их атомов. Это магнитное поле подобно полю кругового тока, поэтому вращение электрона можно назвать молекулярным током.

При намагничивании парамагнетика его молекулярные токи располагаются так, что общее магнитное поле частиц оказывается направленным вдоль внешнего поля, намагничивающего парамагнетик. Действительно, каждая частица парамагнетика является элементарным магнитиком. Внешнее магнитное поле заставляет северные полюсы частиц поворачиваться в направлении внешнего поля. Магнитное поле, созданное парамагнетиком, усиливает, хотя и незначительно внешнее магнитное поле, поэтому индукция В результирующего поля больше магнитной индукции В0 поля при отсутствии парамагнетика

Ферромагнетики

кристаллическое железо, никель, кобальт, многие сплавы этих элементов между собой и с другими неферромагнитными соединениями, а также сплавы и соединения хрома и марганца с неферромагнитными элементами
Намагниченность в ферромагнетиках сохраняется и после выключения внешнего поля.

Ферромагнетики во внешнем магнитном поле намагничиваются подобно парамагнетикам, они создают собственное магнитное поле. Это вещества, которые имеют самостоятельно намагниченные области (домены — от франц. domaine - владение). Понятие домена было введено П. Вейсом в 1907 г. Вейс представлял домены в виде небольших «колоний» атомов, в пределах которых магнитные моменты всех атомов в силу каких-то причин вынуждены сохранять одинаковую ориентацию, так что каждый домен намагничен до насыщения. Отдельный домен может иметь линейные размеры порядка 0,01 мм и соответственно объем порядка 10-6 мм3. Домены разделены так называемыми блоховскими стенками, толщина которых не превышает 1000 атомных размеров. Такие стенки представляют собой «переходные слои», в которых происходит изменение направления намагниченности доменов.

Пьер Эрнест Вейс (1865 — 1940) - французский физик

В 1907 высказал гипотезу о существовании в ферромагнетиках внутреннего взаимодействия, приводящего к самопроизвольной намагниченности, развил феноменологическую теорию Ферромагнетизма, теоретически предсказал и экспериментально изучил аномалию теплоёмкости и магнитокалорический эффект у ферромагнетиков и открыл закон температурной зависимости восприимчивости ферромагнетиков выше точки Кюри (Кюри - Вейса закон). В 1911 пришёл к выводу о существовании магнитного момента атома, который он назвал Магнетоном. Сконструировал мощные электромагниты и ряд приборов для магнитных и электрических измерений.

Гипотеза Ампера

Магнетизм Земли вызван токами внутри

Магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми токами внутри него.
М.П. в веществе создают электроны за счёт орбитального движения(диа-, пара-)и из-за собственного «вращения» (ферро-)

В ненамагниченном веществе оси доменов ориентированы хаотично. Общий магнитный эффект весьма мал или равен нулю ( Рис. б) Когда же все домены ориентируются в одном направлении, то вещество намагничивается, имея полюсы возле концов ( Рис. в).

Если все домены в ферромагнетике перемагнитятся в направлении внешнего поля, то дальнейшее усиление этого поля уже не вызовет дополнительного намагничивания ферромагнетика. Состояние наибольшего намагничивания ферромагнетика называется магнитным насыщением. Впервые с большим успехом это явление исследовал русский ученый А. Г. Столетов
Магнитное поле внутри ферромагнитных веществ во много раз сильнее, чем в парамагнетиках

Ферромагнитными веществами или ферромагнетиками являются вещества, магнитная проницаемость которых значительно превышает единицу, μ >> 1 (например, для чистого железа μ = 104) от 5000 (для Fe) до 800 000 (для супермаллоя).
Внешнее поле вокруг ферромагнетика оказывается значительно более искаженным, чем в случае парамагнетика, и имеет такой вид, как если бы его силовые линии оказались втянутыми и ферромагнетик

Температура Кюри

температура, при которой ферромагнетики теряют свои магнитные свойства и ведут себя как парамагнетики.

Но если намагниченный ферромагнетик подвергнуть нагреванию до определенной температуры, то он снова размагнитится. Данная критическая температура называется точкой Кюри или температурой Кюри - это такая температура, при которой вещество утрачивает ферромагнитные свойства. Для железа точка Кюри равна 770°C, для никеля 365°C , для кобальта 1000°C. Если взять постоянный магнит и нагреть его до температуры Кюри, он перестанет быть магнитом

Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов.

Домашнее задание:

конспект

Урок окончен