Приложение1

Благодаря тому, что вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т. е. сами становятся источниками магнитного поля. В результате этого вектор магнитной индукции при наличии вещества отличается от вектора магнитной индукции в вакууме.

Физическая величина, показывающая, во сколько раз индук­ция магнитного поля в одной среде больше  или меньше индукции маг­нитного поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью среды µ.

В – магнитная индукция в среде.

В0 – магнитная индукция в вакууме.

Вещество, создающее собственное магнитное поле, называется намагниченным. Намагниченность возникает при помещении вещества во внешнее магнитное поле.

Причина, вследствие которой тела обладают магнитными свойствами, была установлена французским ученым Ампером.

Согласно его теории в любом теле существуют микроскопические электрические токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах. Сейчас мы уже знаем, что эти токи представляют собой движение электронов по орбитам в атоме (наличие у электрона собственного магнитного момента). Именно этими движениями в атоме и определяется магнитные свойства вещества.  Эти микроскопические токи создают собственное магнитное поле В_с, поэтому магнитная индукция В в среде отличается от индукции В₀ внешнего магнитного поля в той же точке пространства в отсутствие среды, т. е. в вакууме.

Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены беспорядочно по отношению друг к другу из-за теплового движения молекул, то их действия взаимно компенсируются, и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает. Однако, микроскопические токи под действием магнитного поля определенным образом ориентируются, вследствие чего в веществе и возникает собственное магнитное поле.

 

Вектор собственной магнитной индукции среды может быть как сонаправлен с вектором магнитной индукции внешнего поля, так и противоположен ему.

Разная магнитная восприимчивость веществ определяет различие их магнитных свойств. Существует три основных класса веществ с резко отличающимися магнитными свойствами: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Диамагнетик — вещество, у которого вектор индукции собственного магнитного поля, направленный противоположно вектору магнитной индукции внешнего (намагничивающего) поля, значительно меньше его по модулю:  и .

Т.  е. это такие вещества у которых магнитная восприимчивость отрицательна. Другими словами если к веществу подносят магнит, а оно при этом отталкивается, вместо того чтобы притягиваться.

Диамагнетики ослабляют внешнее магнитное поле.

Диамагнетиками являются многие газы (водород, гелий, азот, двуокись углерода), плазма, металлы (золото, серебро, медь, висмут), стекло, вода, соль, резина, алмаз, дерево, пластики и т. д.

У диэлектриков µ  чуть <1. µ_{висмута}=0,9998.

Парамагнетик — вещество, у которого вектор индукции собственного магнитного поля, сонаправленный с вектором магнитной индукции внешнего (намагничивающего) поля, меньше его по модулю: и .

Это такие вещества у которых магнитная восприимчивость положительная. Другими словами если к веществу подносят магнит, возникает сила притягивания.

Парамагнетики очень слабо усиливают внешнее магнитное поле.

Парамагнетиками являются кислород, алюминий, платина, уран, щелочные и щелочноземельные металлы.

У парамагнетиков µ чуть>1.  µ_{алюминия}=1,000023 (кислород, ни­кель и др.).

 

Ферромагнетик — вещество, у которого вектор индукции собственного магнитного поля, сонаправленный с вектором магнитной индукции внешнего (намагничивающего) поля, значительно превышает его по модулю: и .

Ферромагнетиками являются железо, кобальт, никель, их сплавы, редкоземельные элементы.

Эти вещества усиливают внешнее магнитное поле.

В атомах ферромагнетиков собственная индукция создается не только за счет обращения электронов вокруг ядер, а еще за счет их собственного вращения Собственный вращающий момент электрона называется спином (моментом импульса). Электроны всегда как бы вращаются вокруг своей оси и, обладая зарядом, создают магнитное поле наряду с полем появляющимся за счет их орбитального движения вокруг ядра.

В результате взаимодействия атомов ферромагнетика возникают области самопроизвольной намагниченности, называемой доменом (от франц. domaine — владение). В пределах одного домена спины всех атомов ориентированы параллельно.

В отсутствии внешнего магнитного поля ориентация спинов соседних доменов меняется произвольно.

Если внести ферромагнетик в магнитное поле, то магнитные моменты (спины) доменов начинают перестраиваться, пока все не выстроятся в направлении внешнего магнитного поля.

Для ферромагнетиков  µ >>1. µ_стали = 8^.10³ . Сплав железа с никелем: µ =2,5^.10⁵.

 

Ферромагнетики обладают остаточным магнетизмом, т. е. собственной магнитной индукцией в отсутствии внешнего магнитного поля.

Ферромагнитные свойства могут также исчезать при сильном нагревании образца. Беспорядочное тепловое движение атомов становится столь значительным, что упорядоченная доменная структура ферромагнетиков разрушается: материал становится парамагнетиком. Переход ферромагнетика в парамагнитное состояние происходит при определенной критической температуре, различной для разных материалов, называемой температурой Кюри. Впервые в 1894 г. известный французский ученый Пьер Кюри открыл это явление и измерил критическую температуру железа: Т_к = 768 °С.

Температура Кюри — критическая температура, выше которой происходит переход вещества из ферромагнитного состояния в парамагнитное.

Поэтому сильный нагрев постоянного магнита приводит к его размагничиванию.

Первые детальные исследования магнитных свойств ферромагнетиков были выполнены выдающимся русским физиком А. Г. Столетовым (1839-1896).

Ферромагнетики применяются довольно широко: в качестве постоянных магнитов (в электроизмерительных приборах, громкоговорителях, телефонах и так далее), стальных сердечников в транс­форматорах, генераторах, электродвигателях (для усиления магнитного поля и экономии элек­троэнергии). На магнитных лентах, которые изготовлены из ферромагнетиков, осуществляется запись звука и изображения для магнитофонов и видеомагнитофонов. На тонкие магнитные пленки про­изводится запись информации для запоминающих устройств в электронно-вычислительных ма­шинах.