Магнитные свойства материи

Все материалы можно разделить на три большие группы в зависимости от их поведения в магнитном поле. Материалы, на которые поле оказывает наименьшее влияние, называются диамагнетиками. Следующая группа, парамагнетики, обладает чуть более выраженными магнитными свойствами. Наибольшую “любовь” к магнитному полю проявляют ферромагниты, то есть вещества, способные сами создавать такое поле, то есть быть намагниченными.

Магнитные свойства материи

Магнитные свойства материи

Все материалы можно разделить на три большие группы в зависимости от их поведения в магнитном поле. Материалы, называемые диамагнетиками, оказывают самое слабое влияние на поле. Следующая группа, парамагнетики, обладают чуть более выраженными магнитными свойствами. Самую сильную “любовь” к магнитному полю проявляют ферромагниты, то есть вещества, способные самостоятельно создавать магнитное поле, то есть быть намагниченными.

Как мы только что узнали, магнитные моменты атомов отвечают за магнитные свойства вещества, состоящего из атомов. Атомы многих веществ имеют суммарный магнитный момент, равный нулю. Это означает, что орбитальные и спиновые магнитные моменты сбалансированы таким образом, что каждый атом не имеет среднего магнитного момента. Когда такой материал помещают в магнитное поле, он становится слабо намагниченным, т.е. материал создает собственное поле, в направлении, противоположном внешнему полю. Именно так ведут себя диамагнитные материалы. К ним относятся вода и поваренная соль, а также медь, серебро и золото.

Парамагнитные атомы имеют свой собственный магнитный момент. Во внешнем поле эти моменты стремятся выровняться вдоль поля (помните о рамке!), поэтому результирующее поле (т.е. намагниченность) направлено вдоль наложенного внешнего поля. Некоторые металлы, такие как литий, алюминий и платина, считаются парамагнитными. Небольшое количество веществ, таких как железо, никель и кобальт, остаются намагниченными при нормальной температуре, даже когда внешнее магнитное поле удалено. Такими являются ферромагниты.

Это происходит потому, что внешнее поле индуцирует (создает) такие огромные магнитные моменты в материале, что они могут намного превышать внешнее поле. И это возможно, потому что ненамагниченный кристалл железа или никеля состоит из небольших областей (называемых доменами), внутри которых вещество полностью намагничено! Но в отсутствие магнитного поля они намагничиваются случайным образом, так что в целом большой кусок такого вещества оказывается ненамагниченным. Но если поместить его в магнитное поле. Однако будьте умнее и представьте, что произойдет.

Ферромагнетики

5.2 Классификация веществ по магнитным свойствам

В зависимости от их реакции на внешние магнитные поля и характера внутреннего магнитного упорядочения все вещества природного происхождения можно разделить на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Перечисленные типы магнетиков соответствуют пяти различным типам магнитных состояний вещества: диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и ферримагнетизм (табл. 5.1). Кроме того, существуют аморфные магнитные материалы и спиновые магнитные стекла.

Диа-, пара- и антиферромагниты классифицируются как слабомагнитный вещества, в то время как ферро- и ферримагнетики являются сильно магнитный материалы.

Таблица 5.1 – Магнитная восприимчивость и магнитное состояние твердых тел

Магнитная восприимчивость χ

Характеристики магнитного состояния

χ < 0; | χ ≈ 10 -6 ... 10 -7

Магнитные моменты электронов компенсируются, остаются только магнитные моменты, индуцированные внешним магнитным полем.

χ> 0; | χ | ≈ 10 -4 … 10 -6

Атомы имеют внутренние магнитные моменты, которые распределены случайным образом

Магнитные моменты атомов упорядочены; спонтанный магнитный момент ненулевой

Ферро- и ферримагнитные

χ> 0; | χ ≈ 10 -2 … 10 -5

магнитные моменты атомов упорядочены; спонтанный магнитный момент равен нулю

Диамагнетизм

К диамагнетики это вещества, магнитная восприимчивость которых отрицательна и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Для этих μ < 1, т.е. их намагниченность ослабляет внешнее магнитное поле.

Диамагнетизм вызывается небольшим изменением угловой скорости вращения электронных орбиталей, когда атом находится в магнитном поле. Диамагнитный эффект – это проявление закона электромагнитной индукции на атомном уровне. Орбиту электрона можно рассматривать как замкнутую цепь без активного сопротивления. Внешнее поле вызывает изменение тока в цепи, и создается дополнительный магнитный момент. Согласно закону Ленца, этот момент направлен в сторону внешнего поля.

Диамагнитный эффект универсален и проявляется во всех веществах. Однако в большинстве случаев он маскируется более сильными магнитными эффектами. Диамагнетизм электронной оболочки выходит на первый план, когда собственный магнитный момент атомов равен нулю (т.е. спиновые магнитные моменты попарно компенсированы).

Диамагниты включают инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть и ее производные), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и др.), большинство полупроводников (кремний, германий, соединения), органические соединения (никель, медь, ртуть, молибден и др.) и щелочи. ) и органические соединения, кристаллы щелочных галогенидов, неорганические стекла и т.д. Диамагнетики – это все вещества с ковалентной химической связью и вещества, находящиеся в сверхпроводящем состоянии.

Численное значение магнитной восприимчивости диамагнетика составляет минус (10 -6 – 10 -7 ). Относительная проницаемость очень незначительно отличается от единицы (за исключением сверхпроводников). Магнитная восприимчивость диамагнетиков очень мало изменяется с температурой. Это объясняется тем, что диамагнитный эффект возникает в результате внутриатомных процессов, на которые не влияет тепловое движение молекул.

Внешним проявлением диамагнетизма является выброс диамагнетика из неоднородного магнитного поля.

Парамагнетизм

К парамагниты это вещества с положительной магнитной восприимчивостью, которая не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. В парамагнетике атомы имеют элементарный магнитный момент даже в отсутствие внешнего поля, но из-за теплового движения эти магнитные моменты хаотично распределены так, что намагниченность вещества в целом равна нулю. Внешнее магнитное поле вызывает преимущественную ориентацию магнитных моментов атомов в одном направлении. Тепловая энергия противодействует образованию магнитного упорядочения. Поэтому парамагнитная восприимчивость сильно зависит от температуры. Для большинства твердых парамагнетиков температурная зависимость магнитной восприимчивости следует закону Кюри-Вейсса:

(5.7)

где C и Θ – являются постоянными величинами для данного вещества.

При комнатной температуре магнитная восприимчивость парамагнетиков составляет 10 -3 – 10 -6 . Поэтому их магнитная проницаемость не сильно отличается от единицы. Благодаря своей положительной намагниченности парамагниты, помещенные в неоднородное магнитное поле, притягиваются к нему. В очень сильных полях и при низких температурах парамагнетики могут достигать состояния магнитного насыщения, в котором все элементарные магнитные моменты ориентированы параллельно. Н.

К парамагнетикам относятся кислород, оксид азота, щелочные и щелочноземельные металлы, некоторые переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов.

Парамагнитный эффект физически аналогичен дипольно-релаксационной поляризации диэлектриков.

Ферромагнетики

К ферромагнетики это вещества с высокой положительной магнитной восприимчивостью (до 10 6 ), которая сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры. Ферромагнетикам присущ внутренний магнитный порядок, который выражается в существовании макроскопических областей с параллельно ориентированными магнитными моментами атомов. Наиболее важной характеристикой ферромагнитов является их способность намагничиваться до насыщения в относительно слабых магнитных полях.

Основным представителем ферромагнитов является железо (отсюда и название) и его сплавы.

Антиферромагнетики

Антиферромагниты это вещества, в которых ниже определенной температуры спонтанно возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов одних и тех же атомов или ионов в кристаллической решетке. Антиферромагниты характеризуются небольшой положительной магнитной восприимчивостью (10 -3 – 10 -5 ), которая сильно зависит от температуры. При нагревании антиферромагнетик переходит в парамагнитное состояние. Температура этого перехода, при которой исчезает магнитное упорядочение, называется температурой точка Нила (или антиферромагнитная точка Кюри).

Антиферромагнетизм встречается у хрома, марганца и некоторых редкоземельных элементов (Ce, Нд, Sm, Tm и т.д.). Типичными антиферромагнетиками являются простые химические соединения на основе металлов переходной группы, такие как оксиды, галогениды, сульфиды, карбонаты и т.д. Всего известно около тысячи соединений с антиферромагнитными свойствами.

Ферромагниты ► Ферромагниты

К ферримагнетики это вещества, магнитные свойства которых обусловлены некомпенсированным антиферромагнетизмом. Как и ферромагниты, они обладают высокой магнитной восприимчивостью, которая сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры. Ферримагнетики также имеют ряд важных отличий от ферромагнитных материалов. Например, они имеют более низкую индукцию насыщения и более высокие значения электрического сопротивления из-за того, что они не являются металлами.

Некоторые упорядоченные металлические сплавы обладают ферримагнитными свойствами, но в основном это различные оксидные соединения, из которых наибольший практический интерес представляют следующие ферриты (Химические соединения оксида железа Fe2O3 с оксидами других металлов).

Аморфные магнитные материалы

Магнитный порядок также наблюдается в некоторых химических соединениях в аморфном состоянии, где существует обменное взаимодействие (обмен энергией) между ближайшими соседними атомами. Магнитомягкие аморфные металлические сплавы состоят из одного или нескольких переходных металлов (Fe, Co, Ni), легированных стеклообразующим веществом – бором, углеродом, кремнием или фосфором.

Магнитные спиновые стекла

Это сильномагнитные вещества с ферромагнитным порядком, если магнитные свойства в них возникают в результате косвенных обменных взаимодействий через электроны проводимости, и с антиферромагнитным порядком, если возбуждение происходит через косвенные немагнитные атомы. Такие структуры могут также представлять собой проводящие сплавы с низким содержанием переходных элементов.

© ФГБОУ ВПО “Уфимский государственный технологический университет нефти”.
Редакционно-издательский центр
Отдел допечатной подготовки и программно-методического обеспечения
Уфа 2014

Магнитная запись информации. Магнитные ленты и магнитные тонкие пленки изготавливаются из ферромагнитов. Магнитные ленты обычно используются для записи звука в магнитофонах и для записи изображений в видеомагнитофонах.

§7 Магнитные свойства вещества

Магнитные поля генерируются не только электрическими токами, но и постоянными магнитами.

Намагничивание веществ. Постоянные магниты могут быть изготовлены только из относительно небольшого количества веществ, но все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т.е. сами становятся источником магнитного поля. В результате вектор магнитной индукции в присутствии вещества отличается от вектора магнитной индукции в вакууме.

Гипотеза Ампера. Причина, по которой тела обладают магнитными свойствами, была установлена французским ученым Ампером. Первоначально, под непосредственным впечатлением от наблюдения за вращением магнитной стрелки вблизи проводника с током в экспериментах Эрстеда, Ампер предположил, что магнетизм Земли обусловлен токами, протекающими внутри земного шара. Был сделан важный шаг: магнитные свойства тела можно объяснить токами, циркулирующими в его внутренностях. Затем Ампер пришел к общему выводу: магнитные свойства любого тела определяются электрическими токами, заключенными в нем… Этот решительный шаг от возможности объяснения магнитных свойств тела с помощью токов к категорическому утверждению, что магнитные взаимодействия являются взаимодействиями токов, является доказательством большой научной смелости Ампера.

Согласно гипотезе Ампера, элементарные электрические токи циркулируют внутри молекул и атомов. (Теперь мы прекрасно знаем, что эти токи возникают в результате движения электронов в атомах). Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, выровнены инертно по отношению друг к другу из-за теплового движения молекул (рис. 1.28, а), то их взаимодействия компенсируют друг друга и магнитные свойства тела не проявляются. В намагниченном состоянии элементарные токи в теле так ориентированы, что их действия складываются (рис. 1.28, б).

Гипотеза Ампера объясняет, почему магнитная стрелка и рамка (петля) с током ведут себя одинаково в магнитном поле (см. §2). Стрелку можно представить как совокупность небольших цепей с током, ориентированных одинаково.

ферромагнетики

Самые сильные магнитные поля создаются веществами, называемыми ферромагниты. Магнитные поля создаются в ферромагнетиках не только за счет вращения электронов вокруг ядер, но и за счет их собственного вращения. Собственный импульс электрона называется спин. Электроны всегда вращаются вокруг собственной оси, и, имея заряд, они создают магнитное поле наряду с полем, возникающим в результате их орбитального движения вокруг ядер. В ферромагнетике существуют области с параллельными ориентациями спинов, называемые доменыРазмеры доменов составляют порядка 0,5 мкм. Параллельная ориентация спинов обеспечивает минимальную потенциальную энергию. Если ферромагнит не намагничен, ориентация доменов хаотична, а общее магнитное поле, создаваемое доменами, равно нулю. При наложении внешнего магнитного поля домены ориентируются вдоль линий магнитной индукции этого поля, и индукция магнитного поля в ферромагнетиках увеличивается, становясь в тысячи и даже миллионы раз больше индукции внешнего поля.

Температура Кюри. При температуре выше определенной температуры, указанной для данного ферромагнита, его ферромагнитные свойства исчезают. Эта температура называется температура Кюри в честь французского ученого, открывшего это явление. Если к намагниченному гвоздю приложить достаточно тепла, он теряет способность притягивать к себе железные предметы. Температура Кюри для железа составляет 753 °C, для никеля – 365 °C, а для кобальта – 1000 °C. Существуют ферромагнитные сплавы, температура Кюри которых меньше 100 °C.

Первое детальное исследование магнитных свойств ферромагнетиков было проведено выдающимся русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым (1839-1896).

Ферромагнетика и ее приложения. Хотя в природе существует не так много ферромагнитных тел, именно их магнитные свойства нашли наибольшее практическое применение. Железный или стальной сердечник в катушке многократно увеличивает создаваемое ею магнитное поле без увеличения тока в катушке. Это позволяет экономить энергию. Сердечники для трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т.д. состоят из ферромагнитов.

При отключении внешнего магнитного поля ферромагнит остается намагниченным, т.е. создает магнитное поле в окружающем пространстве. Это происходит потому, что домены не возвращаются в прежнее положение и их ориентация частично сохраняется. Именно по этой причине существуют постоянные магниты.

Постоянные магниты широко используются в электроизмерительных приборах, громкоговорителях и телефонах, звукозаписывающих устройствах, магнитных компасах и т.д.

Ферриты, ферромагнитные материалы, которые не проводят электричество, широко используются. Они представляют собой химические соединения оксидов железа с оксидами других веществ. Один из известных ферромагнитных материалов, магнитный железняк, является ферритом.

Магнитная запись информации. Магнитные ленты и магнитные тонкие пленки изготавливаются из ферромагнитов. Магнитные ленты обычно используются для записи звука в магнитофонах и для записи видео в видеомагнитофонах.

Магнитная лента представляет собой гибкий носитель, изготовленный из ПВХ или других веществ. Подложка покрывается рабочим слоем магнитного лака, состоящего из очень мелких игольчатых частиц железа или других ферромагнетиков и связующих веществ.

Магнитная запись информации

Звук записывается на ленту с помощью электромагнита, магнитное поле которого изменяется в такт с колебаниями звука. По мере приближения ленты к магнитной головке различные участки ленты намагничиваются. Схема магнитоиндукционной головки показана на рисунке (1.29, а), где 1 – сердечник электромагнита; 2 – магнитная лента; 3 – рабочий зазор; 4 – обмотка электромагнита.

При воспроизведении звука происходит обратный процесс: намагниченная лента возбуждает электрические сигналы в магнитной головке, которые усиливаются и передаются на динамик магнитофона.

Тонкие магнитные пленки состоят из слоя ферромагнитного материала толщиной от 0,03 до 10 мкм. Они используются в запоминающих устройствах электронных вычислительных машин (ЭВМ). Магнитные пленки предназначены для записи, хранения и воспроизведения информации. Они наносятся на тонкий алюминиевый диск или барабан. Информация записывается и воспроизводится так же, как и в обычном магнитофоне. Информация также может быть записана на магнитные ленты.

Магнитная запись

Развитие технологии магнитной записи привело к созданию магнитных микроголовки, используемых в компьютерах, что сделало возможной ранее невообразимую плотность магнитной записи. Ферромагнитный жесткий диск диаметром менее 8 см вмещает до нескольких терабайт (10 12 байт) информации. Чтение и запись на этот диск осуществляется микроголовкой, установленной на вращающемся рычаге (Рисунок 1.29, б). Сам диск вращается с большой скоростью, а головка парит над ним в потоке воздуха, что исключает возможность механического повреждения диска.

Все вещества, помещенные в магнитное поле, создают собственное поле. Самые сильные поля создаются ферромагнитами. Они используются для изготовления постоянных магнитов, поскольку поле ферромагнита не исчезает при выключении намагничивающего поля. Ферромагниты широко используются на практике.

Магнитными называют материалы, которые используются в технике благодаря своим магнитным свойствам. Магнитные свойства веществ зависят от магнитных свойств микрочастиц, структуры атомов и молекул.

Классификация и основные свойства магнитных материалов

Все вещества в природе являются магнитными в том смысле, что они обладают некоторыми магнитными свойствами и определенным образом взаимодействуют с внешним магнитным полем.

Магнитные материалы – это материалы, которые используются в технике на основе их магнитных свойств. Магнитные свойства материи зависят от магнитных свойств микрочастиц, структуры атомов и молекул.

Классификация и основные свойства магнитных материалов

Классификация магнитных материалов

Магнитные материалы делятся на слабо- и сильномагнитные.

Диамагнитные и парамагнитные материалы классифицируются как слабомагнитные.

Сильномагнитные материалы – это ферромагниты, которые могут быть как мягкими, так и твердыми. Формально разница в магнитных свойствах материалов может быть охарактеризована их относительной магнитной проницаемостью.

Классификация и основные свойства магнитных материалов Диамагнитные материалы – это материалы, атомы (ионы) которых не имеют результирующего магнитного момента. Диамагнетики проявляют себя внешне путем выталкивания из магнитного поля. К ним относятся цинк, медь, золото, ртуть и другие материалы.

Парамагнитные материалы – это материалы, атомы (ионы) которых имеют результирующий магнитный момент, не зависящий от внешнего магнитного поля. Внешне парамагнетики проявляют себя, будучи втянутыми в неоднородное магнитное поле. К ним относятся алюминий, платина, никель и другие материалы.

Ферромагниты – это материалы, в которых внутреннее магнитное поле может в сотни и тысячи раз превышать вызвавшее его внешнее магнитное поле.

Каждое ферромагнитное тело разделено на домены – небольшие области спонтанной (самоорганизованной) намагниченности. В отсутствие внешнего магнитного поля направления векторов намагниченности различных доменов не совпадают, и результирующая намагниченность всего тела может быть равна нулю.

В ферромагнетике различают три типа процессов намагничивания:

В ферромагнетике различают три типа процессов намагничивания:1. процесс обратимого смещения магнитных доменов. В этом случае смещаются границы доменов, ориентированных ближе всего к направлению внешнего поля. Когда поле удаляется, домены движутся в противоположном направлении. Область обратимого смещения доменов находится на начальном участке кривой намагничивания.

Необратимый процесс смещения магнитного домена. В этом случае сдвиг границы между магнитными доменами не устраняется при уменьшении магнитного поля. Начальные положения доменов могут быть достигнуты в процессе перемагничивания.

Необратимое смещение доменных границ вызывает магнитный гистерезис – запаздывание магнитной индукции по отношению к напряженности поля.

3. процессы ротации доменов. В этом случае завершение процессов сдвига доменных границ приводит к техническому насыщению материала. В области насыщения все домены вращаются в соответствии с направлением поля. Петля гистерезиса, которая достигает области насыщения, называется граничной петлей гистерезиса.

петля гистерезиса

Петля порогового гистерезиса имеет следующие характеристики: Bmax – индукция насыщения, Br – остаточная индукция, Hc – сила гистерезиса (коэрцитивная сила).

Материалы с низкими значениями Hc (узкая петля гистерезиса) и высокой магнитной проницаемостью называются магнитно-мягкими.

Материалы с высокими значениями Hc (широкая петля гистерезиса) и низкой магнитной проницаемостью называются магнитотвердыми материалами.

При перемагничивании ферромагнита в переменном магнитном поле всегда происходит тепловая потеря энергии, т.е. материал нагревается. Эти потери обусловлены потерями на гистерезис и вихревые токи. Потери на гистерезис пропорциональны площади петли гистерезиса. Потери на вихревые токи зависят от электрического сопротивления ферромагнита. Чем выше сопротивление, тем меньше потери на вихревые токи.

Мягкие и твердые магнитные материалы

Магнитно-мягкие и твердые материалы

К магнитно-мягким материалам относятся:

1) ковкий чугун (низкоуглеродистая электротехническая сталь).

3. никель-железные и железо-кобальтовые сплавы. 4.

4) Магнитно-мягкие ферриты.

Магнитные свойства низкоуглеродистой стали (технически чистого железа) зависят от количества примесей, искажения решетки в результате деформации, размера зерна и термической обработки. Из-за низкого удельного сопротивления коммерчески чистое железо редко используется в электротехнике, в основном для магнитопроводов с постоянным магнитным потоком.

Магнитные мягкие и твердые материалыЭлектротехническая кремнистая сталь является основным магнитным материалом для массового потребления. Он представляет собой сплав железа и кремния. Легирующие добавки кремния уменьшают коэрцитивную силу и увеличивают удельное сопротивление, тем самым уменьшая потери на вихревые токи.

Жесть, поставляемая в виде отдельных листов или рулонов, и стальная лента, поставляемая только в рулонах, являются промежуточными продуктами для производства магнитопроводов.

Сердечники магнитов формируются либо из отдельных пластин, сформированных путем штамповки или резки, либо путем намотки из полос.

Сплавы железа и никеля называются постоянными сплавами. Они имеют высокую начальную магнитную проницаемость в области слабых магнитных полей. Пермаллои используются для сердечников в трансформаторах малой мощности, дросселях и реле.

Ферриты – это магнитная керамика с высоким удельным сопротивлением, которое в 1010 раз выше, чем у железа. Ферриты используются в высокочастотных цепях, поскольку их магнитная проницаемость практически не уменьшается с ростом частоты.

Недостатками ферритов являются их низкая индукция насыщения и низкая механическая прочность. Поэтому ферриты обычно используются в низковольтной электронике.

К магнитотвердым материалам относятся:

1. литейные магнитотвердые материалы на основе сплавов Fe-Ni-Al.

2. порошкообразные магнитотвердые материалы, полученные прессованием порошка с последующей термообработкой. 3.

3. Магнитные твердые ферриты. Твердые магнитные материалы – это материалы для постоянных магнитов, используемых в электродвигателях и другом электрооборудовании, где требуется постоянное магнитное поле.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ссылкой на нее в социальных сетях. Это внесет значительный вклад в развитие нашего сайта!

Магнитное поле защищает жизнь на Земле от космических угроз.

Свойства ферромагнитов

Многие специфические свойства ферромагнитов обусловлены их кристаллической структурой. Когда ферромагнетик подвергается воздействию магнитного поля, в нем происходят физические изменения на уровне кристаллической решетки. Поэтому пни обладают особыми свойствами и представляют собой отдельный класс.

Характерным свойством ферромагнитов является нелинейность процесса намагничивания. Если внести ферромагнит в магнитное поле и начать постепенно увеличивать магнитную индукцию этого поля, то магнитная индукция в ферромагните не будет увеличиваться пропорционально (рис. 2.21). При постепенном увеличении магнитной индукции внешнего поля магнитная индукция в ферромагните сначала увеличивается медленно, затем увеличивается быстрее, а затем снова уменьшается. При достижении состояния насыщения (точка А) магнитная индукция в ферромагните линейно возрастает.

Магнитные свойства веществ - основные термины, определения с примерами
Рисунок 221: Схема процесса намагничивания в ферромагните

Из этой сложной природы намагниченности можно сделать вывод, что магнитная проницаемость ферромагнитов не является постоянной величиной.

Ферромагниты характеризуются свойством, называемым гистерезисом. Его суть заключается в том, что процессы намагничивания и размагничивания протекают не одинаково. Ферромагнит, находившийся в магнитном поле, сохраняет некоторую намагниченность даже после исчезновения поля. Когда ферромагнит перемагничивается в магнитном поле переменного тока, диаграмма перемагничивания имеет сложный вид (рис. 2.22). Поэтому эта диаграмма называется петля гистерезиса.

Магнитные свойства веществ - основные термины, определения с примерами
Рисунок 2.22 Петля гистерезиса

Форма петли гистерезиса различна для разных сталей. Для многих сталей высота петли гистерезиса значительно превышает ее ширину. Эти материалы называются магнитно-мягкий. Они быстро намагничиваются и размагничиваются. По этой причине они используются в электрооборудовании переменного тока.

Если ширина петли гистерезиса соизмерима с высотой, то ферромагнетик называется жестким.
Кристаллическая структура ферромагнита зависит от температуры. Поэтому при изменении температуры изменяются и магнитные свойства ферромагнита.

Чтобы доказать это, приложите никелевое кольцо к полюсу постоянного магнита. Поскольку никель является ферромагнитом, кольцо будет притягиваться к магниту и оставаться в таком состоянии некоторое время (рис. 2.23). Если кольцо нагревается (напр. Газовая горелка), через некоторое время он отвалится из-за потери ферромагнитных свойств. Температура, при которой исчезают ферромагнитные свойства, называется точкой Кюри. Значение точки Кюри варьируется для различных ферромагнитов.

Магнитные свойства материи - основные термины и определения с примерами
Puc. 223.Магнитные свойства ферромагнетиков зависят от температуры

Кристаллическая структура ферромагнетика зависит от температуры. Поэтому, если его температура меняется, то меняются и его свойства.

Веществоточка. Точка Кюри, o C
Железо768
Никель358
Кобальт1120
Гадолиний17

где
1 – электромагнитный сердечник;
2 – магнитная полоса;
3 – рабочий промежуток;
4 – обмотка электромагнита.

Какие вещества обладают магнитными свойствами

«Физика – 11 класс”

Магнитное поле создается электрическими токами и постоянными магнитами.
Все вещества, помещенные в магнитное поле, создают собственное магнитное поле.

Намагничивание веществ.

Все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т.е. сами становятся источником магнитного поля.
В результате вектор магнитной индукции в присутствии вещества отличается от вектора магнитной индукции в вакууме.

Гипотеза Ампера

Причина магнитного притяжения тел была установлена французским физиком Ампером: магнитные свойства тела можно объяснить токами, циркулирующими в его внутренностях.

В молекулах и атомах существуют элементарные электрические токи, возникающие в результате движения электронов в атомах.
Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены по отношению друг к другу беспорядочно из-за теплового движения молекул, то их взаимодействия компенсируют друг друга и тело не проявляет магнитных свойств.

После намагничивания элементарные токи в теле ориентируются так, что их действия суммируются.

Самые сильные магнитные поля создаются веществами, называемыми ферромагниты.
Постоянные магниты изготавливаются из них потому, что поле ферромагнита не исчезает при выключении намагничивающего поля.

Магнитные поля создаются в ферромагнетиках не только за счет вращения электронов вокруг ядер, но и за счет их собственного вращения. В ферромагнетиках есть области, называемые домены размер которых составляет около 0,5 мкм.

Если ферромагнит не намагничен, ориентация доменов хаотична, а общее магнитное поле, создаваемое доменами, равно нулю.
При наложении внешнего магнитного поля домены ориентируются вдоль линий магнитной индукции этого поля, и индукция магнитного поля в ферромагнетиках увеличивается, становясь в тысячи и даже миллионы раз больше индукции внешнего поля.

Температура Кюри.

При температуре выше определенной температуры, указанной для данного ферромагнита, его ферромагнитные свойства исчезают.
Эта температура называется температура Кюри назван в честь французского ученого, открывшего это явление.
Когда намагниченные тела нагреваются, они теряют свои магнитные свойства.
Например, температура Кюри для железа составляет 753 °C.
Существуют ферромагнитные сплавы, у которых температура Кюри ниже 100 °C.

Применение ферромагнитов

В природе существует не так много ферромагнитных тел, но они нашли широкое применение.
Например, сердечник, установленный в катушке, усиливает создаваемое ею магнитное поле без увеличения тока в катушке.
Сердечники трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т.д. изготовлены из ферромагнитов.

При отключении внешнего магнитного поля ферромагнит остается намагниченным, т.е. создает магнитное поле в окружающем пространстве.
Именно так существуют постоянные магниты.

Ферриты, ферромагнитные материалы, которые не проводят электричество, являются химическими соединениями оксидов железа с оксидами других веществ.
Один из известных ферромагнитных материалов, магнитный железняк, является ферритом.

Ферромагниты используются для магнитной записи информации.
Ферромагнитные материалы используются для изготовления магнитных лент и пленок, которые применяются для записи звука в магнитофонах и для записи изображения в видеомагнитофонах.

Звук записывается на ленту с помощью электромагнита, магнитное поле которого изменяется в такт с колебаниями звука.
Когда лента движется рядом с магнитной головкой, различные части ленты намагничиваются.

Схематическая диаграмма головки магнитной индукции

где
1 – сердечник электромагнита
2 – магнитная лента
3 – рабочий промежуток;
4 – обмотка электромагнита.

Развитие технологии магнитной записи привело к созданию магнитных микроголовок, которые используются в компьютерах для создания высокой плотности магнитной записи, так что ферромагнитный жесткий диск диаметром в несколько сантиметров может хранить до нескольких терабайт (10 12 байт) информации. Информация считывается и записывается на диск с помощью микроголовки. Диск вращается с высокой скоростью, а головка парит в потоке воздуха над диском, предотвращая возможность механического повреждения диска.

Источник: Физика 11 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Харугин.

Магнитное поле. Физика, учебник для 11 класса – Класс!

Читайте далее:
Сохранить статью?