Magnetická permeabilita látok. Magnetická priepustnosť. Magnetické vlastnosti látok

Početné experimenty ukazujú, že všetky látky umiestnené v magnetickom poli sú zmagnetizované a vytvárajú vlastné magnetické pole, ktorého pôsobenie sa pridáva k pôsobeniu vonkajšieho magnetické pole:

$$\boldsymbol(\vec(B)=(\vec(B))_(0)+(\vec(B))_(1))$$

kde $\boldsymbol(\vec(B))$ je indukcia magnetického poľa v látke; $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - indukcia magnetického poľa vo vákuu, $\boldsymbol((\vec(B))_(1))$ - indukcia magnetického poľa v dôsledku magnetizácie hmoty . V tomto prípade môže látka buď posilniť alebo oslabiť magnetické pole. Účinok látky na vonkajšie magnetické pole je charakterizovaný množstvom μ , ktorá sa volá magnetická permeabilita látky

$$ \boldsymbol(\mu =\frac(B)((B)_(0)))$$

• Magnetická priepustnosť je fyzikálna skalárna hodnota, ktorá ukazuje, koľkokrát sa indukcia magnetického poľa v danej látke líši od indukcie magnetického poľa vo vákuu.

Všetky látky sú tvorené molekulami, molekuly sú tvorené atómami. Elektrónové obaly atómov možno podmienečne považovať za pozostávajúce z kruhových elektrických prúdov tvorených pohybom elektrónov. Kruhové elektrické prúdy v atómoch musia vytvárať svoje vlastné magnetické polia. Elektrické prúdy by mali byť ovplyvňované vonkajším magnetickým poľom, v dôsledku čoho možno očakávať buď zvýšenie magnetického poľa, keď sú atómové magnetické polia kosmerné s vonkajším magnetickým poľom, alebo ich zoslabenie, ak sú smerované opačne.
Hypotéza o existencia magnetických polí v atómoch a možnosť zmeny magnetického poľa v látke je plne v súlade s realitou. Všetky látok pôsobením vonkajšieho magnetického poľa na ne možno rozdeliť do troch hlavných skupín: diamagnety, paramagnety a feromagnety.

diamagnety sú látky, v ktorých je vonkajšie magnetické pole oslabené. To znamená, že magnetické polia atómov takýchto látok vo vonkajšom magnetickom poli smerujú opačne k vonkajšiemu magnetickému poľu (µ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает magnetická permeabilita µ = 0,999826.

Pochopiť podstatu diamagnetizmu zvážte pohyb elektrónu, ktorý priletí rýchlosťou v do rovnomerného magnetického poľa kolmého na vektor AT magnetické pole.

Pod vplyvom Lorentzove sily elektrón sa bude pohybovať po kruhu, smer jeho rotácie je určený smerom vektora Lorentzovej sily. Výsledný kruhový prúd vytvára vlastné magnetické pole AT" . Toto je magnetické pole AT" nasmerované opačne k magnetickému poľu AT. Preto každá látka obsahujúca voľne sa pohybujúce nabité častice musí mať diamagnetické vlastnosti.
Hoci elektróny v atómoch hmoty nie sú voľné, zmena ich pohybu vo vnútri atómov pôsobením vonkajšieho magnetického poľa sa ukazuje ako ekvivalentná kruhovému pohybu voľných elektrónov. Preto má každá látka v magnetickom poli nevyhnutne diamagnetické vlastnosti.
Diamagnetické efekty sú však veľmi slabé a vyskytujú sa iba v látkach, ktorých atómy alebo molekuly nemajú vlastné magnetické pole. Príklady diamagnetov sú olovo, zinok, bizmut (μ = 0,9998).

Henri Ampère (1820) ako prvý vysvetlil dôvody, prečo majú telesá magnetické vlastnosti. Podľa jeho hypotézy vo vnútri molekúl a atómov cirkulujú elementárne elektrické prúdy, ktoré určujú magnetické vlastnosti akejkoľvek látky.

Zvážte príčiny atómového magnetizmu podrobnejšie:

Vezmite si pevnú hmotu. Jeho magnetizácia súvisí s magnetickými vlastnosťami častíc (molekúl a atómov), z ktorých sa skladá. Zvážte, aké obvody s prúdom sú možné na mikroúrovni. Magnetizmus atómov je spôsobený dvoma hlavnými dôvodmi:

1) pohyb elektrónov okolo jadra po uzavretých dráhach ( orbitálny magnetický moment) (obr. 1);

Ryža. 2

2) vlastná rotácia (spin) elektrónov ( spinový magnetický moment) (obr. 2).

Pre zvedavcov. Magnetický moment obvodu sa rovná súčinu sily prúdu v obvode a plochy pokrytej obvodom. Jeho smer sa zhoduje so smerom vektora indukcie magnetického poľa v strede prúdovej slučky.

Pretože dráhy rôznych elektrónov v atómovej rovine sa nezhodujú, vektory indukcie magnetického poľa nimi vytvorené (orbitálne a spinové magnetické momenty) sú navzájom nasmerované pod rôznymi uhlami. Výsledný indukčný vektor viacelektrónového atómu sa rovná vektorovému súčtu vektorov indukcie poľa vytvorených jednotlivými elektrónmi. Atómy s čiastočne vyplnenými elektrónovými obalmi majú nekompenzované polia. V atómoch s naplnenými elektrónovými obalmi je výsledný indukčný vektor 0.

Vo všetkých prípadoch je zmena magnetického poľa spôsobená výskytom magnetizačných prúdov (pozoruje sa fenomén elektromagnetickej indukcie). Inými slovami, princíp superpozície pre magnetické pole zostáva v platnosti: pole vo vnútri magnetu je superpozíciou vonkajšieho poľa $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ a poľa $\boldsymbol( \vec(B"))$ magnetizačných prúdov ja" , ktoré vznikajú pôsobením vonkajšieho poľa. Ak je pole magnetizačných prúdov nasmerované rovnakým spôsobom ako vonkajšie pole, potom bude indukcia celkového poľa väčšia ako vonkajšie pole (obr. 3, a) - v tomto prípade hovoríme, že látka zosilňuje lúka; ak pole magnetizačných prúdov smeruje opačne k vonkajšiemu poľu, potom celkové pole bude menšie ako vonkajšie pole (obr. 3, b) - v tomto zmysle hovoríme, že látka oslabuje magnetické pole.

Ryža. 3

AT diamagnety Molekuly nemajú vlastné magnetické pole. Pri pôsobení vonkajšieho magnetického poľa v atómoch a molekulách je pole magnetizačných prúdov nasmerované opačne ako vonkajšie pole, takže modul vektora magnetickej indukcie $ \boldsymbol(\vec(B))$ výsledného poľa bude byť menší ako modul vektora magnetickej indukcie $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ vonkajšie pole.

Látky, v ktorých je vonkajšie magnetické pole zosilnené v dôsledku sčítania magnetických polí elektrónových obalov atómov látky v dôsledku orientácie atómových magnetických polí v smere vonkajšieho magnetického poľa, sa nazývajú paramagnety(u > 1).

Paramagnety veľmi slabo zosilňujú vonkajšie magnetické pole. Magnetická permeabilita paramagnetov sa líši od jednoty len o zlomok percenta. Napríklad magnetická permeabilita platiny je 1,00036. Vzhľadom na veľmi malé hodnoty magnetickej permeability paramagnetických a diamagnetických materiálov je veľmi ťažké zistiť ich vplyv na vonkajšie pole alebo vplyv vonkajšieho poľa na paramagnetické alebo diamagnetické telesá. Preto sa v bežnej každodennej praxi, v technike, paramagnetické a diamagnetické látky považujú za nemagnetické, teda také látky, ktoré nemenia magnetické pole a magnetické pole na ne nepôsobí. Príklady paramagnetov sú sodík, kyslík, hliník (μ = 1,00023).

AT paramagnety molekuly majú svoje magnetické pole. Pri absencii vonkajšieho magnetického poľa v dôsledku tepelného pohybu sú indukčné vektory magnetických polí atómov a molekúl náhodne orientované, takže ich priemerná magnetizácia je nulová (obr. 4, a). Pri pôsobení vonkajšieho magnetického poľa na atómy a molekuly začne pôsobiť moment síl, ktorý má tendenciu ich otáčať tak, že ich polia sú orientované rovnobežne s vonkajším poľom. Orientácia paramagnetických molekúl vedie k tomu, že látka je zmagnetizovaná (obr. 4b).

Ryža. štyri

Úplnej orientácii molekúl v magnetickom poli bráni ich tepelný pohyb, preto magnetická permeabilita paramagnetov závisí od teploty. Je zrejmé, že so zvyšujúcou sa teplotou sa magnetická permeabilita paramagnetov znižuje.

feromagnetiká

Látky, ktoré výrazne zvyšujú vonkajšie magnetické pole, sa nazývajú feromagnetiká(nikel, železo, kobalt atď.). Príklady feromagnetík sú kobalt, nikel, železo (μ dosahuje hodnotu 8 10 3).

Samotný názov tejto triedy magnetických materiálov pochádza z Latinský názovželezo - Ferrum. Hlavnou vlastnosťou týchto látok je schopnosť udržiavať magnetizáciu v neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa, všetky permanentné magnety patria do triedy feromagnetík. Okrem železa majú jeho „susedia“ podľa periodickej tabuľky, kobalt a nikel, feromagnetické vlastnosti. Feromagnetiká nachádzajú široké praktické uplatnenie vo vede a technike, preto bolo vyvinuté značné množstvo zliatin s rôznymi feromagnetickými vlastnosťami.

Všetky vyššie uvedené príklady feromagnetík sa vzťahujú na kovy prechodnej skupiny, ktorých elektrónový obal obsahuje niekoľko nepárových elektrónov, čo vedie k tomu, že tieto atómy majú významné vlastné magnetické pole. V kryštalickom stave v dôsledku interakcie medzi atómami v kryštáloch vznikajú oblasti spontánnej (spontánnej) magnetizácie - domény. Rozmery týchto domén sú desatiny a stotiny milimetra (10 -4 − 10 -5 m), čo výrazne presahuje veľkosť jedného atómu (10 -9 m). V rámci jednej domény sú magnetické polia atómov orientované striktne paralelne, orientácia magnetických polí ostatných domén v neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa sa ľubovoľne mení (obr. 5).

Ryža. 5

Vo vnútri feromagnetika sa teda aj v nezmagnetizovanom stave nachádzajú silné magnetické polia, ktorých orientácia sa pri prechode z jednej domény do druhej mení náhodným chaotickým spôsobom. Ak rozmery telesa výrazne presahujú rozmery jednotlivých domén, potom priemerné magnetické pole vytvorené doménami tohto telesa prakticky chýba.

Ak feromagnetikum umiestnime do vonkajšieho magnetického poľa B0 , potom sa magnetické momenty domén začnú preskupovať. Neexistuje však mechanická priestorová rotácia častí hmoty. Proces obrátenia magnetizácie je spojený so zmenou pohybu elektrónov, nie však so zmenou polohy atómov v uzloch kryštálovej mriežky. Domény, ktoré majú najpriaznivejšiu orientáciu vzhľadom na smer poľa, zväčšujú svoju veľkosť na úkor susedných „nesprávne orientovaných“ domén, ktoré ich pohlcujú. V tomto prípade sa pole v látke veľmi výrazne zvyšuje.

Vlastnosti feromagnetík

1) feromagnetické vlastnosti látky sa prejavia iba vtedy, keď je zodpovedajúca látka v kryštalický stav ;

2) magnetické vlastnosti feromagnetík silne závisia od teploty, pretože orientácii magnetických polí domén bráni tepelný pohyb. Pre každý feromagnet existuje určitá teplota, pri ktorej sa štruktúra domény úplne zničí a feromagnet sa zmení na paramagnet. Táto hodnota teploty sa nazýva Curieov bod . Takže pre čisté železo je Curieova teplota približne 900 °C;

3) feromagnety sú zmagnetizované do nasýtenia v slabých magnetických poliach. Obrázok 6 ukazuje, ako sa mení modul indukcie magnetického poľa B v oceli s meniacim sa vonkajším poľom B0 :

Ryža. 6

4) magnetická permeabilita feromagnetika závisí od vonkajšieho magnetického poľa (obr. 7).

Ryža. 7

Je to spôsobené tým, že spočiatku s nárastom B0 magnetická indukcia B silnie a následne μ vzrastie. Potom na hodnote magnetickej indukcie B" 0 dochádza k saturácii (μ je v tomto momente na maxime) a s ďalším nárastom B0 magnetická indukcia B1 v látke sa prestáva meniť a magnetická permeabilita klesá (má tendenciu k 1):

$$\boldsymbol(\mu = \frac B(B_0) = \frac (B_0 + B_1)(B_0) = 1 + \frac (B_1)(B_0);) $$

5) vo feromagnetikách sa pozoruje zvyšková magnetizácia. Ak sa napríklad feromagnetická tyč umiestni do solenoidu, cez ktorý prechádza prúd, a zmagnetizuje sa do nasýtenia (bod ALE) (obr. 8) a potom znížte prúd v elektromagnete as ním B0 , možno vidieť, že indukcia poľa v tyči v procese jej demagnetizácie zostáva vždy väčšia ako v procese magnetizácie. Kedy B0 = 0 (prúd v solenoide je vypnutý), indukcia sa bude rovnať B r (zvyšková indukcia). Tyč sa dá zo solenoidu vybrať a použiť ako permanentný magnet. Na konečnú demagnetizáciu tyče je potrebné prejsť cez solenoid prúd v opačnom smere, t.j. aplikujte vonkajšie magnetické pole s opačným smerom ako indukčný vektor. Teraz zvyšujeme modul indukcie tohto poľa na Boc , demagnetizujte tyč ( B = 0).

• modul Boc indukcia magnetického poľa, ktoré demagnetizuje zmagnetizované feromagnetikum, sa nazýva donucovacia sila .

Ryža. osem

S ďalším zvyšovaním B0 je možné zmagnetizovať tyč do nasýtenia (bod ALE" ).

Teraz sa zmenšuje B0 na nulu, opäť dostanú permanentný magnet, ale s indukciou –B r (opačný smer). Aby sa tyč opäť demagnetizovala, musí sa v elektromagnete znova zapnúť prúd pôvodného smeru a tyč sa demagnetizuje, keď indukcia B0 sa stáva rovnocenným Boc . Stále pribúdam B0 , opäť zmagnetizujte tyč až do nasýtenia (bod ALE ).

Pri magnetizácii a demagnetizácii feromagnetika teda indukcia B pozadu B 0. Toto oneskorenie sa nazýva fenomén hysterézy . Krivka znázornená na obrázku 8 je tzv hysterézna slučka .

Hysteréza (grécky ὑστέρησις - „zaostávanie“) - vlastnosť systémov, ktoré bezprostredne nenasledujú aplikované sily.

Tvar magnetizačnej krivky (hysterézna slučka) sa výrazne líši pre rôzne feromagnetické materiály, ktoré sú široko používané vo vedeckých a technických aplikáciách. Niektoré magnetické materiály majú širokú slučku s vysokou remanenciou a koercitivitou, sú tzv magneticky tvrdé a používajú sa na výrobu permanentných magnetov. Ostatné feromagnetické zliatiny sa vyznačujú nízkymi hodnotami koercitívnej sily, takéto materiály sa ľahko magnetizujú a remagnetizujú aj v slabé polia. Takéto materiály sú tzv magneticky mäkké a používajú sa v rôznych elektrických zariadeniach - relé, transformátory, magnetické obvody atď.

Literatúra

1. Aksenovič L. A. Fyzika v stredná škola: Teória. Úlohy. Testy: Proc. príspevok pre inštitúcie poskytujúce všeobecné. prostredia, výchova / L. A. Aksenovič, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C.330-335.
2. Zhilko, V. V. Fyzika: učebnica. príspevok pre 11. platovú triedu. všeobecné vzdelanie školy z ruštiny lang. tréning / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L. G. Markovič. - Mn.: Nar. asveta, 2002. - S. 291-297.
3. Slobodyanyuk A.I. Fyzika 10. §13 Interakcia magnetického poľa s hmotou

Poznámky

1. Smer vektora indukcie magnetického poľa uvažujeme len v strede obvodu.

Absolútna magnetická permeabilita - ide o faktor proporcionality, ktorý zohľadňuje vplyv prostredia, v ktorom sa vodiče nachádzajú.

Aby sme získali predstavu o magnetických vlastnostiach média, porovnali sme magnetické pole okolo drôtu s prúdom v danom médiu s magnetickým poľom okolo toho istého drôtu, ale vo vákuu. Zistilo sa, že v niektorých prípadoch je pole intenzívnejšie ako vo vákuu, v iných je menej.

Rozlíšiť:

v Paramagnetické materiály a médiá, v ktorých sa získava silnejšie magnetické pole (sodík, draslík, hliník, platina, mangán, vzduch);

v Diamagnetické materiály a médiá, v ktorých je magnetické pole slabšie (striebro, ortuť, voda, sklo, meď);

v Feromagnetické materiály, v ktorých sa vytvára najsilnejšie magnetické pole (železo, nikel, kobalt, liatina a ich zliatiny).

Absolútna magnetická permeabilita pre rôzne látky má rôznu hodnotu.

Magnetická konštanta - je absolútna magnetická permeabilita vákua.

Relatívna magnetická permeabilita média- bezrozmerná veličina ukazujúca, koľkokrát je absolútna magnetická permeabilita látky väčšia alebo menšia ako magnetická konštanta:

Pre diamagnetické látky - , pre paramagnetické - (pre technické výpočty diamagnetických a paramagnetických telies sa berie rovná jednotke), pre feromagnetické materiály - .

MP napätie N charakterizuje podmienky pre budenie MF. Intenzita v homogénnom prostredí nezávisí od magnetických vlastností látky, v ktorej sa pole vytvára, ale zohľadňuje vplyv veľkosti prúdu a tvaru vodičov na intenzitu magnetického poľa pri a. daný bod.

MP napätie je vektorová veličina. vektorový smer H pre izotropné médiá (média s rovnakými magnetickými vlastnosťami vo všetkých smeroch) , sa zhoduje so smerom magnetického poľa alebo vektora v danom bode.

Sila vytvoreného magnetického poľa rôzne zdroje, znázornené na obr. 13.

Magnetický tok je celkový počet magnetických čiar prechádzajúcich celým uvažovaným povrchom. magnetický tok F alebo prietok MI cez oblasť S , kolmá na magnetické čiary sa rovná súčinu veľkosti magnetickej indukcie AT veľkosťou plochy, ktorou tento magnetický tok preniká.

42) Keď sa do cievky zavedie železné jadro, magnetické pole sa zvýši a jadro sa zmagnetizuje. Tento efekt objavil Ampere. Zistil tiež, že indukcia magnetického poľa v látke môže byť väčšia alebo menšia ako indukcia samotného poľa. Takéto látky sa stali známymi ako magnety.

Magnetika sú látky schopné meniť vlastnosti vonkajšieho magnetického poľa.

Magnetická priepustnosť látky sa určuje pomerom:

B 0 - indukcia vonkajšieho magnetického poľa, B - indukcia vo vnútri látky.

V závislosti od pomeru B a B 0 sú látky rozdelené do troch typov:

1) Diamagnety(m<1), к ним относятся chemické prvky: Cu, Ag, Au, Hg. Magnetická permeabilita m=1-(10 -5 - 10 -6) je veľmi mierne odlišná od jednoty.

Túto triedu látok objavil Faraday. Tieto látky sú „vytlačené“ z magnetického poľa. Ak zavesíte diamagnetickú tyč blízko pólu silného elektromagnetu, potom sa od nej odpudí. Čiary indukcie poľa a magnetu sú preto nasmerované rôznymi smermi.

2) Paramagnety majú magnetickú permeabilitu m>1 a in tento prípad tiež mierne presahuje jednu: m=1+(10 -5 - 10 -6). Tento typ magnetov zahŕňa chemické prvky Na, Mg, K, Al.

Magnetická permeabilita paramagnetov závisí od teploty a s jej nárastom klesá. Bez magnetizačného poľa nevytvárajú paramagnety vlastné magnetické pole. V prírode neexistujú žiadne trvalé paramagnety.

3) feromagnetiká(m>>1): Fe, Co, Ni, Cd.

Tieto látky môžu byť v magnetizovanom stave bez vonkajšieho poľa. Existencia zvyškový magnetizmus jedna z dôležitých vlastností feromagnetík. Pri zahriatí na vysokú teplotu feromagnetické vlastnosti látky zmiznú. Teplota, pri ktorej tieto vlastnosti zanikajú, sa nazýva Curieova teplota(napríklad pre železo T Curie = 1043 K).

Pri teplotách pod Curieovým bodom sa feromagnet skladá z domén. domény- sú to oblasti spontánnej spontánnej magnetizácie (obr. 9.21). Veľkosť domény je približne 10 -4 -10 -7 m Výskyt oblastí spontánnej magnetizácie v látke je spôsobený existenciou magnetov. Železný magnet si môže zachovať svoje magnetické vlastnosti po dlhú dobu, pretože domény v ňom sú usporiadané zoradené (prevažuje jeden smer). Magnetické vlastnosti zmiznú pri silnom náraze alebo silnom zahriatí magnetu. V dôsledku týchto vplyvov sú domény „neusporiadané“.

Obr.9.21. Tvar domény: a) v neprítomnosti magnetického poľa, b) v prítomnosti vonkajšieho magnetického poľa.

Domény môžu byť reprezentované ako uzavreté prúdy v mikroobjemoch magnetov. Oblasť je dobre znázornená na obr. 9.21, ktorý ukazuje, že prúd v doméne sa pohybuje pozdĺž prerušenej uzavretej slučky. Uzavreté prúdy elektrónov vedú k vzniku magnetického poľa kolmého na rovinu obežnej dráhy elektrónov. V neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa je magnetické pole domén chaoticky nasmerované. Toto magnetické pole mení smer pôsobením vonkajšieho magnetického poľa. Magnetika, ako už bolo uvedené, sa delí do skupín v závislosti od toho, ako magnetické pole domény reaguje na pôsobenie vonkajšieho magnetického poľa. V diamagnetoch je magnetické pole väčšieho počtu domén nasmerované v smere proti pôsobeniu vonkajšieho magnetického poľa a v paramagnetoch naopak v smere vonkajšieho magnetického poľa. Počet domén, ktorých magnetické polia sú nasmerované v opačných smeroch, sa však líši len veľmi málo. Preto sa magnetická permeabilita m v ​​dia- a paramagnetoch líši od jednoty o hodnotu rádovo 10 -5 - 10 -6. Vo feromagnetikách je počet domén s magnetickým poľom v smere vonkajšieho poľa mnohonásobne väčší ako počet domén s opačným smerom magnetického poľa.

Magnetizačná krivka. Hysterézna slučka. Fenomén magnetizácie je spôsobený existenciou zvyškového magnetizmu pri pôsobení vonkajšieho magnetického poľa na látku.

Magnetická hysterézia sa nazýva jav oneskorenia zmeny magnetickej indukcie vo feromagnetiku vzhľadom na zmenu sily vonkajšieho magnetického poľa.

Obrázok 9.22 ukazuje závislosť magnetického poľa v látke od vonkajšieho magnetického poľa B=B(B 0). Okrem toho je vonkajšie pole vynesené pozdĺž osi Ox a magnetizácia látky je vynesená pozdĺž osi Oy. Zvýšenie vonkajšieho magnetického poľa vedie k zvýšeniu magnetického poľa v látke pozdĺž čiary až na hodnotu . Zníženie vonkajšieho magnetického poľa na nulu vedie k zníženiu magnetického poľa v látke (v bode s) až do V ost(zvyšková magnetizácia, ktorej hodnota je väčšia ako nula). Tento efekt je dôsledkom oneskorenia magnetizácie vzorky.

Hodnota indukcie vonkajšieho magnetického poľa, potrebná na úplnú demagnetizáciu látky (bod d na obr. 9.21) je tzv. donucovacia sila. Nulová hodnota magnetizácie vzorky sa získa zmenou smeru vonkajšieho magnetického poľa na hodnotu . Pokračujúc vo zvyšovaní vonkajšieho magnetického poľa v opačnom smere na maximálnu hodnotu, dostaneme ho na hodnotu . Potom zmeníme smer magnetického poľa a zvýšime ho späť na hodnotu . V tomto prípade zostáva naša hmota zmagnetizovaná. Iba veľkosť indukcie magnetického poľa má opačný smer v porovnaní s hodnotou v bode. Pokračujúc vo zvyšovaní hodnoty magnetickej indukcie v rovnakom smere dosiahneme úplnú demagnetizáciu látky v bode , a ďalej sa opäť ocitneme v bode . Takto získame uzavretú funkciu, ktorá opisuje cyklus úplnej remagnetizácie. Takáto závislosť pre cyklus úplnej magnetizácie prevrátenie indukcie magnetického poľa vzorky od veľkosti vonkajšieho magnetického poľa je tzv. hysterézna slučka. Tvar hysteréznej slučky je jednou z hlavných charakteristík akejkoľvek feromagnetickej látky. Takto sa však k veci dostať nedá.

V súčasnosti je celkom jednoduché získať silné magnetické polia. Veľké množstvo inštalácií a zariadení funguje na permanentných magnetoch. Dosahujú sa v nich polia 1–2 T pri izbová teplota. V malých objemoch sa fyzici naučili, ako získať konštantné magnetické polia až do 4 T pomocou špeciálnych zliatin na tento účel. O nízke teploty, rádovo teploty kvapalného hélia, sa získajú magnetické polia nad 10 T.

43) Zákon elektromagnetickej indukcie (z. Faraday-Maxwell). Lenzove pravidlá

Zhrnutím výsledkov experimentov Faraday sformuloval zákon elektromagnetickej indukcie. Ukázal, že pri akejkoľvek zmene magnetického toku v uzavretom vodivom obvode je excitovaný indukčný prúd. Preto sa v obvode vyskytuje indukčné emf.

Indukčné emf je priamo úmerné rýchlosti zmeny magnetického toku v priebehu času. Matematický záznam tohto zákona navrhol Maxwell a preto sa nazýva Faradayov-Maxwellov zákon (zákon elektromagnetickej indukcie).

Magnetická permeabilita je odlišná pre rôzne prostredia a závisí od jeho vlastností, preto sa zvykne hovoriť o magnetickej permeabilite konkrétneho média (myslí sa jeho zloženie, skupenstvo, teplota atď.).

V prípade homogénneho izotropného prostredia magnetická permeabilita μ:

μ \u003d B / (μ o H),

V anizotropných kryštáloch je magnetická permeabilita tenzorom.

Väčšina látok je rozdelená do troch tried podľa hodnoty magnetickej permeability:

• diamagnety ( μ < 1 ),
• paramagnety ( µ > 1 )
• feromagnetiká (majú výraznejšie magnetické vlastnosti, napr. železo).

Magnetická permeabilita supravodičov je nulová.

Absolútna magnetická permeabilita vzduchu sa približne rovná magnetickej permeabilite vákua a v technických výpočtoch sa rovná 4π 10 -7 H/m

μ = 1 + χ (v jednotkách SI);

μ = 1 + 4πχ (v jednotkách CGS).

Magnetická priepustnosť fyzické vákuumμ = 1, pretože χ = 0.

Magnetická permeabilita ukazuje, koľkokrát je absolútna magnetická permeabilita daného materiálu väčšia ako magnetická konštanta, t.j. koľkokrát je magnetické pole makroprúdov H je posilnená poľom mikroprúdov média. Magnetická permeabilita vzduchu a väčšiny látok, s výnimkou feromagnetických materiálov, sa blíži k jednote.

V technike sa používa niekoľko typov magnetickej permeability v závislosti od špecifických aplikácií magnetického materiálu. Relatívna magnetická permeabilita ukazuje, koľkokrát sa v danom médiu zmení sila interakcie medzi drôtmi s prúdom v porovnaní s vákuom. Číselne sa rovná pomeru absolútnej magnetickej permeability k magnetickej konštante. Absolútna magnetická permeabilita sa rovná súčinu magnetickej permeability a magnetickej konštanty.

Pre diamagnety χμχ>0 a μ> 1. V závislosti od toho, či sa μ feromagnetík meria v statickom alebo striedavom magnetickom poli, sa nazýva statická alebo dynamická magnetická permeabilita.

Magnetická permeabilita feromagnetík závisí komplexným spôsobom od H . Z magnetizačnej krivky feromagnetika možno zostrojiť závislosť magnetickej permeability na N.

Magnetická permeabilita určená vzorcom:

μ \u003d B / (μ o H),

nazývaná statická magnetická permeabilita.

Je úmerná dotyčnici sklonu sečnice vedenej od začiatku cez príslušný bod na hlavnej magnetizačnej krivke. Hraničná hodnota magnetickej permeability μ n s magnetickým poľom smerujúcim k nule sa nazýva počiatočná magnetická permeabilita. Táto vlastnosť má veľký význam pri technickom použití mnohých magnetických materiálov. Experimentálne sa stanovuje v slabých magnetických poliach so silou rádovo 0,1 A/m.

nazývaná magnetická permeabilita . Absolútne magneticképriepustnosť prostredia je pomer B k H. Podľa medzinárodný systém meria sa v jednotkách nazývaných 1 henry na meter.

Jeho číselná hodnota je vyjadrená pomerom jeho hodnoty k hodnote magnetickej permeability vákua a označuje sa µ. Táto hodnota sa nazýva relatívne magneticképriepustnosť(alebo jednoducho magnetická permeabilita) média. Ako relatívna veličina nemá žiadnu mernú jednotku.

V dôsledku toho je relatívna magnetická permeabilita µ hodnota, ktorá ukazuje, koľkokrát je indukcia poľa daného média menšia (alebo väčšia) ako indukcia vákuového magnetického poľa.

Keď je látka vystavená vonkajšiemu magnetickému poľu, zmagnetizuje sa. Ako sa to stane? Podľa Amperovej hypotézy v každej látke neustále cirkulujú mikroskopické elektrické prúdy spôsobené pohybom elektrónov na ich dráhach a prítomnosťou ich vlastných. Za normálnych podmienok je tento pohyb neusporiadaný a polia sa navzájom „zhášajú“ (kompenzujú). . Keď je telo umiestnené vo vonkajšom poli, prúdy sú usporiadané a telo sa zmagnetizuje (to znamená, že má svoje vlastné pole).

Magnetická permeabilita všetkých látok je rôzna. Na základe svojej veľkosti sa látky delia do troch veľkých skupín.

O diamagnety hodnota magnetickej permeability µ je o niečo menšia ako jednotka. Napríklad bizmut má µ = 0,9998. Diamagnety zahŕňajú zinok, olovo, kremeň, meď, sklo, vodík, benzén a vodu.

Magnetická priepustnosť paramagnety o niečo viac ako jednota (pre hliník µ = 1,000023). Príklady paramagnetov sú nikel, kyslík, volfrám, ebonit, platina, dusík, vzduch.

Napokon do tretej skupiny patrí množstvo látok (hlavne kovy a zliatiny), ktorých magnetická permeabilita výrazne (o niekoľko rádov) prevyšuje jednotu. Tieto látky sú feromagnetiká. Patria sem najmä nikel, železo, kobalt a ich zliatiny. Pre oceľ µ = 8∙10^3, pre zliatinu niklu a železa µ=2,5∙10^5. Feromagnety majú vlastnosti, ktoré ich odlišujú od iných látok. Po prvé, majú zvyškový magnetizmus. Po druhé, ich magnetická permeabilita závisí od veľkosti indukcie vonkajšieho poľa. Po tretie, pre každý z nich existuje určitý teplotný prah, tzv Curieov bod, pri ktorom stráca svoje feromagnetické vlastnosti a stáva sa paramagnetom. Pre nikel je Curieov bod 360 °C, pre železo je to 770 °C.

Vlastnosti feromagnetík určuje nielen magnetická permeabilita, ale aj hodnota I, tzv magnetizácia tejto látky. Ide o komplexnú nelineárnu funkciu magnetickej indukcie, rast magnetizácie je opísaný čiarou tzv magnetizačná krivka. V tomto prípade po dosiahnutí určitého bodu magnetizácia prakticky prestane rásť (príde magnetická saturácia). Oneskorenie hodnoty magnetizácie feromagnetika od rastúcej hodnoty indukcie vonkajšieho poľa je tzv. magnetická hysterézia. V tomto prípade existuje závislosť magnetickej charakteristiky feromagnetika nielen od jeho aktuálneho stavu, ale aj od jeho predchádzajúcej magnetizácie. Grafické znázornenie krivky tejto závislosti je tzv hysterézna slučka.

Feromagnety sú vďaka svojim vlastnostiam široko používané v strojárstve. Používajú sa v rotoroch generátorov a elektromotorov, pri výrobe jadier transformátorov a pri výrobe dielov pre elektronické počítače. feromagnety sa používajú v magnetofónoch, telefónoch, magnetických páskach a iných médiách.

Existujú mikroskopické kruhové prúdy ( molekulárne prúdy). Táto myšlienka sa neskôr, po objavení elektrónu a štruktúry atómu, potvrdila: tieto prúdy vznikajú pohybom elektrónov okolo jadra a keďže sú orientované rovnako, celkovo tvoria vo vnútri pole. a okolo magnetu.

Na obrázku a roviny, v ktorých sú umiestnené elementárne elektrické prúdy, sú náhodne orientované v dôsledku chaotického tepelného pohybu atómov a látka nevykazuje magnetické vlastnosti. V zmagnetizovanom stave (napríklad pôsobením vonkajšieho magnetického poľa) (obr b) tieto roviny sú orientované rovnakým spôsobom a ich akcie sú sčítané.

Magnetická priepustnosť.

Reakcia média na pôsobenie vonkajšieho magnetického poľa s indukciou B0 (pole vo vákuu) je určená magnetickou susceptibilitou μ :

kde AT je indukcia magnetického poľa v hmote. Magnetická permeabilita je podobná dielektrickej konštante ɛ .

Podľa magnetických vlastností sa látky delia na diamagnety, paramagnety a ferromagnety. Pre diamagnety koeficient μ , ktorá charakterizuje magnetické vlastnosti média, je menšia ako jednota (napríklad pre bizmut μ = 0,999824); v paramagnetoch μ > 1 (pre platinu μ - 1,00036); vo feromagnetikách μ ≫ 1 (železo, nikel, kobalt).

Diamagnety odpudzujú magnet, zatiaľ čo paramagnety sú k nemu priťahované. Podľa týchto vlastností sa dajú od seba odlíšiť. Pre mnohé látky sa magnetická permeabilita takmer nelíši od jednoty, ale pre feromagnety ju výrazne prevyšuje a dosahuje niekoľko desiatok tisíc jednotiek.

Feromagnety.

Feromagnety vykazujú najsilnejšie magnetické vlastnosti. Magnetické polia, ktoré vytvárajú feromagnety, sú oveľa silnejšie ako vonkajšie magnetizačné pole. Je pravda, že magnetické polia feromagnetov sa nevytvárajú v dôsledku cirkulácie elektrónov okolo jadier - orbitálny magnetický moment, a v dôsledku vlastnej rotácie elektrónu - vlastného magnetického momentu, tzv späť.

Curieova teplota ( Ts) je teplota, nad ktorou feromagnetické materiály strácajú svoje magnetické vlastnosti. Pre každé feromagnetikum má svoje vlastné. Napríklad na železo T s= 753 °С, pre nikel T s= 365 °С, pre kobalt T s= 1000 °C. Existujú feromagnetické zliatiny, v ktorých T s < 100 °С.

Prvé podrobné štúdie magnetických vlastností feromagnetík vykonal vynikajúci ruský fyzik A. G. Stoletov (1839-1896).

Feromagnety sa používajú pomerne široko: ako permanentné magnety (v elektrických meracích prístrojoch, reproduktoroch, telefónoch atď.), oceľové jadrá v transformátoroch, generátoroch, elektromotoroch (na zvýšenie magnetického poľa a úsporu elektriny). Na magnetické pásky, ktoré sú vyrobené z feromagnetík, sa vykonáva záznam zvuku a obrazu pre magnetofóny a videorekordéry. Informácie sa zaznamenávajú na tenké magnetické filmy pre pamäťové zariadenia v elektronických počítačoch.