Тема: Магнитная проницаемость. Магнитные свойства вещества. Намагничивание и перемагничивание ферромагнитных материалов

План

Магнитная проницаемость

Магнитные свойства вещества

Намагничивание и перемагничивание ферромагнитных материалов

 

Магнитная проницаемость

Аналогично диэлектрической проницаемости, связывающей электрическую индукцию с напряженностью электрического поля, магнитная проницаемость связывает магнитную индукцию B с напряженностью магнитного поля H.

B = m_{0 ×} m×H, где                (1)

 

m₀ — магнитная постоянная или магнитная проницаемость вакуума, равная 4p×10^-7 Гн/м.

Можно ввести понятие намагниченности . Этот фактор вносит в магнитную индукцию именно среда, т.е. намагниченность является характеристикой среды. Аналогично поляризации среды в электрическом поле намагниченность складывается из намагниченностей отдельных атомов, которые называются магнитными моментами атомов M= Sm_i.

Намагниченность обычно пропорциональна напряженности магнитного поля

                                        M = c_м ×Н, где          (2)

c_м - магнитная восприимчивость вещества

Значения m и c_м связаны m и c_м связаны m = c_м+1

Энергия магнитного поля W = B×H/2 = m_0×m×H²/2 = B²/2m_0×m

Магнитное поле имеет отличия от электрического поля. Электрическое поле создается зарядами, магнитное — токами. Силовые линии электрического поля начинаются на положительном заряде и, обязательно, заканчиваются на отрицательном заряде. Силовые линии магнитного поля замкнуты, они окружают линии тока. В электрическом поле заряд порождает индукцию поля.

D = q/4pe₀×e×r² (3)

В магнитном поле ток порождает напряженность магнитного поля (закон Био-Савара).

H = I/2pr                           (4)

Приведем еще выражение для напряженности поля и индукции в длинном соленоиде, которое специфично именно для магнитного поля.

H = n×I, B = m_0×m×n×I, где (5)

n- число витков катушки на единицу длины.

В электрическом поле сила, действующая на заряд, пропорциональна напряженности поля (закон Кулона). В магнитном поле, сила действующая на заряд пропорциональна индукции. Еще одно принципиальное отличие состоит в том, что диэлектрическая проницаемость не может быть меньше 1, тогда как магнитная проницаемость может быть меньше 1 в некоторых материалах.

Магнитные свойства вещества

Различные материалы по-разному ведут себя в магнитном поле и, соответственно имеют различную магнитную проницаемость.

Диамагнетики - вещества, имеющие магнитную проницаемость меньше 1.

Подавляющее большинство веществ являются диамагнетиками. Диамагнетизм проявляется тогда, когда атомы и молекулы не имеют магнитного момента в отсутствии магнитного поля, а намагниченность создается только за счет действия магнитного поля на электроны молекул. При этом магнитная восприимчивость c_м< 0. По порядку величины значение восприимчивости составляет (-10^-6).

Парамагнетики - вещества, имеющие магнитную проницаемость больше 1.

Эти вещества содержат атомы и электроны, имеющие собственный магнитный момент, который связан с орбитальным движением электронов или с собственным моментом импульса электрона, т.н. спином. Парамагнетиками являются кислород, магний, натрий (NaCl - диамагнетик), кальций, титан, палладий.

Ферромагнетики - вещества, имеющие магнитную проницаемость много больше чем 1, которая создается спонтанной намагниченностью доменов, хаотически ориентированных в пространстве.

Это железо, никель, кобальт и ряд более редких веществ. На основе этих элементов изготавливаются магнитные материалы.

Ферримагнетики - вещества, имеющие магнитную проницаемость много больше чем 1, которая создается спонтанной намагниченностью кристаллических решеток, попарно антипараллельно ориентированных в пространстве. При этом суммарный магнитный момент не равен нулю.

Антиферромагнетики - вещества, имеющие магнитную проницаемость немного больше чем 1, которая создается спонтанной намагниченностью кристаллических решеток, попарно антипараллельно ориентированных в пространстве и скомпенсировавших друг друга.

Примеры ферримагнетиков и антиферромагнетиков - ферриты, соединения типа Fe₂O₃ c MeO, где Ме - двухвалентный металл.

 

Магнитные свойства вещества определяют по тому, как эти вещества реагируют на внешнее магнитное поле и каким образом упорядочена их внутренняя структура. Существует три основных класса веществ с резко различающимися магнитными свойствами: ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики.