Магнетик називаються речовини, здатні в зовнішньому магнітному полі купувати магнітні властивості, - намагнічуватися, тобто створювати власне внутрішнє магнітне поле.

Як вже говорилося, всі речовини є Магнетика, так як їх власне внутрішнє магнітне поле визначається векторним підсумовуванням мікрополів , Породжуваних кожним електроном кожного атома:

Магнітні властивості речовини визначаються магнітними властивостями електронів і атомів даної речовини. За своїм магнітним властивостям магнетики підрозділяються на Діамагнетик, парамагнетики, феромагнетики, антиферомагнетики і ферити. Розглянемо послідовно ці класи речовин.

Ми з'ясували, що при приміщенні речовини в магнітне поле можуть виникнути два ефекту:

1. Парамагнітний, що приводить до посилення магнітного поля в магнетику внаслідок орієнтації магнітних моментів атомів вздовж напрямку зовнішнього поля.

2. діамагнітний, що приводить до ослаблення поля внаслідок прецесії електронних орбіт в зовнішньому полі.

Як визначити, який з цих ефектів виникне (або обидва одночасно), який з них виявляється сильнішим, що відбувається в кінцевому підсумку з магнітним полем в даному речовині - посилюється воно або послаблюється?

Як нам вже відомо, магнітні властивості речовини визначаються магнітними моментами його атомів, а магнітний момент атома складається з орбітальних і власних спінових магнітних моментів, що входять до його складу електронів:

.

У атомів деяких речовин векторна сума орбітальних та спінових магнітних моментів електронів дорівнює нулю, тобто магнітний момент всього атома дорівнює нулю, При приміщенні таких речовин в магнітне поле парамагнетичний ефект, природно, виникнути не може, так як він виникає тільки за рахунок орієнтації магнітних моментів атомів в магнітному полі, тут же їх немає.

А ось прецесія електронних орбіт в зовнішньому полі, яка обумовить діамагнітний ефект, виникає завжди, тому діамагнітний ефект виникає у всіх речовин при приміщенні їх в магнітне поле.

Таким чином, якщо магнітний момент атома (молекули) речовини дорівнює нулю (за рахунок взаємної компенсації магнітних моментів електронів), то при приміщенні такого речовини в магнітне поле в ньому буде виникати тільки діамагнітний ефект. При цьому власне магнітне поле магнетика направлено протилежно зовнішньому полю і послаблює його. Такі речовини називають діамагнетиками.

Діамагнетиками називаються речовини, у яких під час відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти атомів дорівнюють нулю.

Діамагнетик в зовнішньому магнітному полі намагнічуються проти напрямку зовнішнього поля і послаблюють його, тому

B = B0 - B ¢, m <1.

Ослаблення поля в діамагнетиком дуже незначно. Наприклад, для одного з найбільш сильних діамагнетіков, вісмуту, m »0,99998.

Діамагнетиками є багато металів (срібло, золото, мідь), більшість органічних сполук, смоли, вуглець і т.д.

Якщо у відсутності зовнішнього магнітного поля магнітний момент атомів речовини різниться від нуля, при приміщенні такого речовини в магнітне поле в ньому будуть виникати і діамагнітний, і парамагнітний ефекти, однак діамагнітний ефект завжди значно слабкіше парамагнітного і на його тлі практично непомітний. Власне магнітне поле магнетика буде сонаправлени із зовнішнім полем і підсилює його. Такі речовини називаються парамагнетиками. Парамагнетики - це речовини, у яких під час відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти атомів відмінні від нуля.

Парамагнетики в зовнішньому магнітному полі намагнічуються у напрямку зовнішнього поля і підсилюють його. Для них

B = B0 + B ¢, m> 1.

Магнітна проникність для більшості парамагнетиків трохи більше одиниці.

До парамагнетикам відносяться рідкоземельні елементи, платина, алюміній і т.д.

висновок:

якщо діамагнітний ефект, B = B0-B ¢, m <1.

якщо діа- і парамагнітний ефекти, B = B0 + B ¢, m> 1.

Ферромагнетики.

Все діа- і парамегнетікі - це речовини, намагнічуватися вельми слабо, їх магнітна проникність близька до одиниці і не залежить від напруженості магнітного поля Н. Поряд з діа- і парамагнетиками є речовини, здатні сильно намагнічуватися. Вони називаються феромагнетиками.

Ферромагнетики або феромагнітні матеріали отримали свою назву від латинського найменування основного представника цих речовин - заліза (ferrum). До феромагнетика, крім заліза, відносяться кобальт, нікель гадолиний, багато сплавів і хімічних сполук. Ферромагнетики - це речовини, здатні дуже сильно намагнічуватися, в яких внутрішнє (власне) магнітне поле може в сотні і тисячі разів перевищувати викликало його зовнішнє магнітне поле.

властивості феромагнетиків

1. Здатність сильно намагнічуватися.

Значення відносної магнітної проникності m в деяких феромагнетиках досягає величини 106.

2. Магнітне насичення.

На рис. 5 приведена експериментальна залежність намагніченості від напруженості зовнішнього магнітного поля . Як видно з малюнка, з деякого значення Н чисельне значення намагніченості феромагнетиків практично залишається постійним і рівним Jнас. Це явище було відкрито російським ученим А.Г. Столєтова і названо магнітним насиченням.

3.Нелінейние залежності B (H) і m (H).

З ростом напруженості індукція спочатку збільшується, але в міру намагнічення магнетика її наростання сповільнюється, і в сильних полях росте зі збільшенням за лінійним законом (рис.6).

Внаслідок нелінійної залежності B (H),

тобто магнітна проникність m складним чином залежить від напруженості магнітного поля (Рис.7). Спочатку, зі збільшенням напруженості поля m зростає від початкового значення до деякої максимальної величини, а потім зменшується і асимптотично прагне у одиниці.

4. Магнітний гістерезис.

Іншою відмінною рисою феромагнетиків є їх

здатність зберігати намагничение після зняття намагнічує поле. При зміні напруженості зовнішнього магнітного поля від нуля в бік позитивних значень індукція зростає (рис.8, ділянку

при зменшенні до нуля магнітна індукція запізнюється в зменшенні і при значенні , Рівним нулю, виявляється рівною (Залишкова індукція), тобто при знятті зовнішнього поля феромагнетик залишається намагніченим і являє собою постійний магніт. Для повного розмагнічування зразка необхідно докласти магнітне поле зворотного напрямку - . Величина напруженості магнітного поля , яку треба прикласти до феромагнетика для його повного розмагнічування, називається коерцитивної силою.

Явище відставання зміни магнітної індукції в феромагнетику від зміни напруженості змінного по величині і напрямку зовнішнього що намагнічує поле називається магнітним гістерезисом.

При цьому залежність від буде зображуватися петлеобразной кривої, що носить назву петлі гистерезиса, зображеної на рис.8.

Залежно від форми петлі гістерезису розрізняють магнитожорсткі і магнитомягкие ферромагнетики. Жорсткими феромагнетиками називають речовини з великим залишковим намагнічених і великий коерцитивної силою, тобто з широкою петлею гистерезиса. Вони застосовуються для виготовлення постійних магнітів (вуглецеві, вольфрамові, хромові, аллюминиевой-нікелеві та інші стали).

М'якими феромагнетиками називаються речовини з малою коерцитивної силою, які дуже легко перемагнічуються, з вузькою петлею гистерезиса. (Щоб отримати ці властивості, спеціально створено так зване трансформаторне залізо, сплав заліза з невеликою домішкою кремнію). Область їх застосування - виготовлення сердечників трансформаторів; до них відносяться м'яке залізо, сплави заліза з нікелем (пермаллой, супермаллой).

5. Наявність температури (точки) Кюрі.

Точка Кюрі - це характерна для даного феромагнетика температура, при якій повністю зникають феромагнітні властивості.

При нагріванні зразка вище точки Кюрі феромагнетик перетворюється в звичайний парамагнетик. При охолодженні нижче точки Кюрі він відновлює свої феромагнітні властивості. Для різних речовин ця температура різна (для Fe - 7700C, для Ni - 2600C).

6. Магнітострикція - явище деформації ферромагнетиков при намагнічуванні. Величина і знак магнитострикции залежать від напруженості намагнічує поле і природи феромагнетика. Це явище широко використовують для пристрою потужних випромінювачів ультразвуку, що застосовуються в гидролокациі, звукоподводной зв'язку, навігації і т.д.

У феромагнетиків спостерігається і зворотне явище - зміна намагніченості при деформації. Сплави зі значною магнітострикцією застосовуються в приладах, що служать для вимірювання тиску і деформацій.

природа феромагнетизму

Описова теорія феромагнетизму була запропонована французьким фізиком П. Вейссом в 1907 році, а послідовна кількісна теорія на основі квантової механіки розроблена радянським фізиком Я. Френкелем і німецьким фізиком В. Гейзенбергом (1928 рік).

Відповідно до сучасних уявлень, магнітні властивості феромагнетиків визначаються спінові магнітними моментами (спинами) електронів; феромагнетиками можуть бути тільки кристалічні речовини, в атомах яких маються недобудовані внутрішні електронні оболонки з некомпенсованими спинами. При цьому виникають сили, що змушують спінові магнітні моменти електронів орієнтуватися паралельно один одному. Ці сили називаються силами обмінного взаємодії, вони мають квантову природу і обумовлені хвильовими властивостями електронів.

Під дією цих сил у відсутності зовнішнього поля феромагнетик розбивається на велике число мікроскопічних областей - доменів, розміри яких порядку 10-2 - 10-4cм. Усередині кожного домена спини електронів зорієнтовані паралельно один одному, так що весь домен намагнічений до насичення, але напрямки намагнічування в окремих доменах різні, так що повний (сумарний) магнітний момент всього феромагнетика дорівнює нулю. Як відомо, будь-яка система прагне перебувати в стані, при якому її енергія мінімальна. Розбиття феромагнетика на домени відбувається тому, що при утворенні доменної структури енергія феромагнетика зменшується. Точка Кюрі виявляється тією температурою, при якій відбувається руйнування доменів, і феромагнетик втрачає свої феромагнітні властивості.

Існування доменної структури феромагнетиків доведено експериментально. Прямим експериментальним методом їхнього спостереження є метод порошкових фігур. Якщо на ретельно відполіровану поверхню ферромагнетика нанести водну суспензію дрібного феромагнітного порошку (наприклад, магнетика), то частинки осідають переважно в місцях максимальної неоднорідності магнітного поля, тобто на кордонах між доменами. Тому осілий порошок окреслює границі доменів, і подібну картину можна сфотографувати під мікроскопом.

Однією з основних завдань теорії феромагнетизму є пояснення залежності В (Н) (рис.6). Спробуємо зробити це. Ми знаємо, що у відсутності зовнішнього поля феромагнетик розбивається на домени, так що його повний магнітний момент дорівнює нулю. Це схематично показано на рис.9, а, де зображені чотири домена однакового обсягу, намагнічені до насичення. При включенні зовнішнього поля енергії окремих доменів робляться неоднаковими: енергія менше для тих доменів, в яких вектор намагнічування утворить з напрямком поля гострий кут, і більше в тому випадку, якщо цей кут тупий.
- намагнічений-ність усього Магне-тика в стані насичення

Оскільки, як відомо, будь-яка система прагне до мінімуму енергії, виникає процес зміщення кордонів доменів, при якому обсяг доменів з меншою енергією зростає, а з більшою енергією зменшується (рис.9, б). У разі дуже слабких полів ці зміщення кордонів оборотні і точно слідують за змінами поля (якщо поле вимкнути, намагніченість знову буде дорівнює нулю). Цей процес відповідає ділянці кривої В (Н) (рис.10). При збільшенні поля зміщення кордонів доменів робляться незворотними.

При достатній величині намагнічує поле енергетично невигідні домени зникають (рис.9, в, ділянка рис.7). Якщо поле збільшується ще більше, відбувається доворачіваніе магнітних моментів доменів по полю, так що весь зразок перетворюється в один великий домен (рис.9, г, ділянку рис.10).

Численні цікаві і цінні властивості феромагнетиків дозволяють широко використовувати їх в різних областях науки і техніки: для виготовлення сердечників трансформаторів і електро-механічних випромінювачів ультразвуку, в якості постійних магнітів і т.п. Феромагнітні матеріали знаходять застосування у військовій справі: в різних електро- і радиоустройствах; як джерела ультразвуку - в гидролокациі, навігації, звукоподводной зв'язку; як постійні магніти - при створенні магнітних хв і для магнітометричної розвідки. Магнітометричних розвідка дозволяє виявляти і пізнавати об'єкти, що містять феромагнітні матеріали; використовується в системі боротьби з підводними човнами і морськими мінами.

Дата додавання: 2014-12-03; переглядів: 394; Порушення авторських прав