1 1
1

Магнитные свойства вещества

Магнитные свойства вещества зависят от существования магнитных полей атомов. При движении электронов вокруг ядра создается магнитное поле атома. Магнитные поля всех электронов (которые вращаются в разных плоскостях и в разных направлениях) могут друг друга компенсировать. Такие вещества, у которых отсутствуют магнитные поля атомов, называюся диамагнетикиками. Если внести такие вещества во внешнее магнитное поле, то орбиты электронов смещаются и по этой причине появляется магнитное поле атомов, которое уменьшает результирующее магнитное поле. Поэтому магнитные линии не входят в диамагнетик, а огибают его (рис.А). Стараясь выпрямиться, они выталкивают тело из магнитного поля.
1  - магнитная проницаемость вещества, показывающая во сколько раз индукция магнитного поля в веществе (В) больше, чем внешнее магнитное поле в воздухе В0. Для диамагнетиков магнитная проницаемость меньше единицы, но близка к ней.

1

Вещества, атомы которых имеют магнитное поле, называются парамагнетиками. Под действием внешнего магнитного поля магнитные поля их атомов ориентируются по направлению вектора магнитной индукции внешнего магнитного поля (так как показано на рисунке). Их магнитные поля можно представить как маленькие магниты, направленые в одну сторону и увеличивающие результирующее магнитное поле в веществе. Магнитная проницаемость больше единицы, но близка к ней. Магнитные линии изгибаясь  стараются пройти через парамагнетик (рис.В), то есть втягивают тело в магнитное поле.

1                  2 

Ферромагнетики- это вещества, в которых существуют области (~0,01мм) - магнитные домены, магнитные поля атомов в которых направлены одинаково (рис.А). При помещении их в внешнее магнитное поле, вектора магнитной индукции ориентируются по направлению внешнего поля, причем , при снятии поля направления полей доменой сохраняются (рис.Б).

1 1

Магнитная проницаемость ферроманетика значительно больше единицы. Существует высокая температура, которая называется точка Кюри, при которой за счет теплового движения нарушается доменная структура, пропадает остаточная намагниченность. 

На следующей модели, при включении внешнего магнитного поля магнитные поля доменов ориентируются по направлению внешнего.

    

Гистерезис.
Процесс намагничивания ферромагнетиков зависит от предыдущей истории намагничивания вещества. Это явление называется гистерезисом.
На рисунке представлена так называемая петля гистерезиса, ее можно получит следующим образом.  На ферромагнитный сердечник намотаны две обмотки w1 и w2.
На первичную w1 подается переменное напряжение Uo с генератора. В под действием этого напряжения в обмотке w1 протекает ток, создающий магнитное поле с  индукцией Вo. Это поле для ферромагнитного сердечника является внешним. Во вторичной обмотке w2 индуцируется ток, пропорциональный изменению индукции магнитного поля (В) внутри сердечника. Этот ток протекает и через сопротивление R, напряжение на котором, измеряемое вольтметром, пропорционально индукции поля внутри сердечника.
J – намагниченность ферромагнетика.    магнитная проницаемость материала.
   

 

 

С помощью описанной схемы снимаем график зависимости намагниченности вещества от внешнего магнитного поля. В исходном состоянии материал не намагничен и внешнего поля нет (точка 0).  При увеличении напряжения генератора  и тока в первичной обмотке магнитные поля доменов в ферромагнетике постепенно ориентируются в направлении внешнего поля (линия ОS).  Точка S – состояние насыщения (полного намагничивания) – все домены сориентировали свои поля в направлении внешнего поля. Дальнейшее увеличение напряжения Uo (внешнего поля) не приводит к увеличению намагниченности.
При уменьшении внешнего поля намагниченность немного уменьшается (это зависит  от материала ферромагнетика) и при Во =0 имеет место еще остаточная намагниченность Jo.
При данной температуре домены сохраняют направления своих магнитных полей.
За тем генератор изменяет направление тока в первичной обмотке, то есть меняется на противоположное  направление внешнего магнитного поля. Направления магнитных полей доменов так же начинают меняться за внешним полем. При некотором значении –Вс, которое называется коэрцитивной силой, намагниченность будет равна нулю. При дальнейшем увеличении индукции внешнего поля в отрицательном направлении домены продолжают ориентироваться за внешним полем и сердечник вновь придет в насыщение.
Дальнейший процесс перемагничивания материала происходит аналогично.