Магнетики

Виды магнетиков

Магнетики

По аналогии с электрическим полем, для магнитного поля также вводится величина, характеризующая магнитное поле в веществе, и называемая напряженностью магнитного поля.

Несмотря на внешнее сходство формул, является аналогом , а аналогом . — магнитная проницаемость среды, характеризующая магнитные свойства вещества.

Магнитные свойства вещества впервые были объяснены с помощью гипотезы Ампера. Согласно гипотезе Ампера, внутри вещества протекают круговые токи, обладающие собственным магнитным моментом. После открытия строения атома, стало понятно, что данные круговые токи, образованные электронами, движущимися по орбитам внутри атома.

Внешнее магнитное поле оказывает ориентирующее воздействие на магнит­ные моменты (рамка с током в магнитном поле). Следовательно, на внешнее магнитное поле внутри вещества, накладывается собственное магнитное поле электронных контуров с током.

Под действие внешнего поля, магнитные моменты молекул приобретают преимущест­венную ориентацию в одном направлении, вследствие чего магнетик намагничивается – его суммарный магнитный момент становится .

Магнитные поля отдельных моментных токов не компенсируют друг друга и возникает поле.

Намагниченность , где

— малый объем в окрестности данной точки,

— магнитный момент отдельной молекулы.

где, — магнитная восприимчивость.

Теорема о циркуляции вектора .

Циркуляция вектора напряженности магнитного поля по некоторому кон­туру, равна алгебраической сумме макроскопических токов, охватываемых этим конту­ром.

= 1 + — магнитная проницаемость вещества.

Магнетики – вещества, которые при внесении во внешнее поле, изменяются так, что сами становятся источниками дополнительного магнитного поля. Намагниченное вещество создает поле ,  — внешнее поле.

Тогда результирующее поле: =+

Существуют различные типы намагничивания. Все магнетики подразделяются на диа -, пара -, ферро -, и ферримагнетики. Под действием магнитного поля все эле­менты объема приобретают магнитный момент.

1) При внесении во внешнее магнитное поле в атомах и молекулах движение электро­нов изменяется так, что образуется определенным образом ориентированный круговой ток, характеризующийся магнитным моментом. Т.е. молекулы при внесении в магнит­ное поле приобретают индуцированный магнитный момент, и становится источником дополнительного поля т.е. вещество намагничивается. Такие вещества диамагнетики.

2) Движение электронов таково, что молекулы обладают магнитным моментом в отсут­ствии магнитного поля. При внесении такого магнетика во внешнее поле, постоянные магнитные моменты отдельных молекул переориентируются в направлении внешнего поля, в результате чего образуется преимущественное направление моментов. Такие вещества парамагнетики.

3) Намагничивание ферромагнетиков связано с тем, что электроны обладают магнит­ным моментом, находящимся в определенном соотношении с их механическим момен­тов – спином.

Различные механизмы намагничивания приводят к разным зависимостям от :

1.У диамагнетиков , и т.е. диамагнетик ослабевает внешнее поле. ~10-5 Диамагнетизм имеется у всех веществ.

2. У парамагнетиков , и . Парамагнетизм усиливает поле. ~10-3

3. У ферромагнетиков , 1. У них имеется остаточная намагниченность, т.е. намагниченность образца сохраняется и после того, как внешнее поле стало равно нулю.

Вопросы для самоконтроля

1) Какова первопричина возникновения э.д.с. индукции в замкнутом проводящем контуре? Перечислите конкретные случаи возникновения индукционного тока.

2) От чего и как зависит э.д.с. индукции, возникающая в контуре?

3) Сформулируйте закон электромагнитной индукции.

4) Сформулируйте правило Ленца.

5) Какая физическая величина, выражается в генри? Дайте определение генри.

6) От чего зависит взаимная индуктивность двух контуров?

7) Что происходит с энергией магнитного поля в проводнике при выключении тока?

8) Магнитные восприимчивость и проницаемость. Классификация магнетиков.

9) Природа диамагнетизма и парамагнетизма, ферромагнетики.

10) Сформулируйте теорему о циркуляции вектора H.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Детлаф, А.А. Курс физики учеб. пособие / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский.-7-е изд. Стер.-М. : ИЦ «Академия».-2008.-720 с.

2. Савельев, И.В. Курс физики: в 3т.: учеб.пособие/И.В. Савельев.-4-е изд. стер. – СПб.; М. Краснодар: Лань.-2008

Т.2: Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика. – 480 с.

3. Трофимова, Т.И. курс физики: учеб. пособие/ Т.И. Трофимова.- 15-е изд., стер.- М.: ИЦ «Академия», 2007.-560 с.

Дополнительная

1. Фейнман, Р. Фейнмановские лекции по физике / Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс.– М.: Мир.

Т.1. Современная наука о природе. Законы механики. – 1965. –232 с.

Т. 2. Пространство, время, движение. – 1965. – 168 с.

Т. 3. Излучение. Волны. Кванты. – 1965. – 240 с.

2. Берклеевский курс физики. Т.1,2,3. – М.: Наука, 1984

Т. 1. Китель, Ч. Механика / Ч. Китель, У. Найт, М. Рудерман. – 480 с.

Т. 2. Парселл, Э. Электричество и магнетизм / Э. Парселл. – 448 с.

Т. 3. Крауфорд, Ф. Волны / Ф. Крауфорд – 512 с.

3. Фриш, С.Э. Курс общей физики: в 3 т.: учеб. / С.Э. Фриш, А.В. Тиморева.- СПб.: М.; Краснодар: Лань.-2009.

Т. 1. Физические основы механики. Молекулярная физика. Колебания и волны: учебник — 480 с.

Т.2: Электрические и электромагнитные явления: учебник. – 518 с.

Т. 3. Оптика. Атомная физика : учебник– 656 с.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/2_36727_vidi-magnetikov.html

Магнетики

Магнетики

Определение

Вещества, которые при внесении их в магнитное поле претерпевают такие изменения, что сами становятся источниками магнитного поля, называют магнетиками.

В этом процессе полная индукция магнитного поля равна сумме индукций внешнего магнитного поля и магнитного поля, которое рождено самим магнетиком. Процесс изменения состояния магнетика во внешнем магнитном поле называют намагничиванием. Магнитики были открыты Фарадеем в 1845 г.

Механизм намагничивания. Виды магнетиков

В зависимости от механизма намагничивания магнетики делят на диа-, пара- ферро- и ферримагнетики. Антиферромагнетики относят тоже к магнетикам, несмотря на то, что они не создают магнитного поля в пространстве.

Интенсивность намагничивания характеризуется тем, что все элементы объема вещества приобретают магнитный момент.

Определение

Диамагнетиками называют вещества, в которых при внесении во внешнее магнитное поле в молекулах и атомах изменяется движение электронов так, что образуется ориентированный круговой ток.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Этот ток характеризуют магнитным моментом ($p_m$):

\[p_m=IS\ \left(1\right),\]

где $S$ — площадь витка с током.

Говорят, что молекулы такого вещества в магнитном поле обретают индуцированный магнитный момент. Такие молекулы становятся источниками дополнительного поля, индукция такого поля определена как:

\[\overrightarrow{B}=\frac{{\mu }_0}{4\pi }\left\{\frac{3(\overrightarrow{p_m}\cdot \overrightarrow{r})\overrightarrow{r}}{r5}-\frac{\overrightarrow{p_m}}{r3}\right\}\left(2\right).\]

Диамагнетики намагничиваются во внешнем поле в направлении противоположном внешнему полю. Магнитная восприимчивость диамагнетика меньше нуля. Причем она много меньше единицы.

Диамагнетики делятся на «классические», «аномальные» и сверхпроводники. Классические диамагнетики имеют магнитную восприимчивость $\varkappa

Парамагнетиками называют вещества, в которых движение электронов в молекулах происходит так, что молекулы имеют постоянный магнитный момент и без магнитного поля. Молекула парамагнетика сама источник магнитного поля.

В отсутствии магнитного поля магнитные моменты разных молекул ориентированы хаотично, результирующая индукция поля равна нулю, в результате тело не намагничено.

Во внешнем магнитном поле постоянные магнитные моменты молекул ориентируются по внешнему полю, образуется преимущественное направление ориентации магнитных моментов. Малые объемы вещества получают магнитные моменты, которые равны сумме магнитных моментов отдельных молекул.

Парамагнетик сам становится источником поля, он намагничивается в направлении внешнего поля. Магнитная восприимчивость ($\varkappa $) парамагнетика больше нуля, но, как и у диамагнетика весьма мала.

Парамагнетики делят на нормальные парамагнетики, парамагнитные металлы, антиферромагнетики. К группе нормальных парамагнетиков относят газы (кислород, оксид азота, платина, палладий и др.). Для этих парамагнетиков $\varkappa >0$ и она зависит от температуры по закону Кюри:

\[\varkappa =\frac{C}{T}\ (3)\]

или закону Кюри — Вейсса:

\[\varkappa =\frac{C'}{T+\triangle }\ \left(4\right),\]

где C и C' — постоянные Кюри, $\triangle $ — постоянная, которая бывает больше и меньше нуля.

У парамагнитных металлов магнитная восприимчивость не зависит от температуры. Эти металлы слабомагнитны $\varkappa \approx {10}{-6}.$

Антиферромагнетики при температуре выше некоторой температуры, которую называют точкой Кюри становятся нормальными парамагнетиками.

Намагничивание ферромагнетиков и ферримагнетиков связывают с тем, что электроны имеют магнитный момент, который имеет определенное соотношение с механическим моментом — спином.

В магнитном поле спины этих магнетиков определенным образом ориентируются. Это, как правило, кристаллические вещества. При невысокой температуре ферромагнетики обладают спонтанной намагниченностью.

Она сильно изменяется под действием внешнего поля, при деформации ферромагнетика и изменении его температуры.

Намагниченность

Для характеристики состояния намагниченного состояния магнетика используют вектор намагниченности ($\overrightarrow{J}$).

Намагниченностью ($\overrightarrow{J}$) называют физическую величину, которая равна:

\[\overrightarrow{J}=\frac{1}{\triangle V}\sum\limits_{\triangle V}{{\overrightarrow{p}}_{mi}(5)},\]

где $\triangle V$ — элементарный объем, $\overrightarrow{p_{mi}}$ — магнитные моменты молекул, суммирование осуществляется по всем молекулам в объеме $\triangle V$. Из формулы (5) можно заключить, что:

\[p_m=\overrightarrow{J}dV\left(6\right).\]

В несильных магнитных полях намагниченность диа- и парамагнетиках пропорциональна напряженности магнитного поля ($\overrightarrow{H}$):

\[\overrightarrow{J}=\varkappa {\mu }_0\overrightarrow{H\ }\left(7\right),\]

где $\varkappa $ — магнитная восприимчивость среды (магнетика).

Для парамагнетиков и диамагнетиков зависимость вектора намагниченности от напряженности магнитного поля линейна (рис.1).

Рис. 1

У ферромагнетиков наблюдается явление гистерезиса (рис 2).

Рис. 2

Напряжённость магнитного поля

Когда магнетики отсутствуют, выполняется соотношение, которое описывает возникновение магнитного поля:

\[rot\overrightarrow{B}={\mu }_0\overrightarrow{j}\left(8\right).\]

При наличии магнетиков поле порождается не только токами проводимости$\ (\overrightarrow{j)}$, но и молекулярными токами $(\overrightarrow{j_{mol})}$. Следовательно, (8) преобразуется к виду:

\[rot\overrightarrow{B}={\mu }_0\left(\overrightarrow{j}+\overrightarrow{j_{mol}}\right)={\mu }_0\overrightarrow{j}+rot\overrightarrow{J}\left(9\right).\]

Пример 1

Задание: Из какого свойства магнитного поля следует соотношение для нормальной составляющей магнитного поля при переходе через границу раздела двух магнетиков: $B_{1n}=B_{2n}?$

Решение:

На границе раздела магнетиков в отсутствии токов проводимости выполняется теорема Гаусса:

\[\oint\limits_S{\overrightarrow{B}\overrightarrow{dS}=\int\limits_V{div}\overrightarrow{B}dV=0\ \left(1.1\right).}\]

C другой стороны непосредственное вычисление потока дает нам:

\[\oint\limits_S{\overrightarrow{B}\overrightarrow{dS}=\ \left(1.2\right).}\]

Следовательно, получаем, что $B_{2n}-B_{1n}$=0

Пример 2

Задание: На границе раздела магнетиков силовые линии магнитного поля преломляются. Докажите, что закон преломления линий $\overrightarrow{B}$ имеет вид $\frac{tg\alpha }{tg\beta }=\frac{{\mu }_1}{{\mu }_2}.$

Решение:

Рис. 3

Основой для решения задачи станет тот факт, что линии индукции магнитного поля ($\overrightarrow{В}$) проходят границу раздела двух магнетиков не прерываясь (рис.3). Количество линий приходящих к площадке $\triangle S$ из магнетика с номером (1) будет равно:

\[В_1\triangle S_1=В_1\triangle Scos\alpha \ \left(2.1\right).\]

Количество линий выходящих из площадки $\triangle S$ в магнетик с номером (2) равно:

\[В_2\triangle S_2=В_2\triangle Scos\beta \ \left(2.2\right).\]

Так как линии не претерпевают разрыва, то из количества должны быть одинаковы, то есть запишем, что:

\[В_1\triangle Scos\alpha =В_2\triangle Scosв\ \ \left(2.3\right),\]

где

\[В_1cos\alpha =В_{1n},\ В_2cos\beta =В_{2n}\left(2.4\right).\]

На границе магнетиков линии магнитной индукции терпят преломление, угол между нормалью к поверхности раздела и линией магнитной индукции изменяется ($\alpha \to \beta $). Из рис 1. следует, что

\[\frac{tg\alpha }{tg\beta }=\frac{В_{1\tau }}{В_{1n}}:\frac{В_{2\tau }}{В_{2n}}\left(2.5\right).\]

А мы знаем, что:

\[\frac{В_{2\tau }}{В_{1\tau }}=\frac{{\mu }_2}{{\mu }_1},\ В_{1n}=В_{2n}\left(2.6\right),\ \]

следовательно, подставляя граничные условия для составляющих вектора магнитной индукции в (2.5) получим закон преломления линий магнитной индукции:

\[\frac{tg\alpha }{tg\beta }=\frac{В_{1\tau }}{В_{2\tau }}\cdot \frac{В_{1n}}{В_{2n}}=\frac{{\mu }_1}{{\mu }_2}.\]

Ответ: Мы получили искомый закон преломления:$\frac{tg\alpha }{tg\beta }=\frac{{\mu }_1}{{\mu }_2}.$

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/magnetiki/

������������� � �������� �������������� ��������� ����������

Магнетики

��� �������� � ������� �������� ����������� � ��� ���������, ��� ��� �������� ������������� ���������� ���������� � ������������ ������� ��������������� � ������� ��������� �����.

���������� �������� ���������, ����������� � ������� � ������ �� ��������� �������. ��������� �������� �������� ������� �� ��������� ������� �����������, ��������� ������ � �������.

������������� ��������� ����������

��������� ��������� ����� �� �������������� � ���������������.

� �������������� ������� ������������ � �������������.

� ��������������� � ��������������, �������, � ���� �������, ����� ���� �������������� � ���������������. ��������� ������� ��������� ������� ���������� ����� ���������������� ������������� ��������� ��������������.

�������������� �������� ���������, ����� (����) ������� �� �������� �������������� ��������� ��������. ������ ������������ ��������� ���� ���, ��� ������������� �� ���������� ����. � ��� ������� ����, ����, ������, ����� � ������ ���������.

��������������� �������� ���������, ����� (����) ������� �������� �������������� ��������� ��������, �� ��������� �� �������� ���������� ����. ������ ������������� ��������� ���� ���, ��� ����������� � ������������ ��������� ����. � ��� ������� ��������, �������, ������ � ������ ���������.

���������������� �������� ���������, � ������� ����������� (����������) ��������� ���� ����� � ����� � ������ ��� ��������� ��������� ��� ������� ��������� ����.

����� �������������� ���� ������� �� ������ � ����� ������� ���������������� (����������) ���������������. � ���������� �������� ���������� ����, ����������� �������� ��������������� ��������� ������� �� ���������, � �������������� ��������������� ����� ���� ����� ���� ����� ����.

���������� ��� ���� ��������� �������������� ���������������:

1. ������� ���������� �������� ��������� �������. � ������ ������ ���������� �������� ������ �������, ��������������� �������� ������ � ����������� �������� ����. ��� ������ ���� ������ ��������� � �������� �����������. ������� ���������� �������� ������� ����������� ��������� ������� ������ ��������������.

2. ������� ������������ �������� ��������� �������. � ������ ������ �������� ������ ����� ���������� �������� �� ��������� ��� �������� ���������� ����. �������� ��������� ������� ����� ���� ���������� � �������� ����������������.

����������� �������� ������ ������� �������� � ��������� ���������� ����������� � ���������� ��������� �������� �� ������������� ����.

3. �������� �������� �������. � ������ ������ ���������� ��������� �������� ������ ������� �������� � ������������ ��������� ���������. � ������� ��������� ��� ������ �������������� �� ����������� ����. ����� �����������, ����������� ������� ��������� ���������� ����������.

���������� ����� ����������� ����� ��������� ��������������: Bmax � �������� ���������; Br � ���������� ��������; Hc — ������������� (������������) ����.

��������� � ������ ���������� Hc (����� ������ �����������) � ������� ��������� �������������� ���������� ��������������.

��������� � �������� ���������� Hc (������� ������ �����������) � ������ ��������� �������������� ���������� ���������������.

��� ���������������� �������������� � ���������� ��������� ����� ������ ����������� �������� ������ �������, �� ���� �������� �����������.

��� ������ ����������� �������� �� ���������� � �������� �� �������� ����. ������ �� ���������� ��������������� ������� ����� �����������.

������ �� �������� ���� ������� �� �������������� ������������� ��������������. ��� ���� ������������� � ��� ������ ������ �� �������� ����.

������������� � �������������� ���������

� ������������� ���������� �������:

1. ���������� ������ ������ (������������������ ����������������� �����).

2. ������������������ ���������� �����.

3. ��������������� � ����������������� ������.

4. ������������� �������.

��������� �������� ����������������� ����� (���������� ������� ������) ������� �� ���������� ��������, ��������� ��������������� ������� ��-�� ����������, �������� ����� � ����������� ���������. �� ������� ������� ��������� ������������� ���������� ������ ������ � �������������� ������������ �������� �����, � �������� ��� ��������������� ����������� ���������� ������.

������������������ ���������� ����� �������� �������� ��������� ���������� ��������� �����������. ��� ����� ������ � ��������. ����������� �������� ��������� ��������� ������������ ���� � ��������� �������� �������������, �� ���� ������� ������ �� �������� ����.

�������� ������������������ �����, ������������ � ��������� ������ ��� �������, � ��������� �����, ������������ ������ � ������� — �������� ���������������, ���������������� ��� ������������ ��������������� (�����������).

�������������� ��������� ���� �� ��������� �������, ���������� ���������� ��� ������, ���� �������� �� ����.

��������������� ������ �������� �����������. ��� �������� ������� ��������� ��������� �������������� � ������� ������ ��������� �����. ��������� ��������� ��� ����������� �������������� ������� ���������������, ��������� � ����.

������� ������������ ����� ��������� �������� � ������� �������� ��������������, � 1010 ��� ����������� ������������� ������. ������� ��������� � ��������������� �����, ��� ��� �� ��������� ������������� ����������� �� ��������� � ����������� �������.

����������� �������� �������� �� ������ �������� ��������� � ������ ������������ ���������. ������� ������� ���������, ��� �������, � ������������� �����������.

� �������������� ���������� �������:

1. ����� �������������� ��������� �� ������ ������� Fe-Ni-Al.

2. ���������� �������������� ���������, ���������� ����� ����������� �������� � ����������� ���������������.

3. �������������� �������. �������������� ��������� � ��� ��������� ��� ���������� ��������, �������������� � ����������������� � ������ ������������������ �����������, � ������� ��������� ���������� ��������� ����.

Источник: http://ElectricalSchool.info/spravochnik/material/316-klassifikacija-i-osnovnye.html

Магнетики = диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики

Магнетики
Магнитные материалы, Магнетики — материалы, вступающие во взаимодействие с магнитным полем, выражающееся в его изменении, а также в других физических явлениях — изменение физических размеров, температуры, проводимости, возникновению электрического потенциала и т. д.

В этом смысле к магнетикам относятся практически все вещества (поскольку ни у какого из них магнитная восприимчивость не равна нулю точно), большинство из них относится к классам диамагнетиков (имеющие небольшую отрицательную магнитную восприимчивость — и несколько ослабляющие магнитное поле) или парамагнетиков (имеющие небольшую положительную магнитную восприимчивость — и несколько усиливающие магнитное поле); более редко встречаются ферромагнетики (имеющие большую положительную магнитную восприимчивость — и намного усиливающие магнитное поле), о ещё более редких классах веществ по отношению к действию на них магнитного поля.
Классификация магнитных материалов и требования к нимМагнитными веществами, или магнетиками, называются вещества, обладающие магнитными свойствами. Под магнитными свойствами понимается способность вещества приобретать магнитный момент, т.е. намагничиваться при воздействии на него магнитного поля. В этом смысле все вещества в природе являются магнетиками, так как при воздействии магнитного поля приобретают определенный магнитный момент. Этот результирующий макроскопический магнитный момент М представляет собой сумму элементарных магнитных моментов mi — атомов данного вещества. Элементарные магнитные моменты могут быть либо наведены магнитным полем, либо существовать в веществе до наложения магнитного поля; в последнем случае магнитное поле вызывает их преимущественную ориентацию.Магнитные свойства различных материалов объясняются движением электронов в атомах, а также тем, что электроны и атомы имеют постоянные магнитные моменты.Вращательное движение электронов вокруг ядер атомов аналогично действию некоторого контура электрического тока и создает магнитное поле, которое на достаточном расстоянии представляется как поле магнитного диполя с магнитным моментом, значение которого определяется произведением тока и площади контура, который ток обтекает. Магнитный момент является векторной величиной и направлен от южного полюса к северному. Такой магнитный момент называется орбитальным. Сам электрон имеет магнитный момент, который называется спиновым магнитным моментом.Атом представляет собой сложную магнитную систему, магнитный момент которой является результирующей всех магнитных моментов электронов, протонов и нейтронов. Так как магнитные моменты протонов и нейтронов существенно меньше, чем магнитные моменты электронов, магнитные свойства атомов по существу определяются магнитными моментами электронов. У имеющих техническое значение материалов это прежде всего спиновые магнитные моменты.Результирующий магнитный момент атома при этом определяется векторной суммой орбитальных и спиновых магнитных моментов отдельных электронов в электронной оболочке атомов. Эти два вида магнитных моментов могут быть частично или полностью взаимно скомпенсированы.

В соответствии с магнитными свойствами материалы делятся на следующие группы:

а) диамагнитные (диамагнетики),б) парамагнитные (парамагнетики),в) ферромагнитные (ферромагнетики),г) антиферромагнитные (антиферромагнетики),д) ферримагнитные (ферримагнетики),е) метамагнитные (метамагнетики).

А) Диамагнетики

Диамагнетизм проявляется в намагничивании вещества навстречу направлению действующего на него внешнего магнитного поля.Диамагнетизм свойствен всем веществам. При внесении какого-либо тела в магнитное поле в электронной оболочке каждого его атома, в силу закона электромагнитной индукции, возникают индуцированные круговые то­ки, т. е.

добавочное круговое движение электронов вокруг направления магнитного поля. Эти токи создают в каждом атоме индуцированный магнитный момент, направленный, согласно правилу Ленца, навстречу внешнему магнитному полю (независимо от того, имелся ли первоначально у атома собственный магнитный момент или нет и как он был ориентирован).

У чисто диамагнитных веществ электронные оболочки атомов (молекул) не обладают постоянным маг­нитным моментом. Магнитные моменты, создаваемые отдельными электронами в таких атомах, в отсутствие внешнего маг­нитного поля взаимно скомпенсированы.

В частности, это имеет место в атомах, ионах и молекулах с целиком заполнен­ными электронными оболочками в атомах инертных газов, в молекулах водорода, азота. Удлинённый образец диамагнетика в однородном магнитном поле ориентиру­ется перпендикулярно силовым линиям поля (вектору напряженности поля).

Из неоднородного магнитного поля он вытал­кивается в направлении уменьшения напряжённости поля. Индуцированный магнитный момент I, приобретаемый 1 молем диамагнитного вещества, пропорционален напряженности внешнего поля H, т.е. I=χН. Коэффициент χ называется молярной диамагнитной восприимчивостью и имеет отрицательный знак (т.к.

I и H направлены навстречу друг другу). Обычно абсолютная величина χ мала (~10-6), например для 1 моля гелия χ = -1,9·10-6. Классическими диамагнетиками являются так называемые инертные газы (He, Ne, Ar, Kr и Xe), атомы которых имеют замкнутые внешние электронные оболочки.

К диамагнетикам также относятся: инертные газы в жидком и кристаллическом состояниях; соединения, содержащие ионы, подобные атомам инертных газов (Li+, Be2+ , Al3+ , O2- и т.д.); галоиды в газообразном, жидком и твердом состояниях; некоторые металлы (Zn, Au, Hg и др.).

Диамагнетиками, точнее сверхдиамагнетиками, с χД = — (1/4) ≈ 0,1, являются сверхпроводники; у них диамагнитный эффект (выталкивание внешнего магнитного поля) обусловлен поверхностными макроскопическими токами. К диамагнетикам относится большое число органических веществ, причём у многоатомных соединений, особенно у циклических (ароматических и др.), магнитная восприимчивость анизотропна (таблица 6.1).

Таблица 6.1 — Диамагнитная восприимчивость ряда материалов

Б) ПарамагнетикиПарамагнетизм – свойство веществ (парамагнетиков) намагничиваться в направлении внешнего магнитного поля, и, в отличие от ферро-, ферри- и антиферромагнетизма, парамагнетизм не связан с магнитной атомной структурой, а в отсутствие внешнего магнитного поля намагниченность парамагнетика равна нулю. Парамагнетизм обусловлен в основном ориентацией под действием внешнего магнитного поля Н собственных магнитных моментов µ частиц парамагнетического вещества (атомов, ионов, молекул). Природа этих моментов может быть связана с орбитальным движением электронов, их спином, а также (в меньшей степени) со спином атомных ядер. При µН « kТ, где Т – абсолютная температура, намагниченность парамагнетика М пропорциональна внешнему полю: М=χН, где χ – магнитная восприимчивость. В отличие от диамагнетизма, для которого χ < 0, при парамагнетизме восприимчивость положительна; её типичная величина при комнатной температуре (Т ≈ 293 К) составляет 10-7 – 10-4. Парамагнетик – магнетик с преобладанием парамагнетизма и отсутствием магнитного атомного порядка. Парамагнетик намагничивается в направлении внешнего магнитного поля, т.е. имеет положительную магнитную восприимчивость, которая в слабом поле при не очень низкой температуре (т.е. вдали от условий магнитного насыщения) не зависит от напряженности поля. Поскольку свободная энергия парамагнетика понижается в магнитном поле, при наличии градиента поля он втягивается в область с более высоким значением напряжённости магнитного поля. Конкуренция диамагнетизма, появление дальнего магнитного порядка или сверхпроводимости ограничивают область существова­ния вещества в парамагнитном состоянии. Парамагнетик содержит, по крайней мере, один из перечисленных ниже типов носителей парамагнетизма. а) Атомы, молекулы или ионы с некомпенсированными магнитными моментами в основном или возбуждённом состояниях с энергией возбуждения Ei

Источник: https://96kw.blogspot.com/2016/02/blog-post.html

Механизм намагничивания и разновидности магнетиков

Выделяют такие виды магнетиков:

  • диамагнетики;
  • парамагнетики;
  • ферромагнетики;
  • ферримагнетики.

Также сюда относят антиферромагнетики, хотя они и лишены возможности формировать в пространстве магнитное поле.

Интенсивности намагничивания свойственно то, что каждый элемент объема вещества обзаводится магнитным моментом.

Определение

Диамагнетики — это вещества, в которых в случае внесения во внешнее магнитное поле в атомах и молекулах наблюдается изменение движения электронов, вследствие чего формируется ориентированный ток кругового типа.

Данному току свойственен магнитный момент:

, где S является площадью витка с током.

В магнитном поле молекулы данного вещества обзаводятся индуцированным магнитным моментом, выступая в качестве источника дополнительного поля, чья индукция определяется как:

.

Диамагнетики попадает под магнитное воздействие во внешнем поле относительно к противоположному полю извне. Его магнитная восприимчивость находится на отметке меньше нуля и ощутимо меньше единицы. Диамагнетики подразделяются на сверхпроводники, а также «аномальные» и «классические» разновидности. Классическим диамагнетикам свойственна магнитная восприимчивость.

Парамагнетики — это те вещества, внутри которых электроны в молекулах перемещаются таким образом, что молекулы обзаводятся постоянным магнитным моментом и не обладают магнитным полем.

Молекула данного вещества — это источник магнитного поля, без которого моменты тех или иных молекул обладают хаотичностью, результирующая индукция соответствует нулю, а тело не намагничено.

Во внешнем поле регулярные магнитные моменты молекул определяются внешнем полем, в результате чего формируется актуальное направление ориентации моментов. Небольшие объемы вещества обзаводятся магнитными моментами, соответствующими сумме магнитных моментов конкретных молекул.

Парамагнетик в итоге выступает в качестве источника поля, намагничиваясь по направлению к полю извне. Магнитная восприимчивость вещества превышает нуль, но, по аналогии с диамагнетиком, она довольно мала.

Парамагнетики подразделяются на нормальные, металлы, а также антиферромагнетики. К нормальным парамагнетикам относятся такие газы как оксид азота, платина, кислород, палладий и прочие. Для этих парамагнетиков ,зависящая от температурного показателя по закону Кюри:

либо согласно закону Кюри — Вейсса:

,

где C и C' являются постоянными Кюри, а △ — постоянной, которая меньше и больше нуля.

Если говорить о металлах парамагнитного типа, то их магнитная восприимчивость независима от температуры. Данные металлы относятся к слабомагнитным .

Антиферромагнетики преобразуются в нормальные парамагнетики, при температуре выше некоторого температурного значения (точка Кюри).

Процесс намагничивания ферримагнетиков и ферромагнетиков объясняется наличием магнитного момента у электронов. Момент обладает конкретным соотношением с механическим моментом (спин). Спины в магнитном поле данных магнетиков ориентируются конкретным образом.

Обычно, это кристаллические вещества. При невысоком температурном значении ферромагнетикам свойственна спонтанная намагниченность, сильно меняющаяся под влиянием внешнего поля, при деформации ферромагнетика, а также изменении его температурного значения.

Что такое намагниченность?

Для того чтобы описать состояние намагниченности магнетика прибегают к вектору намагниченности ().

Намагниченность это физическая величина, которая равна:

,

где △V является элементарным объемом, а магнитными молекулярными моментами. Суммирование происходит по каждой имеющейся в объеме △V молекуле. Отталкиваясь от формулы (5) можно отметить, что:

,

В слабых магнитных полях намагниченность парамагнетиков и диамагнетиков пропорциональна напряженности поля ().

,

где ϰ является магнитной восприимчивостью магнетика.

Для магнетиков (парамагнетики, диамагнетики) корреляция вектора намагниченности является линейной относительно напряженности поля (первый рисунок).

Ферромагнетикам характерно явление гистерезиса (второй рисунок).

Напряженность поля

При отсутствии магнетиков производится соотношение, указывающее на формирование магнитного поля:

.

Если магнетики присутствуют, порождение поля осуществляется не только благодаря токам проводимости , но и молекулярным токам . Отсюда можно вывести следующее преобразование:

.

Первый пример

Задание: Какое из свойств магнитного поля послужило основой соотношения для составляющей поля при переходе через границу раздела пары магнетиков:.

Решение

При отсутствии токов проводимости на границе раздела магнетиков прибегают к теореме Гаусса:

.

При этом за счет вычисления потока:

.

Как результат, получаем, что .

Второй пример

Задание: На границе раздела веществ наблюдается преломление силовых линий поля. Необходимо доказать, что закон преломления линий имеет вид .

Решение

В основу решения будет взят факт того, что линии индукции беспрерывно пересекают границу разделы пары магнетиков. Число приводящих к площади S линий из магнетика (номер 1), будет равно:

.

Число линий, которые выходят из площадки △S в магнетик (номер 2) равно:

.

Поскольку линии не разрываются, отсюда следует:

.

где

.

Линии магнитной индукции преломляются на границе магнетиков, а угол между линией индукции и нормалью к поверхности изменяется. Согласно первому рисунку:

.

А нам известно следующее:

.

Подставив граничные значения для компонентов вектора индукции (уравнение под номером 2.5) получаем следующее

Ответ: нам удалось доказать, что закон преломления имеет вид .

Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/magnetiki/

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики

Магнетики

Все вещества в зависимости от выраженности магнитных свойств делятся на сильномагнитные и слабомагнитные. Магнетики можно разделить по видам механизма, вызывающего намагничивание.

Что такое диамагнетики

Диамагнетики являются слабомагнитными веществами: они не магнитятся, если на них не действует магнитное поле.

Определение 1

Если парамагнетики внести во внешнее магнитное поле, то в их атомах начинается движение электронов, порождающее ориентированный круговой ток.

Этот ток обладает собственным магнитным моментом ρm.

Круговой ток, в свою очередь, порождает магнитную индукцию, дополнительную по отношению к внешним полям. Вектор этой индукции направлен против внешнего поля. Силу воздействия внешнего поля можно найти так:

Любое вещество может проявлять свойство диамагнетизма. Величина магнитной проницаемости диамагнетиков обычно приравнивается к единице (отклонение незначительно). В случае с жидкостями и твердыми телами величина восприимчивости равна примерно 5-10, у газов она заметно меньше. Данный показатель не имеет прямой связи с температурой – этот факт подтвержден экспериментально П. Кюри.

Диамагнетики бывают следующих видов:

  • классические;
  • аномальные;
  • сверхпроводники.

Если магнитное поле несильное, то величина намагниченности диамагнетика прямо пропорциональна напряженности магнитного поля H→.

Ниже представлена схема, которая наглядно показывает данную зависимость в случае с классическими диамагнетиками (в слабом магнитном поле):

Рисунок 1

Что такое парамагнетики

Парамагнетики также являются слабомагнитными веществами. Их молекулы характеризуются наличием постоянного магнитного момента pm→. Его энергию во внешнем поле можно вычислить так:

Если направления векторов B→ и pm→ совпадут, то величина энергии будет минимальной.

Определение 2

Если мы внесем парамагнетик во внешнее магнитное поле, то магнитные моменты получат преимущественную ориентацию в направлении поля, соответствующую распределению Больцмана.

Иными словами, вещество намагничивается: дополнительное поле усиливается за счет совпадения с внешним. При этом угол между векторами остается неизменным.

Смена ориентации магнитных моментов по распределению Больцмана связана со столкновениями и взаимодействием атомов между собой. В отличие от диамагнетиков, магнитная восприимчивость парамагнетиков меняется в зависимости от температуры в соответствии с законом Кюри или законом Кюри-Вейсса.

В формуле дельтой обозначена постоянная, которая может быть и больше 0, и меньше. 

Величина магнитной восприимчивости парамагнетика больше 0, но незначительно. Выделяют следующие виды парамагнетиков:

  • нормальные;
  • парамагнитные металлы;
  • антиферромагнетики.

Второй тип парамагнетиков не обнаруживает связи магнитной восприимчивости с температурой. Такие металлы являются слабомагнитными при χ≈10-6.

Парамагнетические вещества характеризуются наличием парамагнитного резонанса. Возьмем внешнее магнитное поле с помещенным в него парамагнетиком.

Как мы уже писали выше, в нем создается дополнительное магнитное поле с вектором индукции, направленным перпендикулярно вектору постоянного поля.

При взаимодействии дополнительного поля с магнитным моментом атома создается так называемый момент сил M→.

Данный момент стремится к смене угла между pm→ и B→.

Определение 3

При совпадении частоты прецессии с частотой переменного магнитного поля момент сил, создаваемый этим полем, будет либо постоянно увеличивать указанный угол, либо постоянно уменьшать. Это называется явлениемпарамагнитного резонанса.

Если магнитное поле слабое, то намагниченность в парамагнетиках будет пропорциональна напряженности поля и может быть выражена следующей формулой:

Рисунок 2

Что такое ферромагнетики

В отличие от двух перечисленных выше магнетиков, ферромагнетики являются сильномагнитными веществами.

Определение 4

Ферромагнетики – это вещества с высокой магнитной проницаемостью, зависящей от внешнего магнитного поля.

Данные вещества могут иметь так называемую остаточную намагниченность. Выразить зависимость восприимчивости ферромагнетиков от напряженности внешнего магнитного поля можно с помощью функции. Она представлена на схеме ниже:

Рисунок 3

Намагниченность ферромагнетика имеет пределы насыщения. Это указывает нам на природу возникновения намагниченности в таких веществах: она образуется путем смены ориентации магнитных моментов вещества. Для ферромагнетиков также характерно такое явление, как гистерезис.

В магнитном отношении все ферромагнетики делят на мягкие и жесткие. Первые из них имеют высокую магнитную проницаемость и способны легко намагничиваться и размагничиваться.

Они имеют широкое применение в электротехнических приборах, основанных на работе переменных полей (например, трансформаторов). Жесткие ферромагнетики имеют сравнительно небольшую проницаемость и намагничиваются трудно.

Их используют при производстве постоянных магнитов.

Пример 1

Условие: на схеме выше (рис. 3) показана кривая намагниченности ферромагнетика. Постройте кривую, выражающую зависимость B(H) и определите, возможно ли насыщение для магнитной индукции. Поясните свой вывод.

Решение

Мы знаем отношение вектора магнитной индукции к вектору намагниченности.

B→=J→+μ0H→.

Из этого можно сделать вывод, что насыщения кривая B(H) иметь не может. Создадим график зависимости напряженности внешнего поля от индукции магнитного поля в соответствии с рисунком выше. Мы получили схему, называемую кривой намагничивания:

Рисунок 4

Ответ: кривая индукции не имеет насыщения.

Пример 2

Условие: выведите формулу восприимчивости парамагнетика при условии, что механизм его намагничивания точно такой же, как механизм электризации полярных диэлектриков. Среднее значение магнитного момента молекул в проекции на ось Z обозначается формулой ρmz=ρmL(β).

Здесь L(β)=cth(β)-1β означает функцию Ланжевена при β=ρmBkT.

Решение

Взяв высокие температуры и небольшие поля, получим следующее:

ρmB≪kT,→β≪1.

Значит, если β≪1cthβ=1β+β3-β345+…, можно ограничить функцию линейным членом и получить, что:

ρmB≪kT,→β≪1.

Возьмем нужную формулу и подставим в нее полученное значение:

ρmz=ρmρmB3kT=ρm2B3kT.

Зная, как связаны между собой напряженность магнитного поля и его индукция, а также приравняв магнитную проницаемость парамагнетика к 1, получим следующее:

ρmz=ρm2μ0H3kT.

В итоге формула намагниченности будет выглядеть так:

J=nρmz=ρm2μ0H3kTn.

Поскольку модуль намагниченности связан с модулем вектора (J=χH), мы можем записать результат:

χ=ρm2м0n3kT.

Ответ: χ=ρm2м0n3kT.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Источник: https://Zaochnik.com/spravochnik/fizika/magnitnoe-pole/klassifikatsija-magnetikov/

Booksm
Добавить комментарий