Меню

Диамагнетики парамагнетики ферромагнетики таблица



Диа- пара- и ферромагнетики

  • Что такое магнетики
  • Классификация по магнитной проницаемости
  • Диамагнетики, описание
  • Парамагнетики, описание
  • Ферромагнетики, описание
  • Отличия диа- пара- и ферромагнетиков

Что такое магнетики

Магнетиками называются вещества, способные изменяться под действием магнитного поля таким образом, что преобразуются в источники магнитного поля.

В процессе приобретения свойств магнетика материалы характеризуются индукцией магнитного поля, равной сумме индукций внешнего и внутреннего магнитных полей. Такое явление получило название намагничивание.

В 1831 М.Фарадеем был открыт закон электромагнитной индукции. Ученый первым определил понятие магнитного поля и открыл магнетики в 1845 году.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Классификация по магнитной проницаемости

Все материалы отличаются по магнитным свойствам. В зависимости от степени их проявления вещества классифицируются на следующие категории:

  • сильномагнитные;
  • слабомагнитные.

Общепринятым является деление магнетиков, исходя из механизма намагничивания. Состояние намагниченности вещества определяют с помощью вектора намагниченности, обозначаемого \($$\bar$$\)

Намагниченность материала является физической величиной и определяется по формуле:

где \($$<\Delta V>$$\) обозначает элементарный объем, \($$<\vec>$$\) представляет собой магнитные молекулярные моменты.

Суммирование выполняется с учетом каждой молекулы, которая присутствует в объеме \($$\Delta V$$\) . Исходя из данной формулы, можно представить следующее уравнение:

Парамагнетики и диамагнетики при помещении в слабые магнитные поля обладают намагниченностью, которая является пропорциональной величиной напряженности поля, обозначаемой \($$\vec$$\) . Для парамагнетиков и диамагнетиков корреляция вектора намагниченности представляет собой линейный параметр в соотношении с напряженностью поля.

В ситуации, когда магнетики отсутствуют, магнитное поле формируется следующим образом:

При появлении магнетиков магнитное поле образуется с помощью токов проводимости и молекулярных токов. В этом случае формула будет преобразована:

Диамагнетики, описание

Диамагнетиками называют вещества, в которых наблюдается изменение вектора движения электронов, составляющих атомы и молекулы, при воздействии внешнего магнитного поля, что приводит к образованию ориентированного тока кругового характера.

Магнитный момент в этом случае определяется следующим образом:

S представляет собой площадь витка с током.

В условиях существования магнитного поля молекулы материала обладают индуцированным магнитным моментом. Они играют роль источника дополнительного поля, индукцию которого можно определить по формуле:

На диамагнетические материалы внешнее поле воздействует относительно к противоположному магнитному полю извне. Показатели магнитной восприимчивости меньше ноля и значительно меньше, чем единица. Диамагнетики классифицируют на следующие виды:

  • классические;
  • аномальные;
  • сверхпроводники.

К классическим диамагнетикам относят инертные газообразные вещества с замкнутыми внешними электронными оболочками:

  • гелий;
  • неон;
  • аргон;
  • криптон;
  • ксенон.

Диамагнетиками также являются:

  • инертные газы с жидкими и кристаллическими структурами;
  • соединения с ионами, которые подобны атомам инертных газов;
  • газообразные, жидкие, твердые галоиды;
  • некоторые разновидности металлов, включая цинк, золото, ртуть.

Сверхпроводники относятся к категории сверхдиамагнетиков. Данные материалы характеризуются диамагнитным эффектом, обусловленным наличием поверхностных макроскопических токов. В группу диамагнетических веществ включены органические соединения. Для многоатомных материалов данного вида характерна анизотропность магнитной восприимчивости.

Парамагнетики, описание

Парамагнетиками называют вещества с молекулами, обладающими стабильным магнитным моментом без магнитного поля в электронах.

В параманетических материалах молекулы являются источником магнитного поля, в отсутствии которого наблюдается хаотичность моментов тех или иных молекул. Значение результирующей индукции в этом случае будет соответствовать нулевой отметке, а предмет являться не намагниченным. Образование актуального направления ориентации моментов связано с определением регулярных магнитных моментов молекул внешним полем. Для небольших объемов веществ характерны магнитные моменты, которые складываются из магнитных моментов определенных молекул. В результате парамагнетический материал преобразуется в источник магнитного поля, намагничиваясь в соответствии с направлением к внешнему полю. Показатели магнитной восприимчивости парамагнетика достаточно малы, но больше ноля.

Определение парамагнетизма впервые было представлено в 1845 году Майклом Фарадеем. Ученый классифицировал все вещества, за исключением ферромагнитных, на диамагнетики и парамагнетики.

Основные виды парамагнетиков:

  • нормальные;
  • металлы;
  • антиферромагнетики.

К первой группе парамагнетических веществ относятся:

  • оксид азота;
  • платина;
  • кислород;
  • палладий.

Парамагнитные металлы обладают важной особенностью: их магнитная восприимчивость не определяется температурой. Это слабомагнитные вещества. Если температура антиферромагнетических материалов превышает значение в точке Кюри, то такие вещества преобразуются в нормальные парамагнетики.

Ферромагнетики, описание

Ферромагнетиками называют вещества, для которых характерна высокая магнитная проницаемость, определяемая внешним магнитным полем.

Ферримагнетики и ферромагнетики намагничиваются, благодаря наличию магнитного момента в электронах. Момент характеризует конкретное соотношение с механическим моментом (спин). Ориентация спинов под действием магнитного поля происходит определенным образом. Как правило, такие магнетики являются кристаллическими веществами. Спонтанная намагниченность у ферромагнетиков наблюдается при невысокой температуре. Данный показатель может кардинально меняться в следующих условиях:

  1. Воздействие внешнего магнитного поля.
  2. Деформационные нагрузки на материал.
  3. Перепады температуры.

Ферромагнетики относятся к сильномагнитным веществам. Такие материалы могут характеризоваться остаточной намагниченностью. Степень намагниченности ферромагнетических веществ обладает пределами насыщения, что говорит о природе ее возникновения. Намагниченность происходит в результате изменения векторов магнитных моментов вещества. Ферромагнетики также подвержены гистерезису.

  • мягкие;
  • жесткие.

Первая группа ферромагнетических материалов характеризуется высокой магнитной проницаемостью и способностью к быстрому намагничиванию или размагничиванию. Такие материалы широко востребованы в производстве электротехнического оборудования и приборов, принцип работы которых базируется на взаимодействии переменных полей. К примеру, к подобным агрегатам относятся трансформаторы. Жесткие ферромагнетические вещества обладают небольшой проницаемостью. Такие материалы достаточно сложно намагничивать. Благодаря уникальным свойствам, ферромагнетики жесткого типа используются для изготовления постоянных магнитов.

Примеры ферромагнетических веществ:

  • переходные элементы железа, кобальта, никеля;
  • редкоземельные металлы, включая гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий;
  • бинарные и многокомпонентные сплавы металлов и их соединений, включая хром, марганец, сплавы Гейслера;
  • металлические сплавы актиноидов;
  • сильно разбавленные растворы замещения парамагнитных атомов железа или кобальта в диамагнитной матрице палладия;
  • аморфные или метастабильные сплавы и соединения металлов;
  • аморфные полупроводники;
  • обычные органические и неорганические стекла, халькогениды, включая сульфиды, селениды, теллуриды.

Отличия диа- пара- и ферромагнетиков

Магнетиками являются вещества, которые взаимодействуют с магнитным полем. В результате происходит его изменение, и могут наблюдаться преобразования в других физических явлениях:

  • габаритные размеры;
  • температура;
  • проводимость;
  • электрический потенциал.

Исходя из данного факта, к магнетикам можно отнести практически все материалы, что связано с их магнитной восприимчивостью, отличной от ноля. Вещества обладают определенным характером взаимодействия с магнитным полем. Этим объясняются их отличия:

  1. Диамагнетики характеризуются небольшой отрицательной магнитной восприимчивостью, способны в определенной степени ослаблять магнитное поле.
  2. Парамагнетики обладают небольшой положительной магнитной восприимчивостью, могут усиливать магнитное поле.
  3. Ферромагнетики – редкий класс магнетических веществ с большой положительной магнитной восприимчивостью, способностью значительно усиливать магнитное поле.
Читайте также:  Таблица соответствия мощности энергосберегающей лампы и светодиодной лампы

Источник

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики

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.

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

Этот ток обладает собственным магнитным моментом ρ m .

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):

Что такое диамагнетики

Что такое парамагнетики

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

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

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 p m → и B → .

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 явлением парамагнитного резонанса.

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

Что такое парамагнетики

Что такое ферромагнетики

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

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:

Что такое ферромагнетики

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.

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.

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:

Что такое ферромагнетики

Ответ: кривая индукции не имеет насыщения.

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 » open=» ρ m z = ρ m L ( β ) .

Здесь L ( β ) = c t h ( β ) — 1 β означает функцию Ланжевена при β = ρ m B k T .

Решение

Взяв высокие температуры и небольшие поля, получим следующее:

ρ m B ≪ k T , → β ≪ 1 .

Значит, если β ≪ 1 c t h β = 1 β + β 3 — β 3 45 + . . . , можно ограничить функцию линейным членом и получить, что:

ρ m B ≪ k T , → β ≪ 1 .

Возьмем нужную формулу и подставим в нее полученное значение:

» open=» ρ m z = ρ m ρ m B 3 k T = ρ m 2 B 3 k T .

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

» open=» ρ m z = ρ m 2 μ 0 H 3 k T .

В итоге формула намагниченности будет выглядеть так:

J = n » open=» ρ m z = ρ m 2 μ 0 H 3 k T n .

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

Источник

Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики

Диамагнетизм (от греч. dia – расхождение и магнетизм) — свойство веществ намагничиваться навстречу приложенному магнитному полю.

Диамагнетиками называются вещества, магнитные моменты атомов которых в отсутствии внешнего поля равны нулю, т.к. магнитные моменты всех электронов атома взаимно скомпенсированы, т.е в отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики не магнитны. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I (а каждая единица объёма — намагниченность M), пропорциональный магнитной индукции B и направленный навстречу полю. Поэтому магнитная восприимчивость у диамагнетиков всегда отрицательна. По абсолютной величине диамагнитная восприимчивость χ мала и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и от температуры.

История

В 1777 году C. Дж. Бергман стал первым человеком, заметившим, что висмут и сурьма отталкиваются магнитным полем. Однако термин «диамагнетизм» был введен позже (в сентябре 1845 года) Майклом Фарадеем, когда он понял, что все материалы в природе обладают в некоторой степени диамагнитным характером ответа на приложенное к ним магнитное поле.

Читайте также:  Футбол таблица матчей кубка уефа

Вещества — диамагнетики

Магнитная восприимчивость некоторых диамагнетиков (в нормальных условиях)
Вещество Магнитная восприимчивость, χ·10 -6
Азот, N2 −12,0
Водород, Н2 −4,0
Германий, Ge −7,7
Кремний, Si −3,1
Вода (жидкая), Н2O −13,0
Поваренная соль, NaCI −30,3
Ацетон, С3Н6О −33,8
Глицерин, С3Н8О3 −57,1
Нафталин, С10Н8 −91,8
Висмут, Bi, металл −170
Пиролитический графит, П, С −85
Пиролитический графит, ⊥, С −450

Диамагнетики: инертные газы, азот, водород, кремний, фосфор, висмут, цинк, медь, золото, серебро, а также многие другие, как органические, так и неорганические, соединения.

Человек в магнитном поле ведет себя как диамагнетик, то есть отталкивается от магнитного поля.

Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H). Парамагнетики притягиваются магнитом, втягиваются в магнитное поле. В отсутствие внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен.

Антиферромагнетики — магнитные моменты вещества направлены противоположно и равны по силе. Антиферромагнетики практически не притягиваются и ведут себя как слабые парамагнетики.

Металл Хим. символ Атомный номер Плотн. г/(см^3) Тплав. °С Уд. теплоемк. Дж/(кг*°К) Уд. теплопр. Вт/(м*°К) Тепл. коэф лин. расш. (10^6)/°К Число Бринеля Уд. сопрот. мкОм*м Магнитные свойства
Алюминий Al 13 2.7 660 923 218 21 25 0.026 Парамагнетик
Барий Ba 56 3.75 710 285 19 4.2 0.5 Парамагнетик
Берилий Be 4 1.84 1280 1800 184 12 61 0.041 Диамагнетик
Ванадий V 23 6.11 1900 503 31 8.3 64 0.248 Парамагнетик
Висмут Bi 83 9.8 271 126 8.4 13.3 9.6 1.16 Диамагнетик
Вольфрам W 74 19.3 3400 142 167 4.4 262 0.055 Парамагнетик
Гадолиний Gd 64 7.89 1310 8.8 9.7 1.4 Ферромагнетик
Галлий Ga 31 5.92 30 336 29.3 18.1 6.1 0.136 Диамагнетик
Гафний Hf 72 13.29 2220 138 22 5.9 173 0.351 Парамагнетик
Железо Fe 26 7.87 1540 453 73.3 10.7 50 0.097 Ферромагнетик
Золото Au 79 19.3 1063 134 312 14 18 0.0225 Диамагнетик
Индий In 49 7.3 156 239 72 28.4 0.9 0.09 Диамагнетик
Иридий Ir 77 22.4 2410 130 146 6.5 170 0.054 Парамагнетик
Иттрий Y 39 4.47 1525 310 14.6 9.3 60 0.65 Парамагнетик
Кадмий Cd 48 8.65 320.9 231 92.8 29 21 0.074 Диамагнетик
Калий K 19 0.86 63 754 97 83.3 0.04 0.065 Парамагнетик
Кальций Ca 20 1.53 851 650 98 18.5 17 0.04 Парамагнетик
Кобальт Co 27 8.85 1500 445 69.5 13.5 102 0.064 Ферромагнетик
Лантан La 57 6.18 920 188 13.8 5.2 37 0.568 Парамагнетик
Литий Li 3 0.53 180 3285 71 56 0.086 Парамагнетик
Магний Mg 12 1.74 651 1040 170 27 30 0.045 Парамагнетик
Марганец Mn 25 7.44 1244 477 66.7 22.3 196 1.85 Антиферромагн.
Медь Cu 29 8.92 1083 386 406 16.6 35 0.017 Диамагнетик
Молибден Mo 42 10.2 2620 272 150 5.3 153 0.05 Парамагнетик
Натрий Na 11 0.97 98 1220 134 72 0.07 0.042 Парамагнетик
Никель Ni 28 8.96 1453 440 75.5 13.2 68 0.068 Ферромагнетик
Ниобий Nb 41 8.57 2470 268 50 7.2 75 0.15 Парамагнетик
Олово Sn 50 7.29 231.9 226 63.1 23 5.2 0.113 Парамагнетик
Осмий Os 76 22.5 3000 129 4.6 400 0.095 Парамагнетик
Палладий Pd 46 12.02 1552 243 70.7 9.5 46 0.108 Парамагнетик
Платина Pt 78 21.45 1773 134 71.1 9.5 40 0.098 Парамагнетик
Рений Re 75 21.02 3180 138 52 6.7 135 0.214 Парамагнетик
Родий Rh 45 12.48 1970 247 88 8.5 102 0.043 Парамагнетик
Ртуть Hg 80 13.5 -39 138 7.9 182 0.958 Диамагнетик
Рубидий Rb 37 1.53 39 335 35.6 90 0.022 0.12 Парамагнетик
Рутений Ru 44 12.4 2250 239 9.1 220 0.075 Парамагнетик
Свинец Pb 82 11.34 327 130 35 28.3 3.9 0.19 Диамагнетик
Серебро Ag 47 10.49 960.5 235 453 18.6 25 0.015 Диамагнетик
Скандий Sc 21 3 1540 545 11.3 11.4 75 0.66 Парамагнетик
Стронций Sr 38 2.63 770 737 21 14 0.227 Парамагнетик
Таллий Tl 81 11.85 303 147 35 28 2.7 0.18 Диамагнетик
Тантал Ta 73 16.6 3000 150 50 6.6 47 0.124 Парамагнетик
Титан Ti 22 4.52 1670 550 21.9 8.1 73 0.47 Парамагнетик
Торий Th 90 11.6 1750 113 37 11.5 41 0.13 Парамагнетик
Уран U 92 19.05 1130 26.7 14 244 0.3 Парамагнетик
Хром Cr 24 7.19 1900 462 88.6 6.2 114 0.13 Антиферромагн.
Цезий Cs 55 1.9 28 220 18.4 97 0.015 0.19 Парамагнетик
Церий Ce 58 6.78 795 210 10.9 7.1 20 0.75 Парамагнетик
Цинк Zn 30 7.14 419.5 336 113 30 42 0.059 Диамагнетик
Цирконий Zr 40 6.5 1855 277 29.5 6.3 66 0.41 Парамагнетик

Диамагнитная левитация

Диамагнитная левитация имеет ту же природу что и эффект Мейснера (полное вытеснение магнитного поля из материала), она наблюдается при гораздо более сильных полях, но зато не требует предварительного охлаждения. Некоторые опыты доступны любителям. Например, редкоземельный магнит с индукцией около 1 Тл может висеть между двух пластин висмута. В поле с индукцией 11 Тл можно стабилизировать и удерживать маленький магнит в воздухе между пальцами не касаясь его.

Магнитная восприимчивость материалов

Магнитная восприимчивость χ для изотропных тел определяется выражением

Источник

Диамагнетики парамагнетики ферромагнетики таблица

Магнетики — вещества, обладающие магнитными свойствами. Магнетиками являются все вещества, поскольку согласно гипотезе Ампера, магнитные свойства создаются элементарными токами (движением электрона в атоме).

Электрон, вращающийся по замкнутой орбите, представляет собой ток, направление которого противоположно движению электрона. Тогда это движение создает магнитное поле, магнитный момент которого pm = IS направлен по правилу правой руки перпендикулярно плоскости орбиты.

Pm

Кроме того, независимо от орбитального движения, электроны обладают собственным магнитным моментом (спином). Таким образом, магнетизм атомов обусловлен двумя причинами: движением электронов по орбитам и собственным магнитным моментом.

electron spin

При внесении магнетика во внешнее магнитное поле с индукцией В он намагничивается, то есть создает собственное магнитное поле с индукцией В’, которое складывется с внешним:

В = В + В’

Индукция собственного магнитного поля зависит как от внешнего поля, так и от магнитной восприимчивости χ вещества:

В’ = χ В

Тогда В = В + χ В = В (1 + χ)

Но магнитная индукция внутри магнетика зависит от магнитной проницаемости вещевтва:

В = μ В

Отсюда μ = 1 + χ.

Магнитная восприимчивость χ — физическая величина, характеризующая связь между магнитным моментом (намагниченностью) вещества и магнитным полем в этом веществе

hi

Магнитная проницаемость μ — коэффициент (зависящий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля в веществе

mu

В отличие от диэлектрической проницаемости вещества, которая всегда больше единицы, магнитная проницаемость может быть как больше, так и меньше единицы. Различают диамагнетики ( μ , парамагнетики ( μ > 1) и ферромагнетики ( μ >> 1) .

Диамагнетики

Диамагнетиками называются вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению вектора магнитной индукции поля.

К диамагнетикам относятся вещества, магнитные моменты атомов, молекул или ионов которых в отсутствие внешнего магнитного поля равны нулю. Диамагнетиками являются инертные газы, молекулярный водород и азот, цинк, медь, золото, висмут, парафин и многие другие органические и неорганические соединения.

В случае отсутствия магнитного поля диамагнетик немагнитен, поскольку в данном случае магнитные моменты электронов взаимно компенсируются, и суммарный магнитный момент атома равен нулю.

Т.к. диамагнитный эффект обусловлен действием внешнего магнитного поля на электроны атомов вещества, то диамагнетизм свойственен всем веществам.

Следует отметить, что магнитная проницаемость у диамагнетиков µ . Вот, например, у золота µ = 0,999961, у меди µ = 0,9999897 и т.д.

В магнитном поле диамагнетики располагаются перпендикулярно силовым линиям внешнего магнитного поля.

Diamagnetik

Парамагнетики

Парамагнетики вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению поля.

У парамагнитных веществ при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты электронов не компенсируют друг друга, и атомы (молекулы) парамагнетиков всегда обладают магнитным моментом. Однако вследствие теплового движения молекул их магнитные моменты ориентированы беспорядочно, поэтому парамагнитные вещества магнитными свойствами не обладают. При внесении парамагнетиков во внешнее магнитное поле устанавливается преимущественная ориентация магнитных моментов атомов по полю (полной ориентации препятствует тепловое движение атомов).

Таким образом, парамагнетик намагничивается, создавая собственное магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем и усиливающее его.

При ослаблении внешнего магнитного поля до нуля ориентация магнитных моментов вследствие теплового движения нарушается и парамагнетик размагничивается.

Вот некоторые парамагнитные вещества: а люминий µ = 1,000023; в оздух µ = 1,00000038.

Во внешнем магнитном поле парамагнетики располагаются вдоль силовых линий.

Paramagnetik

Ферромагнетики

Ферромагнетиками называются твердые вещества, обладающие при не слишком высоких температурах самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля, деформации, изменения температуры.

Ферромагнетики в отличие от слабомагнитных диа- и парамагнетиков являются сильномагнитными средами:

внутреннее магнитное поле в них может в сотни и тысячи раз превосходить внешнее поле.

Ферромагнитные материалы в большой или меньшей степени обладают магнитной анизотропией, т.е. свойством намагничиваться с различной степенью трудности в различных направлениях.

Магнитные свойства ферромагнитных материалов сохраняются до тех пор, пока их температура не достигнет значения, называемого точкой Кюри . При температурах выше точки Кюри ферромагнетик ведет себя во внешнем магнитном поле как парамагнитное вещество. Он не только теряет свои ферромагнитные свойства, но у него изменяется теплоемкость, электропроводимость и некоторые другие физические характеристики.

Точка Кюри для различных материалов различна:

Железо (Fe) 780 ο С
Никель (Ni) 350 ο С
Кобальт (Co) 1130 ο С
Гадолиний (Gd) 16 ο С
Диспрозий (Dy) -186 ο С

Согласно представлениям Вейсса (1865-1940), его описательной теории ферромагнетизма, ферромагнетики при температурах ниже точки Кюри обладают спонтанной намагниченностью независимо от наличия внешнего намагничивающего поля. Однако это вносило некое противоречие, т.к. многие ферромагнитные материалы при температурах ниже точки Кюри не намагничены.

Для устранения этого противоречия Вейсс ввел гипотезу, согласно которой ферромагнетик ниже точки Кюри разбивается на большое число малых микроскопических (порядка 10 -3 – 10 -2 см) областей – доменов, самопроизвольно намагниченных до насыщения.

domeny

При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных атомов ориентированы хаотически и компенсируют друг друга, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен нулю, т.е. ферромагнетик не намагничен.

Внешнее магнитное поле ориентирует по полю магнитные моменты не отдельных атомов, как в парамагнетике, а целых областей спонтанной намагниченности. Поэтому с ростом H намагниченность J и магнитная индукция B уже в слабых полях растет довольно быстро.

Curve

Различные ферромагнитные материалы обладают неодинаковой способностью проводить магнитный поток. Основной характеристикой ферромагнитного материала является петля магнитного гистерезиса В(Н). Эта зависимость определяет значение магнитной индукции, которая будет возбуждена в магнитопроводе из данного материала при воздействии некоторой напряженности поля.

gisterezis

Рассмотрим процесс перемагничивания ферромагнетика. Пусть первоначально он был полностью размагничен. Сначала индукция быстро возрастает за счет того, что магнитные диполи ориентируются по силовым линиям поля, добавляя свой магнитный поток к внешнему. Затем ее рост замедляется по мере того, как количество неориентированных диполей уменьшается и, наконец, когда практически все они ориентируются по внешнему полю рост индукции прекращается и наступает режим насыщения.

Гистерезисом называют отставание изменения индукции от напряженности магнитного поля .

Симметричная петля гистерезиса, полученная при максимальной напряженности поля Hm, соответствующей насыщению ферромагнетика, называется предельным циклом.

Для предельного цикла устанавливают также значения индукции Br при H = 0, которое называется остаточной индукцией, и значение Hc при B = 0, называемое коэрцитивной силой. Коэрцитивная (удерживающая) сила показывает, какую напряженность внешнего поля следует приложить к веществу, чтобы уменьшить остаточную индукцию до нуля.

Форма и характерные точки предельного цикла определяют свойства ферромагнетика. Вещества с большой остаточной индукцией, коэрцитивной силой и площадью петли гистерезиса называются магнитнотвердыми.

Они используются для изготовления постоянных магнитов. Вещества с малой остаточной индукцией и площадью петли гистерезиса (кривая 2 рис.8а) называются магнитномягкими и используются для изготовления магнитопроводов электротехнических устройств, в особенности работающих при периодически изменяющемся магнитном потоке.

image086

Площадь петли гистерезиса характеризует работу, которую необходимо совершить для перемагничивания ферромагнетика. Если по условиям работы ферромагнетик должен перемагничиваться, то его следует делать из магнито-мягкого материала, площадь петли гистерезиса которого мала. Из мягких ферромагнетиков делают сердечники трансформаторов.

Из жестких ферромагнетиков (сталь и ее сплавы) делают постоянные магниты.

  • Вы здесь:
  • Главная
  • 11 класс
  • Физика
  • Магнитные свойства вещества

Источник

Adblock
detector