Магнитные свойства вещества

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

При перемагничивании ферромагнетика в нем происходят необратимые преобразования энергии  в тепло.

Пусть магнитное  поле создается обмоткой, по которой  протекает ток i. Тогда работа источника питания обмотки, затрачиваемая на элементарное изменение магнитного потока равна

Если отнести эту работу на единицу объема вещества, получим

Графически эта  работа представляет собой площадь  элементарной полоски петли гистерезиса (рис. 4 а)).

 
 
 
 
 
 
 

Полная работа по перемагничиванию единицы объема вещества определится в виде интеграла  по контуру петли гистерезиса

.

Контур интегрирования можно разделить на два участка, соответствующих изменению индукции от -B_m до B_m и изменению от B_m до -B_m. Интегралы на этих участках соответствуют заштрихованным площадям рис. 4 а) и б). На каждом участке часть площади соответствует отрицательной работе и после вычитания ее из положительной части мы на обоих участках получим площадь, ограниченную кривой петли гистерезиса (рис. 4 в)).

Обозначая энергию, отнесенную к единице объема вещества, затрачиваемую на перемагничивание за один полный симметричный цикл, через W'_h=A' получим

.

Существует эмпирическая зависимость для вычисления удельных потерь энергии на перемагничивание

,

где h - коэффициент, зависящий от вещества; B_m - максимальное значение индукции; n - показатель степени, зависящий от B_m и обычно принимаемый

n=1,6 при 0,1Тл < B_m < 1,0 Тл и n=2 при 0 <B_m < 0,1 Тл или 1,0 Тл <B_m< 1,6 Тл. 

Явление гистерезиса  и связанные с ним потери энергии  могут быть объяснены гипотезой  элементарных магнитиков. Элементарными  магнитиками в веществе являются частицы, обладающие магнитным моментом. Это могут быть магнитные поля вращающихся по орбитам электронов, а также их спиновые магнитные моменты. Причем последние играют в магнитных явлениях наиболее существенную роль.

При нормальной температуре вещество ферромагнетика состоит из самопроизвольно намагниченных  в определенном направлении областей (доменов), в которых элементарные магнитики расположены почти параллельно один другому и удерживаются в таком положении магнитными силами и силами электрического взаимодействия.

Магнитные поля отдельных областей не обнаруживаются во внешнем пространстве, т.к. все они намагничены в разных направлениях. Интенсивность самопроизвольного намагничивания доменов J зависит от температуры и при абсолютном нуле равна интенсивности полного насыщения. Тепловое движение разрушает упорядоченную структуру и при некоторой температуре q , характерной для данного вещества, упорядоченное расположение полностью разрушается. Эта температура называется точкой Кюри. Выше точки Кюри вещество обладает свойствами парамагнетика.

Под влиянием внешнего поля состояние вещества может изменяться двумя способами. Намагниченность может меняться либо за счет переориентации доменов, либо за счет смещения их границ в направлении области с меньшей составляющей намагниченности, совпадающей по направлению с внешним полем. Смещение границы домена совершается обратимо только до определенного предела, после чего часть или вся область необратимо переориентируется. При быстрой скачкообразной переориентации домена создаются вихревые токи, вызывающие потери энергии при перемагничивании.

Исследования  показывают, что второй способ изменения  ориентации характерен для крутого  участка кривой намагничивания, а  первый - для участка области насыщения.

После уменьшения напряженности внешнего магнитного поля до нуля часть доменов сохраняет новое направление преимущественного намагничивания, что проявляется как остаточная намагниченность.

Диамагнетики  и парамагнетики  в магнитном поле  

Микроскопические  плотности токов в намагниченном  веществе чрезвычайно сложны и сильно изменяются даже в пределах одного атома. Но во многих практических задачах столь детальное описание является излишним, и нас интересуют средние магнитные поля, созданные большим числом атомов.      

Как мы уже говорили, магнетики можно  разделить на три основные группы: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.       

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 (например инертные газы, водород, азот, NaCl и др.).      

При внесении диамагнитного вещества в магнитное  поле его атомы приобретают наведенные магнитные моменты. В пределах малого объема ΔV изотропного диамагнетика наведенные магнитные моменты  всех атомов одинаковы и направлены противоположно вектору .      

Вектор  намагниченности диамагнетика равен:

где n₀ – концентрация атомов,  – магнитная постоянная,  –магнитная восприимчивость среды.      

Для всех диамагнетиков   Таким образом, вектор  магнитной индукции собственного магнитного поля, создаваемого диамагнетиком при его намагничивании во внешнем поле  направлен в сторону, противоположную . (В отличие от диэлектрика в электрическом поле).      

У диамагнетиков 

Парамагнетизм (от греч. para – возле, рядом и магнетизм) - свойство веществ во внешнем магнитном поле намагничиваться в направлении этого поля, поэтому внутри парамагнетика к действию внешнего поля прибавляется действие наведенного внутреннего поля.       

Парамагнетиками называются вещества, атомы которых имеют, в отсутствие внешнего магнитного поля, отличный от нуля магнитный момент .      

Эти вещества намагничиваются в направлении вектора .      

К парамагнетикам относятся многие щелочные металлы, кислород , оксид азота NO, хлорное железо  и др.      

В отсутствие внешнего магнитного поля намагниченность  парамагнетика  , так как векторы  разных атомов ориентированы беспорядочно.       

При внесении парамагнетика во внешнее магнитное поле происходит преимущественная ориентация собственных магнитных моментов атомов по направлению поля, так что парамагнетик намагничивается. Значения  для парамагнетиков положительны ( ) и находятся в пределах , то есть примерно как и у диамагнетиков. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Литература:

интернет  сайты

http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN

www.BestReferat.ru

www.normalizator.com

www.akademout.ru/lectures/3/1.php

Учебная литература