Materiens magnetiske egenskaber. Magnetisk permeabilitet

Magnetisk permeabilitet. Stoffers magnetiske egenskaber

Stoffers magnetiske egenskaber

Ligesom et stofs elektriske egenskaber er karakteriseret ved dielektricitetskonstant, er et stofs magnetiske egenskaber karakteriseret ved magnetisk permeabilitet.

På grund af det faktum, at alle stoffer, der befinder sig i et magnetfelt, skaber deres eget magnetfelt, adskiller den magnetiske induktionsvektor i et homogent medium sig fra vektoren på samme punkt i rummet i fravær af et medium, altså i et vakuum.

Forholdet kaldes mediets magnetiske permeabilitet.

Så i et homogent medium er den magnetiske induktion lig med:

Værdien af ​​m for jern er meget stor. Dette kan bekræftes af erfaring. Hvis du indsætter en jernkerne i en lang spole, så vil den magnetiske induktion ifølge formel (12.1) stige m gange. Følgelig vil fluxen af ​​magnetisk induktion stige med samme mængde. Når kredsløbet, der forsyner magnetiseringsspolen med jævnstrøm, åbnes, opstår der en induktionsstrøm i den anden, lille spole viklet oven på hovedspolen, som registreres af et galvanometer (fig. 12.1).

Hvis en jernkerne indsættes i spolen, vil afbøjningen af ​​galvanometernålen, når kredsløbet åbnes, være m gange større. Målinger viser, at den magnetiske flux, når en jernkerne indføres i spolen, kan stige tusindvis af gange. Som følge heraf er den magnetiske permeabilitet af jern enorm.

Der er tre hovedklasser af stoffer med skarpt forskellige magnetiske egenskaber: ferromagneter, paramagneter og diamagnetiske materialer.

Ferromagneter

Stoffer, for hvilke som jern, m >> 1, kaldes ferromagneter. Ud over jern er kobolt og nikkel ferromagnetiske, samt en række sjældne jordarters grundstoffer og mange legeringer. Den vigtigste egenskab ved ferromagneter er eksistensen af ​​restmagnetisme. Et ferromagnetisk stof kan være i en magnetiseret tilstand uden et eksternt magnetiseringsfelt.

En jerngenstand (for eksempel en stang), som det er kendt, trækkes ind i et magnetfelt, det vil sige, at den bevæger sig til et område, hvor den magnetiske induktion er større. Derfor tiltrækkes den af ​​en magnet eller elektromagnet. Dette sker, fordi de elementære strømme i jernet er orienteret således, at retningen af ​​den magnetiske induktion af deres felt falder sammen med retningen for induktionen af ​​magnetiseringsfeltet. Som et resultat bliver jernstangen til en magnet, hvis nærmeste pol er modsat elektromagnetens pol. Modsatte poler af magneter tiltrækker (fig. 12.2).

Ris. 12.2

HOLD OP! Bestem selv: A1–A3, B1, B3.

Paramagneter

Der er stoffer, der opfører sig som jern, det vil sige, at de trækkes ind i et magnetfelt. Disse stoffer kaldes paramagnetisk. Disse omfatter nogle metaller (aluminium, natrium, kalium, mangan, platin osv.), ilt og mange andre grundstoffer samt forskellige elektrolytopløsninger.

Da paramagneter trækkes ind i feltet, bliver induktionslinjerne i det eget magnetfelt, de skaber, og magnetiseringsfeltet rettet på samme måde, så feltet forstærkes. De har altså m > 1. Men m adskiller sig ekstremt lidt fra enhed, kun med et beløb i størrelsesordenen 10 –5 ...10 –6. Derfor kræves kraftige magnetfelter for at observere paramagnetiske fænomener.

Diamagneter

En særlig klasse af stoffer er diamagnetiske materialer, opdaget af Faraday. De skubbes ud af magnetfeltet. Hvis du hænger en diamagnetisk stang nær stangen på en stærk elektromagnet, vil den blive afvist fra den. Som følge heraf er induktionslinjerne i feltet skabt af det rettet modsat magnetiseringsfeltets induktionslinjer, dvs. feltet er svækket (fig. 12.3). Følgelig, for diamagnetiske materialer m< 1, причем отличается от единицы на вели­чину порядка 10 –6 . Магнитные свойства у диамагнетиков вы­ражены слабее, чем у парамагнетиков.

Absolut magnetisk permeabilitet – dette er en proportionalitetskoefficient, der tager højde for indflydelsen fra det miljø, hvori ledningerne er placeret.

For at få en idé om mediets magnetiske egenskaber blev magnetfeltet omkring en ledning med strøm i et givent medium sammenlignet med magnetfeltet omkring den samme ledning, men placeret i et vakuum. Det viste sig, at feltet i nogle tilfælde er mere intenst end i et vakuum, i andre er det mindre.

Der er:

v Paramagnetiske materialer og miljøer, hvori der opnås en stærkere MF (natrium, kalium, aluminium, platin, mangan, luft);

v Diamagnetiske materialer og miljøer, hvor magnetfeltet er svagere (sølv, kviksølv, vand, glas, kobber);

v Ferromagnetiske materialer, hvori det stærkeste magnetfelt dannes (jern, nikkel, kobolt, støbejern og deres legeringer).

Absolut magnetisk permeabilitet for forskellige stoffer har forskellige værdier.

Magnetisk konstant - Dette er den absolutte magnetiske permeabilitet af vakuum.

Mediets relative magnetiske permeabilitet- en dimensionsløs størrelse, der viser, hvor mange gange den absolutte magnetiske permeabilitet af et stof er større eller mindre end den magnetiske konstant:

For diamagnetiske stoffer - , for paramagnetiske stoffer - (for tekniske beregninger af diamagnetiske og paramagnetiske legemer tages lig med enhed), for ferromagnetiske materialer - .

MP spænding N karakteriserer betingelserne for MF excitation. Intensiteten i et homogent medie afhænger ikke af de magnetiske egenskaber af det stof, hvori feltet skabes, men tager højde for indflydelsen af ​​strømmens størrelse og ledernes form på intensiteten af ​​magnetfeltet ved en givet point.

MF-intensitet er en vektorstørrelse. Vektor retning N til isotrope medier (medier med identiske magnetiske egenskaber i alle retninger) , falder sammen med retningen af ​​magnetfeltet eller vektoren i et givet punkt.

Den magnetiske feltstyrke skabt af forskellige kilder er vist i fig. 13.

Magnetisk flux er det samlede antal magnetiske linjer, der passerer gennem hele den pågældende overflade. Magnetisk flux F eller MI flow gennem området S , vinkelret på de magnetiske linjer er lig med produktet af den magnetiske induktion I af mængden af ​​areal, der gennemtrænges af denne magnetiske flux.

42) Når en jernkerne indføres i en spole, øges magnetfeltet, og kernen bliver magnetiseret. Denne effekt blev opdaget af Ampere. Han opdagede også, at induktionen af ​​et magnetfelt i et stof kan være større eller mindre end induktionen af ​​selve feltet. Sådanne stoffer blev kaldt magneter.

Magnetik– det er stoffer, der kan ændre egenskaberne ved et eksternt magnetfelt.

Magnetisk permeabilitet stof bestemmes af forholdet:

B 0 er induktionen af ​​det ydre magnetfelt, B er induktionen inde i stoffet.

Afhængigt af forholdet mellem B og B 0 er stoffer opdelt i tre typer:

1) Diamagneter(m<1), к ним относятся химические элементы: Cu, Ag, Au, Hg. Магнитная проницаемость m=1-(10 -5 - 10 -6) очень незначительно отличается от единицы.

Denne klasse af stoffer blev opdaget af Faraday. Disse stoffer "skubbes" ud af magnetfeltet. Hvis du hænger en diamagnetisk stang nær stangen på en stærk elektromagnet, vil den blive afvist fra den. Feltets og magnetens induktionslinjer er derfor rettet i forskellige retninger.

2) Paramagneter har en magnetisk permeabilitet m>1, og i dette tilfælde overstiger den også en smule enhed: m=1+(10 -5 - 10 -6). Denne type magnetisk materiale omfatter de kemiske grundstoffer Na, Mg, K, Al.

Den magnetiske permeabilitet af paramagnetiske materialer afhænger af temperaturen og falder, når den stiger. Uden et magnetiserende felt skaber paramagnetiske materialer ikke deres eget magnetfelt. Der er ingen permanente paramagneter i naturen.

3) Ferromagneter(m>>1): Fe, Co, Ni, Cd.

Disse stoffer kan være i magnetiseret tilstand uden et eksternt felt. Eksistens resterende magnetisme en af ​​de vigtige egenskaber ved ferromagneter. Ved opvarmning til høj temperatur forsvinder stoffets ferromagnetiske egenskaber. Den temperatur, ved hvilken disse egenskaber forsvinder, kaldes Curie temperatur(for eksempel for jern T Curie = 1043 K).

Ved temperaturer under Curie-punktet består en ferromagnet af domæner. Domæner– disse er områder med spontan spontan magnetisering (fig. 9.21). Domænestørrelsen er ca. 10 -4 -10 -7 m. Tilstedeværelsen af ​​magneter skyldes forekomsten af ​​områder med spontan magnetisering i stoffet. En jernmagnet kan bevare sine magnetiske egenskaber i lang tid, da domænerne i den er arrangeret på en ordnet måde (en retning dominerer). De magnetiske egenskaber forsvinder, hvis magneten rammes hårdt eller opvarmes for meget. Som et resultat af disse påvirkninger bliver domænerne "uorden".

Fig.9.21. Domænernes form: a) i fravær af et magnetfelt, b) i nærvær af et eksternt magnetfelt.

Domæner kan repræsenteres som lukkede strømme i mikrovolumener af magnetiske materialer. Domænet er godt illustreret i fig. 9.21, hvoraf det kan ses, at strømmen i domænet bevæger sig langs en brudt lukket sløjfe. Lukkede elektronstrømme fører til fremkomsten af ​​et magnetfelt vinkelret på elektronomløbsplanet. I fravær af et eksternt magnetfelt er domænernes magnetiske felt rettet kaotisk. Dette magnetfelt ændrer retning under påvirkning af et eksternt magnetfelt. Magneter er som allerede nævnt opdelt i grupper afhængigt af, hvordan domænets magnetfelt reagerer på virkningen af ​​et eksternt magnetfelt. I diamagnetiske materialer er magnetfeltet i et større antal domæner rettet i retning modsat virkningen af ​​det eksterne magnetfelt, og i paramagnetiske materialer tværtimod i retning af virkningen af ​​det eksterne magnetfelt. Antallet af domæner, hvis magnetiske felter er rettet i modsatte retninger, afviger dog med en meget lille mængde. Derfor adskiller den magnetiske permeabilitet m i dia- og paramagneter sig fra enhed med en mængde i størrelsesordenen 10 -5 - 10 -6. I ferromagneter er antallet af domæner med et magnetfelt i retning af det ydre felt mange gange større end antallet af domæner med den modsatte retning af magnetfeltet.

Magnetiseringskurve. Hysterese loop. Fænomenet magnetisering skyldes eksistensen af ​​resterende magnetisme under påvirkning af et eksternt magnetfelt på et stof.

Magnetisk hysterese er fænomenet forsinkelse i ændringer i magnetisk induktion i en ferromagnet i forhold til ændringer i styrken af ​​det eksterne magnetfelt.

Figur 9.22 viser magnetfeltets afhængighed i et stof af det ydre magnetfelt B=B(B 0). Desuden er det ydre felt afbildet langs Ox-aksen, og magnetiseringen af ​​stoffet er plottet langs Oy-aksen. En stigning i det eksterne magnetfelt fører til en stigning i det magnetiske felt i stoffet langs linjen til en værdi. Reduktion af det eksterne magnetfelt til nul fører til et fald i magnetfeltet i stoffet (på punktet Med) til værdien Mod øst(restmagnetisering, hvis værdi er større end nul). Denne effekt er en konsekvens af forsinkelsen i magnetiseringen af ​​prøven.

Induktionsværdien af ​​det eksterne magnetfelt, der kræves for fuldstændig afmagnetisering af stoffet (punkt d i fig. 9.21), kaldes tvangskraft. Nulværdien af ​​prøvemagnetisering opnås ved at ændre retningen af ​​det eksterne magnetfelt til en værdi. Ved at fortsætte med at øge det eksterne magnetfelt i den modsatte retning til den maksimale værdi, bringer vi det til værdien. Derefter ændrer vi retningen af ​​magnetfeltet og øger det tilbage til værdien. I dette tilfælde forbliver vores stof magnetiseret. Kun størrelsen af ​​magnetfeltinduktionen har den modsatte retning sammenlignet med værdien ved punktet. Ved at fortsætte med at øge værdien af ​​magnetisk induktion i samme retning opnår vi fuldstændig afmagnetisering af stoffet ved punkt , og så befinder vi os igen ved punkt . Således opnår vi en lukket funktion, der beskriver cyklussen af ​​fuldstændig magnetiseringsvending. En sådan afhængighed af magnetfeltinduktionen af ​​en prøve af størrelsen af ​​det eksterne magnetfelt under en cyklus med fuldstændig magnetiseringsvending kaldes hysterese loop. Formen på hysteresesløjfen er en af ​​de vigtigste egenskaber ved ethvert ferromagnetisk stof. Det er dog umuligt at komme til sagen på denne måde.

I dag er det ret nemt at opnå stærke magnetfelter. Et stort antal installationer og enheder fungerer på permanente magneter. De opnår strålingsniveauer på 1-2 T ved stuetemperatur. I små mængder har fysikere lært at opnå konstante magnetiske felter på op til 4 Tesla ved at bruge specielle legeringer til dette formål. Ved lave temperaturer, i størrelsesordenen af ​​temperaturen af ​​flydende helium, opnås magnetiske felter over 10 Tesla.

43) Lov om elektromagnetisk induktion (Faraday-Maxwell lov). Lenz' regler

Ved at opsummere resultaterne af sine eksperimenter formulerede Faraday loven om elektromagnetisk induktion. Han viste, at med enhver ændring i den magnetiske flux i et lukket ledende kredsløb, exciteres en induktionsstrøm. Følgelig opstår der en induceret emk i kredsløbet.

Den inducerede emk er direkte proportional med hastigheden af ​​ændring af magnetisk flux over tid. Den matematiske notation af denne lov blev udarbejdet af Maxwell, og derfor kaldes den Faraday-Maxwell-loven (loven om elektromagnetisk induktion).

Magnetisk moment er den vigtigste vektormængde, der karakteriserer et stofs magnetiske egenskaber. Da kilden til magnetisme er en lukket strøm, værdien af ​​det magnetiske moment M defineres som produktet af strøm jeg til det område, der er dækket af strømkredsløbet S:

M = I×S A×m 2 .

De elektroniske skaller af atomer og molekyler har magnetiske momenter. Elektroner og andre elementære partikler har et spin magnetisk moment, bestemt af eksistensen af ​​deres eget mekaniske moment - spin. Det magnetiske spinmoment af en elektron kan orienteres i et eksternt magnetfelt på en sådan måde, at kun to lige store og modsat rettede projektioner af momentet på retningen af ​​magnetfeltstyrkevektoren er mulige, ens. Bohr magneton– 9,274×10 -24 A×m 2 .

1. Definer begrebet "magnetisering" af et stof.

Magnetisering – J- er det samlede magnetiske moment pr. volumenenhed af et stof:

1. Definer begrebet "magnetisk følsomhed".

Et stofs magnetiske følsomhed, א v – forholdet mellem magnetiseringen af ​​et stof og magnetfeltstyrken pr. volumenenhed:

אv = , dimensionsløs mængde.

Specifik magnetisk modtagelighed, א – forholdet mellem magnetisk modtagelighed og tætheden af ​​et stof, dvs. magnetisk følsomhed af en masseenhed, målt i m 3 /kg.

1. Definer begrebet "magnetisk permeabilitet".

Magnetisk permeabilitet, μ – dette er en fysisk størrelse, der karakteriserer ændringen i magnetisk induktion, når den udsættes for et magnetfelt . For isotrope medier er magnetisk permeabilitet lig med forholdet mellem induktion i mediet I til den eksterne magnetiske feltstyrke N og til den magnetiske konstant μ 0 :

Magnetisk permeabilitet er en dimensionsløs størrelse. Dens værdi for et specifikt medie er 1 større end den magnetiske følsomhed for det samme medium:

μ = אv+1, da B = μ 0 (H + J).

1. Giv en klassificering af materialer baseret på magnetiske egenskaber.

Baseret på deres magnetiske struktur og magnetiske permeabilitetsværdier (følsomhed) er materialer opdelt i:

Diamagneter μ< 1 (materialet "modstår" magnetfeltet);

Paramagneter μ > 1(materialet opfatter svagt et magnetfelt);

Ferromagneter μ >> 1(det magnetiske felt i materialet øges);

Ferrimagneter μ >> 1(det magnetiske felt i materialet øges, men den magnetiske struktur af materialet adskiller sig fra strukturen af ​​ferromagneter);

Antiferromagneter μ ≈ 1(materialet reagerer svagt på et magnetfelt, selvom dets magnetiske struktur ligner ferrimagneter).

1. Beskriv karakteren af ​​diamagnetisme.

Diamagnetisme er et stofs egenskab, der skal magnetiseres i retning af det eksterne magnetfelt, der virker på det (i overensstemmelse med loven om elektromagnetisk induktion og Lenz's regel). Diamagnetisme er karakteristisk for alle stoffer, men i sin "rene form" viser den sig i diamagnetiske stoffer. Diamagneter er stoffer, hvis molekyler ikke har deres egne magnetiske momenter (deres samlede magnetiske moment er nul), derfor har de ingen andre egenskaber end diamagnetisme. Eksempler på diamagnetiske materialer:

Hydrogen, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

Vand, א = - 0,7×10 -9 m 3 /kg.

Diamant, א = - 0,5×10 -9 m 3 /kg.

Grafit, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.

Kobber, א = - 0,09×10 -9 m 3 /kg.

Zink, א = - 0,17×10 -9 m 3 /kg.

Sølv, א = - 0,18×10 -9 m 3 /kg.

guld, א = - 0,14×10 -9 m 3 /kg.

43. Beskriv arten af ​​paramagnetisme.

Paramagnetisme er en egenskab ved stoffer kaldet paramagneter, som, når de placeres i et eksternt magnetfelt, får et magnetisk moment, der falder sammen med retningen af ​​dette felt. Atomer og molekyler af paramagnetiske materialer har i modsætning til diamagnetiske materialer deres egne magnetiske momenter. I mangel af et felt er orienteringen af ​​disse momenter kaotisk (på grund af termisk bevægelse), og det samlede magnetiske moment af stoffet er nul. Når et eksternt felt påføres, orienteres partiklernes magnetiske momenter delvist i feltets retning, og magnetisering J lægges til den eksterne feltstyrke H: B = μ 0 (H + J). Induktion i stoffet øges. Eksempler på paramagnetiske materialer:

Oxygen, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

Titan, א = 3×10 -9 m 3 /kg.

Aluminium, א = 0,6×10 -9 m 3 /kg.

Platin, א = 0,97×10 -9 m 3 /kg.

44.Beskriv ferromagnetismens natur.

Ferromagnetisme er en magnetisk ordnet tilstand af et stof, hvor alle de magnetiske momenter af atomer i et bestemt volumen af ​​stoffet (domænet) er parallelle, hvilket forårsager spontan magnetisering af domænet. Udseendet af magnetisk orden er forbundet med udvekslingen af ​​elektroner, som er af elektrostatisk karakter (Coulombs lov). I fravær af et eksternt magnetisk felt kan orienteringen af ​​de magnetiske momenter af forskellige domæner være vilkårlig, og mængden af ​​stof under overvejelse kan have en samlet svag eller nul magnetisering. Når et magnetfelt påføres, er domænernes magnetiske momenter orienteret langs feltet, jo større feltstyrken er. I dette tilfælde ændres værdien af ​​ferromagnetens magnetiske permeabilitet, og induktionen i stoffet stiger. Eksempler på ferromagneter:

Jern, nikkel, kobolt, gadolinium

og legeringer af disse metaller med hinanden og med andre metaller (Al, Au, Cr, Si osv.). μ ≈ 100…100000.

45. Beskriv ferrimagnetismens natur.

Ferrimagnetisme er en magnetisk ordnet tilstand af stof, hvor de magnetiske momenter af atomer eller ioner dannes i et bestemt volumen af ​​stof (domæne) magnetiske subgitter af atomer eller ioner med totale magnetiske momenter ulige med hinanden og rettet antiparallelt. Ferrimagnetisme kan betragtes som det mest generelle tilfælde af en magnetisk ordnet tilstand, og ferromagnetisme som tilfældet med et enkelt undergitter. Sammensætningen af ​​ferrimagneter inkluderer nødvendigvis ferromagnetiske atomer. Eksempler på ferrimagneter:

Fe304; MgFe204; CuFe204; MnFe204; NiFe204; CoFe2O4...

Den magnetiske permeabilitet af ferrimagneter er af samme størrelsesorden som ferromagneters: μ ≈ 100…100000.

46.Beskriv arten af ​​antiferromagnetisme.

Antiferromagnetisme er en magnetisk ordnet tilstand af et stof, kendetegnet ved, at de magnetiske momenter af nabopartikler af stoffet er orienteret antiparallelt, og i fravær af et eksternt magnetfelt er den totale magnetisering af stoffet nul. Med hensyn til dens magnetiske struktur kan en antiferromagnet betragtes som et særligt tilfælde af en ferrimagnet, hvor de magnetiske momenter af subgitterne er lige store og antiparallelle. Antiferromagneters magnetiske permeabilitet er tæt på 1. Eksempler på antiferromagneter:

Cr203; mangan; FeSi; Fe203; NiO……… μ ≈ 1.

47. Hvad er værdien af ​​magnetisk permeabilitet for materialer i en superledende tilstand?

Superledere under superjunction-temperaturen er ideelle diamagneter:

א= - 1; μ = 0.

Hvis vi i de ovenfor beskrevne eksperimenter i stedet for en jernkerne tager kerner fra andre materialer, så kan en ændring i den magnetiske flux også påvises. Det er mest naturligt at forvente, at den mest mærkbare effekt vil blive frembragt af materialer, der i deres magnetiske egenskaber ligner jern, dvs. nikkel, kobolt og nogle magnetiske legeringer. Faktisk, når en kerne lavet af disse materialer indføres i spolen, viser stigningen i magnetisk flux sig at være ret betydelig. Med andre ord kan vi sige, at deres magnetiske permeabilitet er høj; for nikkel, for eksempel, kan det nå en værdi på 50, for kobolt 100. Alle disse materialer med store værdier er kombineret i en gruppe af ferromagnetiske materialer.

Men alle andre "ikke-magnetiske" materialer har også en vis effekt på den magnetiske flux, selvom denne effekt er meget mindre end ferromagnetiske materialers. Med meget omhyggelige målinger kan denne ændring detekteres og den magnetiske permeabilitet af forskellige materialer kan bestemmes. Man skal dog huske på, at vi i det ovenfor beskrevne forsøg sammenlignede den magnetiske flux i en spole, hvis hulrum er fyldt med jern, med fluxen i en spole med luft indeni. Så længe vi talte om så stærkt magnetiske materialer som jern, nikkel, kobolt, betød dette ikke noget, da tilstedeværelsen af ​​luft har meget lille effekt på den magnetiske flux. Men når vi studerer andre stoffers magnetiske egenskaber, især luften selv, skal vi naturligvis sammenligne med en spole, hvori der ikke er luft (vakuum). For magnetisk permeabilitet tager vi således forholdet mellem magnetiske fluxer i det undersøgte stof og i vakuum. Med andre ord tager vi den magnetiske permeabilitet for vakuum som én (hvis , så ).

Målinger viser, at den magnetiske permeabilitet af alle stoffer er forskellig fra enhed, selvom denne forskel i de fleste tilfælde er meget lille. Men det, der er særligt bemærkelsesværdigt, er, at for nogle stoffer er den magnetiske permeabilitet større end én, mens den for andre er mindre end én, dvs. at fylde spolen med nogle stoffer øger den magnetiske flux, og fyldning af spolen med andre stoffer reducerer denne flux. Den første af disse stoffer kaldes paramagnetisk (), og den anden - diamagnetisk (). Som tabellen viser. 7 er forskellen i permeabilitet fra enhed for både paramagnetiske og diamagnetiske stoffer lille.

Det skal især understreges, at for paramagnetiske og diamagnetiske legemer afhænger magnetisk permeabilitet ikke af den magnetiske induktion af et eksternt, magnetiserende felt, dvs. det er en konstant værdi, der karakteriserer et givet stof. Som vi vil se i § 149, er dette ikke tilfældet for jern og andre lignende (ferromagnetiske) legemer.

Tabel 7. Magnetisk permeabilitet for nogle paramagnetiske og diamagnetiske stoffer

Paramagnetiske og diamagnetiske stoffers indflydelse på den magnetiske flux forklares ligesom ferromagnetiske stoffers indflydelse ved, at den magnetiske flux, der skabes af strømmen i spoleviklingen, forbindes af fluxen, der udgår fra elementære amperestrømme. Paramagnetiske stoffer øger spolens magnetiske flux. Denne stigning i flux, når spolen er fyldt med et paramagnetisk stof, indikerer, at i paramagnetiske stoffer, under påvirkning af et eksternt magnetfelt, er elementære strømme orienteret således, at deres retning falder sammen med retningen af ​​viklingsstrømmen (fig. 276). En lille forskel fra enhed indikerer kun, at i tilfælde af paramagnetiske stoffer er denne yderligere magnetiske flux meget lille, dvs. at paramagnetiske stoffer magnetiseres meget svagt.

Et fald i den magnetiske flux ved fyldning af spolen med et diamagnetisk stof betyder, at i dette tilfælde er den magnetiske flux fra elementære amperestrømme rettet modsat spolens magnetiske flux, dvs. den i diamagnetiske stoffer under påvirkning af en ekstern magnetfelt opstår elementære strømme, rettet modsat viklingsstrømmene (fig. 277). Små afvigelser fra enhed i dette tilfælde indikerer også, at den ekstra strøm af disse elementære strømme er lille.

Ris. 277. Diamagnetiske stoffer inde i spolen svækker magnetfeltet i solenoiden. De elementære strømme i dem er rettet modsat strømmen i solenoiden

Kaldes magnetisk permeabilitet . Absolut magnetiskpermeabilitet miljø er forholdet mellem B og H. Ifølge International System of Units måles det i enheder kaldet 1 henry per meter.

Dens numeriske værdi er udtrykt ved forholdet mellem dens værdi og værdien af ​​den magnetiske permeabilitet af vakuumet og er angivet med µ. Denne værdi kaldes relativ magnetiskpermeabilitet(eller blot magnetisk permeabilitet) af mediet. Som en relativ størrelse har den ikke en måleenhed.

Følgelig er den relative magnetiske permeabilitet µ en værdi, der viser, hvor mange gange feltinduktionen af ​​et givet medium er mindre (eller større) end induktionen af ​​et vakuummagnetfelt.

Når et stof udsættes for et eksternt magnetfelt, bliver det magnetiseret. Hvordan sker dette? Ifølge Amperes hypotese cirkulerer mikroskopiske elektriske strømme konstant i hvert stof, forårsaget af elektronernes bevægelser i deres baner og tilstedeværelsen af ​​deres egne. Under normale forhold er denne bevægelse uordnet, og felterne "slukker" (kompenserer) hinanden . Når et legeme placeres i et eksternt felt, ordnes strømmene, og kroppen bliver magnetiseret (dvs. har sit eget felt).

Den magnetiske permeabilitet af alle stoffer er forskellig. Baseret på dets størrelse kan stoffer opdeles i tre store grupper.

U diamagnetiske materialer værdien af ​​magnetisk permeabilitet µ er lidt mindre end enhed. For eksempel har bismuth µ = 0,9998. Diamagneter omfatter zink, bly, kvarts, kobber, glas, brint, benzen og vand.

Magnetisk permeabilitet paramagnetisk lidt mere end én (for aluminium µ = 1,000023). Eksempler på paramagnetiske materialer er nikkel, oxygen, wolfram, hård gummi, platin, nitrogen, luft.

Endelig omfatter den tredje gruppe en række stoffer (hovedsageligt metaller og legeringer), hvis magnetiske permeabilitet væsentligt (flere størrelsesordener) overstiger enhed. Disse stoffer er ferromagneter. Dette omfatter hovedsageligt nikkel, jern, kobolt og deres legeringer. For stål µ = 8∙10^3, for en nikkel-jernlegering µ=2,5∙10^5. Ferromagneter har egenskaber, der adskiller dem fra andre stoffer. For det første har de restmagnetisme. For det andet afhænger deres magnetiske permeabilitet af størrelsen af ​​den eksterne feltinduktion. For det tredje er der for hver af dem en vis temperaturtærskel, kaldet Curie point, hvorved den mister sine ferromagnetiske egenskaber og bliver paramagnetisk. For nikkel er Curie-punktet 360°C, for jern - 770°C.

Egenskaberne af ferromagneter bestemmes ikke kun af magnetisk permeabilitet, men også af værdien af ​​I, kaldet magnetisering af dette stof. Dette er en kompleks ikke-lineær funktion af magnetisk induktion; stigningen i magnetisering er beskrevet af en linje kaldet magnetiseringskurve. I dette tilfælde, efter at have nået et vist punkt, holder magnetiseringen praktisk talt op med at vokse (den magnetisk mætning). Forskydningen af ​​magnetiseringsværdien af ​​en ferromagnet fra den voksende værdi af den eksterne feltinduktion kaldes magnetisk hysterese. I dette tilfælde er der en afhængighed af en ferromagnets magnetiske egenskaber ikke kun af dens nuværende tilstand, men også af dens tidligere magnetisering. Den grafiske repræsentation af kurven for denne afhængighed kaldes hysterese loop.

På grund af deres egenskaber er ferromagneter meget brugt i teknologi. De bruges i rotorer af generatorer og elektriske motorer, i fremstillingen af ​​transformatorkerner og i produktionen af ​​dele til elektroniske computere. Ferromagneter bruges i båndoptagere, telefoner, magnetbånd og andre medier.