Aineen magneettiset ominaisuudet. Magneettinen läpäisevyys

Magneettinen läpäisevyys. Aineiden magneettiset ominaisuudet

Aineiden magneettiset ominaisuudet

Aivan kuten aineen sähköisille ominaisuuksille on tunnusomaista dielektrisyysvakio, aineen magneettisille ominaisuuksille on tunnusomaista magneettinen permeabiliteetti.

Koska kaikki magneettikentässä sijaitsevat aineet luovat oman magneettikentän, magneettinen induktiovektori homogeenisessa väliaineessa eroaa vektorista samassa pisteessä avaruudessa väliaineen puuttuessa, eli tyhjiössä.

Suhde on ns väliaineen magneettinen permeabiliteetti.

Joten homogeenisessa väliaineessa magneettinen induktio on yhtä suuri kuin:

M:n arvo raudalle on erittäin suuri. Tämä voidaan varmistaa kokemuksella. Jos asetat rautasydämen pitkään kelaan, magneettinen induktio kaavan (12.1) mukaan kasvaa m kertaa. Tämän seurauksena magneettisen induktion vuo kasvaa saman verran. Kun magnetointikäämiä tasavirralla syöttävä piiri avataan, toiseen, pääkäämin päälle kierrettyyn pieneen kelaan ilmaantuu induktiovirta, joka tallennetaan galvanometrillä (kuva 12.1).

Jos kelaan työnnetään rautasydän, galvanometrin neulan taipuma, kun piiri avataan, on m kertaa suurempi. Mittaukset osoittavat, että magneettivuo, kun kelaan viedään rautasydän, voi kasvaa tuhansia kertoja. Näin ollen raudan magneettinen läpäisevyys on valtava.

On olemassa kolme pääluokkaa aineita, joilla on jyrkästi erilaiset magneettiset ominaisuudet: ferromagneetit, paramagneetit ja diamagneettiset materiaalit.

Ferromagneetit

Aineita, joiden, kuten raudan, m >> 1, kutsutaan ferromagneeteiksi. Raudan lisäksi koboltti ja nikkeli ovat ferromagneettisia, samoin kuin monet harvinaiset maametallit ja monet seokset. Ferromagneettien tärkein ominaisuus on jäännösmagnetismin olemassaolo. Ferromagneettinen aine voi olla magnetoituneessa tilassa ilman ulkoista magnetointikenttää.

Rautakappale (esimerkiksi sauva), kuten tiedetään, vedetään magneettikenttään, eli se siirtyy alueelle, jossa magneettinen induktio on suurempi. Näin ollen se vetää puoleensa magneettia tai sähkömagneettia. Tämä tapahtuu, koska raudan alkeisvirrat on suunnattu siten, että niiden kentän magneettisen induktion suunta on sama kuin magnetointikentän induktion suunta. Tämän seurauksena rautatanko muuttuu magneetiksi, jonka lähin napa on vastapäätä sähkömagneetin napaa. Magneettien vastakkaiset navat vetävät puoleensa (kuva 12.2).

Riisi. 12.2

LOPETTAA! Päätä itse: A1–A3, B1, B3.

Paramagneetit

On aineita, jotka käyttäytyvät kuin rauta, eli ne vedetään magneettikenttään. Näitä aineita kutsutaan paramagneettinen. Näitä ovat jotkin metallit (alumiini, natrium, kalium, mangaani, platina jne.), happi ja monet muut alkuaineet sekä erilaiset elektrolyyttiliuokset.

Koska paramagneetteja vedetään kenttään, niiden synnyttämän oman magneettikentän ja magnetoivan kentän induktiolinjat suunnataan samalla tavalla, joten kenttä vahvistuu. Siten niillä on m > 1. Mutta m eroaa yksiköstä erittäin vähän, vain luokkaa 10 –5 ...10 –6. Siksi paramagneettisten ilmiöiden havaitsemiseen tarvitaan voimakkaita magneettikenttiä.

Diamagneetit

Erityinen aineiden luokka ovat diamagneettiset materiaalit, löysi Faraday. Ne työnnetään ulos magneettikentästä. Jos ripustat diamagneettisen sauvan lähelle vahvan sähkömagneetin napaa, se hylätään siitä. Tästä johtuen sen luoman kentän induktiolinjat suuntautuvat vastakkain magnetoivan kentän induktioviivojen kanssa, eli kenttä heikkenee (kuva 12.3). Vastaavasti diamagneettisille materiaaleille m< 1, причем отличается от единицы на вели­чину порядка 10 –6 . Магнитные свойства у диамагнетиков вы­ражены слабее, чем у парамагнетиков.

Absoluuttinen magneettinen permeabiliteetti - Tämä on suhteellisuuskerroin, joka ottaa huomioon ympäristön vaikutuksen, jossa johdot sijaitsevat.

Saadakseen käsityksen väliaineen magneettisista ominaisuuksista verrattiin tietyssä väliaineessa olevan langan ympärillä olevaa magneettikenttää saman johdon ympärillä olevaan magneettikenttään, joka sijaitsee tyhjiössä. Todettiin, että joissakin tapauksissa kenttä on voimakkaampi kuin tyhjiössä, toisissa se on vähemmän.

On:

v Paramagneettiset materiaalit ja ympäristöt, joissa saadaan vahvempi MF (natrium, kalium, alumiini, platina, mangaani, ilma);

v Diamagneettiset materiaalit ja ympäristöt, joissa magneettikenttä on heikompi (hopea, elohopea, vesi, lasi, kupari);

v Ferromagneettiset materiaalit, joissa syntyy voimakkain magneettikenttä (rauta, nikkeli, koboltti, valurauta ja niiden seokset).

Absoluuttisella magneettisella permeabiliteetilla eri aineille on erilaiset arvot.

Magneettinen vakio - Tämä on tyhjiön absoluuttinen magneettinen permeabiliteetti.

Väliaineen suhteellinen magneettinen permeabiliteetti- dimensioton suure, joka osoittaa, kuinka monta kertaa aineen absoluuttinen magneettinen permeabiliteetti on suurempi tai pienempi kuin magneettivakio:

Diamagneettisille aineille - , paramagneettisille aineille - (diamagneettisten ja paramagneettisten kappaleiden teknisissä laskelmissa otetaan yksikkö), ferromagneettisille materiaaleille - .

MP jännitys N kuvaa MF-virityksen olosuhteita. Jännitys homogeenisessa väliaineessa ei riipu sen aineen magneettisista ominaisuuksista, jossa kenttä syntyy, vaan se ottaa huomioon virran suuruuden ja johtimien muodon vaikutuksen magneettikentän intensiteettiin annettu piste.

MF-intensiteetti on vektorisuure. Vektorin suunta N isotrooppisille aineille (mediat, joilla on samat magneettiset ominaisuudet kaikkiin suuntiin) , on sama kuin magneettikentän tai vektorin suunta tietyssä pisteessä.

Eri lähteiden luoma magneettikentän voimakkuus on esitetty kuvassa. 13.

Magneettivuo on magneettijuovien kokonaismäärä, joka kulkee koko tarkasteltavan pinnan läpi. Magneettinen virtaus F tai MI virtaa alueen läpi S , kohtisuorassa magneettijuovia vastaan ​​on yhtä suuri kuin magneettisen induktion tulo SISÄÄN tämän magneettivuon läpäisemän alueen määrällä.

42) Kun rautasydän viedään kelaan, magneettikenttä kasvaa ja ydin magnetoituu. Tämän vaikutuksen löysi Ampere. Hän havaitsi myös, että magneettikentän induktio aineessa voi olla suurempi tai pienempi kuin itse kentän induktio. Tällaisia ​​aineita alettiin kutsua magneeteiksi.

Magneetit– Nämä ovat aineita, jotka voivat muuttaa ulkoisen magneettikentän ominaisuuksia.

Magneettinen läpäisevyys aine määräytyy suhteella:

B 0 on ulkoisen magneettikentän induktio, B on induktio aineen sisällä.

B:n ja B 0:n suhteesta riippuen aineet jaetaan kolmeen tyyppiin:

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

Faraday löysi tämän aineluokan. Nämä aineet "työntyvät" ulos magneettikentästä. Jos ripustat diamagneettisen sauvan lähelle vahvan sähkömagneetin napaa, se hylätään siitä. Kentän ja magneetin induktiolinjat on siten suunnattu eri suuntiin.

2) Paramagneetit on magneettinen permeabiliteetti m>1, ja tässä tapauksessa se myös hieman ylittää yksikön: m=1+(10 -5 - 10 -6). Tämän tyyppinen magneettinen materiaali sisältää kemialliset alkuaineet Na, Mg, K, Al.

Paramagneettisten materiaalien magneettinen permeabiliteetti riippuu lämpötilasta ja pienenee sen noustessa. Ilman magnetointikenttää paramagneettiset materiaalit eivät luo omaa magneettikenttäään. Luonnossa ei ole pysyviä paramagneetteja.

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

Nämä aineet voivat olla magnetoidussa tilassa ilman ulkoista kenttää. Olemassaolo jäännösmagnetismi yksi ferromagneettien tärkeimmistä ominaisuuksista. Kuumennettaessa korkeaan lämpötilaan aineen ferromagneettiset ominaisuudet katoavat. Lämpötilaa, jossa nämä ominaisuudet häviävät, kutsutaan Curie lämpötila(esimerkiksi raudalle T Curie = 1043 K).

Curie-pisteen alapuolella olevissa lämpötiloissa ferromagneetti koostuu alueista. Verkkotunnukset– nämä ovat spontaanin spontaanin magnetoitumisen alueita (kuva 9.21). Alueen koko on noin 10 -4 -10 -7 m. Magneettien olemassaolo johtuu spontaanin magnetisoitumisen alueiden ilmaantumisesta aineeseen. Rautamagneetti voi säilyttää magneettiset ominaisuutensa pitkään, koska siinä olevat alueet on järjestetty järjestyksessä (yksi suunta hallitsee). Magneettiset ominaisuudet katoavat, jos magneettiin osuu kovaa tai kuumennetaan liikaa. Näiden vaikutusten seurauksena toimialueet muuttuvat "järjestyneiksi".

Kuva 9.21. Alueiden muoto: a) magneettikentän puuttuessa, b) ulkoisen magneettikentän läsnä ollessa.

Alueet voidaan esittää suljettuina virroina magneettisten materiaalien mikrotilavuuksissa. Alue on hyvin havainnollistettu kuvassa 9.21, josta voidaan nähdä, että alueella oleva virta liikkuu katkenneen suljettua silmukkaa pitkin. Suljetut elektronivirrat johtavat magneettikentän esiintymiseen kohtisuorassa elektronin kiertoradan tasoon nähden. Ulkoisen magneettikentän puuttuessa domeenien magneettikenttä on suunnattu kaoottisesti. Tämä magneettikenttä muuttaa suuntaa ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta. Magneetit, kuten jo todettiin, jaetaan ryhmiin sen mukaan, kuinka alueen magneettikenttä reagoi ulkoisen magneettikentän toimintaan. Diamagneettisissa materiaaleissa suuremman määrän alueita magneettikenttä on suunnattu vastakkaiseen suuntaan kuin ulkoisen magneettikentän vaikutus, ja paramagneettisissa materiaaleissa päinvastoin ulkoisen magneettikentän toiminnan suuntaan. Kuitenkin niiden domeenien määrä, joiden magneettikentät on suunnattu vastakkaisiin suuntiin, eroaa hyvin vähän. Siksi dia- ja paramagneettien magneettinen permeabiliteetti m eroaa yksiköstä luokkaa 10 -5 - 10 -6. Ferromagneeteissa niiden domeenien lukumäärä, joiden magneettikenttä on ulkoisen kentän suunnassa, on monta kertaa suurempi kuin niiden domeenien lukumäärä, joilla on magneettikentän vastakkainen suunta.

Magnetisaatiokäyrä. Hystereesisilmukka. Magnetoitumisilmiö johtuu jäännösmagnetismin olemassaolosta aineen ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta.

Magneettinen hystereesi on ilmiö ferromagneetin magneettisen induktion muutosten viivästymisestä suhteessa ulkoisen magneettikentän voimakkuuden muutoksiin.

Kuvassa 9.22 on esitetty aineen magneettikentän riippuvuus ulkoisesta magneettikentästä B=B(B 0). Lisäksi ulkoinen kenttä piirretään Ox-akselia pitkin ja aineen magnetoituminen Oy-akselia pitkin. Ulkoisen magneettikentän lisääntyminen johtaa aineen magneettikentän kasvuun viivaa pitkin arvoon. Ulkoisen magneettikentän pienentäminen nollaan johtaa aineen magneettikentän vähenemiseen (pisteessä Kanssa) arvoon Itään(jäännösmagnetointi, jonka arvo on suurempi kuin nolla). Tämä vaikutus on seurausta viiveestä näytteen magnetoinnissa.

Aineen täydelliseen demagnetoitumiseen tarvittava ulkoisen magneettikentän induktioarvo (piste d kuvassa 9.21) on ns. pakkovoima. Näytteen magnetoinnin nolla-arvo saadaan muuttamalla ulkoisen magneettikentän suunta arvoon. Jatkamalla ulkoisen magneettikentän kasvattamista vastakkaiseen suuntaan maksimiarvoon, tuomme sen arvoon. Sitten muutamme magneettikentän suuntaa ja lisäämme sen takaisin arvoon. Tässä tapauksessa aineemme pysyy magnetoituna. Vain magneettikentän induktion suuruudella on päinvastainen suunta pisteen arvoon verrattuna. Jatkamalla magneettisen induktion arvon kasvattamista samaan suuntaan, saavutamme aineen täydellisen demagnetisoitumisen kohdassa , ja sitten löydämme itsemme taas pisteestä . Siten saamme suljetun funktion, joka kuvaa täydellisen magnetoinnin käänteisen syklin. Sellaista näytteen magneettikentän induktion riippuvuutta ulkoisen magneettikentän suuruudesta täydellisen magnetoinnin käänteisen syklin aikana kutsutaan hystereesisilmukka. Hystereesisilmukan muoto on yksi minkä tahansa ferromagneettisen aineen pääominaisuuksista. Asiaan on kuitenkin mahdotonta päästä tällä tavalla.

Nykyään on melko helppoa saada voimakkaita magneettikenttiä. Suuri määrä asennuksia ja laitteita toimii kestomagneeteilla. Ne saavuttavat 1–2 T:n säteilytason huoneenlämpötilassa. Pienissä määrissä fyysikot ovat oppineet saamaan jopa 4 Teslan vakiomagneettikenttiä käyttämällä erityisiä metalliseoksia tähän tarkoitukseen. Matalissa lämpötiloissa, nestemäisen heliumin lämpötilan järjestyksessä, saadaan yli 10 Teslan magneettikenttiä.

43) Sähkömagneettisen induktion laki (Faraday-Maxwellin laki). Lenzin säännöt

Yhteenvetona kokeidensa tuloksista Faraday muotoili sähkömagneettisen induktion lain. Hän osoitti, että magneettivuon muutoksissa suljetussa johtavassa piirissä induktiovirta herättää. Tämän seurauksena piirissä tapahtuu indusoitunut emf.

Indusoitu emf on suoraan verrannollinen magneettivuon muutosnopeuteen ajan kuluessa. Tämän lain matemaattisen merkinnän on laatinut Maxwell ja siksi sitä kutsutaan Faraday-Maxwellin laiksi (sähkömagneettisen induktion laki).

Magneettinen momentti on päävektorisuure, joka luonnehtii aineen magneettisia ominaisuuksia. Koska magnetismin lähde on suljettu virta, magneettisen momentin arvo M määritellään virran tuloksi minä virtapiirin peittämälle alueelle S:

M = I × S A × m 2 .

Atomien ja molekyylien elektronisilla kuorilla on magneettisia momentteja. Elektroneilla ja muilla alkuainehiukkasilla on spin-magneettinen momentti, joka määräytyy niiden oman mekaanisen momentin - spinin - olemassaolon perusteella. Elektronin spin-magneettimomentti voidaan suunnata ulkoisessa magneettikentässä siten, että vain kaksi yhtäläistä ja vastakkain suunnattua momentin projektiota magneettikentän voimakkuusvektorin suuntaan ovat mahdollisia, yhtä suuret Bohrin magnetoni– 9,274 × 10 -24 A × m 2 .

1. Määrittele aineen "magnetoitumisen" käsite.

Magnetisointi - J- on kokonaismagneettinen momentti aineen tilavuusyksikköä kohti:

1. Määrittele "magneettisen herkkyyden" käsite.

Aineen magneettinen herkkyys, א v – aineen magnetisoitumisen suhde magneettikentän voimakkuuteen tilavuusyksikköä kohti:

אv = , mittaamaton määrä.

Spesifinen magneettinen susceptibiliteetti, א – magneettisen herkkyyden suhde aineen tiheyteen, ts. massayksikön magneettinen susceptibiliteetti, mitattuna m 3 /kg.

1. Määrittele "magneettisen läpäisevyyden" käsite.

Magneettinen läpäisevyys, μ – tämä on fysikaalinen suure, joka luonnehtii muutosta magneettisessa induktiossa, kun se altistetaan magneettikentälle . Isotrooppisilla väliaineilla magneettinen permeabiliteetti on yhtä suuri kuin väliaineen induktion suhde SISÄÄN ulkoisen magneettikentän voimakkuuteen N ja magneettivakioon μ 0 :

Magneettinen läpäisevyys on mittaamaton suure. Sen arvo tietylle väliaineelle on 1 suurempi kuin saman väliaineen magneettinen susceptibiliteetti:

μ = אv+1, koska B = μ0 (H + J).

1. Anna materiaalien luokitus magneettisten ominaisuuksien perusteella.

Magneettisen rakenteensa ja magneettisen permeabiliteetin (herkkyys) arvojen perusteella materiaalit jaetaan:

Diamagneetit μ< 1 (materiaali "vastustaa" magneettikenttää);

Paramagneetit μ > 1(materiaali havaitsee heikosti magneettikentän);

Ferromagneetit μ >> 1(materiaalin magneettikenttä kasvaa);

Ferrimagneetit μ >> 1(magneettikenttä materiaalissa kasvaa, mutta materiaalin magneettinen rakenne eroaa ferromagneettien rakenteesta);

Antiferromagneetit μ ≈ 1(materiaali reagoi heikosti magneettikenttään, vaikka sen magneettinen rakenne on samanlainen kuin ferrimagneetit).

1. Kuvaile diamagnetismin luonnetta.

Diamagnetismi on aineen ominaisuus magnetoitua siihen vaikuttavan ulkoisen magneettikentän suuntaan (sähkömagneettisen induktion lain ja Lenzin säännön mukaisesti). Diamagnetismi on ominaista kaikille aineille, mutta "puhtaassa muodossaan" se ilmenee diamagneettisissa aineissa. Diamagneetit ovat aineita, joiden molekyyleillä ei ole omia magneettimomentteja (niiden kokonaismagneettinen momentti on nolla), joten niillä ei ole muita ominaisuuksia kuin diamagnetismi. Esimerkkejä diamagneettisista materiaaleista:

Vety, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

Vesi, א = - 0,7×10 -9 m 3 /kg.

Timantti, א = - 0,5×10 -9 m 3 /kg.

Grafiitti, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.

Kupari, א = - 0,09 × 10 -9 m 3 /kg.

Sinkki, א = - 0,17×10 -9 m 3 /kg.

Hopeaa, א = - 0,18×10 -9 m 3 /kg.

Kulta, א = - 0,14 × 10 -9 m 3 /kg.

43. Kuvaile paramagnetismin luonnetta.

Paramagnetismi on paramagneeteiksi kutsuttujen aineiden ominaisuus, jotka ulkoiseen magneettikenttään asettuessaan saavat magneettisen momentin, joka osuu yhteen tämän kentän suunnan kanssa. Paramagneettisten materiaalien atomeilla ja molekyyleillä, toisin kuin diamagneettisilla materiaaleilla, on omat magneettimomenttinsa. Kentän puuttuessa näiden momenttien suunta on kaoottinen (johtuen lämpöliikkeestä) ja aineen kokonaismagneettinen momentti on nolla. Ulkoista kenttää käytettäessä hiukkasten magneettiset momentit suuntautuvat osittain kentän suuntaan ja ulkoiseen kentänvoimakkuuteen H lisätään magnetointi J: B = μ 0 (H + J). Aineen induktio lisääntyy. Esimerkkejä paramagneettisista materiaaleista:

Happi, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

Titan, א = 3×10 -9 m 3 /kg.

Alumiini, א = 0,6 × 10 -9 m 3 /kg.

Platina, א = 0,97×10 -9 m 3 /kg.

44. Kuvaile ferromagnetismin luonnetta.

Ferromagnetismi on aineen magneettisesti järjestetty tila, jossa kaikki atomien magneettiset momentit tietyssä aineen tilavuudessa (alueessa) ovat yhdensuuntaisia, mikä aiheuttaa domeenin spontaanin magnetoitumisen. Magneettisen järjestyksen ilmaantuminen liittyy elektronien vaihtovuorovaikutukseen, joka on luonteeltaan sähköstaattista (Coulombin laki). Ulkoisen magneettikentän puuttuessa eri alueiden magneettisten momenttien orientaatio voi olla mielivaltainen ja tarkasteltavalla ainemäärällä voi olla yleisesti heikko tai nollamagnetoituminen. Magneettikenttää käytettäessä domeenien magneettiset momentit suuntautuvat kenttää pitkin, mitä suurempi on kentänvoimakkuus. Tällöin ferromagneetin magneettisen permeabiliteetin arvo muuttuu ja induktio aineessa kasvaa. Esimerkkejä ferromagneeteista:

Rauta, nikkeli, koboltti, gadolinium

ja näiden metallien seokset keskenään ja muiden metallien kanssa (Al, Au, Cr, Si jne.). μ ≈ 100…100000.

45. Kuvaile ferrimagnetismin luonnetta.

Ferrimagnetismi on magneettisesti järjestynyt aineen tila, jossa atomien tai ionien magneettiset momentit muodostavat tietyssä ainetilavuudessa (domain) atomien tai ionien magneettisia alihiloja, joiden kokonaismagneettiset momentit ovat erisuuruisia keskenään ja suunnattu vastakkaisesti. Ferrimagnetismia voidaan pitää magneettisesti järjestetyn tilan yleisimpana tapauksena ja ferromagnetismia yksittäisen alihilan tapauksena. Ferrimagneettien koostumus sisältää välttämättä ferromagneettisia atomeja. Esimerkkejä ferrimagneeteista:

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

Ferrimagneettien magneettinen permeabiliteetti on samaa luokkaa kuin ferromagneettien: μ ≈ 100…100000.

46. ​​Kuvaile antiferromagnetismin luonnetta.

Antiferromagnetismi on aineen magneettisesti järjestynyt tila, jolle on tunnusomaista se, että aineen vierekkäisten hiukkasten magneettiset momentit ovat suunnattu vastakkaisesti ja ulkoisen magneettikentän puuttuessa aineen kokonaismagnetoituminen on nolla. Magneettisen rakenteensa suhteen antiferromagneettia voidaan pitää ferrimagneetin erikoistapauksena, jossa alihiljojen magneettiset momentit ovat suuruudeltaan yhtä suuret ja antirinnakkaiset. Antiferromagneettien magneettinen permeabiliteetti on lähellä 1. Esimerkkejä antiferromagneeteista:

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

47. Mikä on suprajohtavien materiaalien magneettisen permeabiliteetin arvo?

Supraliitoksen lämpötilan alapuolella olevat suprajohteet ovat ihanteellisia diamagneetteja:

א= - 1; μ = 0.

Jos yllä kuvatuissa kokeissa otamme rautasydämen sijasta ytimiä muista materiaaleista, voidaan havaita myös muutos magneettivuossa. On luonnollisinta odottaa, että huomattavimman vaikutuksen tuottavat raudan magneettisilta ominaisuuksiltaan samanlaiset materiaalit eli nikkeli, koboltti ja eräät magneettiset seokset. Todellakin, kun näistä materiaaleista valmistettu sydän viedään kelaan, magneettivuon kasvu osoittautuu melko merkittäväksi. Toisin sanoen voimme sanoa, että niiden magneettinen permeabiliteetti on korkea; esimerkiksi nikkelillä se voi saavuttaa arvon 50, koboltilla 100. Kaikki nämä materiaalit, joilla on suuri arvo, yhdistetään yhdeksi ferromagneettisten materiaalien ryhmäksi.

Kaikilla muilla "ei-magneettisilla" materiaaleilla on kuitenkin myös jonkin verran vaikutusta magneettivuon, vaikka tämä vaikutus on paljon pienempi kuin ferromagneettisten materiaalien. Erittäin huolellisilla mittauksilla tämä muutos voidaan havaita ja eri materiaalien magneettinen permeabiliteetti voidaan määrittää. On kuitenkin pidettävä mielessä, että yllä kuvatussa kokeessa verrattiin magneettivuoa kelassa, jonka onkalo on täytetty raudalla, kelan vuon kanssa, jonka sisällä on ilmaa. Niin kauan kuin puhuimme sellaisista erittäin magneettisista materiaaleista kuin raudasta, nikkelistä, koboltista, sillä ei ollut väliä, koska ilman läsnäololla on hyvin vähän vaikutusta magneettivuon. Mutta kun tutkitaan muiden aineiden, erityisesti ilman, magneettisia ominaisuuksia, meidän on tietysti tehtävä vertailu kelaan, jonka sisällä ei ole ilmaa (tyhjiö). Siten magneettisen läpäisevyyden määrittämiseksi otamme magneettivuon suhteen tutkittavassa aineessa ja tyhjiössä. Toisin sanoen otamme tyhjiön magneettisen permeabiliteetin yhdeksi (jos , niin ).

Mittaukset osoittavat, että kaikkien aineiden magneettinen permeabiliteetti eroaa yksiköstä, vaikka useimmissa tapauksissa tämä ero on hyvin pieni. Mutta erityisen huomionarvoista on se, että joidenkin aineiden magneettinen permeabiliteetti on suurempi kuin yksi, kun taas toisilla se on pienempi kuin yksi, eli kelan täyttäminen joillakin aineilla lisää magneettivirtaa ja kelan täyttäminen muilla aineilla vähentää. tämä virtaus. Ensimmäistä näistä aineista kutsutaan paramagneettisiksi () ja toista - diamagneettisiksi (). Kuten taulukko osoittaa. 7, ero läpäisevyyden ja yhtenäisyyden välillä sekä paramagneettisilla että diamagneettisilla aineilla on pieni.

Erityisesti tulee korostaa, että paramagneettisten ja diamagneettisten kappaleiden magneettinen permeabiliteetti ei riipu ulkoisen magnetisoivan kentän magneettisesta induktiosta, eli se on tiettyä ainetta luonnehtiva vakioarvo. Kuten pykälästä 149 nähdään, tämä ei koske rautaa ja muita vastaavia (ferromagneettisia) kappaleita.

Taulukko 7. Joidenkin paramagneettisten ja diamagneettisten aineiden magneettinen permeabiliteetti

Paramagneettisten ja diamagneettisten aineiden vaikutus magneettivuon selittyy, aivan kuten ferromagneettisten aineiden vaikutus, sillä, että käämin virran synnyttämä magneettivuo liittyy alkuaineampeerivirroista lähtevään vuon kanssa. Paramagneettiset aineet lisäävät kelan magneettivirtaa. Tämä vuon kasvu, kun kela on täytetty paramagneettisella aineella, osoittaa, että paramagneettisissa aineissa ulkoisen magneettikentän vaikutuksesta alkuainevirrat suuntautuvat siten, että niiden suunta on sama kuin käämivirran suunta (kuva 276). Pieni ero yhtenäisyydestä osoittaa vain, että paramagneettisten aineiden tapauksessa tämä lisämagneettivuo on hyvin pieni, ts. että paramagneettiset aineet magnetisoituvat hyvin heikosti.

Magneettivuon pieneneminen kelaa täytettäessä diamagneettisella aineella tarkoittaa, että tässä tapauksessa alkeisampeerivirroista tuleva magneettivuo on suunnattu vastakkaisesti kelan magneettivuon kanssa, eli diamagneettisissa aineissa ulkoisen vaikutuksen alaisena. magneettikenttä, syntyy alkeisvirtoja, jotka on suunnattu vastakkain käämivirtojen kanssa (kuva 277). Tässä tapauksessa poikkeamien pienuus yhtenäisyydestä osoittaa myös, että näiden alkeisvirtojen lisävirtaus on pieni.

Riisi. 277. Kelan sisällä olevat diamagneettiset aineet heikentävät solenoidin magneettikenttää. Niissä olevat alkeisvirrat suunnataan vastakkain solenoidin virran kanssa

Kutsutaan magneettiseksi permeabiliteetiksi . Absoluuttinen magneettinenläpäisevyys Ympäristö on B:n ja H:n suhde. Kansainvälisen yksikköjärjestelmän mukaan se mitataan yksiköissä, joita kutsutaan 1 henryksi metriä kohti.

Sen numeerinen arvo ilmaistaan ​​sen arvon suhteella tyhjiön magneettisen permeabiliteetin arvoon ja on merkitty µ:llä. Tätä arvoa kutsutaan suhteellinen magneettinenläpäisevyys(tai yksinkertaisesti magneettinen permeabiliteetti). Suhteellisena suurena sillä ei ole mittayksikköä.

Näin ollen suhteellinen magneettinen permeabiliteetti µ on arvo, joka osoittaa, kuinka monta kertaa tietyn väliaineen kenttäinduktio on pienempi (tai suurempi) kuin tyhjiön magneettikentän induktio.

Kun aine altistuu ulkoiselle magneettikentälle, se magnetoituu. Miten tämä tapahtuu? Amperen hypoteesin mukaan jokaisessa aineessa kiertää jatkuvasti mikroskooppisia sähkövirtoja, jotka johtuvat elektronien liikkeestä niiden kiertoradalla ja omien elektronien läsnäolosta.Normaaleissa olosuhteissa tämä liike on epäjärjestynyt ja kentät "sammuttavat" (kompensoivat) toisiaan. . Kun kappale asetetaan ulkoiseen kenttään, virrat ovat järjestettyjä ja keho magnetoituu (eli sillä on oma kenttä).

Kaikkien aineiden magneettinen permeabiliteetti on erilainen. Kokonsa perusteella aineet voidaan jakaa kolmeen suureen ryhmään.

U diamagneettiset materiaalit magneettisen permeabiliteetin arvo µ on hieman pienempi kuin yksikkö. Esimerkiksi vismutilla on µ = 0,9998. Diamagneetteja ovat sinkki, lyijy, kvartsi, kupari, lasi, vety, bentseeni ja vesi.

Magneettinen läpäisevyys paramagneettinen hieman enemmän kuin yksi (alumiinille µ = 1,000023). Esimerkkejä paramagneettisista materiaaleista ovat nikkeli, happi, volframi, kova kumi, platina, typpi, ilma.

Lopuksi kolmanteen ryhmään kuuluu joukko aineita (pääasiassa metallit ja seokset), joiden magneettinen permeabiliteetti ylittää merkittävästi (useita suuruusluokkia) yhtenäisyyden. Nämä aineet ovat ferromagneetteja. Tämä sisältää pääasiassa nikkelin, raudan, koboltin ja niiden seokset. Teräkselle µ = 8∙10^3, nikkeli-rautaseokselle µ=2,5∙10^5. Ferromagneeteilla on ominaisuuksia, jotka erottavat ne muista aineista. Ensinnäkin niillä on jäännösmagnetismi. Toiseksi niiden magneettinen permeabiliteetti riippuu ulkoisen kentän induktion suuruudesta. Kolmanneksi, jokaiselle niistä on tietty lämpötilakynnys, ns Curie-piste, jolloin se menettää ferromagneettiset ominaisuutensa ja muuttuu paramagneettiseksi. Nikkelin Curie-piste on 360°C, raudalla -770°C.

Ferromagneettien ominaisuuksia määrää magneettisen läpäisevyyden lisäksi myös I:n arvo, ns. magnetointi tästä aineesta. Tämä on magneettisen induktion monimutkainen epälineaarinen funktio; magnetisaation kasvua kuvaa viiva ns magnetointikäyrä. Tässä tapauksessa, saavutettuaan tietyn pisteen, magnetointi käytännössä lakkaa kasvamasta ( magneettinen kylläisyys). Ferromagneetin magnetointiarvon viivettä ulkoisen kentän induktion kasvavasta arvosta kutsutaan magneettinen hystereesi. Tässä tapauksessa ferromagneetin magneettiset ominaisuudet eivät ole riippuvaisia ​​vain sen nykyisestä tilasta, vaan myös sen aikaisemmasta magnetoinnista. Tämän riippuvuuden käyrän graafista esitystä kutsutaan hystereesisilmukka.

Ominaisuuksiensa vuoksi ferromagneetteja käytetään laajalti tekniikassa. Niitä käytetään generaattoreiden ja sähkömoottoreiden roottoreissa, muuntajaytimien valmistuksessa ja elektronisten tietokoneiden osien valmistuksessa. Ferromagneetteja käytetään nauhureissa, puhelimissa, magneettinauhoissa ja muissa tietovälineissä.