РЕАЛЬНА ФІЗИКА. Магнітне поле в речовині

РЕАЛЬНА ФІЗИКА

Наши партнеры ArtmMisto

Експериментальні дослідження показали, що всі речовини в більшій чи меншій мірі намагнічені. Якщо два витка з струмами помістити в будь-яку середу, то сила магнітного взаємодії між струмами змінюється. Цей досвід показує, що індукція магнітного поля, що створюється електричними струмами в речовині, відрізняється від індукції магнітного поля, що створюється тими ж струмами в вакуумі. Фізична величина, що показує, у скільки разів індукція магнітного поля в однорідному середовищі B sub відрізняється по модулю від індукції магнітного поля в вакуумі B 0, називається відносної магнітної проникністю:

μ = B sub / B 0

де B sub = μμ0 H - індукція магнітного поля в речовині;
B 0 = μ0 H - індукція магнітного поля в сободних від речовини просторі (ефірі, вакуумі);
μ0 - магнітна проникність ефіру, магнітна постійна;
μ - магнітна проникність ефіру, магнітна постійна;
H - напруженість магнітного поля в даній точці [a / m]

Магнітні властивості речовин визначаються магнітними властивостями атомів або елементарних частинок (електронів, протонів і нейтронів), що входять до складу атомів. В даний час встановлено, що магнітні властивості протонів і нейтронів майже в 1000 разів слабкіше магнітних властивостей електронів. Тому магнітні властивості речовин в основному визначаються електронами, що входять до складу атомів. Одним з найважливіших властивостей електрона є наявність у нього не тільки електричного, але і власного магнітного поля. Власне магнітне поле електрона називають спіновим (spin - обертання). Електрон також створює магнітне поле за рахунок внутрішнього мікрострумами, залежить від його положення (конфігурації) в атомі речовини.

Конфігурації електронів в молекулах по Д.Н. Кожевникову

1.Модель метилового радикала (-CH

3).

2.Гідроксільная група (-

OH).

3.Модель молекули метанолу (CH

3OH).

4.Оболочка з шести електронів - кілець.

5.Молекула кисню (

O2) - подвійний зв'язок.

6.Молекула (

CO2), з'єднання з подвійною ковалентним зв'язком

7. Замикання електричних струмів в межах оболонки

8. Вид 4 електронів атома вуглецю в структурі алмазу.

9.Молекула циклогексана (C

6H12) .в крісельної конформації.

10. Молекула адамантану (C

10 H16).

11.Оболочка з двох хвильових кілець

.

12.Оболочка з восьми хвильових кілець.

Спінові поля електронів і магнітні поля, обумовлені їх конфігураційними мікрострумами, і визначають широкий спектр магнітних властивостей речовин. Речовини вкрай різноманітні за своїми магнітними властивостями. У більшості речовин ці властивості виражені слабо. Слабо-магнітні речовини діляться на дві великі групи - парамагнетики і Діамагнетик. Вони відрізняються тим, що при внесенні в зовнішнє магнітне поле парамагнітні зразки намагнічуються так, що їх власне магнітне поле виявляється спрямованим згідно вектору напруженості H зовнішнього поля, а діамагнітниє зразки намагнічуються проти вектора напруженості H зовнішнього поля.

Тому у парамагнетиків μ> 1, а у діамагнетіков μ <1. Відмінність μ від одиниці у пара- і діамагнетиків надзвичайно мало. Наприклад, у алюмінію, який відноситься до парамагнетикам, μ - 1 ≈ 2,1 · 10-5, у хлористого заліза (FeCl3) μ - 1 ≈ 2,5 · 10-3. До парамагнетикам відносяться також платина, повітря і багато інших речовин. До діамагнетиків відносяться мідь (μ - 1 ≈ 3 · 10-6), вода (μ - 1 ≈ -9 · 10-6), вісмут (μ - 1 ≈ -1,7 · 10-3) і інші речовини. Зразки з пара- і діамагнетиком, поміщені в неоднорідне магнітне поле між полюсами електромагніту, поводяться по-різному - парамагнетики втягуються в область сильного поля, Діамагнетик - виштовхуються (рис. 1).

Пара і диамагнетизм пояснюється конфігурацією електронних оболонок атомів і молекул у зовнішньому магнітному полі. У атомів діамагнітних речовин за відсутності зовнішнього поля власні магнітні поля електронів і поля, створювані їх конфігураційними мікрострумами, повністю компенсовані. Виникнення діамагнетизму пов'язане з дією сили Лоренца на електронні мікроструми. Під дією цієї сили змінюється характер мікрострумів електронів і порушується компенсація магнітних полів. Що виникає при цьому власне магнітне поле атома виявляється спрямованим проти напруженості H зовнішнього поля. В атомах парамагнітних речовин магнітні поля електронів компенсовані в повному обсязі, і електронні оболочкіматома виявляються подібними маленьким круговим струмів. Під час відсутності зовнішнього поля ці кругові мікроструми орієнтовані довільно, так що сумарна магнітна індукція дорівнює нулю. Зовнішнє магнітне поле робить ориентирующее дію - мікроструми прагнуть зорієнтуватися так, щоб їх власні магнітні поля виявилися спрямованими у напрямку вектора напруженості зовнішнього поля. Через теплового руху атомів орієнтація мікрострумів ніколи не буває повною.

При посиленні зовнішнього поля орієнтаційний ефект зростає, так що індукція власного магнітного поля парамагнітного зразка зростає прямо пропорційно напруженості зовнішнього магнітного поля (з деяким запізненням, іноді накопиченням, запам'ятовуванням в магнітотверді речовинах). Індукція магнітного поля в зразку визначається твором напруженості зовнішнього магнітного поля H [a / m] і абсолютної магнітної проникності зразка μa. Механізм намагнічування парамагнетиків дуже схожий на механізм поляризації полярних діелектриків. Діамагнетизм не має аналога серед електричних властивостей речовини. Слід зазначити, що діамагнітними властивостями володіють атоми будь-яких речовин. Однак, у багатьох випадках диамагнетизм атомів маскується сильнішим парамагнітним ефектом. Явище діамагнетизму було відкрито М. Фарадеєм (1845 г.).

Речовини, здатні сильно намагнічуватися в магнітному полі, називаються феромагнетиками. Магнітна проникність феромагнетиків по порядку величини лежить в межах 102-105. Наприклад, у сталі μ ≈ 8000, у сплаву заліза з нікелем магнітна проникність досягає значень 250000. До групи феромагнетиків відносяться чотири хімічні елементи: залізо, нікель, кобальт, гадоліній. З них найбільшою магнітною проникністю володіє залізо. Тому вся ця група отримала назву феромагнетиків. Феромагнетиками можуть бути різні сплави, що містять феромагнітні елементи. Широке застосування в техніці отримали керамічні феромагнітні матеріали - ферити.

Для кожного феромагнетика існує певна температура (так звана температура Кюрі або точка Кюрі), вище якої феромагнітні властивості зникають, і речовина стає парамагнетиком. У заліза, наприклад, температура Кюрі дорівнює 770 ° C, у кобальту 1130 ° C, у нікелю 360 ° C. Феромагнітні матеріали діляться на дві великі групи - на магнитомягкие і магнітотверді матеріали. Магнитомягкие феромагнітні матеріали майже повністю розмагнічуються, коли зовнішнє магнітне поле стає рівним нулю. До магнітомягкого матеріалів відноситься, наприклад, чисте залізо, електротехнічна сталь і деякі сплави.

Ці матеріали застосовуються в приладах змінного струму, в яких відбувається безперервне перемагнічування, тобто зміна напрямку магнітного поля (трансформатори, електродвигуни і т. П.). Магнітотверді матеріали зберігають значною мірою свою намагніченість і після видалення їх з магнітного поля. Прикладами магнітотверді матеріалів можуть служити вуглецева сталь і ряд спеціальних сплавів. Магнітотверді матеріали використовуються в основному для виготовлення постійних магнітів. Магнітна проникність μ феромагнетиків не є постійною величиною; вона сильно залежить від напруженості H зовнішнього поля, а також від його частоти f [Hz], якщо це змінне магнітне поле.

Типова залежність μ (H) приведена на рис. 2. У таблицях зазвичай наводяться значення максимальної магнітної проникності.

Мінливість магнітної проникності призводить до складної нелінійної залежності індукції B магнітного поля у феромагнетику від напруженості H зовнішнього магнітного поля. Характерною особливістю процесу намагнічування феромагнетиків є так називаетмий гистерезис, тобто залежність намагнічування від передісторії зразка. Крива намагнічування B (H) феромагнітного зразка являє собою петлю складної форми, яка називається петлею гістерезису (рис. 3.).

З рис. 3 видно, що при настає магнітне насичення - намагніченість зразка досягає максимального значення. Якщо тепер зменшувати магнітну індукцію B0 зовнішнього поля і довести її знову до нульового значення, то феромагнетик збереже залишкову намагніченість - поле всередині зразка дорівнюватиме Br. Залишкова намагніченість зразків дозволяє створювати постійні магніти. Для того, щоб повністю розмагнітити зразок, необхідно, змінивши знак зовнішнього поля, довести напруженість до значення -Hc, яке прийнято називати коерцитивної силою.

Далі процес перемагнічування може бути продовжений, як це зазначено стрілками на рис. 3. У магнитомягких матеріалів значення коерцитивної сили Hc невелика - петля гістерезису таких матеріалів достатньо «вузька». Матеріали з великим значенням коерцитивної сили, тобто мають «широку» петлю гістерезису, відносяться до магнітотверді. Якісно ферромагнетизм пояснюється наявністю власних (спінових) магнітних полів у електронів. У кристалах феромагнітних матеріалів виникають умови, при яких, внаслідок сильної взаємодії спінових магнітних полів сусідніх електронів, енергетично вигідною стає їх паралельна орієнтація.

В результаті такої взаємодії всередині кристала феромагнетика виникають спонтанно намагнічені області розміром порядку 10-2 - 10-4 см. Ці області називаються доменами. Кожен домен вдає із себе невеликий постійний магніт. Під час відсутності зовнішнього магнітного поля напрями векторів індукції магнітних полів в різних доменах орієнтовані у великому кристалі хаотично. Такий кристал в середньому виявиться ненамагніченим. При накладенні зовнішнього магнітного поля відбувається зміщення кордонів доменів так, що обсяг доменів, орієнтованих по зовнішньому полю, збільшується. Зі збільшенням індукції зовнішнього поля зростає магнітна індукція намагніченого речовини. У дуже сильному зовнішньому полі домени, в яких власне магнітне поле збігається за напрямком із зовнішнім полем, поглинають всі інші домени, і настає магнітне насичення. Мал. 4 може служити якісною ілюстрацією процесу намагнічування феромагнітного зразка.

що "гравітаційне лінзування" нібито спостерігається поблизу далеких галактик (але не в масштабі зірок, де воно повинно бути за формулами ОТО!), Насправді є термічним лінзуванням , Пов'язаним зі змінами щільності ефіру від нагрівання міріадами зірок. Детальніше читайте в FAQ по ефірної фізиці . НОВИНИ ФОРУМУ
Лицарі теорії ефіру 13.06.2019 - 5:11: ЕКОЛОГІЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМА ГЛОБАЛЬНОЇ ЗАГИБЕЛІ бджіл ТА ІНШИХ запилювачів РОСЛИН - Карім_Хайдаров.
12.06.2019 - 9:05: ВІЙНА, ПОЛІТИКА І НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема державного тероризму - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:05: ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ФІЗИКА - Experimental Physics -> Експерименти Серлі і його послідовників з магнітами - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 18:03: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від Андрія Маклакова - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:23: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від В'ячеслава Осієвського - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 13:18: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від Світлани Віслобоковой - Карім_Хайдаров.
11.06.2019 - 6:28: Астрофізики - Astrophysics -> До 110 річчя Тунгускою катастрофи - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 21:23: ВИХОВАННЯ, ОСВІТА, ОСВІТА - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвітництво від Володимира Васильовича Квачкова - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:27: СОВІСТЬ - Conscience -> Вищий розум - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:24: ВІЙНА, ПОЛІТИКА І НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ страви - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 19:14: СОВІСТЬ - Conscience -> РОСІЙСЬКИЙ СВІТ - Карім_Хайдаров.
10.06.2019 - 8:40: ЕКОНОМІКА І ФІНАНСИ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС СВІТОВОЇ ФІНАНСОВОЇ СИСТЕМИ - Карім_Хайдаров.