Магнітне поле в речовині
(завершуємо тему "Магнітне поле")
 |
Мал. 1 Парамагнетик (1) і діамагнетик (2) в неоднорідному магнітному полі |
У всіх тілах, що знаходяться в магнітному полі, виникає результуючий магнітний момент. Це явище називають намагнічуванням, а відповідне тіло – магнетиком.
Магнітне поле в магнетику складається з двох частин: поля макрострумів, що течуть по провідниках, з індукцією
В0 = μ0Н
і власного поля В´, створеного мікрострумами середовища. Індукція результуючого магнітного поля в магнетику
В = В0 + В´.
В молекулах речовини циркулюють замкнені струми; кожен такий струм має магнітний момент; у відсутності зовнішнього магнітного поля молекулярні струми, внаслідок теплового руху молекул, орієнтовані хаотично і створене ними середнє поле дорівнює нулю. У зовнішньому полі магнітні моменти молекул орієнтуються переважно вздовж напрямку В0 (в деяких речовинах, так званих діамагнетиках, – проти зовнішнього поля), внаслідок чого речовина намагнічується.
Кількісною характеристикою намагнічування речовини є вектор намагнічування (J), рівний векторній сумі магнітних моментів Pmi усіх молекул в одиниці об’єму речовини:
Вектор намагнічування пропорційний напруженості магнітного поля:
J =χH.
Коефіцієнт пропорційності χ називається магнітною сприйнятливістю; це безрозмірна величина, що залежить від природи магнетика.
Величини B, H, J, а також μ і χ пов’язані між собою:
Крива залежності В=B(Во) називається кривою намагнічування.
- Речовини, для яких χ > 0, μ > 1, називаються парамагнетиками (O2; NO; MnO; FeCl2).
- Речовини, для яких χ < 0, μ < 1, називаються діамагнетиками (H2; N2; Zn; Cu; Au; He; Аr; Сr; Ne).
- Речовини, для яких μ >> 10, називаються феромагнетиками (Fe; Со; Ni).
Феромагнетики відрізняються від парамагнетиків і діамагнетиків рядом властивостей:
а) крива намагнічування феромагнетика має складний характер (мал. 2), тоді як для парамагнетиків вона являє собою пряму з додатнім кутовим коефіцієнтом, а для діамагнетиків – пряму з від’ємним кутовим коефіцієнтом;
б) магнітна проникність μ феромагнетиків залежить від напруженості поля; у діа- і парамагнетиків – не залежить;
в) розмагнічений феромагнетик намагнічується зовнішнім магнітним полем; залежність В=В(Во) виражається кривою (мал. 3). При зменшенні Во до нуля В(Во) має місце відставання зміни індукції феромагнетика від зміни індукції зовнішнього поля. Це явище називається магнітним гістерезисом. Магнітна індукція, що зберігається в феромагнетику після зникнення зовнішнього поля (коли Во=0), називається залишковою магнітною індукцією (Вr). Щоб розмагнітити феромагнетик, треба зняти залишкову індукцію; для цього потрібно створити поле протилежного напрямку.
 |
Мал. 2 Залежність магнітної проникності феромагнетика від індукції зовнішнього магнітного поля. |
 |
Мал. 3 Петля гістерезису феромагнетика. |
Властивості феромагнетиків пояснюються наявністю в них областей спонтанної намагніченості – доменів. Розташування магнітних моментів доменів у відсутності зовнішнього поля – хаотичне, тому і сумарна намагніченість дорівнює нулю. В зовнішньому полі магнітні моменти доменів повертаються вздовж поля і феромагнетик намагнічується.
Доцільно прочитати: