Магнитная проницаемость. Магнитные свойства веществ
Магнитные свойства веществ
Подобно тому, как электрические свойства вещества характеризуются диэлектрической проницаемостью, магнитные свойства вещества характеризуются магнитной проницаемостью.
Благодаря тому, что все вещества, находящиеся в магнитном поле, создают собственное магнитное поле, вектор магнитной индукции в однородной среде отличается от вектора в той же точке пространства в отсутствие среды, т. е. в вакууме.
Отношение называется магнитной проницаемостью среды.
Итак, в однородной среде магнитная индукция равна:
= m . (12.1)
Величина m у железа очень велика. В этом можно убедиться на опыте. Если вставить в длинную катушку железный сердечник, то магнитная индукция, согласно формуле (12.1), увеличится в m раз. Следовательно, во столько же раз увеличится поток магнитной индукции. При размыкании цепи, питающей намагничивающую катушку постоянным током, во второй, небольшой катушке, намотанной поверх основной, возникает индукционный ток, регистрируемый гальванометром (рис. 12.1).
Если в катушку вставлен железный сердечник, то отклонение стрелки гальванометра при размыкании цепи будет в m раз больше. Измерения показывают, что магнитный поток при внесении в катушку железного сердечника может увеличиться в тысячи раз. Следовательно, магнитная проницаемость железа огромна.
Рис. 12.1
Существует три основных класса веществ с резко различающимися магнитными свойствами: ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики.
Ферромагнетики
Вещества, у которых, подобно железу, m >> 1, называются ферромагнетиками. Кроме железа, ферромагнетиками являются кобальт и никель, а также ряд редкоземельных элементов и многие сплавы. Важнейшее свойство ферромагнетиков – существование у них остаточного магнетизма. Ферромагнитное вещество может находиться в намагниченном состоянии и без внешнего намагничивающего поля.
Железный предмет (например, стержень), как известно, втягивается в магнитное поле, т. е. перемещается в область, где магнитная индукция больше. Соответственно, он притягивается к магниту или электромагниту. Это происходит потому, что элементарные токи в железе ориентируются так, что направление магнитной индукции их поля совпадает с направлением индукции намагничивающего поля. В результате железный стержень превращается в магнит, ближайший полюс которого противоположен полюсу электромагнита. Противоположные же полюса магнитов притягиваются (рис. 12.2).
Рис. 12.2
СТОП! Решите самостоятельно: А1–А3, В1, В3.
Парамагнетики
Существуют вещества, которые ведут себя подобно железу, т. е. втягиваются в магнитное поле. Эти вещества называются парамагнитными. К их числу относятся некоторые металлы (алюминий, натрий, калий, марганец, платина и др.), кислород и многие другие элементы, а также различные растворы электролитов.
Так как парамагнетики втягиваются в поле, то линии индукции создаваемого ими собственного магнитного поля и намагничивающего поля направлены одинаково, поэтому поле усиливается. Таким образом, у них m > 1. Но от единицы m отличается крайне незначительно, всего на величину порядка 10–5...10–6. Поэтому для наблюдения парамагнитных явлений требуются мощные магнитные поля.
Диамагнетики
Особый класс веществ представляют собой диамагнетики, открытые Фарадеем. Они выталкиваются из магнитного поля. Если подвесить диамагнитный стерженек возле полюса сильного электромагнита, то он будет отталкиваться от него. Следовательно, линии индукции созданного им поля направлены противоположно линиям индукции намагничивающего поля, т. е. поле ослабляется (рис. 12.3). Соответственно у диамагнетиков m < 1, причем отличается от единицы на величину порядка 10–6. Магнитные свойства у диамагнетиков выражены слабее, чем у парамагнетиков.
Рис. 12.3
Рис. 12.4 |
К диамагнетикам относятся висмут, медь, сера, ртуть, хлор, инертные газы и практически все органические соединения. Диамагнитным является пламя, например пламя свечи (главным образом за счет углекислого газа). Поэтому пламя выталкивается из магнитного поля (рис. 12.4).
Для всех диамагнитных веществ магнитная проницаемость практически не зависит от индукции намагничивающего поля. Не зависит она и от температуры. При вынесении диамагнетика из внешнего намагничивающего поля он полностью размагничивается и магнитного поля не создает.
В табл. 12.1 приведены значения магнитной проницаемости для некоторых парамагнитных и диамагнитных веществ.
Таблица 12.1
Парамагнитные вещества | m | Диамагнитные вещества | m |
Азот (газообразный) Воздух (газообразный) Кислород (газообразный) Кислород (жидкий) Эбонит Алюминий Вольфрам Платина | 1,000013 1,000038 1,000017 1,0034 1,000014 1,000023 1,000175 1,000253 | Водород (газообразный) Вода Стекло Цинк Серебро Золото Медь Висмут | 0,999937 0,999991 0,999987 0,999991 0,999981 0,999963 0,999912 0,999824 |
Дата добавления: 2016-04-11; просмотров: 3220;