§ 9. Классификация веществ по их магнитным свойствам
Магнитные свойства веществ характеризуются величиной их магнитной проницаемости . В зависимости от величины магнитной проницаемости магнетики разделяются на три группы: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Дадим характеристику каждой из них
Диамагнетики – это вещества, у которых величина магнитной проницаемости постоянна по величине и меньше 1, т.е. <1. У них вектор намагничивания и напряженность поля направлены в противоположные стороны, то есть в неоднородном поле такие вещества перемещаются в сторону убывания напряженности или иначе «выталкиваются из поля». Это слабомагнитные вещества. Примером диамагнетиков служат висмут, ртуть, вода, молекулярный водород, щелочно-галоидные кристаллы и т.д.
Парамагнетики – это такие вещества, у которых величина магнитной проницаемости постоянна по величине и больше 1, т.е. 1. У них вектор намагничивания и напряженность поля направлены в одинаковые стороны, то есть в неоднородном поле такие вещества перемещаются в сторону возрастания напряженности или иначе «втягиваются в поле». Примером парамагнетиков являются: натрий, калий, рубидий, цезий, магний, алюминий, марганец и т.д. Так же как и диамагнетики, парамагнетики это слабомагнитные вещества.
Ферромагнетики – это вещества, у которых магнитная проницаемость достигает очень больших значений, т.е. 1. В отличии от диамагнетиков и парамагнетиков, у которых магнитная проницаемость постоянна, магнитная проницаемость ферромагнетиков является функцией напряженности магнитного поля и соответственно вектора магнитной индукции. Это сильномагнитные вещества. Примером ферромагнетиков могут служить железо, кобальт, никель, гадолиний и др.
Хотя ферромагнитных тел в природе не так уж много, именно они имеют наибольшее практическое значение. Вставляя железный или стальной сердечник в катушку можно во много раз усилить создаваемое ею магнитное поле, не увеличивая силу тока в катушке. Сердечники трансформаторов, генераторов, электродвигателей изготавливаются из ферромагнетиков.
§ 10. Природа микроскопических токов
С
огласно
гипотезе Ампера намагничивание тел
объясняется существованием в них
молекулярных токов. Природа молекулярных
токов стала понятной после того как
Резерфорд установил, что атомы всех
веществ состоят из положительно
заряженного ядра и движущихся вокруг
него отрицательно заряженных электронов.
Согласно теории Бора электроны в атомах
движутся по круговым орбитам. Рассмотрим
изолированный атом, вокруг которого по
замкнутым круговым орбитам движутся
электроны.
Через
площадку, расположенную перпендикулярно
траектории движения электрона переносится
в единицу времени заряд, величина
которого равна
.
Здесь
– число оборотов электрона в секунду.
Следовательно, электрон, движущийся по
круговой орбите, создает ток
Его магнитный момент
где S-
площадь орбиты электрона,
,
R – радиус орбиты
электрона.
Тогда
Скорость движения электрона по орбите
т.к.
T
– период обращения. Отсюда
и
Этот магнитный момент обусловлен движением электрона по орбите и носит название орбитального магнитного момента электрона.
Таким образом, природа микроскопических токов в магнетиках обуславливается следующими положениями:
Орбитальным движением электронов в атомах.
Наличием у электрона собственного магнитного момента, имеющего квантовую природу
В слабомагнитных веществах собственные поля создают лишь орбитальные токи так как магнитные моменты различных электронов в атомах компенсируют друг друга. Ферромагнетизм проявляется у небольшой группы твердых кристаллических тел. Он обусловлен не скомпенсированными магнитными моментами электронов в атоме. Ферромагнетики могут оставаться намагниченными длительное время после исчезновения внешнего магнитного поля. Это позволяет использовать их как постоянные магниты, магнитные стрелки, носители информации (магнитные ленты, диски).
При температуре выше некоторого определенного для данного ферромагнетика значения его ферромагнитные свойства исчезают. Эту температуру называют температурой Кюри. Температура Кюри для железа 753 °C, для никеля 365 °C, для кобальта 1000 °C.