Намагніченість. Магнітне поле в речовині Намагніченість – це фізична величина, яка визначається магнітним моментом одиниці об'єму магнетика:

,

де – магнітний моментмагнетика, який дорівнює векторній сумі магнітних моментів окремих молекул.

В несильних полях намагніченість прямо пропорційна напруженості поля, яке викликає намагнічування:

.

Магнітна сприйнятливість речовини (). Длядіамагнетиків від'ємна (поле молекулярних струмів протилежно зовнішньому), дляпарамагнетиків – додатня (поле молекулярних струмів співпадає із зовнішнім). Значення дуже малі (порядку 10^-4 – 10^-6).

Магнітне поле в речовиніскладається з двох полів: зовнішнього поля (поля, створюваного намагнічувальним струмом у вакуумі) і поля намагніченої речовини (поля, створюваного молекулярними струмами):

,

де (– вектор напруженості, який характеризує магнітне поле макрострумів). Доводиться, що

.

Тоді

, (1)

або

Підставивши вираз для в (1), отримаємо

Безрозмірна величина

є магнітною проникністю речовини. Підставивши цей вираз в попередню формулу, прийдемо до співвідношення .

Для діамагнетиків < 1, дляпарамагнетиків > 1.

Феромагнетики та їх властивості Феромагнетики

Феромагнетики – це тверді (як правило, кристалічні) речовини, такі як залізо, кобальт, нікель, деякі рідкоземельня метали, ряд сплавів, які при не дуже високих температурах мають мимовільну (спонтанну) намагніченість, яка сильно змінюється під впливом зовнішнього магнітного поля, деформації, змінювання температури тощо. На відміну від слабо магнітних діа- і парамагнетиків внутрішнє магнітне поле в них може в сотні і тисячі раз перевершувати зовнішнє поле.

Основні магнітні властивості феромагнетиків. такі:

а) Нелінійна залежність намагніченості J від напруженості H магнітного поля (рис. 11.2), При H > Н_н спостерігається магнітне насичення, тобто J = J_н = const незалежно від значення Н_н (на відміну від парамагнетиків, значення Н_н , при якому наступає магнітне насичення, порівняно невелике).

б) При Н < Н_н залежність магнітної індукції В від напруженості H нелінійна, а при Н > Н_н вона стає лінійною (рис. 11.3).

в) Залежність відносної магнітної проникності від напруженості H має складний характер (рис. 11.4), причому максимальні значення дуже великі: _макс = 10³ ÷10⁶.

г) Існування магнітного гістерезису – відмінності в значеннях намагніченості J феромагнетика при одному і тому ж самому значенні H напруженості намагнічуваного поля залежно від значення попередньої намагніченості феромагнетика (рис. 11.5).

Рис. 11.2 Рис. 11.3

Рис. 11.4 Рис. 11.5

д) У кожної феромагнітної речовини є така температура, яка називається точкою Кюрі, вище за яку ця речовина втрачає свої особливі магнітні властивості і поводиться як звичайний парамагнетик.

Петля гістерезису – це показаний на рис. 11.5 графік залежності намагніченості феромагнетика від напруженості магнітного поля при змінюванні напруженості від Н_н до – Н_н і навпаки, де Н_н – напруженість поля, що відповідає магнітному насиченню (рис. 11.5). Намагніченість J_н при Н = Н_н називається намагніченістю насичення. Намагніченість ± J_R при Н = 0 називається залишковою намагніченістю. Існування залишкової намагніченості у феромагнетика, видаленого з магнітного поля, служить основою для створення постійних магнітів.

Напруженість ± Н_к магнітного поля, яке повністю розмагнічує феромагнітний зразок, називається коерцитивною силою (затримуючою напруженістю). Коерцитивная сила характеризує здатність феромагнетика зберігати намагнічений стан. Велику коерцитивну силу (широку петлю гістерезису) мають магнітотверді матеріали, що використовуються для виготовлення постійних магнітів. Малу коерцитивну силу (відповідно вузьку петлю гістерезису) мають магнітом'які матеріали, що використовуються для виготовлення магнітних кіл (осердь) трансформаторів.

Періодичне перемагнічування феромагнітного зразка пов'язано з витратою енергії на його нагрівання. Площа петлі гістерезису пропорційна кількості теплоти, що виділяється в одиниці об'єму феромагнетика за один цикл перемагнічування.

За температурах нижче за точку Кюрі феромагнітний зразок розбивається на малі області, мимовільної (спонтанної) однорідної намагніченості, які називаються доменами. Лінійні розміри доменів порядку (10^-5 ÷ 10^-4 м). Усередині кожного домена речовина намагнічена до насичення. За відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти доменів орієнтовані в просторі так, що результуючий магнітний момент зразка дорівнює нулю і феромагнетик не намагнічений.

Намагнічення феромагнітного зразка в зовнішньому магнітному полі полягає, по-перше, в зсуві границь доменів і зростанні розмірів тих доменів, вектори магнітних моментів яких близькі у напрямку до магнітної індукції В поля, і, по-друге, в повороті магнітних моментів цілих доменів по напряму поля В. В достатньо сильному магнітному полі досягається стан магнітного насичення, коли весь зразок намагнічений по полю і його намагніченість J не змінюється при подальшому збільшенні В.

Вимірювання гіромагнітного відношення для феромагнетиків показали, що елементарними носіями магнетизму в них є магнітні моменти спінів електронів.

ЛЕКЦІЯ 12

Електромагнітна індукція