- Определите понятие «магнитный момент».
Магнитный момент- это основная векторная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Поскольку источником магнетизма является замкнутый ток, то значение магнитного момента М определяется как произведение силы тока I на площадь, охватываемую контуром тока S:
М = I×S А×м2.
Магнитными моментами обладают электронные оболочки атомов и молекул. Электроны и другие элементарные частицы имеют спиновый магнитный момент, определяемый существованием собственного механического момента – спина. Спиновый магнитный момент электрона может ориентироваться во внешнем магнитном поле так, что возможны только две равные и противоположно направленные проекции момента на направление вектора напряженности магнитного поля, равные магнетону Бора – 9,274×10-24 А×м2.
- Определите понятие «намагниченность» вещества.
Намагниченность – J – это суммарный магнитный момент единицы объема вещества:
- Определите понятие «магнитная восприимчивость».
Магнитная восприимчивость вещества, א v – отношение намагниченности вещества к напряженности магнитного поля, относящаяся к единице объема:
א v = , безразмерная величина.
Удельная магнитная восприимчивость, א – отношение магнитной восприимчивости к плотности вещества,т.е. магнитная восприимчивость единицы массы, измеряемая в м3/кг.
- Определите понятие «магнитная проницаемость».
Магнитная проницаемость, μ – это физическая величина, характеризующая изменение магнитной индукции при воздействии магнитного поля.Для изотропных сред магнитная проницаемость равна отношению индукции в среде В к напряженности внешнего магнитного поля Н и к магнитной постоянной μ0:
.
Магнитная проницаемость – величина безразмерная. Её значение для конкретной среды на 1 больше магнитной восприимчивости той же среды:
μ = א v + 1, так какВ = μ0(Н+J).
- Дайте классификацию материалов по магнитным свойствам.
По магнитному строению и значению магнитной проницаемости (восприимчивости) материалы подразделяются на:
- диамагнетики μ< 1 (материал «сопротивляется» магнитному полю);
- парамагнетики μ > 1 (материал слабо воспринимает магнитное поле);
- ферромагнетики μ >> 1 (магнитное поле в материале усиливается);
- ферримагнетики μ >> 1 (магнитное поле в материале усиливается, но магнитная структура материала отличается от структуры ферромагнетиков);
- антиферромагнетики μ ≈ 1 (материал слабо реагирует на магнитное поле, хотя по магнитной структуре схож с ферримагнетиками).
- Опишите природу диамагнетизма.
Диамагнетизм – это свойство вещества намагничиваться навстречу направлению действующего на него внешнего магнитного поля (в соответствии с законом электромагнитной индукции и правилом Ленца). Диамагнетизм свойственен всем веществам, но в «чистом виде» он проявляется у диамагнетиков. Диамагнетики – вещества, молекулы которых не имеют собственных магнитных моментов (их суммарный магнитный момент равен нулю), поэтому других свойств, кроме диамагнетизма у них нет. Примеры диамагнетиков:
Водород, א = -2×10-9 м3/кг.
Вода, א = -0,7×10-9 м3/кг.
Алмаз, א = -0,5×10-9 м3/кг.
Графит, א = -3×10-9 м3/кг.
Медь, א = -0,09×10-9 м3/кг.
Цинк, א = -0,17×10-9 м3/кг.
Серебро, א = -0,18×10-9 м3/кг.
Золото, א = -0,14×10-9 м3/кг.
43. Опишите природу парамагнетизма.
Парамагнетизм – это свойство веществ, называемых парамагнетиками, которые, будучи помещены во внешнее магнитное поле, приобретают магнитный момент, совпадающий с направлением этого поля. Атомы и молекулы парамагнетиков в отличие от диамагнетиков имеют собственные магнитные моменты. При отсутствии поля ориентация этих моментов хаотична (из-за теплового движения) и суммарный магнитный момент вещества равен нулю. При наложении внешнего поля происходит частичная ориентация магнитных моментов частиц в направлении поля, и к напряженности внешнего поля Н добавляется намагниченность J: В = μ0(Н+J). Индукция в веществе усиливается. Примеры парамагнетиков:
Кислород, א = 108×10-9 м3/кг.
Титан, א = 3×10-9 м3/кг.
Алюминий, א = 0,6×10-9 м3/кг.
Платина, א = 0,97×10-9 м3/кг.
44.Опишите природу ферромагнетизма.
Ферромагнетизм – это магнитоупорядоченное состояние вещества, при котором все магнитные моменты атомов в определенном объеме вещества (домене) параллельны, что обусловливает самопроизвольную намагниченность домена. Появление магнитного порядка связано с обменным взаимодействием электронов, имеющим электростатическую природу (закон Кулона). В отсутствии внешнего магнитного поля ориентация магнитных моментов различных доменов может быть произвольной, и рассматриваемый объем вещества может иметь в целом слабую или нулевую намагниченность. При приложении магнитного поля магнитные моменты доменов ориентируются по полю тем больше, чем выше напряженность поля. При этом изменяется значение магнитной проницаемости ферромагнетика и усиливается индукция в веществе. Примеры ферромагнетиков:
Железо, никель, кобальт, гадолиний
и сплавы этих металлов между собой и другими металлами (Al, Au, Cr, Si и др.). μ ≈ 100…100000.
45. Опишите природу ферримагнетизма.
Ферримагнетизм – это магнитоупорядоченное состояние вещества, в котором магнитные моменты атомов или ионов образуют в определенном объеме вещества (домене) магнитные подрешетки атомов или ионов с суммарными магнитными моментами не равными друг другу и направленными антипараллельно. Ферримагнетизм можно рассматривать как наиболее общий случай магнитоупорядоченного состояния, а ферромагнетизм как случай с одной подрешеткой. В состав ферримагнетиков обязательно входят атомы ферромагнетиков. Примеры ферримагнетиков:
Fe3O4; MgFe2O4; CuFe2O4; MnFe2O4; NiFe2O4; CoFe2O4…
Магнитная проницаемость ферримагнетиков имеет тот же порядок, что и у ферромагнетиков: μ ≈ 100…100000.
46.Опишите природу антиферромагнетизма.
Антиферромагнетизм – это магнитоупорядоченное состояние вещества, характеризующееся тем, что магнитные моменты соседних частиц вещества ориентированы антипараллельно, и в отсутствии внешнего магнитного поля суммарная намагниченность вещества равна нулю. Антиферромагнетик в отношении магнитного строения можно рассматривать как частный случай ферримагнетика, в котором магнитные моменты подрешеток равны по модулю и антипараллельны. Магнитная проницаемость антиферромагнетиков близка к 1. Примеры антиферромагнетиков:
Cr2O3; марганец; FeSi; Fe2O3; NiO……… μ ≈ 1.
47.Какое значение магнитной проницаемости у материалов в сверхпроводящем состоянии?
Сверхпроводники ниже температуры сверхперехода являются идеальными диамагнетиками:
א = -1; μ = 0.