Тема 6. Магнітні матеріали

Ми вже розглядали, що електричне поле з напруженістю Е створює електричну індукцію D. Таким же чином магнітне поле з напруженістю Н створює магнітну індукцію В. У вакуумі магнітна індукція пов’язана з напруженістю магнітного поля через магнітну проникність у вакуумі m_о:

m_о = В/Н.

Магнітна індукція у матеріалі відрізняється від магнітної індукції, яка виникає у вакуумі:

В = m_о×m×Н;

m = m_с/m_о; m_о = 4×p×10 ^-7 м/А² ,

де m_о - відносна магнітна проникність; m_с - магнітна проникність матеріала.

Представляє інтерес складова магнітної індукції, викликана присутністю матеріалу:

В = m_о×Н + m_о×М, [Тл = Н/(А×м)],

де М - намагніченність, яка виражається в таких самих одиницях, що й [Н] = [А/м].

m_о×m×Н = m_о×Н + m_о×М Þ М = m×Н - Н = (m -1)×Н = c×Н,

де c (каппа) - магнітна чутливість, c = m - 1.

Із зміною напруженості Н зовнішнього магнітного поля сумарна індукція також змінюється (рис.6.1).

Магнітні властивості матеріалів обумовлені рухом електричних зарядів в атомах та молекулах. Рухомі електрони створюють магнітні моменти: орбітальні - від руху по орбіті, та спинові - від обертання навколо власної осі.

Магнітний момент атому або молекули визначається векторною сумою спинового та орбітального магнітних моментів.

Орбітальний момент у більшості випадків малий, а спиновим моментом володіють атоми, які мають неоднакову кількість електронів з протилежними спинами.

М феромагнетик

парамагнетик

Н

діамагнетик

Рис.6.1. Залежність намагніченості М від напруженості Н зовнішнього

магнітного поля для різних матеріалів

У парамагнетиках (слабомагнітні речовини) магнітні моменти в атомах відрізняються від нуля, але в макрооб'ємі, при відсутності зовнішнього магнітного поля, ці моменти компенсують один одного. В магнітному полі ці моменти прагнуть орієнтуватися в напрямку поля і матеріал виявляється намагніченим у напрямку поля.

Оскільки теплове збудження заважає ідеальній орієнтації магнітних моментів, як і у випадку електричних диполей, то намагніченість парамагнетика залежить від температури. Намагніченність визначається за формулою:

М_о = N×m_о×p_в²×Н/(3×k×T),

де p_в = 9,27×10 ^-24 А×м². В цій формулі p_в - спиновий магнітний момент у електрону (магнетон Бора); N - кількість атомів з незкомпенсованими спинами в одиниці об'єму. З точністю до коефіцієнта m_о рівняння відповідає рівнянню для орієнтаційної поляризації.

У парамагнетиків магнітна чутливість позитивна, але мала за величиною (10 ^-6 £ c £ 10 ^-3).

Діамагнетизм. До діамагнетиків відносяться матеріали, у яких магнітний момент кожного атому дорівнює 0. У зовнішньому магнітному полі в атомах діамагнетика виникають магнітні моменти, направлені проти зовнішнього поля. Виникнення цього явища пояснюється дією закона Ленца, згідно з яким збільшенню магнітного поля протидіє поле, утворене індукованою електрорушійною силою.

У діамагнетиків магнітна чутливість є малим від'ємним числом (c = -10^-6).

Феромагнетизм. Залізо та деякі інші матеріали мають дуже велику намагніченість, тобто володіють високою чутливістю і магнітною індукцією (c = 10² - 10⁶). Для цих матеріалів характерна точка Кюрі, вище якої вони втрачають феромагнітні властивості і стають парамагнетиками.