Магнитные свойства веществ

Все вещества состоят из молекул и атомов. Вокруг ядра в атомах по орбитам движутся электроны. Движение электронов представляет круговой ток, а атомы и молекулы вещества пред­ставляются элементарными магнитиками. Электроны и ядра ато­мов, вращаясь вокруг собственной оси, также создают внутреннее магнитное поле. В отсутствии магнитного поля элементарные магнитики в веществе движутся хаотически Если поместив сердечник из какого-либо вещества в магнитном поле катушки, то он намагни­чивается, так как его элементарные магнитики под действием внешнего магнитного поля ориентируются вдоль силовых линий магнитной индукции. Т.о в сердечнике появляется внутреннее магнитное поле. При этом в одних веществах внутреннее магнитное поле усиливает внешнее магнитное поле катушки, в других — ослабляет, т.е. элементарные магнитики этого вещества имеют противоположное направление магнитной индукции внешнего магнитного поля катушки. Вещества с противоположной ориен­тацией элементарных магнитиков во внешнем магнитном поле называются диамагнитными (медь, серебро, вода). В других веще­ствах (алюминий, натрий, воздух, кислород) элементарные маг­нитики ориентируются в направлении силовых линий магнитной индукции внешнего магнитного поля и усиливают его. Но так как внутреннее магнитное поле этих веществ малое, то и усиле­ние внешнего магнитного поля катушки слабое. Такие вещества называются парамагнитными. В веществах (железо, кобальт, ни­кель и их сплавы) внутреннее магнитное поле представляется об­ластями спонтанного намагничивания — доменами, которые ори­ентируются в направлении силовых линий магнитной индукции внешнего поля и усиливают его в сотни и тысячи раз. Эти веще­ства называются ферромагнитными.

Следовательно, все вещества характеризуются способностью изменять индукцию магнитного поля. Величина, характеризую­щая изменение магнитной индукции среды (В) при воздействии магнитного поля (Н), называется абсолютной магнитной проницаемостью и обозначается буквой µа

µа = В/Н. µа = µ µо,где µ

относительная магнит­ная проницаемость среды.

Магнитная индукция (В) имеет нелинейную зависимость от напряженности (Н ) магнит­ного поля. Зависимость В = f(H) показана на рис.5.1. В начальный

рис. 5.1 момент, когда сердечник ненамагничен, при увеличении напряженности (Н) магнитного поля элементарные магнитики сердечника (домены) интенсивно ориентируются в направлении линий магнитной индукции, и магнитная индукция (В) растет быстро. При дальнейшем увеличении Н количество неориентированных элементарных магнитиков уменьшается, и при некотором значении Н происходит полная ориентация всех элементарных магнитиков, т. е. наступает магнитное насыщение сердечника (кривая об графика рис.5.1).

При уменьшении напряженности (Н) магнитного поля уменьшение магнитной индукции (кривая bс графика рис.5.1) будет отставать, и при Н = 0 магнитная индукция не будет равна нулю. Элементарные магнитики частично остались в прежней ориентации. Это явление называется магнитным гистерезисом (от греч. отставание), а В_г — остаточной магнитной индукцией.

Для полного размагничивания ферромагнитного сердечника нужно изменить направление напряженности магнитного поля. Напряженность (Н_с) называется коэрцитивной силой (от лат. удерживающей). Если произвести перемагничивание сердечника, как показано на рис. 5.1 стрелками, то получится петля гистере­зиса. При перемагничивании происходит интенсивное движение частиц вещества, сердечник нагревается, происходит потеря энер­гии от гистерезиса. Величина потерь энергии от гистерезиса про­порциональна площади, ограниченной петлей гистерезиса.

Ферромагнитные вещества с широкой петлей гистерезиса обладают большой коэрцитивной силой и могут надолго сохра­нить магнитные свойства после намагничивания. К ним относят­ся высокоуглеродистые стали и сплавы железа, алюминия и ни­келя. Они применяются для изготовления постоянных магнитов.

Ферромагнитные вещества с узкой петлей гистерезиса на­зываются магнитомягкими и применяются для изготовления сер­дечников трансформаторов, машин и различных аппаратов пере­менного тока.