Mágneses anyagok. Egy anyag mágneses permeabilitása és mágneses szuszceptibilitása

Mágneses permeabilitásnak nevezzük . Abszolút mágnesesáteresztőképesség környezet B és H aránya. Aszerint Nemzetközi rendszer mértékegységben mérik, 1 henry per méter.

Ennek számértékét az értékének a vákuum mágneses permeabilitásának értékéhez viszonyított arányával fejezzük ki, és µ-val jelöljük. Ezt az értéket hívják relatív mágnesesáteresztőképesség(vagy egyszerűen mágneses permeabilitását) a közeg. Relatív mennyiségként nincs mértékegysége.

Következésképpen a relatív mágneses permeabilitás µ egy olyan érték, amely megmutatja, hogy egy adott közeg mezőindukciója hányszor kisebb (vagy nagyobb), mint a vákuum indukció mágneses mező.

Ha egy anyagot külső mágneses térnek tesznek ki, akkor mágnesessé válik. Hogyan történik ez? Ampere hipotézise szerint a mikroszkopikus elektromos áramok folyamatosan keringenek minden anyagban, amit a pályájukon lévő elektronok mozgása és a sajátjuk jelenléte okoz. Normál körülmények között ez a mozgás rendezetlen, a mezők „kioltják” (kompenzálják) egymást . Amikor egy testet külső térbe helyeznek, az áramok rendeződnek, és a test mágnesezetté válik (azaz saját tere lesz).

Minden anyag mágneses permeabilitása eltérő. Mérete alapján az anyagok három részre oszthatók nagy csoportok.

U diamágneses anyagok a mágneses permeabilitás µ értéke valamivel kisebb egységnél. Például a bizmut µ = 0,9998. A diamágnesek közé tartozik a cink, ólom, kvarc, réz, üveg, hidrogén, benzol és víz.

Mágneses permeabilitás paramágneses valamivel több, mint egy (alumínium esetén µ = 1,000023). Paramágneses anyagok például a nikkel, oxigén, volfrám, keménygumi, platina, nitrogén, levegő.

Végül a harmadik csoportba számos olyan anyag tartozik (főleg fémek és ötvözetek), amelyek mágneses permeabilitása jelentősen (több nagyságrenddel) meghaladja az egységet. Ezek az anyagok ferromágnesek. Ez főleg a nikkelt, vasat, kobaltot és ezek ötvözeteit foglalja magában. Acélnál µ = 8∙10^3, nikkel-vas ötvözetnél µ=2,5∙10^5. A ferromágnesek olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek megkülönböztetik őket más anyagoktól. Először is maradék mágnesességük van. Másodszor, mágneses permeabilitásuk a külső térindukció nagyságától függ. Harmadszor, mindegyikhez van egy bizonyos hőmérsékleti küszöb, az ún Curie pont, amelynél elveszti ferromágneses tulajdonságait és paramágnesessé válik. A nikkelnél a Curie-pont 360 °C, a vasnál - 770 °C.

A ferromágnesek tulajdonságait nemcsak a mágneses permeabilitás határozza meg, hanem az I értéke is, ún. mágnesezés ennek az anyagnak. Ez a mágneses indukció összetett nemlineáris függvénye a mágnesezettség növekedését egy ún mágnesezési görbe. Ebben az esetben egy bizonyos pont elérésekor a mágnesezettség gyakorlatilag leáll (a mágneses telítettség). A ferromágnes mágnesezettségi értékének késését a külső térindukció növekvő értékétől ún mágneses hiszterézis. Ebben az esetben a ferromágnes mágneses jellemzői nem csak az állapotától függenek jelen pillanat, hanem a korábbi mágnesezettségén is. Ennek a függőségnek a görbéjének grafikus ábrázolását ún hiszterézis hurok.

Tulajdonságaik miatt a ferromágneseket széles körben alkalmazzák a technikában. Generátorok és villanymotorok rotorjaiban, transzformátormagok gyártásában és elektronikus számítógépek alkatrészeinek gyártásában használják őket. A ferromágneseket magnókban, telefonokban, mágnesszalagokban és más adathordozókban használják.

Abszolút mágneses permeabilitás - ez egy arányossági együttható, amely figyelembe veszi annak a környezetnek a hatását, amelyben a vezetékek találhatók.

Ahhoz, hogy képet kapjunk a közeg mágneses tulajdonságairól, egy adott közegben áramló vezeték körüli mágneses mezőt összehasonlították az ugyanazon vezeték körüli, de vákuumban lévő mágneses mezővel. Megállapítást nyert, hogy egyes esetekben a mező intenzívebb, mint a vákuumban, máskor viszont kevésbé.

Vannak:

v Paramágneses anyagok és környezetek, amelyekben erősebb MF érhető el (nátrium, kálium, alumínium, platina, mangán, levegő);

v Diamágneses anyagok és környezetek, ahol gyengébb a mágneses tér (ezüst, higany, víz, üveg, réz);

v Ferromágneses anyagok, amelyekben a legerősebb mágneses tér jön létre (vas, nikkel, kobalt, öntöttvas és ötvözeteik).

A különböző anyagok abszolút mágneses permeabilitása eltérő értékű.

Mágneses állandó - Ez a vákuum abszolút mágneses permeabilitása.

A közeg relatív mágneses permeabilitása- dimenzió nélküli mennyiség, amely megmutatja, hogy egy anyag abszolút mágneses permeabilitása hányszorosa nagyobb vagy kisebb a mágneses állandónál:

Diamágneses anyagoknál - , paramágneses anyagoknál - (a diamágneses és paramágneses testek műszaki számításainál egységet vesszük), ferromágneses anyagoknál - .

MP feszültség N jellemzi az MF gerjesztés feltételeit. Az intenzitás homogén közegben nem függ a teret létrehozó anyag mágneses tulajdonságaitól, hanem figyelembe veszi az áram nagyságának és a vezetők alakjának az MF intenzitásra gyakorolt ​​hatását egy adott pontban.

Az MF intenzitás vektormennyiség. vektor iránya N izotróp közegekhez (minden irányban azonos mágneses tulajdonságokkal rendelkező közegek) , egybeesik a mágneses tér vagy vektor irányával egy adott pontban.

A létrehozott mágneses tér erőssége különféle forrásokbólábrán látható. 13.

A mágneses fluxus az teljes szám a teljes vizsgált felületen áthaladó mágneses vonalak. Mágneses fluxus F vagy MI áramlik át a területen S , a mágneses vonalakra merőlegesen egyenlő a mágneses indukció szorzatával IN a mágneses fluxus által áthatolt terület nagyságával.

42) Ha vasmagot helyezünk a tekercsbe, a mágneses tér megnő, és a mag mágnesezetté válik. Ezt a hatást Ampere fedezte fel. Azt is felfedezte, hogy egy anyagban a mágneses mező indukciója lehet nagyobb vagy kisebb, mint magának a mezőnek az indukciója. Az ilyen anyagokat mágneseknek nevezték el.

Mágneses– ezek olyan anyagok, amelyek megváltoztathatják a külső mágneses tér tulajdonságait.

Mágneses permeabilitás az anyagot a következő arány határozza meg:

B 0 a külső mágneses tér indukciója, B az anyagon belüli indukció.

A B és B 0 arányától függően az anyagok három típusra oszthatók:

1) Diamágnesek(m<1), к ним относятся kémiai elemek: Cu, Ag, Au, Hg. Mágneses permeabilitás m=1-(10 -5 - 10 -6) nagyon kis mértékben eltér az egységtől.

Az anyagok ezen osztályát Faraday fedezte fel. Ezek az anyagok „kiszorulnak” a mágneses térből. Ha egy erős elektromágnes pólusához akasztunk egy diamágneses rudat, akkor az kilökődik róla. A mező és a mágnes indukciós vonalai ezért különböző irányokba vannak irányítva.

2) Paramágnesek mágneses permeabilitása m>1, és ebben az esetben is kissé meghaladja az egységet: m=1+(10 -5 - 10 -6). Ez a típusú mágneses anyag magában foglalja a Na, Mg, K, Al kémiai elemeket.

A paramágneses anyagok mágneses permeabilitása a hőmérséklettől függ, és annak növekedésével csökken. Mágnesező tér nélkül a paramágneses anyagok nem hoznak létre saját mágneses teret. A természetben nincsenek állandó paramágnesek.

3) Ferromágnesek(m>>1): Fe, Co, Ni, Cd.

Ezek az anyagok mágnesezett állapotban lehetnek külső tér nélkül. Létezés maradék mágnesesség az egyik fontos tulajdonságait ferromágnesek. Amikor felmelegítjük magas hőmérséklet az anyag ferromágneses tulajdonságai eltűnnek. Azt a hőmérsékletet, amelyen ezek a tulajdonságok eltűnnek, ún Curie hőmérséklet(például vasnál T Curie = 1043 K).

A Curie-pont alatti hőmérsékleten a ferromágnes doménekből áll. Domains– ezek a spontán spontán mágnesezettség területei (9.21. ábra). A tartomány mérete hozzávetőlegesen 10 -4 -10 -7 m A mágnesek léte az anyagban spontán mágnesezettségű területek megjelenésének köszönhető. A vasmágnes hosszú ideig megőrizheti mágneses tulajdonságait, mivel a benne lévő tartományok rendezetten vannak elrendezve (egy irány dominál). A mágneses tulajdonságok eltűnnek, ha a mágnest erősen megütik vagy túlságosan melegítik. E hatások eredményeként a tartományok „rendellenessé válnak”.

9.21. ábra. A tartományok alakja: a) mágneses tér hiányában, b) külső mágneses tér jelenlétében.

A tartományok zárt áramokként ábrázolhatók mágneses anyagok mikrotérfogataiban. A tartományt jól szemlélteti a 9.21. ábra, amelyből látható, hogy a tartományban lévő áram egy megszakadt zárt hurok mentén mozog. A zárt elektronáramok az elektronpálya síkjára merőleges mágneses mező megjelenéséhez vezetnek. Külső mágneses tér hiányában a tartományok mágneses tere kaotikusan irányított. Ez a mágneses tér irányt változtat egy külső mágneses tér hatására. A mágneseket, mint már említettük, csoportokra osztják attól függően, hogy a tartomány mágneses tere hogyan reagál egy külső mágneses tér hatására. Diamágneses anyagokban a mágneses tér több domének a külső mágneses tér hatásával ellentétes irányba, a paramágneses anyagokban pedig éppen ellenkezőleg, a külső mágneses tér hatásának irányába irányulnak. Azonban azoknak a tartományoknak a száma, amelyek mágneses tere ellentétes irányú, nagyon kis mértékben különbözik. Ezért a dia- és paramágnesek m mágneses permeabilitása 10 -5 - 10 -6 nagyságrenddel tér el az egységtől. A ferromágneseknél a külső tér irányába eső mágneses térrel rendelkező domének száma sokszorosa a mágneses térrel ellentétes irányú domének számának.

Mágnesezési görbe. Hiszterézis hurok. A mágnesezettség jelensége annak köszönhető, hogy egy anyagon külső mágneses tér hatására maradék mágnesesség létezik.

Mágneses hiszterézis A ferromágnesben a mágneses indukció változásának késleltetése a külső mágneses tér erősségének változásához képest.

A 9.22. ábra egy anyagban lévő mágneses tér függését mutatja a külső mágneses tértől B=B(B 0). Ezenkívül a külső mező az Ox tengely mentén, az anyag mágnesezettsége pedig az Oy tengely mentén van ábrázolva. A külső mágneses tér növekedése az anyag mágneses mezőjének növekedéséhez vezet a vonal mentén egy értékre. A külső mágneses mező nullára csökkentése az anyag mágneses mezőjének csökkenéséhez vezet (a ponton Vel) az értékre Kelet felé(maradék mágnesezettség, amelynek értéke nagyobb, mint nulla). Ez a hatás a minta mágnesezettségének késleltetésének a következménye.

Az anyag teljes lemágnesezéséhez szükséges külső mágneses tér indukciós értékét (9.21. ábra d pontja) ún. kényszerítő erő. A minta mágnesezettségének nulla értékét úgy kapjuk meg, hogy a külső mágneses tér irányát egy értékre változtatjuk. Folytatva a külső mágneses tér ellentétes irányú növelését a maximális értékig, azt az értékre hozzuk. Ezután változtatjuk a mágneses tér irányát, növelve azt az értékre. Ebben az esetben az anyagunk mágnesezett marad. Csak a mágneses tér indukciójának nagysága ellentétes irányú a pont értékéhez képest. A mágneses indukció értékét ugyanabban az irányban tovább növelve elérjük az anyag teljes lemágnesezését a pontban, majd ismét a pontban találjuk magunkat. Így kapunk zárt funkció, amely a teljes mágnesezettség megfordításának ciklusát írja le. A minta mágneses térindukciójának a külső mágneses tér nagyságától való függését a teljes mágnesezettség megfordításának ciklusa során ún. hiszterézis hurok. A hiszterézis hurok alakja minden ferromágneses anyag egyik fő jellemzője. A lényegre azonban így nem lehet eljutni.

Manapság meglehetősen könnyű erős mágneses teret előállítani. Számos telepítés és eszköz működik állandó mágnesek. Szobahőmérsékleten 1-2 T sugárzási szintet érnek el. Kis mennyiségben a fizikusok megtanultak akár 4 Tesla állandó mágneses teret is elérni, erre a célra speciális ötvözetek felhasználásával. Alacsony hőmérsékleten, a folyékony hélium hőmérsékletének nagyságrendjében, 10 Tesla feletti mágneses mezők keletkeznek.

43) Az elektromágneses indukció törvénye (Faraday-Maxwell törvény). Lenz szabályai

Kísérleteinek eredményeit összegezve Faraday megfogalmazta az elektromágneses indukció törvényét. Megmutatta, hogy a zárt vezetőkörben a mágneses fluxus bármilyen változása esetén indukciós áram gerjesztődik. Következésképpen az áramkörben indukált emf lép fel.

Az indukált emf egyenesen arányos a mágneses fluxus időbeli változásának sebességével. Ennek a törvénynek a matematikai jelölését Maxwell készítette, ezért Faraday-Maxwell törvénynek (az elektromágneses indukció törvényének) nevezik.

Ha a fent leírt kísérletekben vasmag helyett más anyagból veszünk magot, akkor a mágneses fluxus változása is kimutatható. A legtermészetesebb elvárás, hogy a legszembetűnőbb hatást a vashoz mágneses tulajdonságaikban hasonló anyagok, azaz a nikkel, a kobalt és egyes mágneses ötvözetek okozzák. Valójában, ha ezekből az anyagokból készült magot behelyezzük a tekercsbe, a mágneses fluxus növekedése meglehetősen jelentősnek bizonyul. Más szóval azt mondhatjuk, hogy a mágneses áteresztőképességük nagy; a nikkelnél például elérheti az 50-et, a kobaltnál a 100-at. Mindezek az anyagok nagy értékek ferromágneses anyagok egy csoportjába egyesülve.

Azonban minden más „nem mágneses” anyagnak is van némi hatása a mágneses fluxusra, bár ez a hatás sokkal kisebb, mint a ferromágneses anyagoké. Nagyon alapos mérések segítségével ez a változás kimutatható, és meghatározható a mágneses permeabilitás különféle anyagok. Figyelembe kell azonban venni, hogy a fent leírt kísérletben egy olyan tekercs mágneses fluxusát hasonlítottuk össze, amelynek ürege vassal van kitöltve, egy olyan tekercs fluxusával, amelynek belsejében levegő van. Amíg olyan erősen mágneses anyagokról beszéltünk, mint a vas, nikkel, kobalt, ez nem számított, mivel a levegő jelenléte nagyon csekély hatással van a mágneses fluxusra. De amikor más anyagok mágneses tulajdonságait vizsgáljuk, különösen magának a levegőnek, akkor természetesen összehasonlítást kell végeznünk egy tekercssel, amelyben nincs levegő (vákuum). Tehát a mágneses permeabilitáshoz a vizsgált anyagban és a vákuumban lévő mágneses fluxusok arányát vesszük. Más szóval, a vákuum mágneses permeabilitását egynek vesszük (ha , akkor ).

A mérések azt mutatják, hogy minden anyag mágneses permeabilitása különbözik az egységtől, bár a legtöbb esetben ez a különbség nagyon kicsi. De ami különösen figyelemre méltó, az a tény, hogy egyes anyagoknál a mágneses permeabilitás egynél nagyobb, míg másoknál kisebb egynél, azaz a tekercs feltöltése egyes anyagokkal növeli a mágneses fluxust, míg a tekercs feltöltése más anyagokkal csökkenti. ezt a fluxust. Ezen anyagok közül az elsőt paramágnesesnek (), a másodikat diamágnesesnek () nevezik. Ahogy a táblázat mutatja. A 7. ábrán látható, hogy mind a paramágneses, mind a diamágneses anyagok permeabilitása kicsi.

Külön hangsúlyozni kell, hogy paramágneses és diamágneses testeknél a mágneses permeabilitás nem függ egy külső, mágnesező tér mágneses indukciójától, azaz egy adott anyagot jellemző állandó érték. Amint a 149. §-ban látni fogjuk, ez nem vonatkozik a vasra és más hasonló (ferromágneses) testekre.

7. táblázat Mágneses permeabilitás egyes paramágneses és diamágneses anyagoknál

A paramágneses és diamágneses anyagok mágneses fluxusra gyakorolt ​​hatását a ferromágneses anyagokhoz hasonlóan az magyarázza, hogy a tekercs tekercsében az áram által keltett mágneses fluxus csatlakozik az elemi amperáramokból kiinduló fluxushoz. A paramágneses anyagok növelik a tekercs mágneses fluxusát. Ez a fluxusnövekedés, amikor a tekercs meg van töltve paramágneses anyaggal, azt jelzi, hogy a paramágneses anyagokban külső mágneses tér hatására az elemi áramok úgy vannak orientálva, hogy irányuk egybeessen a tekercsáram irányával (276. ábra). Az egységtől való csekély eltérés csak azt jelzi, hogy paramágneses anyagoknál ez a járulékos mágneses fluxus nagyon kicsi, vagyis a paramágneses anyagok nagyon gyengén mágneseződnek.

A mágneses fluxus csökkenése a tekercs diamágneses anyaggal való feltöltésekor azt jelenti, hogy ebben az esetben az elemi amperáramokból származó mágneses fluxus a tekercs mágneses fluxusával ellentétes irányban irányul, azaz a diamágneses anyagokban külső hatás hatására. mágneses tér, elemi áramok keletkeznek, amelyek a tekercsáramokkal ellentétes irányban irányulnak (277. ábra). Az egységtől való eltérések kicsinysége ebben az esetben is azt jelzi, hogy ezen elemi áramok járulékos áramlása kicsi.

Rizs. 277. A tekercs belsejében lévő diamágneses anyagok gyengítik a szolenoid mágneses terét. A bennük lévő elemi áramok a mágnesszelepben lévő árammal ellentétes irányúak

A mágneses momentum az anyag mágneses tulajdonságait jellemző fő vektormennyiség. Mivel a mágnesesség forrása egy zárt áram, a mágneses momentum értéke M az áram szorzataként van meghatározva én az áramkör által lefedett területre S:

M = I×S A×m 2 .

Az atomok és molekulák elektronikus héjának mágneses momentumai vannak. Az elektronok és más elemi részecskék spin mágneses nyomatékkal rendelkeznek, amelyet saját mechanikai nyomatékuk - a spin - megléte határoz meg. Az elektron spin mágneses momentuma külső mágneses térben úgy orientálható, hogy a pillanatnak csak két egyenlő és egymással ellentétes irányú vetülete lehetséges a mágneses térerősség vektor irányára, egyenlő Bohr magneton– 9,274×10 –24 A×m 2 .

1. Határozza meg az anyag „mágnesezésének” fogalmát!

Mágnesezés – J- az anyag térfogategységére eső teljes mágneses momentum:

1. Határozza meg a „mágneses szuszceptibilitás” fogalmát.

Egy anyag mágneses érzékenysége, א v – az anyag mágnesezettségének és térfogategységenkénti mágneses térerősségének aránya:

אv = , dimenzió nélküli mennyiség.

Fajlagos mágneses szuszceptibilitás, א – a mágneses szuszceptibilitás és az anyag sűrűségének aránya, azaz. tömegegység mágneses szuszceptibilitása, m 3 /kg-ban mérve.

1. Határozza meg a „mágneses permeabilitás” fogalmát.

Mágneses permeabilitás, μ – ez egy fizikai mennyiség, amely a mágneses indukció változását jellemzi mágneses tér hatására . Izotróp közegeknél a mágneses permeabilitás megegyezik a közegben lévő indukció arányával IN a külső mágneses térerősségre Nés a mágneses állandóhoz μ 0 :

A mágneses permeabilitás dimenzió nélküli mennyiség. Egy adott közegre vonatkozó értéke 1-gyel nagyobb, mint ugyanazon közeg mágneses szuszceptibilitása:

μ = אv+1, mivel B = μ 0 (H + J).

1. Adja meg az anyagok osztályozását a mágneses tulajdonságok alapján!

Mágneses szerkezetük és mágneses permeabilitási (szuszceptibilitási) értékeik alapján az anyagokat a következőkre osztják:

Diamágnesek μ< 1 (az anyag „ellenáll” a mágneses térnek);

Paramágnesek μ > 1(az anyag gyengén érzékeli a mágneses teret);

Ferromágnesek μ >> 1(az anyagban megnő a mágneses tér);

Ferri mágnesek μ >> 1(az anyagban megnő a mágneses tér, de az anyag mágneses szerkezete eltér a ferromágnesek szerkezetétől);

Antiferromágnesek μ ≈ 1(az anyag gyengén reagál a mágneses térre, bár mágneses szerkezete hasonló a ferrimágnesekhez).

1. Ismertesse a diamágnesesség természetét!

A diamágnesesség az anyag azon tulajdonsága, hogy a rá ható külső mágneses tér irányába mágnesezhető (az elektromágneses indukció törvényének és Lenz-szabályának megfelelően). A diamágnesesség minden anyagra jellemző, de „tiszta formájában” diamágneses anyagokban nyilvánul meg. A diamágnesek olyan anyagok, amelyek molekuláinak nincs saját mágneses momentuma (összes mágneses momentumuk nulla), ezért a diamágnesességen kívül más tulajdonságuk nincs. Példák diamágneses anyagokra:

Hidrogén, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

Víz, א = - 0,7×10 -9 m 3 /kg.

Gyémánt, א = - 0,5×10 -9 m 3 /kg.

Grafit, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.

Réz, א = - 0,09×10 -9 m 3 /kg.

Cink, א = - 0,17×10 -9 m 3 /kg.

Ezüst, א = - 0,18×10 -9 m 3 /kg.

Arany, א = - 0,14×10 -9 m 3 /kg.

43. Ismertesse a paramágnesesség természetét!

A paramágnesesség a paramágneseknek nevezett anyagok tulajdonsága, amelyek külső mágneses térbe helyezve olyan mágneses momentumot kapnak, amely egybeesik ennek a mezőnek az irányával. A paramágneses anyagok atomjainak és molekuláinak a diamágneses anyagokkal ellentétben saját mágneses momentumaik vannak. Mező hiányában ezeknek a momentumoknak az orientációja kaotikus (a hőmozgás miatt), és az anyag teljes mágneses momentuma nulla. Külső tér alkalmazásakor a részecskék mágneses momentumai részben a tér irányába orientálódnak, és a H külső térerősséghez hozzáadódik a J mágnesezettség: B = μ 0 (H + J). Az anyagban az indukció fokozódik. Példák paramágneses anyagokra:

Oxigén, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

Titán, א = 3×10 -9 m 3 /kg.

Alumínium, א = 0,6×10 -9 m 3 /kg.

Platina, א = 0,97×10 -9 m 3 /kg.

44. Ismertesse a ferromágnesesség természetét!

A ferromágnesesség az anyag olyan mágnesesen rendezett állapota, amelyben az anyag egy bizonyos térfogatában (doménjében) az atomok összes mágneses momentuma párhuzamos, ami a tartomány spontán mágnesezését okozza. A mágneses rend megjelenése az elektronok cserekölcsönhatásával jár, ami elektrosztatikus jellegű (Coulomb-törvény). Külső mágneses tér hiányában a különböző tartományok mágneses momentumainak orientációja tetszőleges lehet, és a vizsgált anyagtérfogat összességében gyenge vagy nulla mágnesezettségű lehet. Mágneses mező alkalmazásakor a tartományok mágneses momentumai a mező mentén orientálódnak, minél nagyobb a térerősség. Ebben az esetben a ferromágnes mágneses permeabilitásának értéke megváltozik és az anyagban az indukció nő. Példák ferromágnesekre:

Vas, nikkel, kobalt, gadolínium

és ezen fémek ötvözetei egymással és más fémekkel (Al, Au, Cr, Si stb.). μ ≈ 100…100000.

45. Ismertesse a ferrimágnesesség természetét!

A ferrimágnesesség az anyag olyan mágnesesen rendezett állapota, amelyben az atomok vagy ionok mágneses momentumai egy bizonyos térfogatú anyagban (tartományban) atomok vagy ionok mágneses részrácsait alkotják, amelyek összmágneses momentumai nem egyenlők egymással és ellentétes irányban irányulnak. A ferromágnesességet a mágnesesen rendezett állapot legáltalánosabb esetének, a ferromágnesességet pedig az egyetlen részrács esetének tekinthetjük. A ferrimágnesek összetétele szükségszerűen ferromágneses atomokat tartalmaz. Példák ferrimágnesekre:

Fe304; MgFe 2O 4; CuFe 2O 4; MnFe204; NiFe 2O 4; CoFe2O4...

A ferrimágnesek mágneses permeabilitása ugyanolyan nagyságú, mint a ferromágneseké: μ ≈ 100…100000.

46. ​​Ismertesse az antiferromágnesesség természetét!

Az antiferromágnesesség az anyag mágnesesen rendezett állapota, amelyre az jellemző, hogy az anyag szomszédos részecskéinek mágneses momentumai ellentétes irányba orientáltak, és külső mágneses tér hiányában az anyag teljes mágnesezettsége nulla. Mágneses szerkezetét tekintve az antiferromágnes a ferrimágnesek speciális esetének tekinthető, amelyben az alrácsok mágneses momentumai egyenlő nagyságúak és ellentétesek. Az antiferromágnesek mágneses permeabilitása közel 1. Példák antiferromágnesekre:

Cr 2O 3; mangán; FeSi; Fe203; NiO……… μ ≈ 1.

47. Mennyi a mágneses permeabilitás értéke szupravezető állapotban lévő anyagok esetén?

A szuprajunkciós hőmérséklet alatti szupravezetők ideális diamágnesek:

א= - 1; μ = 0.

Mágneses

A mágneses térben lévő összes anyag mágnesezett (belső mágneses tér jelenik meg bennük). A belső tér nagyságától és irányától függően az anyagokat a következőkre osztják:

1) diamágneses anyagok,

2) paramágneses anyagok,

3) ferromágnesek.

Egy anyag mágnesezettségét a mágneses permeabilitás jellemzi,

Mágneses indukció az anyagban,

Mágneses indukció vákuumban.

Bármely atom jellemezhető mágneses nyomatékkal .

Az áramerősség az áramkörben, - az áramkör területe, - az áramkör felületének normálvektora.

Az atom mikroáramát a negatív elektronok keringési pályán és saját tengelye körüli mozgása, valamint a pozitív atommag saját tengelye körüli forgása hozza létre.

1. Diamágnesek.

Amikor nincs külső mező, atomokban diamágneses anyagok az elektronok és atommagok áramai kompenzálódnak. Egy atom teljes mikroárama és mágneses momentuma egyenlő nullával.

Külső mágneses térben az atomokban nullától eltérő elemi áramok indukálódnak (indukálódnak). Az atomok mágneses momentumai ellentétes irányúak.

Létrejön egy kis saját mező, amely a külsővel szemben irányul, gyengíti azt.

Diamágneses anyagokban.

Mert< , то для диамагнетиков 1.

2. Paramágneses anyagok

IN paramágnesek az atomok mikroáramai és mágneses momentumaik nem egyenlők nullával.

Külső mező nélkül ezek a mikroáramok kaotikusan helyezkednek el.

A külső mágneses térben a paramágneses atomok mikroáramai a mező mentén orientálódnak, erősítve azt.

Paramágneses anyagban a mágneses indukció = + valamivel meghaladja a -t.

Paramágneseknél 1. Dia- és paramágneseknél 1-et feltételezhetünk.

1. táblázat Para- és diamágneses anyagok mágneses permeabilitása.

A paramágneses anyagok mágnesezettsége a hőmérséklettől függ, mert Az atomok hőmozgása megakadályozza a mikroáramok rendezett elrendezését.

A természetben a legtöbb anyag paramágneses.

A dia- és paramágnesekben a belső mágneses tér jelentéktelen, és megsemmisül, ha az anyagot eltávolítják a külső térből (az atomok visszatérnek eredeti állapotukba, az anyag demagnetizálódik).

3. Ferromágnesek

Mágneses permeabilitás ferromágnesek eléri a százezreket, és a mágnesező tér nagyságától függ ( erősen mágneses anyagok).

Ferromágnesek: vas, acél, nikkel, kobalt, ötvözeteik és vegyületeik.

A ferromágnesekben vannak spontán mágnesezettségi tartományok ("tartományok"), amelyekben minden atomi mikroáram azonos módon orientálódik. A tartomány mérete eléri a 0,1 mm-t.

Külső tér hiányában az egyes tartományok mágneses momentumai véletlenszerűen orientáltak és kompenzálódnak. Külső térben azok a tartományok, amelyekben a mikroáramok fokozzák a külső teret, a szomszédosak rovására növelik méretüket. A keletkező mágneses tér = + a ferromágnesekben sokkal erősebb a para- és diamágneses anyagokhoz képest.

A több milliárd atomot tartalmazó tartományok tehetetlenséggel rendelkeznek, és nem térnek vissza gyorsan eredeti rendezetlen állapotukba. Ezért, ha egy ferromágnest eltávolítanak a külső mezőből, akkor a saját mezője hosszú ideig megmarad.

A mágnes demagnetizálódik, amikor hosszú távú tárolás(idővel a tartományok kaotikus állapotba kerülnek).

A lemágnesezés másik módja a melegítés. Minden ferromágneshez van egy hőmérséklet (ezt „Curie-pontnak” nevezik), amelyen a tartományokban lévő atomok közötti kötések megsemmisülnek. Ebben az esetben a ferromágnes paramágnessé változik, és lemágnesezés következik be. Például a vas Curie-pontja 770°C.