Магнитное поле в различных средах

Внутри любого атома вещества существуют электрические токи, создаваемые движением электронов. Вращательное движение электронов называется спин. Спин создаёт магнитный момент, который называется спиновым. Если диамагнитный материал (медь, серебро) внести во внешнее магнитное поле, то магнитные моменты атомов диамагнитного материала располагаются так, что будут направлены внешнего магнитного поля. Поэтому в диамагнитной среде происходит ослабление магнитного поля.

Если парамагнитный материал напр. алюминий внести во внешнее магнитное поле то магнитные моменты атомов примут такое направление, при котором внешнее магнитное поле будет незначительно усиливаться.

При внесении ферромагнетика во внешнее поле это поле усиливается весьма и весьма значительно т.к. намагничивание ферромагнитных материалов имеет свои особенности. Ферромагнитные материалы состоят из отдельных участков самопроизвольного намагничивания, которые называются магнитными доменами. Если такой материал не находится во внешнем магнитном поле, то магнитные домены имеют различные направления и материал не намагничен. Если ферромагнитный материал поместить во внешнее магнитное поле, например в катушку с током, то векторы магнитных полей всех доменов ориентируются в одном направлении, совпадающем с направлением внешнего магнитного поля. Это явление называется намагничиванием оно и создаёт эффект усиления поля. Применяя ферромагнитные материалы, создают значительную индукцию при небольшом намагничивающем токе.

Кривая намагничивания

На практике большое значение имеет зависимость магнитной индукции В от напряжённости магнитного поля Н, которая называется кривой намагничивания. Как было показано зависимость между индукцией и напряжённостью выражается формулой: В = μа ∙ Н, в этой формуле μа –абсолютная магнитная проницаемость, её величина изменяется в зависимости от напряжённости поля, а это приводит к тому, что кривая намагничивания имеет нелинейный характер. Для снятия кривой намагничивания какого-либо материала можно взять кольцевой сердечник из этого материала, намотать на этот сердечник катушку из медного провода и пропустить ток через витки полученной катушки. Известно, что для такой катушки напряжённость поля в сердечнике прямо пропорционально току, это вытекает из ранее полученной формулы.

; Т.о. измерив ток в витках катушки, зная число витков и размер катушки несложно найти напряжённость. Значение магнитной индукции можно измерить, т.к. для этого существуют специальные приборы и методы. Простейшая схема для снятия кривой намагничивания может иметь вид.

Перемещая движок потенциометра вверх, мы увеличиваем намагничивающий ток в витках катушки от нуля в крайнем нижнем положении до максимального значения тока в крайнем верхнем положении.

В результате мы получим кривую, имеющую три участка:

ОА – прямолинейный участок, магнитная индукция быстро и пропорционально возрастает при незначительной напряжённости. В это время происходит быстрая ориентация магнитных полей доменов в одном направлении.

АК – участок называемый коленом кривой намагничивания, увеличении магнитной индукции происходит медленнее, т.к. уже почти все поля доменов приняли одно направление.

КД – участок насыщения, когда все домены сориентированы по полю, процесс намагничивания закончен, при этом магнитная индукция возрастает очень незначительно.

Кривая, полученная при намагничивании размагниченного материала, называется начальной кривой. На рис. показана начальная кривая, а также изменение абсолютной магнитной проницаемости, которое и привело к насыщению материала.