15.4. Ферромагнетики
Ферромагнетики (железо, кобальт, никель и их сплавы) — вещества, увеличивающие магнитное поле в десятки тысяч и более раз (
).
У ферромагнитных веществ собственное (внутреннее) магнитное поле имеет индукцию в сотни и тысячи раз большую, чем индукция внешнего поля.
Намагниченность
вещества
для пара- и диамагнетиков мала и при
малых полях прямо пропорциональна
(рис. 15.6). Для ферромагнетиков кривая
намагниченности резко растет и выходит
на насыщение
,
то есть практически не меняется с ростом
(рис. 15.7).
Магнитная
проницаемость ферромагнетика
сильно зависит от величины внешнего
магнитного поля (рис. 15.8) и достигает,
например, для железа 5000, для сплава 78%
Ni и 22% Fe
(пермаллой) 100 000.
Магнитным гистерезисом ферромагнетика называется зависимость его магнитных свойств от предыдущей намагниченности вещества (рис.15.9). Это связано с особой доменной структурой магнетика. За счет большого внутреннего поля в ферромагнетике образуются области спонтанной (самопроизвольной) намагниченности — домены.
Рис.
15.9, а.: в отсутствии внешнего
магнитного поля домены и их магнитные
моменты располагаются так, чтобы их
суммарная энергия была минимальна, то
есть
.
Рис. 15.9, б: под действием внешнего поля смещаются стенки доменов. Домены с меньшей энергией растут, с большей — уменьшаются, причем процесс носит обратимый характер (участок 1-2 на рис. 15.7).
Рис. 15.9, в: с ростом внешнего поля изменяются направления магнитных моментов доменов (необратимый процесс, участок 2-3 на рис. 15.7).
Рис. 15.9, г: магнитная индукция в веществе растет только за счет индукции внешнего поля (участок 3-4 на рис. 15.7). Необратимость процесса намагничивания приводит к появлению петли гистерезиса.
П
етлей
гистерезиса называется график
неоднозначной зависимости намагниченности
от величины индукции внешнего поля
,
которое меняется (рис. 15.10).
— индукция и
намагниченность насыщения,
— остаточная
намагниченность ( при
),
— коэрцитивная
(задерживающая) сила.
Температура (точка) Кюри
,
К — это термодинамическая температура,
выше которой исчезают ферромагнитные
свойства вещества (за счет тепловых
колебаний разрушаются домены).
Глава 16 электромагнитные колебания
16.1. Свободные электромагнитные колебания
К
олебательный
контур — электрическая цепь,
состоящая из конденсатора с емкостью
С и катушки с индуктивностью
L (рис. 16.1).Свободные электромагнитные гармонические колебания в контуре без сопротивления возникают при подключении катушки к заряженному конденсатору. За счет явления самоиндукции в цепи возникают гармонические колебания заряда q (рис. 16.2, а), напряжения U (рис. 16.2, б) на конденсаторе и силы тока i (рис. 16.2, в) в катушке индуктивности. Сопротивление проводников не учитывается.
Здесь:
— амплитудное значение заряда на
конденсаторе;
— амплитудное
значение напряжения на конденсаторе;
— амплитудное
значение силы тока;
— циклическая
частота колебаний;
— период колебаний.
Превращение энергии в колебательном контуре
1)
(рис. 16.3, а).
В начальный момент времени вся энергия
контура W
сосредоточена
в электрическом поле конденсатора
.
Затем конденсатор начинает разряжаться
и электрический ток, направленный от
(+) к
(–), создает
в катушке магнитное поле. Энергия
электрического поля переходит в энергию
магнитного.
2)
(рис. 16.3, б).
Энергия контура W сосредоточена
в магнитном поле катушки
=
.
Напряжение на конденсаторе равно нулю.
Основной ток должен исчезнуть, но
возникающий при этом ток самоиндукции,
поддерживая убывающий ток, перезаряжает
конденсатор.
3)
(рис. 16.3,
в).
Энергия контура W сосредоточена
в электрическом поле перезаряженного
конденсатора:
=
.
4)
(рис. 16.3,
г). Далее
процесс повторяется.
Таким образом, в контуре происходит превращение энергии электрического поля в энергию магнитного и наоборот. При этом выполняется закон сохранения электромагнитной энергии:
.