3.3.3. Магнитные свойства вещества. Магнитная проницаемость. Ферромагнетики, их свойства и область применения

Все вещества, помещенные в магнитное поле, создают собственное магнитное поле.

По своему поведению в магнитном поле вещества делятся на три класса: 1) диамагнетики; 2) парамагнетики; 3) ферромагнетики.

Магнитная проницаемость среды µ – отношение модуля вектора магнитной индукции В в среде к модулю вектора магнитной индукции В_о в той же точке пространства в вакууме:

µ = В/В_о

Диамагнетики намагничиваются во внешнем поле противоположно полю. Результирующее магнитное поле в диамагнетиках незначительно меньше внешнего магнитного поля (µ ≤ 1).

Диамагнетики выталкиваются из области магнитного поля с бóльшим значением магнитной индукции в область с меньшим значением индукции.

Значение µ для диамагнетиков не зависит от температуры.

К диамагнетикам относятся инертные газы, многие металлы (золото, цинк, медь, ртуть, серебро), вода, стекло, мрамор, многие органические соединения.

Парамагнетики намагничиваются во внешнем поле в направлении поля. Результирующее магнитное поле в парамагнетиках незначительно больше внешнего магнитного поля (µ ≥ 1).

Парамагнетики, помещенные в неоднородное магнитное поле, втягиваются в область, где модуль магнитной индукции максимален.

Значение µ для парамагнетиков зависит от температуры (убывает с ее повышением).

Парамагнетиками являются кислород, окись азота, алюминий, платина, редкоземельные элементы, щелочные и щелочно-земельные металлы и другие вещества.

Значение µ для диа- и парамагнетиков не зависит от индукции В_о того магнитного поля, в котором намагничиваются вещества.

Ферромагнетики – вещества, в которых внутреннее магнитное поле в сотни и тысячи раз превышает вызвавшее его внешнее магнитное поле.

К ферромагнетикам относится небольшая группа твердых кристаллических тел – так называемых переходных металлов (железо, никель, кобальт), а также ряд сплавов.

Ферромагнетики намагничиваются во внешнем поле в направлении поля.

Свойства ферромагнетиков: 1) очень сильные магнетики (µ = 5000 (железо), µ = 100000 (пермаллой), µ = 800000 (супермалой)); 2) при достаточно сильном нагревании теряют ферромагнитные свойства и превращаются в парамагнетики; 3) значение µ зависит от значения индукции внешнего магнитного поля; 4) наличие явления гистерезиса (уменьшение намагниченности ферромагнетика отстает от уменьшения значения В_о); 5) сохранение некоторой остаточной намагниченности при уменьшении внешнего магнитного поля до нуля (следствие гистерезиса); 6) существование внутри ферромагнетика областей спонтанной (самопроизвольной) намагниченности (доменов).

Механизм намагничивания ферромагнетиков: упорядочение ориентации магнитных полей отдельных доменов в направлении внешнего магнитного поля.

Область применения ферромагнетиков: 1) электромагниты; 2) сердечники генераторов, трансформаторов, электродвигателей и т.д.; 3) магнитные пленки для обычного и видео- магнитофона; 4) изготовление ферритов (ферромагнитных материалов, не проводящих электрический ток), используемых в радио- и вычислительной технике; 5) постоянные магниты в электроизмерительных приборах, громкоговорителях, телефонах, звукозаписывающих аппаратах, магнитных компасах и т.д.

3.3.4. Магнитный поток. Единица магнитного потока в СИ. Явление электромагнитной индукции. Направление индукционного тока (правило Ленца). Закон электромагнитной индукции Фарадея. Свойства вихревого электрического поля. ЭДС индукции в движущихся проводниках

Магнитный поток – скалярная физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь поверхности, пронизываемой силовыми линиями, и на косинус угла между вектором и нормалью к поверхности: Ф = ВScosα, где B – модуль вектора магнитной индукции, S – площадь поверхности, α – угол между векторами и .

Единица магнитного потока в СИ: 1 Вб (вебер) = 1 Тл∙м².

Явление электромагнитной индукции – явление возникновения индукционного тока в замкнутом проводящем контуре при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную контуром (М. Фарадей, 1831 г).

Правило Ленца: индукционный ток всегда направлен так, что созданное им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего этот индукционный ток (1833 г).

Закон электромагнитной индукции: ЭДС индукции в замкнутом контуре равна по модулю скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Формула, выражающая закон индукции Фарадея: , где – ЭДС электромагнитной индукции, ∆Ф = Ф₂ – Ф₁ – изменение магнитного потока, ∆t = t₂ – t₁ – отрезок времени, в течении которого произошло изменение магнитного потока. Знак минус в формуле отражает правило Ленца.

Свойства вихревого электрического поля: 1) модуль его напряженности определяется скоростью изменения магнитной индукции; 2) оно не связано с электрическими зарядами и его линии напряженности не могут на них начинаться и кончаться; 3) силовые линии представляют собой замкнутые линии; 4) при нарастании магнитного поля (ΔB∕∆t>0) линии напряженности, в соответствии с правилом Ленца, образуют с вектором левый винт; при убывании (ΔB∕∆t<0) – правый винт; 5) работа вихревого поля по переносу электрического заряда вдоль любой замкнутой траектории не равна нулю.

Формула для расчета ЭДС индукции в движущихся проводниках: = Bℓυsinα, где B – модуль вектора магнитной индукции, ℓ – длина части проводника, расположенной в магнитном поле, α – угол между вектором скорости и вектором (векторы и перпендикулярны к оси проводника), – модуль скорости проводника.