6. Магнитные свойства вещества

Гипотеза Ампера	В любом теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах и мо­лекулах. Эти микроскопические молекулярные токи создают свое магнитное поле. Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены вследствие беспорядочного теплового движения молекул хаотически по отношению друг к другу, то их действие взаимно компенсируется и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает (рис. а). В намагниченном состоянии элементарные токи в теле ориентированы так, что их действия складываются (рис. б).
Магнетики	Вещества, способные намагничиваться во внешнем магнит­ном поле, т. е. создавать собственное магнитное поле.
Магнитная проницаемость вещества	Средняя физическая величина, характеризующая свойство вещества намагничиваться во внешнем магнитном поле и равная отношению модуля индукции результирующего магнитного поля в веществе к модулю индукции поля в вакууме: µ =В / В0
Диамагнетики	у которых µ несколько меньше единицы: µ < 1 . Такие вещества чуть-чуть ослабляют внешнее поле. Примеры: Не, Bi, Си, Ag, NaCℓ, Н2О.
Парамагнетики	У которых µ несколько больше единицы: µ> 1 . Такие вещества несколько усиливают внешнее поле. Примеры: Na, Aℓ.
Ферромагнетики	У которых µ» 1. Такие вещества усиливают внешнее поле в десятки и даже сотни тысяч раз. Примеры: Fe, Со, Ni; сплавы на их основе. Для ферромагнетиков существует температура, выше которой они теряют свои особые ферромагнитные свойства и становятся парамагнетиками. Она называется точкой Кюри. Точка Кюри: для Fe 753 ْ С , для Со 1000 ْ С.

7. Использование электромагнитных явлений. Электромаг­нит. Электродвигатель.

В технике создают и регулируют маг­нитное поле с помощью проводников, по которым течет элек­трический ток. Электромагниты в виде катушек с сердечни­ком используются в электромеханическом реле' для дистанционного выключения электрических цепей, магнит­ном подъемном кране (рис. а), жестком диске компьюте­ра (рис. б), записывающей головке видеомагнитофона (рис. в), где магнитное поле действует на намагничивающиеся материалы; в кинескопе телевизора и мониторе компь­ютера (рис. г), в ускорителях частиц в научных лаборато­риях (рис.д), где магнитное поле действует на частицы в вакууме. На рисунках е-з показаны электродвигатели, используемые в быту, промышленности и на транспорте. Взаимодействие электромагнита с полем постоянного магни­та позволило создать всевозможные электроизмерительные приборы, наушники (рис. и), звуковые динамики и др.

А) б) в)

Г) д) е) ж) з) И)

Магнитное поле вне катушки (вокруг витков) практиче­ски равно нулю, а внутри катушки и на ее концах полностью совпадает с магнитным полем постоянного .стержневого маг­нита. Поэтому катушку с током называют электромагни­том. Тот конец катушки, из которого выходят силовые линии магнитного поля, называется северным полюсом, а тот конец, в который входят силовые линии, - южным. Как по­казывает опыт, действие электромагнита значительно усили­вается, когда в катушку вводят сердечник из железа, никеля, железосодержащих сплавов, поскольку сердечник намагни­чивается. При этом вектор индукции магнитного поля сер­дечника становится в 20-1000 раз больше, чем индукция ис­ходного магнитного поля катушки. Такие материалы назы­вают ферромагнетиками.

Жесткие и мягкие ферромагнетики получили свое назва­ние благодаря тому, что у одних - мягких - материалов намаг­ничивание и размагничивание при изменении внешнего маг­нитного поля происходит быстро, другие же - жесткие - оста­ются в намагниченном состоянии долго и могут быть размагничены только при приложении сильного противоположно направленного магнитного поля.

Жесткие ферромагнетики используются для изготовле­ния постоянных магнитов и запоминающих устройств: маг­нитофонных лент, жестких дисков компьютеров и др.

Мягкие ферромагнетики используются для изготовления сердечников электромагнитов, электродвигателей, а также в радиотехнике.

Простейшей моделью электродвигателя может служить рамка с током, помещенная между полюсами постоянного магнита

А) б) В)

Силы Ампера ( рис. а), действующие на противопо­ложные стороны рамки, должны вращать ее по часовой стрелке. Однако в другом положении (рис. б) рамка застопорится, и силы Ампера растянут ее в разные стороны. По­этому, когда рамка находится под углом 45", ее можно отклю­чить от источника тока, а ток пустить по второй рамке, распо­ложенной перпендикулярно к первой (рис. в). Для этого служит конструкция, в которой обе рамки вра­щаются на одном валу 00₁ а токоподводящие щетки Щ пере­скакивают с концов одной рамки на другую.

В реальных электродвигателях, во-первых, вместо посто­янных магнитов, создающих магнитное поле, используют электромагниты, во-вторых, вместо рамок - обмотки с боль­шим числом витков провода, в-третьих, вместо двух обмоток -гораздо большее число обмоток.

Если напряжение на двигателе и, сила тока через обмот­ки 1, то расходуемая электрическая мощность равна U∙ 1. По­скольку электродвигатель используют для механической ра­боты, то можно ввести понятие КПД электродвигателя:

η = N / U∙I

где N - механическая мощность, развиваемая двигателем.

Контрольные вопросы

1. Что называют магнитным полем? Как его можно обнаружить?

2. В чём состоял опыт Эрстеда?

3. Перечислите основные свойства магнитного поля.

4. Как движутся замкнутый контур с током и магнитная стрелка в однородном магнитном поле?

5. Что называют магнитной индукцией? Как определяется модуль вектора магнитной индукции?

6. Что называется линиями магнитной индукции? Как определяется направление линий магнитной индукции?

7. Если разрезать магнит, то сколько магнитов мы получим?

8. Чему равен модуль силы Ампера?

9. Сформулируйте правило для определения направления силы Ампера.

10. Чему равен модуль магнитной индукции для прямого тока; кругового тока; соленоида?

11. Чему равен модуль силы Ампера для параллельных токов?

12. Что называют потоком магнитной индукции?

13. Чему равен модуль силы Лоренца?

14. Как движется заряженная частица в однородном магнитном поле, если начальная скорость частицы перпендикулярна линиям магнитной индукции?

15. Как определяется направление силы Лоренца?

16. Как определить радиус окружности движения частицы?

17. Как определить период вращения частицы?

18. Как движется заряженная частица в однородном магнитном поле, если начальная скорость частицы направлена под углом α к линиям магнитной индукции?

19. Что называется магнитосферой Земли?

20. Что такое пояса радиации? Где они находятся?

21. Что называют Солнечным ветром?

22. Как движется заряженная частица в магнитном поле Земли?

23. Какая величина характеризует магнитные свойства среды?

24. В чём сущность гипотезы Ампера?

25. Какие тела называют магнетиками?

26. Какие тела называют парамагнетиками?

27. Какие тела называют диамагнетиками?

28. Какие тела называют ферромагнетиками? Что такое точка Кюри?

29. Где находят применение электромагнитные явления?

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Жданов Л. С. Физика для средних специальных учебных заведений – М.: Наука.

2. Мякишев Г.Я. Физика: Учебн. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2002.

3. Кикин Д.Г. Самойленко П.И. Физика ( с основами астрономии): Учебн. для техникумов.-М.: Высш. шк., 1995.

4. Учебное пособие для поступающих в вузы./ Под редакцией В.А. Овчинникова. Екатеринбург: «Издательство УМЦ УПИ», 2001.

5. Экзаменационные материалы для подготовки к единому государственному экзамену. ЕГЭ – 2007. Физика. – М.: ФГУ «Федеральный центр тестирования», 2006.

17