2. Свойства ферромагнитных материалов

В 1640 году ученик Галилея Бенедетто Кастелли объяснил притяжение магнетита наличием в его составе множества мельчайших магнитных частиц – первая догадка, что природу магнетизма следует искать на атомном уровне. Голландец Себальд Бругманс в 1778 году заметил, что висмут и сурьма отталкиваются от полюсов магнитной стрелки – это был первый пример физического явления, которое 67 годами позже Фарадей назвал диамагнетизмом. В 30-х годах 19 века французский физик Андре-Мари Ампер выдвинул смелую гипотезу: внутри намагниченных материалов текут незатухающие микроскопические параллельные круговые токи, которые и служат причиной их магнитного действия. Большой вклад в изучение ферромагнетизма внес русский ученый Александр Григорьевич Столетов, профессор Московского университета. Он окончил Московский университет и в числе лучших студентов был отправлен за границу в научную командировку в Германию. Там он работал в Берлине в прекрасно оборудованной лаборатории Генриха Магнуса, немецкого физика и химика (Генрих Густав Магнус, немецкий химик и физик, занимался исследованиями термоэлектричества, электролиза, индукции токов¸ теплопроводности газов), а также в Гейдельберге в лаборатории Густава Кирхгофа и возвратился в Москву с готовым экспериментальным материалом. Уже будучи доцентом Московского университета, он написал работу «Исследование о функции намагничения мягкого железа», за которую был удостоен звания профессора.

Разные вещества ведут себя по-разному в магнитном поле. Это демонстрирует следующий эксперимент. Электрический ток пропускается через соленоид. Соленоид длиной 40 см, с внутренним диаметром 10 см и внешним – 40 см может создать внутри себя магнитное поле в 100000 раз больше магнитного поля Земли. В это поле помещали различные вещества. В результате оказалось, что некоторые вещества слабо отталкиваются магнитным полем (вода, медь, свинец, кварц, сера, алмаз и др.). Другие вещества втягиваются в катушку. К ним относятся натрий, алюминий, жидкий кислород. а вот железо, кобальт, никель, железосодержащие сплавы втягиваются в область магнитного поля с очень большой силой. На кусочек железа массой 1 г со стороны поля действует сила 40000 Н.

Таким образом, все вещества по величине относительной магнитной проницаемости делятся на три группы:

1) диамагнетики – μ < 1 (висмут, вода, медь, золото, ртуть, практически все органические соединения);

2) парамагнетики – μ > 1 (кислород, алюминий, платина, уран, щелочные и щелочноземельные элементы);

3) ферромагнетики – μ >> 1 (железо, кобальт, никель и их сплавы). Так, например, для трансформаторного железа (это сталь с высоким содержанием кремния, который придает ей особые магнитные свойства) μ ≈ 5000, для пермаллоя (сплав, состоящий из железа и никеля, из него делают сердечники реле, экраны) μ ≈ 100000, для серого чугуна (сплав железа с углеродом, применяется для изготовления корпусов электрооборудования) μ ≈ 180.

Рассмотрим некоторые свойства ферромагнетиков. Расписать свойства

1. Нелинейная зависимость намагниченности от напряженности магнитного поля Н

2. Зависимость относительной магнитной проницаемости от Н имеет сложный характер, причем максимальные значения μ очень велики

3. У каждого ферромагнетика имеется такая температура, называемая точкой Кюри, выше которой это вещество теряет свои особые магнитные свойства

4. Существование магнитного гистерезиса

5. Магнитострикция – изменение формы и размеров тела при его намагничивании