СОДЕРЖАНИЕ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ……………………………………………………...……4

ОБОРУДОВАНИЕ …………………………………………………….…4

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Магнитное поле в веществе. Виды магнетиков………………….5

2. Объяснение ферромагнетизма…………..………………………...8

3. Процессы намагничивания ферромагнетика …...……………....10

4. Магнитное поле тороида…………………………………………16

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1. Метод измерения ………………………………………………….18

2. Описание экспериментальной установки………………...……..20

3. Выполнение измерений…………………………………………..21

4. Обработка результатов измерений……………………...……….21

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ………………...……………………..........................................22

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК…………………………………..24

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ…………….25

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: построение графика зависимости магнитной проницаемости ферромагнетика от напряженности магнитного поля и построение основной кривой намагничивания.

ОБОРУДОВАНИЕ

1. Миниблок «Ферромагнетик», в котором находится тороид с ферромагнитным сердечником.

2. Миниблок «Сопротивление 100 Ом».

3. Генератор сигналов специальной формы на плате «Блок генераторов».

4. Блок мультиметров.

5. Красные и синие соединительные провода.

Теоретическая часть

1. Магнитное поле в веществе. Виды магнетиков

Магнетиками называют вещества, способные намагничиваться во внешнем магнитном поле, т.е. способные к созданию собственного магнитного поля. Собственное же поле веществ зависит от магнитных свойств их атомов. В этом смысле магнетики являются магнитными аналогами диэлектриков.

По классическим представлениям атом состоит изэлектронов, движущихся по орбитам вокруг положительно заряженного ядра, состоящего, в свою очередь, из протонов и нейтронов.

Движение электрона по круговой орбите радиуса R вокруг ядра можно представить в виде кругового тока I (рис. 1). В самом деле, если электрон с зарядом e обращается по орбите с частотой , то через поперечную площадку, расположенную в любом месте орбиты на пути электрона, в единицу времени переносится заряд, равный. Следовательно, движущийся по орбите электрон эквивалентен току силой. Поскольку заряд электрона отрицательный, то направление скоростиэлектрона и направление токаI противоположны. Таким образом, движущийся по орбите электрон создает орбитальный магнитный момент , равный

(1)

где – единичный вектор положительной нормали к плоскости орбиты.

Если атом содержит несколько электронов, то их движение можно представить в виде совокупности круговых токов , каждый из которых создает свой орбитальный магнитный момент. Орбитальный магнитный момент атоманаходится как векторная сумма орбитальных магнитных моментовего электронов:

. (2)

где Z – число электронов в атоме. В этом случае атом можно заменить его упрощенной моделью – эквивалентным круговым током , создающим орбитальный магнитный момент атома (рис. 2).

Кроме орбитального момента электрон обладает еще и собственным илиспиновым магнитным моментом . Он присущ электрону так же, как массаm и заряд e (рис. 3).

Протон и нейтрон также обладают спиновыми магнитными моментами, но они гораздо меньше, чем спиновый магнитный момент электрона. Кроме того, в ядрах атомов магнитные моменты протонов и нейтронов могут взаимно компенсироваться частично или полностью. Поэтому магнитные свойства ядра практически не сказываются на магнитных свойствах атомов, которые будут в основном определяться магнитными моментами электронов.

Таким образом, результирующий магнитный момент атома равен векторной сумме орбитальныхи спиновыхмагнитных моментов входящих в него электронов:

. (3)

Ив этом случае магнитной моделью атома может являться круговой ток, создающий момент(3) (рис. 4).

Со времен Ампера в теории магнетизма вещества оперируют также магнитной моделью молекулы в виде кругового тока , создающего магнитный момент молекулы.

Количественно магнитные свойства вещества оценивают с помощью величины, называемой относительной магнитной проницаемостью или просто магнитной проницаемостью . В магнетизме она играет такую же роль, какдиэлектрическая проницаемость в электричестве.Магнитная проницаемость m показывает, во сколько раз изменяется индукция B магнитного поля в однородном безграничном веществе за счет его намагничивания по сравнению с индукцией B₀ магнитного поля в вакууме:

. (4)

Магнетиками являются все вещества, т.е. все вещества намагничиваются во внешнем магнитном поле, но характер и степень намагничивания у них разные. В зависимости от этого все магнетики делятся на три вида: 1) диамагнетики; 2) парамагнетики; 3) ферромагнетики.

Диамагнетики. К ним относятся многие металлы (например, медь, цинк, серебро, ртуть, висмут), большинство газов, фосфор, сера, кварц, вода, подавляющее большинство органических соединений и т.д.

Для диамагнетиков характерны следующие свойства:

1) очень слабое намагничивание во внешнем магнитном поле;

2) собственное магнитное поле направлено против внешнего и немного ослабляет его (m<1);

3) нет остаточного магнетизма (собственное магнитное поле диамагнетика исчезает после снятия внешнего поля).

Первые два свойства говорят о том, что относительная магнитная проницаемость m диамагнетиков лишь немного меньше 1. Например, самый сильный из диамагнетиков – висмут – имеет m=0,999824.

Парамагнетики. К ним относятся щелочные и щелочноземельные металлы, алюминий, вольфрам, платина, кислород и т.д.

Для парамагнетиков характерны следующие свойства:

1) очень слабое намагничивание во внешнем магнитном поле;

2) собственное магнитное поле направлено по внешнему и немного усиливают его (m>1);

3) нет остаточного магнетизма.

Из первых двух свойств следует, что значение m лишь немного больше 1. Например, для одного из самых сильных парамагнетиков – платины – относительная магнитная проницаемость m=1,00036.

Ферромагнетики. К ним относятся железо, никель, кобальт, гадолиний, их сплавы и соединения, а также некоторые сплавы и соединения марганца и хрома с неферромагнитными элементами. Все эти вещества обладают ферромагнитными свойствами только в кристаллическом состоянии.

Для ферромагнетиков характерны следующие свойства:

1) очень сильное намагничивание;

2) собственное магнитное поле направлено по внешнему и значительно усиливает его (значения m лежат в пределах от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч);

3) относительная магнитная проницаемость m зависит от величины намагничивающего поля;

4) есть остаточный магнетизм.