Landsberg-1985-T2

то же значение. для разных сортов железа и стали это отношение различно. Обозначая его греческой буквой ~

(мю), мы можем написать:

ф= IiФо•

где Ф - магнитный поток в, катушке с сердечником, а

ФО - магнитный поток. в катушке без сердечника.

Величину ~, характеризующую магнитные свойства

железа, использованного для сердечника, называют его

магнитной nроницаеМОСfl1:ЬЮ *). Как уже упоминалось,

измерения показывают,

ного потока при введении

в солен.оид железа нетрудно понять с точки зрения представ­

лений об амперовых молекулярных токах. Под влиянием

магнитного поля соленоида амперовы токи в железе ори­

ентируются, стремясь стать параллельно токам обмотки со­

леноида (рис. 276). Этим объясняется намагничивание же­

леза и усиление магнитного поля во внешнем пространстве.

Этим же объясняется и увеличение магнитного потока

сквозь соленоид при введении в него сердечника: J{ маг­

нитному потоку, создаваемому током в обмотке соленоида.

добавляется магнитный поток, создаваемый совокупностью

ориентированных амперовых токов.

В опыте, изображенном на рис. 274, поток через один ВИТОк катушки II равен BS, где В - магнитная индукция

поля в соленоиде, а S - площадь поперечного сечения

соленОида. Поток Ф, фигурирующий в формуле (144.1), равен NBS (N - число витков катушки II). Отсюда сле­ дует, что увеличение потока Ф в ~ раз означает, что"маг­ нитная индукция В й железном сердечнике в 1:1 раз больше,

'")См. текст, CJlеДУЮЩ!iЙ за формуло!! (126.4). (Прu.меч. реО.)

344

увеличение магнитно,ГО потока оказывается довольно зна­

чительным. Иными словами, можно сказать, чТо магнитная

проницаемость их велика; у никеля, например, J.L может

достигать значения 50, у кобальта 100. Все эти материалы с большими значеНИ$IМИ J.I. объединяют .в одну группу фер­

ромагнитных материалов.

Однако и все остальные «немагнитные» материаJi~

также оказывают некоторое влияние на магнитный поток,

хотя влияние это значительно меньше, чем у материалов

ферромагнитных. С помощью очень .тщательных измере­

ний можно это изменение обнаружить и определить маг­

нитную проницаемость различных материалов. При этом,

однако, нужно иметь ввиду, что в опыте, описанном выше,

мы сравнивали магнитный поток в катушке, полость ко­

магнитных материалах, как железо, никель, кобальт, это

не имело значения, так как наличие воздуха очень мало

влияет на магнитный поток. Но при исследовании маг­

нитных свойств других веществ, в частности самого воз­

духа, мы должны, конечно, вести сравнение с катушкой,

внутри которой воздуха нет (вакуум). Таким образом, за

магнитную nроницаемость .мы nринимаем. отношение маг­

нитных потоков в исследуемом веществе и в вакууме·(11=

=Ф/Фо). Иными словами, за единицу мы принимаем .маг­

нитную nроницаемость для вакуума (если Ф=Фо, mo J.L=1). Измерения показывают, что магнитная проницаемость всех веществ отлична от единицы, хотя в большинстве

случаев это отличие очень мало. Но особенно замечатель­ ным оказывается тот факт, что у одних веществ магнитная проницаемость J.L больше единицы, а у других она меньше

единицы, т. е. заполнение катушки одними веществами

увеличивает магнитный поток, а заполнение катушки

другими веществами уменьшает этот поток. Первые из э.тих веществ называются naра.магнитным,и (J.L>1), а вто­ рые - дua.магнит/Шми (11<1).' Как показывает табл. 7,

отличие проницаемости J.I. от единицы как у парамагнит­

ных, так и у диамагнитных веществ невелИКQ,.

Нужно особенно подчеркнуть, что ДЛЯ парамагнитных

идиамагнитных тел маГНИ11lая проницаемость f.t не ·за­

висит от магнитной индукции внешнего, намагничиваю­ щего поля, т. е. представляет собой постоянную величину,

характеризующую данное вещество. Как мы увидим § 149,

это не имеет места для железа и других сходных с ним

(ферромагнитных) тел.

146

Т а б JI И Ц а 7: МаrнитнаR проницаемость

)l.JlЯ некоторых парамаrнитных и диамаrнитиых веществ

Влияние парамагнитных и диамагнитных веществ на

магнитный поток объясняется, так же как и влияние веществ ферромагнитных, тем, что к магнитному потоку, создаваемому током в обмотке катушки, присоединяется

поток, исходящий из элементарных амперовых токов. Парамагнитные вещест­

ва увеличивают магнит­

ный поток катушки.

Это увеличение потока

при заполнении катуш­ ки парамагнитным ве­

нием тока обмотки (рис. 276). Небольшое отличие f.t от еди­

ницы указывает лишь на то, ч,о в случае парамагнит­

ных веществ этот добавочный магнитный поток очень не­

велик, т. е. что парамагнитные вещества намагничиваются

очень слабо.

Уменьшение магнитного потока при заполнении ка­

тушки диамагнитным веществом означает, что в этом случае

магнитный поток от элементарных амперовых токов на­

правлен прmивоположно магнитному потоку катушки,

т. е. что в диамагнитныlx веществах под действием внешнего

.магнитнoгD поля возникают эле-.ментарнЬte токи, HanpaiJ-

341

,

ленные nроmU80nOЛОЖНО moкa.лt об.мотки (рис. 277). Малость

отклонений ,... от единицы-и в этом случае указывает на то,

что дополнительный поток этих элементарных токов невелик.

§ 146. Движение парамагнитных и диамагнитных тел в магнитном попе. Опыты Фарадея. Притяжение железных

предметов к магнитам является наиболее простым и бро­

сающимся в глаза проявлением магнитного поля и исто­

рически послужило основой всего развития учения о маг­

нетизме. ОНО сводится к воздействию магнитного поля на

ориентированные молекулярные токи намагнитившегося

железа, Так же, но только значительно слабее должно действо~ать магнитное поле и на парамагнитные тела,

t:Q

Рис. 278. а) При намагничивании парамагнитного или ФеРI1UМЗi:"НИТ­

ного тела на ближайшем к магниту конце возникает полюс, рззноимен­

_ ный с полюсом намагничивающего магнит.а; парамагнитное тело при­ тягивается к магниту. б) В тех же условиях на ближайшем к магни"гу конце диамагнитного тела возникает полюс одноименный; диамагнит­

ное тело отталкивается от магнита

в предыдущем параграфе. , и в парамагнитных телах ори-

потому что, как мы могли судить по опытам, описанным

ентация элемента.l'ныХ токов происходит так же, как в

ферромагнитных: магнитный поток элементарных" токов

усиливает, хотя и незначит-ельно, магнитный поток ори­

ентирующего поля и, следовательно, napaм.aгHuтHыe тела

притягиваются к .магниту (рис. 278, а).

В отличие от тел парамагнитных, дualrtагнитн.ые тела у.м.еньшают .магнитный поток катушки. ЭТО означает,

что в диамагнитном теле под действием внешнего поля

возникают элементарные токи такого направления, что

их магнитное поле противоположно направлению внеш­

него магнитного поля. Следователь)ю, и действие внеш­

него ма"гнитн!?го поля" на диамагнитные тела противопо-

348 -

ложно по направлению действию его на тела ферро- и парамагнитные, т. е. диаhюгнuтliые тела отталкиваются

от магнита (рис. 278, б).

Мы можем выразить этот факт и несколько иначе. Когда

мы подносим к магниту какое-нибудь железное тело, то

оно намагничивается так,' что на той стороне его, которая

обращена к магниту, возникает полюс, разноименный с

полюсом магнита; то же имеет место и в случае парамаг­

нитного тела (рис. 278, а). Напротив, в случае диамаг­ нитного тела на стороне, ближайшей к полюсу намагни­

няют, почему парамагнитные тела притнгиваются к маг­

ниту, а диамагнитные отталкиваются от него.

Именно такие действия и были обнаружены Фарадеем.

В 1845 г., использовав сильный электромагнит, Фарадей

установил способность всех тел наIllагничиваться и открыл,

что одни тела, притягиваются к магниту, а другие оттал­

Ю1ваются от него. Он предложил для первых название

пара:v!агннтных, Д.1Я вторых название диамагнитных. Ин­

дукционные опыты с пара- и диа:v!агнитными телами, по­

добные описанным в § 144, были произведены значительно

позже, когда магнитные СIюйства диамаГНIIТНЫХ и пара­ магнитных тел были уже установлены на основаНИIl ис­ следований Фарадея.

По силе притяжения или отталкипания можно судить и количест­ венно о сп6собности Te.~a'! иамагничиваться, т. е. можно определить

магннтную пронпцаемость для данного вещества. Этот метод измере­

ния f-t, основанный на изучении притяжеНIIЯ илн отталкиваНIIЯ малень­ кого тела из данного вещестпа, теор~тически более сложен, чем ОПllсан­ вый нами в § 145 метод, основаJllIЫЙ на измерении магнитного потока.

Но зато он гораздо чувствитеm,нее и, кроме того, пригоден для измерения ft в маленьком образчике вещества, тогда как для измерения f-t по индук­ ционному способу НУЖНО заполнить изучаемым веществом всю полость катушки. В тех случаях, когда удастся измерить ft и тем и другим спо­

собом, получаются согласующиеся результаты.

?146.1. Подюсы си.1ЫЮГО эдектромагнита на рис. 279 срезаны не-

•парал.1ельно друг другу, так что внизу расстояние между ними

эначительно \Iеньше, чем ваверху. Между ними подвешивается

на нити шарик из различных испытуе~IЫХ материалов. Верхний

конец нити прикреп.1ен к спиральной пружинке, растяжение ко.

торой ПОЗВО.1яет ИЗ:llернть сиду, действующую со стороны :IIагнит. ного ПО.1Я на шарик (пружинные весы). Оказывается, что если

шарик изготовлен IIЗ алюминия, водьфрама и.1И платины, то эта

сила направ.1ена вниз (ПРУЖlIнка растягивается), а в случае серебра, зо.10та, меди или висмута она направлена вверх (пру. жинка сокращается). Объясните этот опыт.

146.2; При исследовании магнитной пронипаемости жидких ве.

ществ часто поступают так. Жидкость наливают в коленчатую

349

при помощи железных опилок. На рис. 281 изображены,'

например, изменения, наблюдающиеся при внесении ку­ ска железа прямоугольной формы в магнитное поле, ко­

торое раньше было однородным. Как видим, поле пере­

стает быть однородным и приобретает сЛОжный характер;

в одних местах оно усиливается, в других - ослабляется.

?148.1. Когда на COI3pCMeHHbJx судах устанаВЛИI3ают и выверяют

•компасы, TQ вводят поправки к показаниям компаса, зависящие

от формы и rасположения часте.Й судна и от положения компаса ни нем. ОБЪЯСJlите, почему это необходимо. Зависят ли попраВ!{Ij от сорта стали, примененной при постройке судна?

148.2. ГIоче\!у суда, снаряжаемые экспеДИЦИЯМII для исследова­ ния магнитного ПОJIЯ Земли, строят не CTa.тIbHbJe, а деревянные и для скрепления обшивки прнменяют медные винты?

Очень интересна и практически важна картина, кото­

рая наблюдается при внесении в магнитное поле замкну­

того железного сосуда, например полого шара. Как видно из рис. 282, в результате сложения внешнего магнитного

поля с полем намагнитивше­

гося железа поле во внутрен­

ней области шара почти ис­ чезает. Этим пользуются для

----------~-

__-4__+-______+-~----B

создания лtaгни'mной защиты или магнитной экранировки, т. е. для защиты тех или иных приборов от действия внеш­

него магнитного поля.

Картина, которую мы наблюдаем при сЬ~дании магнит­

ной защиты, внешне напоминает создание электростатиче­

ской защиты при помощи проводящеi\ оболочки.· Однако

между этими явлениями есть г~убокое принципиальное

различие. В случае электростатической защиты метал­

лические стенки могу'Р быть сколь угодно тонкими. До-

352