2.3. Взаимодействие магнитного поля с веществом
На анализе взаимодействия магнитного поля и объекта контроля или измерения основаны магнитные виды контроля и измерений. Они применимы к объектам, которые способны намагничиваться. Магнитные виды контроля и измерения широко используются в дефектоскопии, структуроскопии, при измерении размеров и других физических величин.
2.3.1. Общие сведения о магнитных веществах
При взаимодействии вещества с магнитным полем одной из характеристик, определяющей это взаимодействие, является магнитная восприимчивостьχ, которая показывает способность вещества приобретать определенную намагниченность М под действием внешнего магнитного поля.
Намагниченность связана с напряженностью зависимостью [17]
.
(2.23)
Магнитная восприимчивость зависит от многих факторов: напряженности магнитного поля Н, температуры, давления, способа изготовления, термообработки и химического состав, а также от «магнитной предыстории» материала.
В зависимости от модуля и знака магнитной восприимчивости χ все вещества условно делят на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.
Диамагнетикиимеют отрицательную магнитную восприимчивость: χ = –(10-5… 10-7), т. е. они намагничиваются во внешнем магнитном поле навстречу вектору напряженности этого поля. Примерами диамагнетиков являютсяSi,Bi,Au,Cuи другие вещества, а также некоторые органические и неорганические вещества.
Парамагнетикинамагничиваются во внешнем магнитном поле по направлению вектора его напряженности, т. е. имеют положительную магнитную восприимчивость: χ = (10-1… 10-5). К ним относятсяAl,Pt,Cr,Mn, ферромагнетики при температурах, превышающих температуру Кюри.
В технике в качестве магнитных материалов диа - и парамагнетики практически не используются.
В качестве магнитных материалов техническое значение имеют ферромагнитныеиферримагнитные(ферриты)материалы, у которых при температуре, меньшей точки Кюри, устанавливается состояние самопроизвольной намагниченности и которые характеризуются высоким значением магнитной восприимчивости (χ = 1… 105), большой ее зависимостью от значения напряженности внешнего магнитного поля. К ним относятся: Fе, Ni,Со и их сплавы, сплавы хрома и марганца, ферриты различного состава и др. материалы.
Первопричиной магнитных свойств
материала являются внутренние скрытые
формы движения электрических зарядов,
представляющие собой элементарные
круговые токи, обладающие магнитными
моментами. Такими круговыми токами
являются орбитальное вращение электронов
и "собственное вращение"электронов (электронные
спины). Явление ферромагнетизма
связано с образованием внутри
некоторых материалов при температурах
ниже точки Кюри таких кристаллических
структур, при которых в пределах
макроскопических областей, называемых
магнитными доменами (размер доменов
(объем)составляет
10-8–10-12м3при толщине пограничных слоев между
ними в 10-8–10-9м), электронные спины оказываются
ориентированными взаимно параллельно.
Эта область намагничена до насыщения
и представляет собой относительно
сильный постоянный магнит. Она
характеризуется магнитным
моментом
домена.
Если нет внешнего магнитного
поля, то магнитные моменты доменов
направлены беспорядочно и взаимно
компенсируют друг друга, т. е.
намагни-ченность материала равна нулю.
При наложении внешнего магнитного поля
вещество увеличивает свой магнитный
момент за счет возникновения элемен-
тарных магнитных моментов. Это свойство
вещества получило название намагничивание
вещества (материала).
В качестве его меры принят вектор
намагниченности 
,
количественно равный магнитному моменту
некоторого объемаVвещества в точке внутри него:
.
(2.24)
Ферромагнетики –магнитные материалы, в которых наблюдается явление самопроизвольного образования магнитных доменов со взаимно параллельными спинами (рис. 2.5а).
Ферримагнетики –магнитные материалы, у которых минимуму потенциальной энергии системы отвечает антипараллельное расположение спинов с некоторым преобладанием одного направления над другим (рис. 2.5б).
Ф а б Рис. 2.5
ерримагнетики
имеют меньшую величину индукции
насыщения, чем ферромагнетики, и обладают
высоким у