3 ПОвЕдение твердых тел в магнитном поле. Магнитные свойства твердых тел

Нет таких тел, состояние которых не изменялось бы при помещении их в магнитное поле. Более того, находясь в магнитном поле, тела сами становятся источниками такого поля. В этом смысле их принято называть магнетиками.

3.1 Магнитное поле в магнетиках

Поместим в однородное магнитное поле с напряженностью Н и

индукцией В_о = μ_оН изотропное тело объемом V. Под действием поля тело

намагничивается, приобретая магнитный момент М. Отношение этого

момента к объему тела называют намагниченностью тела I_m:

I_m=M/V. (3.1)

При неравномерном намагничивании тела

I_m=dM/dV (3.2)

Намагниченность является величиной векторной; в однородных

магнетиках вектор I_m направлен параллельно или антипараллельно Н. Единица измерения магнитного момента М в СИ 1 В * с * м = Вб * м, а намагниченности I_m 1 В * с/м² = Вб/м² [4].

Отношение намагниченности I_m к индукции поля В_о называют магнитной восприимчивостью ϰ:

ϰ = I_m /В_о = I_m / μ_оН (3.3)

Легко убедиться, что ϰ является величиной безразмерной Из (3.3) получаем:

I_m = ϰ В_о= ϰμ_оН (3.4)

Намагниченное тело, находящееся во внешнем поле, создает собственное поле, которое в изотропных магнетиках вдали от его внешних границ направлено параллельно или антипараллельно внешнему полю. Обозначим индукцию внешнего поля через В_о, собственного — через B_i и результирующего — через В. Для однородных магнетиков В равно алгебраической сумме В_о + B_i.

В = В_о + B_i (3.5)

Опыт показывает, что

B_i = I_m = ϰ В_о (3.6)

поэтому

В = (1 + ϰ)В_о . (3.7)

Величину

μ= 1+ ϰ (3.8)

называют магнитной проницаемостью магнетика. Из (3.8) следует, что

ϰ = μ - 1 (3.9)

Подставив (3.8) в (3.7), получим:

В = μ В_о = μμ_оН. (3.10)

Рис. 3.1 Зависимость I_m (H) для диамагнетиков 1 и парамагнетиков 2

Единица напряженности Н в СИ 1 А/м, индукции В — 1 В * с/м² =Вб/м² .

3.2 Магнитные свойства твердых тел

По абсолютному значению и знаку магнитной восприимчивости все тела можно разделить на три большие группы: диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные [4].

3.2.1 Диамагнитные и парамагнитные тела

У диамагнитных тел |χ| <1 отрицательно и не зависит от напряженности внешнего поля и температуры. Они намагничиваются в направлении, противоположном полю, вследствие чего выталкиваются из областей наиболее сильного поля.

У парамагнитных тел также |ϰ| < 1, но в отличие от диамагнетиков она у них положительная. Такие тела намагничиваются в направлении поля и втягиваются в области с максимальным Н [4].

На рис. 3.1, а показана зависимость I_m (H) для диамагнетиков 1 и парамагнетиков 2. В обоих случаях I_m пропорциональна Н, что свидетельствует о независимости ϰ от Н. Однако у парамагнетиков такая зависимость наблюдается лишь в относительно слабых полях и при высоких температурах, в сильных полях и при низких темпепературах кривая зависимости I_m (H) асимптотически приближается к предельному значению I_s, соответствующему магнитному «насыщению» парамагнетика. Кроме того, ϰ у парамагнитных тел зависит от температуры. Эта зависимость была впервые изучена Кюри. Он показал, что

ϰ=С/Т, (3.11)

где Т — абсолютная температура парамагнетика,

С — постоянная, определяемая его природой. Она называется постоянной Кюри, а соотношение (3.11) —законом Кюри.