12. Магнитное поле в веществе. Диамагнетизм и парамагнетизм. Ферромагнетизм. Нелинейность кривой намагничивания. Доменная структура ферромагнетика. Необратимость процессов намагничивания. Гистерезис.

Если несущие ток провода находятся в какой-либо среде, магнитное поле изменяется. Это объясняется тем, что всякое вещество является магнетиком, т. е. способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться). Намагниченное вещество создаёт магнитное поле , которое накладывается на обусловленное токами поле . Оба поля в сумме дают результирующее поле

Намагничение магнетика естественно характеризовать магнитным моментом единицы объёма. Эту величину называют намагниченностью и обозначают буквой J.Если магнетик намагничен неоднородно, намагниченность в данной точке определяется следующим выражением:

, где -физически бесконечно малый объём, взятый в окрестности рассматриваемой точки, -магнитный момент отдельной молекулы. Суммирование производится по всем молекулам, заключённым в данном объёме. Поле , так же как и поле , не имеет источников. Поэтому дивергенция результирующего поля равна нулю: Таким образом, формула , а следовательно и формула справедливы не только для поля в вакууме, но и для поля в веществе.

Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы .

Парамагнетизм— свойство тел намагничиваться по направлению действующего на них внешнего магнитного поля.

Описание

Парамагнетизм обусловлен, в основном, ориентацией собственных магнитных моментов частиц (молекул, атомов или ионов) вещества. Природа этих моментов может быть связана с орбитальным движением электронов, их спином, а также (в меньшей степени) со спином атомных ядер. Под действием внешнего магнитного поля отдельные моменты ориентируются по его направлению, создавая суммарный магнитный момент, пропорциональный напряженности поля.

К парамагнитным веществам относятся щелочные и щелочно-земельные металлы, алюминий, скандий, ванадий, газообразные O2 и NO; химические соединения типа MnO, CuCl2; некоторые соли переходных элементов в кристаллическом состоянии и водные растворы этих солей; свободные радикалы; комплексные соединения переходных элементов. Парамагнетиками становятся ферромагнетики при температуре выше точки Кюри.

Диамагне́тики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I (а каждый моль вещества — суммарный магнитный момент), пропорциональный магнитной индукции H и направленный навстречу полю. Поэтому магнитная восприимчивость = I/H у диамагнетиков всегда отрицательна. По абсолютной величине диамагнитная восприимчивость мала и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и от температуры.

Диамагнетизм— один из видов магнетизма, который проявляется в намагничивании вещества навстречу направлению действующего на него внешнего поля.

Диамагнетизм свойствен всем веществам. Диамагнетизм можно рассматривать как следствие индукционных токов, наводимых в заполненных электронных оболочках ионов внешним магнитным полем. Эти токи создают в каждом атоме индуцированный магнитный момент, направленный, согласно правилу Ленца, навстречу внешнему полю (независимо от того, имелся ли первоначально собственный момент или нет и как он был ориентирован). Диамагнетизм, однако, невозможно описать с позиции только классической физики, это суть предельно квантовомеханическое явление. [1] Идеальный диамагнетизм носит некооперативный характер и характеризуется отрицательной, не зависящей от температуры магнитной восприимчивостью. Диамагнетизм входит в состав любого магнитного состояния вещества, но он обычно пренебрежимо мал по сравнению с магнетизмом, обусловленным наличием спонтанных магнитных моментов в системе. У чисто диамагнитных веществ электронные оболочки (молекул) не обладают постоянным моментом. Моменты, создаваемые отдельными электронами в таких в отсутствие внешнего поля взаимно скомпенсированы. В частности, это имеет место в ионах и молекулах с целиком заполненными электронными оболочками, например в инертных газах, в молекулах.

Примерами чисто диамагнитных твердых тел (диамагнетиков) в классе кристаллических металлов и диэлектриков могут служить, соответственно, Cu и NaCl, а в классе аморфных твердых тел — SiO2.

Ферромагнетики —такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля. Последние исследования в области физики показали, что некоторые ферромагнетики, при создании определенных условий, могут приобретать парамагнетические свойства при температурах, которые существенно выше точки Кюри. Поэтому ферромагнетики, наряду со многими другими магнетическими веществами, остаются, как оказалось, плохо изученными веществами до сих пор.

Ферромагнетизм - магнитоупорядоченное состояние вещества, в котором большинство атомных магнитных моментов параллельны друг другу, так что вещество обладает самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью.

В более широком смысле ферромагнетизмом называется совокупность физических свойств вещества в указанном выше состоянии.

Нелинейность кривой намагничивания ферромагнитных материалов позволяет осуществить стабилизатор напряжения переменного тока на ферромагнитных материалах.

Доменная структура ферромагнетика: при температурах выше точки Кюри ферромагнетик становится парамагнетиком

Необратимость процессов намагничивания: большая часть энергии рассеивается в виде тепла.

Гистерезис- явление, которое состоит в том, что физическая величина, характеризующая состояние тела неоднозначно зависит от физ величины, характеризующей внешние условия.