Магнітні властивості речовин

Магнітне поле утворюється не тільки навколо провідників із струмом, а й постійними магнітами. Їх можна виготовляти тільки з небагатьох речовин. Але всі речовини, вміщені в магнітне поле, намагнічуються, тобто самі утворюють магнітне поле. Тому вектор магнітної індукції в однорідному середовищі відрізняється від індукції магнітного поля 0 в тій же частині простору у вакуумі. Отже, значення магнітної індукції залежить від середовища, в якому існує магнітне поле, тобто магнітна індукція характеризує магнітне поле з урахуванням дії цього середовища.

Величина , що дорівнює відношенню модуля магнітної індукції B поля в довільному середовищі до модуля магнітної індукції B0 цього ж поля у вакуумі, характеризує магнітні властивості цього середовища, і її називають магнітною проникністю.

Матеріали, які в зовнішньому магнітному полі намагнічуються (тобто в них з'являється власне магнітне поле), називають магнетиками.

Причину, внаслідок якої тіла мають магнітні властивості, вперше встановив Ампер: магнітні властивості тіла можна пояснити струмами, які циркулюють у ньому. Ці струми утворюються внаслідок руху електронів в атомах. Якщо площини, у яких циркулюють ці струми, розміщено хаотично одна відносно одної (рис. 4. 4. 10, а), то дія струмів взаємно компенсується і ніяких магнітних властивостей тіло не виявляє. У намагніченому стані струми в тілі орієнтовані так, що їх дії додаються (рис. 4. 4. 10, б).  

За магнітною проникністю і характером взаємодій з магнітним полем магнетики поділяють на діамагнетики, парамагнетики і феромагнетики.

Речовини, у яких m < 1, називають діамагнетиками. До діамагнетиків належить більшість газів (крім кисню), вода, вісмут, цинк, свинець, мідь, срібло, золото, сірка, віск, алмаз, багато органічних сполук

Якщо зовнішнього магнітного поля немає, магнітні моменти атомів діамагнетиків дорівнюють нулю. У магнітному полі в атомах з'являється магнітний момент, напрямлений проти зовнішнього поля.

Парамагнітні речовини втягуються магнітним полем; їх магнітна проникність більша за одиницю. Атоми парамагнетиків мають відмінні від нуля магнітні моменти. Парамагнетики підсилюють зовнішнє магнітне поле. До парамагнетиків належать кисень, марганець, хром, платина, алюміній, вольфрам, усі лужні й лужноземельні метали.

До феромагнетиків належать матеріали, які сильно взаємодіють з магнітним полем і магнітна проникність яких у певному температурному інтервалі значно більша за одиницю. Феромагнітні властивості мають тільки кристалічні тіла. У рідкому, або газоподібному стані феромагнетики стають парамагнітними. Феромагнетики мають окремі ділянки, атоми в яких мають однаково напрямлені магнітні моменти. У зовнішньому магнітному полі такі ділянки (їх називають доменами) орієнтуються однаково.

Магнітна проникність феромагнетиків у слабких полях дорівнює п'ять - шість тисяч, а в сильних - зменшується до кількох сотень. Якщо їх нагрівати вище від певної температури (точка Кюрі), вони втрачають свої властивості і стають парамагнетиками. Для заліза точка Кюрі становить 770 °С, нікелю - 360 °С, пермалою (сплав 70 % і 30 % ) - всього 70 °С.

Розглянемо процес намагнічування феромагнітної речовини. Для цього однорідний стрижень (наприклад, із заліза) внесемо у зовнішнє магнітне поле (наприклад, у котушку зі струмом). Унаслідок зростання індукції зовнішнього магнітного поля B0, створеного котушкою, відбуватиметься намагнічування цього феромагнітного стрижня, тобто зростання в ньому магнітної індукції B (рис. 4. 4. 11, ділянка OA).  

1 2