ФІЗИКА. 11 клас. Завдання № 84
Тема: Магнітні властивості речовини. Ферромагнетики. застосування ферромагнетиков
Магнетики і їх класифікація
Будь-яка речовина, поміщена в магнітне поле, впливає на значення магнітної індукції цього поля. Наприклад, при внесен? Ванні залізного сердечника в котушку (соленоїд) з струмом Індуктори? Ція магнітного поля соленоїда сильно зростає, а сам сердеч? Нік набуває властивість притягувати дрібні залізні предме? Ти, т. Е. Намагничивается. Це явище було вперше виявлено Ампером.
Згодом було встановлено, що індукція магнітного поля в речовині може бути і більше і менше, ніж індукція того ж поля в вакуумі. Відбувається це тому, що кожна речовина в більшій чи меншій мірі володіє магнітними властивостями. Речовини, здатні змінювати параметри магнітного поля, прийнято називати магнетиках.
Для характеристики магнітних властивостей речовини введена величина, яка називається магнітною проникністю цієї речовини.
Магнітна проникність речовини - це фізична величина, що показує, у скільки разів індукція магнітного поля в даній точці однорідноїізотропної середовища відрізняється по модулю від індукції магнітного поля в цій же точці в вакуумі. .
Речовини, у яких. називають діамагнетиками. До них відносяться, наприклад, елементи. . . . . . . інертні гази та інші речовини.
Речовини, у яких. називають парамагнетиками. До них, зокрема, відносяться. . . . . . . кисло? рід і багато інших елементів, а також розчини деяких солей.
Слід зазначити, що значення у діа- і парамагнетиків відрізняється від одиниці дуже мало, всього на величину порядку. тому діа- і парамагнетики відносяться до слабомаг? нітних речовин.
Речовини, у яких. називають феромагнетиками. До них відносяться елементи. . . і багато сплавів. (При дуже низьких температурах феромагнітні властивості вияв? Живають елементи.. І.)
Значення у деяких сплавів досягають десятків тисяч. Тому ферромагнетики відносяться до сильномагнітних ве? Суспільством.
Магнітний момент - векторна величи? На, що характеризує магніт? Ні властивості тіл і частинок речовини. Магнітний момент електрич? Чного струму - вектор. чисельно рівний произве? ня сили струму на пло? щадь. обмежену конт? ром:. Напрямок визначається правилом правого гвинта щодо направлення струму в контурі. Одиниця магнітного моменту в СІ -. М агнітним моментом мають всі елементарні частинки і утворені з них системи (атомні ядра, атоми, молекули). Кожен електрон, що рухається в атомі навколо ядра по замкнутій орбіті, є електричний струм, поточний в направ? Лення, протилежному руху електрона. Магнітний момент електрон? Ного струму називається орбітальним магнітним моментом електрона. Електрон, також, незалежно від його перебування в будь-якій системі частинок (атом, молекула, кристал), володіє власним механічним моментом кількості руху. називати? мим спіном. Елементарне уявлення про спині зв'язується з обертанням електрона навколо влас? Ною осі.
Якщо в будь-якій системі електронів (атом, кристал) є парне число електронів, то спини кожної пари електронів, спрямовані в протилежні сторони, дають сумарний спин, рівний нулю. Така система називаються? Ється компенсувати за спину. При непарному числі електронів система має нескомпенсований спин, від? Особистий від нуля.
Наявністю у електрона і деяких інших елементарний? Них частинок спина пояснюються численні важливі закономірності в сучасній фізиці. Наприклад, спіном електрона пояснюються магнітні властивості ферромагнеті? Ков.
Векторна сума всіх орбітальних і спінових моментів електронів вну? Три молекули або атома і являє собою маг? Нітних момент частинки.
Пара і диамагнетизм пояснюється поведінкою електронних орбіт в зовнішньому магнітному полі.
У атомів діамагнітних речовин за відсутності зовнішнього поля власні магнітні поля електронів і поля, створювані їх орбітальним рухом, повністю компенсовані. Виникнення діамагнетизму пов'язане з дією сили Лоренца на електронні орбіти. Під дією цієї сили змінюється характер орбітального руху електронів і порушується компенсація магнітних полів. Що виникає при цьому власне магнітне поле атома виявляється спрямованим проти індукції зовнішнього поля.
В атомах парамагнітних речовин магнітні поля електронів компенсовані в повному обсязі, і атом виявляється подібним маленькому круговому струму. Під час відсутності зовнішнього поля ці кругові мікроструми орієнтовані довільно, так що сумарна магнітна індукція дорівнює нулю. Зовнішнє магнітне поле робить ориентирующее дію - мікроструми прагнуть зорієнтуватися так, щоб їх власні магнітні поля виявилися спрямованими по індукції зовнішнього поля. Через теплового руху атомів орієнтація мікрострумів ніколи не буває повною. При посиленні зовнішнього поля орієнтаційний ефект зростає, так що індукція власного магнітного поля парамагнітного зразка зростає прямо пропорційно індукції зовнішнього магнітного поля. Повна індукція магнітного поля в зразку складається з індукції зовнішнього магнітного поля і індукції власного магнітного поля, що виник в процесі намагнічування.
Природа феромагнетизму може бути до кінця зрозуміла тільки на основі квантових уявлень. Якісно ферромагнетизм пояснюється наявністю власних (спінових) магнітних полів у електронів. У кристалах феромагнітних матеріалів виникають умови, при яких, внаслідок сильної взаємодії спінових магнітних полів сусідніх електронів, енергетично вигідною стає їх паралельна орієнтація. В результаті такої взаємодії всередині кристала феромагнетика виникають спонтанно намагнічені області розміром порядку. Ці області називаються доменами. Кожен домен вдає із себе невеликий постійний магніт.
Під час відсутності зовнішнього магнітного поля напрями векторів індукції магнітних полів в різних доменах орієнтовані у великому кристалі хаотично. Такий кристал в середньому виявиться ненамагніченим. При накладенні зовнішнього магнітного поля відбувається зміщення кордонів доменів так, що обсяг доменів, орієнтованих по зовнішньому полю, збільшується. Зі збільшенням індукції зовнішнього поля зростає магнітна індукція намагніченого речовини. У дуже сильному зовнішньому полі домени, в яких власне магнітне поле збігається за напрямком із зовнішнім полем, поглинають всі інші домени, і настає магнітне насичення.
Магнітна проникність феромагнетиків не є постійною величиною; вона сильно залежить від індукції зовнішнього поля.
Мінливість магнітної проникності призводить до складної нелінійної залежності індукції магнітного поля у феромагнетику від індукції зовнішнього магнітного поля. Характерною особливістю процесу намагнічування феромагнетиків є так званий гістерезис. тобто залежність намагнічування від передісторії зразка. Крива намагнічування феромагнітного зразка являє собою петлю складної форми, яка називається петлею гістерезису. При настає магнітне насичення - намагніченість зразка досягає максимального значення.
Якщо тепер зменшувати магнітну індукцію зовнішнього поля і довести її знову до нульового значення, то феромагнетик збереже залишкову намагніченість - поле всередині зразка дорівнюватиме. Для того, щоб повністю розмагнітити зразок, необхідно, змінивши знак зовнішнього поля, довести магнітну індукцію до значення. яке прийнято називати коерцитивної силою. Далі процес перемагнічування може бути продовжений, як це зазначено стрілками на малюнку.
У магніто-м'яких матеріалів значення коерцитивної сили невелика - петля гістерезису таких матеріалів достатньо «вузька». Матеріали з великим значенням коерцитивної сили, тобто мають «широку» петлю гістерезису, відносяться до магніто-жорстким.
Що називають магнітною проникністю речовини?
Які речовини називаються діамагнетиками? парамагнетиками? феромагнетиками?
У чому сутність гіпотези Ампера?
Чим обумовлений магнетизм атомів? Що являє собою магнітний момент частинки?
Яка природа феромагнетизму? Поясніть доменну структуру феромагнетика.
Наскільки відрізняються від одиниці магнітні проникності діа-, пара- і феромагнетиків? Про що це свідчить?
В чому полягає явище магнітного гистерезиса?
Що таке петля гистерезиса?
Яка величина називається коерцитивної силою? Коли виходить залишкова намагніченість?
Що називається точкою Кюрі?
Магнітна проникність середовища - це величина, що характеризує ...
A. ... здатність тіл зберігати свою швидкість; Б. ... вплив на величину електричного струму;
B. ... можливість тел накопичувати електричний заряд; Г. ... магнітні властивості середовища, її здатність до намагнічування;
Д. ... електричні властивості середовища.
Експериментальні дослідження показали, що ...
A. ... є речовини, які зовсім не володіють магнітними властивостями;
Б. ... все речовини мають в більшій чи меншій мірі магнітними властивостями.
Магнітні властивості постійного магніту по гіпотезі Ампера пояснюються ...
A. ... наявністю магнітних зарядів; Б. ... наявністю зовнішнього магнітного поля; B. ... рухом вільних зарядів;
Г. ... наявністю молекулярних струмів.
Якщо - вектор магнітної індукції поля, створеного провідником зі струмом, - результуючий вектор магнітної індукції поля в речовині з магнітною проникністю. то для парамагнетиків:
А.. ; Б.. ; В.. ; Г..
Сердечники трансформаторів виготовляються з феромагнетиків, петля гістерезису яких ...
А. ... дуже широка; Б. ... дуже вузька; В. ... може мати довільну форму; Г. ... сердечники трансформаторів можна виготовляти з феромагнетиків.
IVуровень.Проверьте, чи Ви засвоїли
За графіком визначити магнітну прони? Кливість стали при індукції намагнічує поле і.
Vуровень.Ето складне завдання, однак, якщо Ви її вирішите, то зробите помітний крок у пізнанні фізики, у Вас будуть всі підстави ставитися до себе з великою повагою, ніж раніше
Усередині соленоїда без сердечника індукція поля. Яким стане магнітний потік, якщо в соленоїд ввести чавунний сердечник перетином. Використовувати графік.