Парамагнетизм и парамагнетики | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Тема:

Магнетизм

Взаимодействие вещества и магнитного поля проявляется не только как диамагне­тизм.

Если над полюсными наконечниками за­крепить на плече весов алюминиевый ша­рик, то при замыкании цепи питания элект­ромагнита он будет втягиваться в простран­ство, где магнитная индукция будет иметь большее значение (рис. 6.27).

Подобным образом будет вести себя и раствор хлорида железа в воде. Если одно из колен U-образной трубки с раствором рас­положить так, что уровень жидкости будет находиться ниже полюсных наконечников, то при появлении тока в катушках элект­ромагнита жидкость будет втягиваться в про­странство между полюсами (рис. 6.28).

Такие явления называют парамагнитны­ми, а сами вещества — парамагнетиками.

Для парамагнетиков

B_П > Bq,

а магнит­ная проницаемость

μ_Д = B_Д / B₀ > 1.

Рис. 6.27. Алюминиевый шарик втяги­вается в магнитное поле

Рис. 6.28. Парамагнитная жидкость втя­гивается в участок поля с большей маг­нитной индукцией

Парамагнетизм проявляется у веществ, атомы которых, имея собственное магнит­ное поле, как магнитные стрелочки повора­чиваются под действием внешнего магнит­ного поля, увеличивая его магнитную ин­дукцию.

Большинство веществ относятся к классу диамагнетиков или парамагнетиков.

Таблица. Магнитная проницаемость некоторых парамагнетиков

Парамагнетики
Вещество	Магнитная проницаемость
Алюминий	1,000023 Материал с сайта http://worldofschool.ru
Воздух	1,000038
Кислород	1,000017

Анализируя значения магнитной прони­цаемости, можно заметить, что значение магнитной прони­цаемости у парамагнетиков мало отличаются от едини­цы. Поэтому парамагнетизм

в большинстве случаев мы не замечаем. В связи с этим вещества, названные в таб­лице (и подобные им), часто называют сла­бомагнитными.

На этой странице материал по темам:

• Доклад по физике на тему парамагнетики

• Парамагнетики доклад сообщение по физике

• Парамагнетики доклад

• Парамагнетизм картинки формула

• Таблица парамагнетики

Вопросы по этому материалу:

• Какие вещества называют парамагнитными?

• Как парамагнетики изменяют магнитное поле?

• Как по магнитной проницаемости определить, к какому классу принадлежит данное вещество по своим магнитным свойствам?

парамагнетики — Химическая энциклопедия

ПАРАМАГНЕТИКИ

вещества, намагничивающиеся во внеш. магн. поле по направлению поля. Это свойство веществ наз. пара-магнетизмом. В неоднородном магн. поле П. втягиваются в область сильного магн. поля. Их магн. восприимчивость c всегда положительна.

Парамагнетизм характерен для веществ, атомы, ионы или молекулы которых обладают собств. магн. моментами, но в отсутствие внеш. поля эти моменты ориентированы хаотично и в целом намагниченность вещества отсутствует. Магн. моменты м. б.

обусловлены орбитальным движением электронов в оболочках атомов или молекул (орбитальный парамагнетизм), спиновыми моментами самих электронов (спиновый парамагнетизм), магн. моментами ядер атомов (ядерный парамагнетизм). В отличие от антиферромагнетиков, ферримагнетиков и ферромагнетиков П. в отсутствие внеш. магн. поля не обладают магн. структурой. Внеш. магн. поле приводит к упорядочению магн. моментов и, как следствие, к появлению намагниченности вдоль поля.

Конкуренция между упорядочивающим действием магн. поля и разупорядочивающим действием теплового движения частиц вещества (атомов, ионов) приводит к след. формуле для c П. (закон Кюри):

где m-величина магн. момента атома, N — число парамагнитных атомов в 1 моле вещества, bk

B-постоянная Больцмана, Т — абс. температура. При наличии некоторого взаимод. между магн. моментами и их взаимод. с внутрикристаллич. полем c П. описывается формулой (закон Кюри — Вейса):

где q-константа Вейса, характеризующая влияние внутрикристаллич. поля. Для ферромагнетиков, становящихся выше точки Кюри П., q-положит, величина, для антиферромагнетиков, переходящих в парамагнитное состояние выше точки Нееля, q — в большинстве случаев отрицательна.

Формулы (1) и (2) справедливы в области слабых магн. полей, когда намагниченность вещества I линейно возрастает с ростом напряженности магн. поля H (I = cH). С возрастанием H и понижением температуры увеличивается степень упорядочения магн. моментов атомов, а зависимость

I от магн. поля и температуры имеет более сложный вид. Формулы (1) и (2) м. б. использованы для определения концентрации парамагнитных атомов по величине их магн. момента и характеру зависимости c П. от температуры.

Спиновый парамагнетизм, или парамагнетизм Паули, свойственный металлам, обусловлен электронами проводимости. В случае полупроводников его величина ничтожно мала. Спиновый парамагнетизм металлов не зависит от температуры. Не зависит от температуры и парамегнетизм Ван Флека. Он присущ веществам, атомы или ионы которых в осн. энергетич. состоянии не обладают магн. моментом. В данном случае парамагнетизм обусловлен примесью возбужденных состояний с магн. моментом.

В случае ядерного парамагнетизма c подчиняется закону Кюри [уравнение (1), где m-величина ядерного магн. момента, N — концентрация атомных ядер]. Экспериментально ядерный парамагнетизм можно наблюдать в области сверхнизких температур и лишь у тех веществ, в которых отсутствуют электроны проводимости, а электронные оболочки атомов не имеют

магн. моментов, напр. у ³He при температуре ниже 0,1 К.

К П. относят некоторые газы (напр., O₂, NO), щелочные и щел.-зем. металлы, некоторые металлы переходных групп с незаполненными d- или f-электронными оболочками, сплавы этих металлов, хим. соед. переходных металлов, их водные растворы, твердые растворы переходных элементов в диамагнитных матрицах, а также своб. радикалы, бирадикалы, молекулы в триплетных электронных состояниях. В парамагнитное состояние переходят антиферро-, ферри- и ферромагнетики при температурах выше температур соответствующих фазовых переходов.

Изучение парамагнетизма веществ дает возможность определять магн. моменты атомов, ионов, исследовать их зарядовые состояния, позволяет получать информацию о строении мол. комплексов, сложных молекул, о структуре твердых растворов парамагнитных ионов в диамагнитных матрицах, о кинетике хим. реакций с участием

своб. радикалов и т. д. Аналогичная информация м. б. получена при помощи ЭПР (осн. метод) и ЯМР. Адиабатич. размагничивание парамагнитных солей (элементов групп Fe и РЗЭ) используют для получения сверхнизких температур (ниже 1 К). Измерения c парамагнитных солей применяют для измерения низких температур.

^{Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Киттель Ч., Введение в физику твердого тела, пер. с англ., М., 1978. См. также лит. при ст. магнетохимия.}

_{Д. Г. Андрианов}

Источник: Химическая энциклопедия на Gufo.me

---

Значения в других словарях

1. парамагнетики — парамагнетики мн. Слабомагнитные тела, к которым относятся некоторые газы и металлы. Толковый словарь Ефремовой

Парамагнетик — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

Парамагне́тик, вещество, обладающее положительной магнитной восприимчивостью, независящей от напряженности внешнего магнитного поля. У парамагнетиков не скомпенсированы магнитные моменты и отсутствует магнитный атомный порядок. В парамагнетиках атомы (ионы) обладают собственным элементарным магнитным моментом даже в отсутствии внешнего поля, но характерной для ферро- и антиферромагнетиков магнитной структуры у парамагнетиков нет. Из-за теплового движения эти магнитные моменты атомов (ионов) распределены хаотично, поэтому намагниченность вещества в целом равна нулю. Внешнее магнитное поле вызывает преимущественную ориентацию магнитных моментов атомов в одном направлении. В результате парамагнетик приобретает суммарный магнитный момент

J, пропорциональный напряжённости поля Н и направленный по полю. Тепловая энергия противодействует магнитной упорядоченности. Поэтому парамагнитная восприимчивость сильно зависит от температуры. Для большинства твердых парамагнетиков температурное изменение магнитной восприимчивости подчиняется закону Кюри—Вейса.

При комнатной температуре магнитная восприимчивость парамагнетиков равна 10^-3 — 10^-6, поэтому их магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы. Благодаря положительной намагниченности парамагнетики, помещенные в неоднородное магнитное поле, втягиваются в него. В очень сильных полях и при низких температурах в парамагнетиках может наступать состояние магнитного насыщения, при котором все элементарные магнитные моменты ориентируются параллельно Н.

К парамагнетикам относятся: щелочные и щелочноземельные металлы; некоторые переходные металлы; ряд солей железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов; водные растворы солей, содержащих ионы переходных элементов; из газов — кислород (О₂), воздух. Парамагнетиками становятся также ферро-, ферри- и антиферромагнетики выше температуры перехода в парамагнитное состояние.

Поведение вещества в магнитном поле. Парамагнетики и диамагнетики | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Тема:

Магнетизм

Поведение вещества в магнитном поле зависит от того, обладают его атомы магнитным моментом или при­обретают его, будучи внесены в магнитное поле. Первые ве­щества называются парамагнетиками, вторые — диамагне­тиками. Магнитный момент атома связан с моментом импульса входящих в него электронов. На систему, облада­ющую магнитным моментом, во внешнем магнитном поле действует момент сил, стремящийся развернуть систему так, чтобы ее магнитный момент стал параллелен вектору индукции поля (именно поэтому стрелка компаса указывает на север).

Атомы парамагнетиков обладают магнитным моментом (их можно уподобить элементарным магнитикам), одна­ко в отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов ориентированы хаотично, так что сум­марный магнитный момент любого элемента объема тела в среднем равен нулю. В таком состоянии тело заметного магнитного поля не создает.

При внесении во внешнее магнитное поле парамагнетик намагничивается (приобретает магнитный момент) за счет того, что магнитные моменты атомов под действием маг­нитного поля ориентируются преимущественно в направ­лении магнитного поля. Степень намагничи­вания тем больше, чем сильнее внешнее поле. Парамагнетик втягивается в магнит­ное поле (его магнитный момент всегда па­раллелен вектору индукции внешнего поля) и усиливает внешнее поле своим собствен­ным полем. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Магнитная руда (разновидность магнита) является природным магнитом. Древние мореплаватели использовали ее в качестве компаса

Атомы диамагнетика не имеют сами по себе магнитного момента, но приобретают его при внесении в магнитное поле, причем этот приобретенный магнитный момент направлен всегда про­тив поля. Это довольно тонкий эффект, связанный с тем, что магнитные моменты отдельных электронов в атоме, связанные с их орбитальным движением, прецессируют под действием магнитного поля (описывают коническую поверхность вокруг направления магнитного поля, подоб­но тому, как ось волчка вычерчивает коническую поверх­ность вокруг вертикали). За счет прецессии электрон приобретает дополнительный магнитный момент, направ­ленный против поля. Диамагнетик намагничивается «про­тив шерсти» и поэтому всегда выталкивается из поля (и ос­лабляет внешнее поле своим собственным полем).

Из твердых тел к парамагнетикам относятся, например, эбонит, алюминий, платина, к диамагнетикам — медь, ка­менная соль, висмут.

На этой странице материал по темам:

• Эбонит это парамагнетик или диамагнетик

• Поведение веществ в магнитных полях

• Поведение меди в магнитном поле

• Поведение в магнитном поле парамагнетиков

Ферромагнетики, Парамагнетики, диамагнетики — презентация, доклад, проект

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать её на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: [email protected]

Мы в социальных сетях

Социальные сети давно стали неотъемлемой частью нашей жизни. Мы узнаем из них новости, общаемся с друзьями, участвуем в интерактивных клубах по интересам

ВКонтакте >

Что такое Myslide.ru?

Myslide.ru — это сайт презентаций, докладов, проектов в формате PowerPoint. Мы помогаем учителям, школьникам, студентам, преподавателям хранить и обмениваться своими учебными материалами с другими пользователями.

---

Для правообладателей >

Краткая теория.

Цель работы: ознакомиться с магнитными свойствами вещества и классификацией магнетиков, изучить явление магнитного гистерезиса, построить кривую намагничивания и петлю гистерезиса для заданного образца.

Магнитные свойства вещества.

Все вещества обладают теми или иными магнитными свойствами, причем в различной степени, и в связи с этим называются магнетиками. Магнитные свойства вещества обусловлены, прежде всего, орбитальным движением электронов, входящих в состав атомов, а также определенным «внутренним» состоянием каждого электрона, приводящим к появлению у него собственного момента импульса, называемого спином.

Орбитальное движение электрона в атоме можно рассматривать как некий элементарный ток. Плоский контур с током обладает магнитным моментом p_m=ISn, гдеI– сила тока в контуре,S- площадь контура, аn– вектор единичной положительной нормали к контуру (ее направление связано с направлением тока в контуре правилом правого винта).

Поскольку магнитные моменты атомных ядер намного меньше магнитных моментов электронов, то магнитные моменты атомов практически равны векторной сумме магнитных моментов входящих в их состав электронов. В свою очередь магнитные моменты молекул складываются из магнитных моментов входящих в их состав атомов. В результате этого в отсутствие внешнего поля собственные магнитные моменты молекул у одних веществ могут быть равны нулю (магнитные моменты частиц, входящих в состав молекулы, компенсируют друг друга), а могут отличаться от нуля.

На электрон, вращающийся по окружности в магнитном поле с индукцией В, действует момент силы М =p_mВsinα, гдеα- угол между векторамиp_m и B. Это приводит к тому, что вектор момента импульса электрона вращается вокруг направления вектора индукции B внешнего поля (это явление называется прецессией электрона), в результате чего у атомов и молекул вещества возникает дополнительный прецессионный магнитный момент, направленный против внешнего поля. Это называется диамагнитным эффектом. Электронную прецессию можно рассматривать как круговые токи. Это индуцированное движение электрического заряда вызывает магнитное поле, которое, по правилу Ленца, будет направлено так, чтобы уменьшить воздействие со стороны внешнего поля.

Диамагнетизм свойствен всем веществам, кроме атомарного водорода, так как у всех остальных веществ имеются спаренные электроны и заполненные электронные оболочки.

Все эти причины приводят к тому, что вещества обладают определенными магнитными свойствами и могут вступать в различные взаимодействия. В зависимости от величины магнитного момента и характера магнитного взаимодействия атомов, вещества по их магнитным свойствам делятся на группы – диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.

Намагниченность и магнитная индукция

Магнитное взаимодействие пространственно разделенных тел осуществляется магнитным полем с напряженностью H.

Намагниченность J это вектор, численно равный суммарному магнитному моменту единицы объема вещества:

J= Σp_m/V.

Намагниченность возрастает с увеличением напряженности магнитного поля:

J=H,

где – магнитная восприимчивость.

Магнитное поле создает магнитную индукцию B. В вакууме магнитная индукция связана с напряженностью магнитного поля черезмагнитную проницаемость вакуума (магнитную постоянную)₀= 410^7Гн/м:

B=₀H.

Магнитная индукция, создаваемая в присутствии вещества, складывается из векторов напряженности внешнего магнитного поля и намагниченности вещества:

B=₀(H+J) =₀H,

где относительная магнитная проницаемость.

Относительная магнитная проницаемость mпоказывает во сколько раз магнитная индукция в рассматриваемой точке поля в данном веществе больше, чем в вакууме.

Таким образом, напряженность Hхарактеризует внешнее магнитное поле, а индукцияB– внутреннее магнитное поле в веществе. Если внешнее магнитное поле изменяется, тоmхарактеризует скорость изменения магнитного поля в веществеm_d= (dB/dH)-дифференциальная магнитная проницаемость.

Из связи между магнитной индукцией Bи намагниченностьюJследует, чтоc=m-1.

Для изотропных веществ cиm-скаляры. Для анизотропных веществ направления векторовBиHмогут не совпадать. В этом случаеmиcявляются функциями напряженности поля.

Классификация магнетиков

Диамагнетики

Собственные магнитные моменты атомов (молекул) диамагнетика в отсутствие внешнего поля равны нулю. Под действием внешнего магнитного поля электроны в заполненных электронных оболочках начинают описывать окружности вокруг направления поля — прецессировать.При этом у атомов появляются индуцированные магнитные моменты (диамагнитный эффект), которые существуют до тех пор, пока существует внешнее поле.

Так как индуцированные магнитные моменты направлены против внешнего поля, диамагнетики характеризуются малой отрицательной намагниченностью (они намагничиваются противоположно внешнему полю). К диамагнетикам относятся, например, благородные газы, некоторые металлы (Cu,Be,Zn,Pbи др.), полупроводники (Si,Ge), диэлектрики (полимеры, стекло), органические вещества.

Парамагнетики

Атомы (молекулы) парамагнетика в отсутствие внешнего поля обладают собственными магнитными моментами, отличными от нуля. При отсутствии внешнего поля намагниченность парамагнетика равна нулю вследствие хаотической ориентации собственных магнитных моментов частиц. В магнитном поле магнитные моменты частиц стремятся выстроиться по направлению поля, усиливая его, поэтому намагниченность парамагнетика положительна (они намагничиваются в направлении внешнего поля), и невелика. Этот порядок нарушается хаотическим тепловым движением. Поэтому парамагнитная восприимчивость зависит от температурыТ: чем нижеТ, тем выше.

В слабых полях и при высоких температурах эта зависимость выражается законом Кюри– Вейсса:=C/ (T–), где– поправка Вейсса, связанная с появлением ферромагнетизма или антиферромагнетизма.

К парамагнетикам относятся многие металлы (щелочные металлы, алюминий и др.), газы (O_{2 ,} N₂и др.)

В металлах дополнительный вклад в парамагнетизм обусловлен электронами проводимости.

Ферромагнетики

Ферромагнетизм обнаруживают кристаллы только девяти химических элементов: 3d-металлы (Fe, Ni, Co) и 4f-металлы (Gd, Dy, Tb, Ho, Er, Tm). Однако имеется огромное число ферромагнитных сплавов и химических соединений.

Для ферромагнетиков характерно наличие спонтанной намагниченности. Это означает, что магнитные моменты атомов в определенных областях, называемых доменами, ориентированы упорядоченно (параллельно друг другу) в отсутствие внешнего поля. Такая ориентация связана с квантовыми эффектами и объясняется теорией обменного взаимодействия. Ферромагнетизм связан с упорядочением прежде всего спиновых магнитных моментов электронов.

Ферромагнетики способны намагничиваться очень сильно, их магнитная проницаемость достигает очень больших значений и ее величина зависит от напряженности внешнего поля. При выключении внешнего поля ферромагнетик сохраняет намагниченность. Эти свойства ферромагнетиков имеют место в интервале температур от 0 К до некоторой критической T_C–температуры Кюри.При температуре Кюри происходит фазовый переход 2-го рода: превращение ферромагнетикпарамагнетик. Это связано с тем, что при высоких температурах энергия хаотического теплового движения становится очень велика, что приводит к распаду доменов.

При T>T_Cзависимость магнитной восприимчивости от температуры описывается законом Кюри–Вейсса, где поправка Вейсса равнаT_C.

Антиферромагнетики

В некоторых случаях обменное взаимодействие приводит к тому, что собственные магнитные моменты электронов самопроизвольно ориентируются антипараллельно друг другу. Такая ориентация охватывает попарно соседние атомы. Это явление называется антиферромагнетизмом, оно было впервые предсказано Л.Д.Ландау еще в 1933г.. Для антиферромагнетиков характерна очень маленькая магнитная восприимчивость и они ведут себя как очень слабые парамагнетики. Для них также существует температура T_N, называемая антиферромагнитной точкой Кюри или точкой Нееля, при которой антипараллельная ориентация спинов исчезает. При температуре Нееля происходит фазовый переход 2-го рода: превращение антиферромагнетикпарамагнетик.

К антиферромагнетикам относятся, например, хром, марганец и др.

Ферриты.

Ферритами называют ферромагнитные полупроводники. В отличие от металлических ферромагнетиков они обладают большим электрическим сопротивлением, что позволяет использовать их, например, для изготовления сердечников трансформаторов, не опасаясь вредного воздействия токов Фуко.

13.9.2. Природа парамагнетизма.

В отличие от диамагнетиков, атомы (молекулы) парамагнетиков обладают собственными магнитными моментами (например, любой атом с нечетным числом электронов). В отсутствие внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен (), поскольку из-за теплового движения (Т 0) магнитные моменты атомов ориентированы беспорядочно.

Процесс намагничивания парамагнетика во внешнем магнитном поле состоит в упорядочении расположения магнитных моментов его атомов (или молекул) по отношению к направлению поля : магнитные моменты его атомов начинают прецессировать вокруг направленияс некоторой угловой скоростью (прецессия Лармора). В то же время хаотическое тепловое движение будет их разориентировать. В результате совместного действия этих двух факторов установится некоторая преимущественная ориентация магнитных моментов атомов вдоль поля, причем тем большая, чем больше поле, и тем меньшая, чем выше температура Т.

Проекция магнитного момента некоторого атома на направление поля (рис. 13.9) в некоторый момент времени равна

.

Эта величина различна для разных атомов, и у каждого атома непрерывно меняется со временем. Ее среднее значение равно

= cos. (13.39)

Рис. 13.9

Как показал П. Ланжевен (1905 г.), при наличии магнитного поля среднее значение cos зависит от отношения потенциальной энергии атома в магнитном поле к кинетической энергии его теплового движения. Если магнитное поле не очень сильное, а температура не очень низкая, то есть ВР_mat kT , то

cos =, (13.40)

где k — постоянная Больцмана.

Если парамагнетик однородный и изотропный, то его намагниченность пропорцианальна концентрации n его атомов, т.е.

,

поэтому, учитывая формулы (13.39) и (13.40), получим

cos=. (13.41)

Вектор направлен по направлению поля (парамагнетик намагничивается “по полю”). Это подтверждается экспериментально: при внесении парамагнитного стержня в неоднородное магнитное поле он устанавливается вдоль линий индукции этого поля и втягивается в область более сильного поля.

Разделив (13.41) на Н и положив (так как практическидля парамагнетика), получим восприимчивость:

(13.42)

Согласно (13.42) величина для парамагнетиков не зависит от величины поля (в слабых полях) и обратно пропорциональна термодинамической температуреТ парамагнетика:

(13.43)

где С = и зависит от рода вещества.

Соотношение (13.43) выражает экспериментально установленный закон Кюри, который в теории Ланжевена получил теоретическое объяснение.

В очень сильных полях и при низких температурах может наступить состояние магнитного насыщения, при котором магнитные моменты всех атомов устанавливаются точно по полю, и дальнейшее увеличение поля не приводит к росту намагниченности.

13.9.3. Ферромагнетизм

Ферромагнетиками называются твердые вещества, обладающие (при не слишком высоких температурах) спонтанной намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий — магнитного поля, деформации, изменения температуры.

Свое название ферромагнетики получили от своего основного представителя — железа (лат. ferrum). Кроме железа, к числу ферромагнетиков относятся никель, кобальт, гадолиний (при t 16⁰С), их сплавы и химические соединения, а также некоторые сплавы и соединения хрома и марганца с другими элементами.

В отличие от слабомагнитных диа — и парамагнетиков ферромагнетики являются сильномагнитными веществами: их внутреннее магнитное поле () может в сотни и тысячи раз превосходить внешнее поле ().

Помимо способности сильно намагничиваться, ферромагнетики обладают еще целым рядом свойств.

1. Характерной особенностью ферромагнетиков является сложная нелинейная зависимость между индукциейВ и напряженностью Н поля. Эта зависимость была установлена в работах А.Г. Столетова на примере мягкого (отожженного) железа. Зависимости В от Н для некоторых ферромагнетиков приведены на рис. 13.10, а.

Индукция сначала быстро увеличивается, но по мере намагничивания магнетика ее нарастание замедляется. По значениям В и Н можно найти намагниченность

Зависимость J от Н (кривая намагничивания) изображена на рис. 13.10, б. Уже при напряженности поля Н 100 намагниченность достигает максимального значенияJ_S (насыщение) и практически перестает зависеть от Н.

Вследствие нелинейной зависимостиВ от Н (J от Н) магнитная проницаемость ферромагнетика и его магнитная восприимчивостьзависят от напряженности магнитного поля. График зависимостииотН дан на рис. 13.11. Максимальное значение _m достигается несколько раньше, чем насыщение.

Поскольку то при неограниченном возрастанииН магнитная проницаемость асимптотически приближается к единице, т.к. при J J_S=const, J_S /Н 0.

2. Если ферромагнетик представляет собой единый монокристалл, то вид кривой намагничивания зависит от направления намагничивающего поля относительно осей кристалла (рис. 13.12). Это свойство называется — анизотропия. Для каждого ферромагнетика существует направление легкого (кривая 1), среднего (кривая 2) и трудного намагничивания (кривая 3).

Рис. 13.12

Эти направления для элементарной кристаллической ячейки железа показаны на том же рисунке. Если ферромагнетик имеет мелкокристаллическую структуру (поликристалл), то анизотропия намагничивания не проявляется.

2. Для ферромагнетиков характерно наличиегистерезиса. Это явление состоит в том, что величина J в ферромагнетике определяется не только значением напряженности поля Н в данный момент, но зависит от предыдущих состояний намагничивания (от предистории), причем происходит своеобразное отставание изменения J (или В) от изменений Н. Так, если намагнитить ферромагнетик до насыщения (точка 1 на рис. 13.13), а затем начать уменьшать напряженность Н намагничивающего поля, то, как показывает опыт, уменьшение намагниченности J будет происходить согласно кривой (1-2), лежащей выше кривой намагничивания (0-1).

Рис. 13.13

В результате, когда внешнее поле уменьшится до нуля (точка 2), намагниченность не исчезает: J = J_r  остаточная намагниченность.

Намагниченность обращается в ноль лишь под действием поля Н =Н_с (точка 3 на рис. 13.13) противоположного направления (Н_с – коэрцитивная сила). С наличием остаточной намагниченности связано существование постоянных магнитов, которые тем лучше сохраняют свои свойства, чем больше коэрцитивная сила ферромагнитного материала.

При действии на ферромагнетик переменного магнитного поля намагниченность изменяется циклически в соответствии с кривой 1-2-3-4-5-6-1 (рис. 13.13), которая называетсяпетлей гистерезиса (сплошная кривая — максимальная петля – намагничивание достигает насыщения; пунктирная кривая – один из частных циклов). Величины J_r (или В_r), Н_c и зависят от условий получения данного магнитного материала и его обработки и являются основными характеристиками ферромагнетика, определяющими его применимость для тех или иных целей. Так, еслиН_c велика (магнито — жесткий материал с широкой петлей гистерезиса – рис. 13.14, кривая 1), то ферромагнетик используют, например, для изготовления постоянных магнитов. Если Н_с мала (магнито-мягкий материал с узкой петлей — рис.13.14, кривая 2), то потери энергии при перемагничевании будут малы. Такие ферромагнетики применяют для изготовления сердечников электромагнитов, трансформаторов, генераторов, двигателей и т.д.

Рис. 13.14

В таблице 13.1. приведены характеристики некоторых ферромагнетиков.

Таблица 13.1

Магнито-мягкие			Магнито-жесткие
Материал и его состав	m	Нс, А/м	Материал и его состав	Нс, А/м	Вr, Тл
Железо (99,9% Fе)	5 103	80	Альнико 53%-Fe 18%-Co 10%-Al 19%-Ni	52 103	0,9
Кремниевое Железо (Fe-Si) (96,7% – Fe; 3,3% — Si)	5104	16	Магнико 50%-Fe 24%-Co 13,5%-Ni 9%-Al 3%-Cu	56 103	1,3
Отожженное в потоке водорода Супермаллой (Ni –Fe – Mo) 79% Ni; 16% Fe; 5% Мо	4104 8105	8	77%-Pt 23%-Со	21 104	0,45

Обнаружено, что некоторые сплавы из неферромагнитных элементов (при определенном процентном отношении между компонентами) обладают сильным ферромагнетизмом, например:

Mn – Bi ; Mn – Sb; Cr – Те и другие.

4. Магнитные и другие физические свойства ферромагнетиков обладают специфической зависимостью от температуры. Так, при увеличении температуры намагниченность насыщения монотонно уменьшается (рис. 13.15), обращаясь в ноль при температуреТ_к (точка Кюри).

Рис. 13.15

В таком состоянии магнитная восприимчивость ферромагнетика подчиняется закону Кюри – Вейса:

где С – постоянная, зависящая от рода вещества. При нагревании выше температуры Т_к ферромагнетик не только теряет свои ферромагнитные свойства, но у него изменяется теплоемкость, электропроводность и некоторые другие характеристики. Точка Кюри у железа – 1043 К, у кобальта – 1403 К, у никеля – 631 К.

5. Процесс намагничивания ферромагнетика сопровождается изменением его линейных размеров и объема. Это явление получило название магнитострикция (открыта Д. Джоулем в 1842г.). Величина и знак эффекта зависят от величины магнитного поля, природы ферромагнетика, направления намагничивания.

Существует и обратный магнитомеханический эффект, состоящий в изменении намагниченности ферромагнитного образца при его механической деформации (эффект Виллари, 1865г.). Эти явления применяются в магнитострикционных датчиках и реле. Механические колебания, возникающие в ферромагнетиках при их намагничивании в переменном магнитном поле, используют в магнитострикционных излучателях ультразвука.