Таблица парамагнетики диамагнетики ферромагнетики – Парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики

Posted on by alexxlab

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики

Все вещества в зависимости от выраженности магнитных свойств делятся на сильномагнитные и слабомагнитные. Магнетики можно разделить по видам механизма, вызывающего намагничивание.

Что такое диамагнетики

Диамагнетики являются слабомагнитными веществами: они не магнитятся, если на них не действует магнитное поле.

Определение 1

Если парамагнетики внести во внешнее магнитное поле, то в их атомах начинается движение электронов, порождающее ориентированный круговой ток.

Этот ток обладает собственным магнитным моментом ρm.

Круговой ток, в свою очередь, порождает магнитную индукцию, дополнительную по отношению к внешним полям. Вектор этой индукции направлен против внешнего поля. Силу воздействия внешнего поля можно найти так:

Любое вещество может проявлять свойство диамагнетизма. Величина магнитной проницаемости диамагнетиков обычно приравнивается к единице (отклонение незначительно). В случае с жидкостями и твердыми телами величина восприимчивости равна примерно 5-10, у газов она заметно меньше. Данный показатель не имеет прямой связи с температурой – этот факт подтвержден экспериментально П. Кюри.

Диамагнетики бывают следующих видов:

  • классические;
  • аномальные;
  • сверхпроводники.

Если магнитное поле несильное, то величина намагниченности диамагнетика прямо пропорциональна напряженности магнитного поля H→.

Ниже представлена схема, которая наглядно показывает данную зависимость в случае с классическими диамагнетиками (в слабом магнитном поле):

Что такое диамагнетики

Рисунок 1

Что такое парамагнетики

Парамагнетики также являются слабомагнитными веществами. Их молекулы характеризуются наличием постоянного магнитного момента pm→. Его энергию во внешнем поле можно вычислить так:

Если направления векторов B→ и pm→ совпадут, то величина энергии будет минимальной.

Определение 2

Если мы внесем парамагнетик во внешнее магнитное поле, то ма

zaochnik.com

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики

По свои магнитным свойствам все вещества делятся на слабомагнитные и сильномагнитные. Кром того магнетики классифицируют в зависимости от механизма намагничивания.

Диамагнетики

Диамагнетики относят к слабомагнитным веществам. В отсутствии магнитного поля они не намагничены. В таких веществах при их внесении во внешнее магнитное поле в молекулах и атомах изменяется движение электронов так, что образуется ориентированный круговой ток. Ток характеризуют магнитным моментом ($p_m$):

где $S$ — площадь витка с током.

Создаваемая этим круговым током, дополнительная к внешнему полю, магнитная индукция направлена против внешнего поля. Величина дополнительного поля может быть найдена как:

Диамагнетизмом обладает любое вещество.

Магнитная проницаемость диамагнетиков очень незначительно отличается от единицы. Для твердых тел и жидкостей диамагнитная восприимчивость имеет порядок приблизительно ${10}^{-5},\ $для газов она существенно меньше. Магнитная восприимчивость диамагнетиков не зависит от температуры, что было открыто экспериментально П. Кюри.

Диамагнетики делятся на «классические», «аномальные» и сверхпроводники. Классические диамагнетики имеют магнитную восприимчивость $\varkappa

В несильных магнитных полях намагниченность диамагнетиках пропорциональна напряженности магнитного поля ($\overrightarrow{H}$):

где $\varkappa $ — магнитная восприимчивость среды (магнетика). На рис.1 представлена зависимость намагниченности «классического» диамагнетика от напряженности магнитного поля в слабых полях.

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики

Рис.1

Парамагнетики

Парамагнетики, также относят к слабомагнитным веществам. Молекулы парамагнетиков имеют постоянный магнитный момент ($\overrightarrow{p_m}$). Энергия магнитного момента во внешнем магнитном поле вычисляется по формуле:

Минимальное значение энергии достигается тогда, когда направление $\overrightarrow{p_m}$ совпадает с $\overrightarrow{B}$. При внесении парамагнетика во внешнее магнитное поле в соответствии с распределением Больцмана появляется преимущественная ориентация магнитных моментов его молекул в направлении поля. Появляется намагничивание вещества. Индукция дополнительного поля совпадает с внешним полем и соответственно усиливает ее. Угол между направлением $\overrightarrow{p_m}$ и $\overrightarrow{B}$ не изменяется. Переориентирование магнитных моментов в соответствии с распределением Больцмана происходит за счет столкновений и взаимодействия атомов друг с другом. Парамагнитная восприимчивость ($\varkappa $) зависит от температуры по закону Кюри:

или закону Кюри — Вейсса:

где C и C’ — постоянные Кюри, $\triangle $ — постоянная, которая бывает больше и меньше нуля.

Магнитная восприимчивость ($\varkappa $) парамагнетика больше нуля, но, как и у диамагнетика весьма мала.

Парамагнетики делят на нормальные парамагнетики, парамагнитные металлы, антиферромагнетики.

У парамагнитных металлов магнитная восприимчивость не зависит от температуры. Эти металлы слабомагнитны $\varkappa \approx {10}^{-6}.$

У парамагнетиков существует такое явление ка парамагнитный резонанс. Допустим, что в парамагнетике, который находится во внешнем магнитном поле, создают дополнительное периодическое магнитное поле, вектор индукции этого поля перпендикулярен вектору индукции постоянного поля. В результате взаимодействия магнитного момента атома с дополнительным полем создается момент сил ($\overrightarrow{M}$), который стремится изменить угол между $\overrightarrow{p_m}$ и $\overrightarrow{B}.$ Если частота переменного магнитного поля и частота прецессии движения атома совпадают, то созданный переменным магнитным полем момент сил либо все время увеличивает угол между $\overrightarrow{p_m}$ и $\overrightarrow{B}$, либо уменьшает. Это явление и называют парамагнитным резонансом.

В несильных магнитных полях намагниченность в парамагнетиках пропорциональна напряженности поля, и выражается формулой (3) (рис.2).

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики

Рис. 2

Ферромагнетики

Ферромагнетики относят к сильномагнитным веществам. Магнетики, магнитная проницаемость которых достигает больших значений и зависит от внешнего магнитного поля и предшествующей истории называют ферромагнетиками. Ферромагнетики могут иметь остаточную намагниченность.

Магнитная восприимчивость ферромагнетиков является функцией от напряженности внешнего магнитного поля. Зависимость J(H) представлена на рис. 3. Намагниченность имеет предел насыщения ($J_{nas}$).

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики

Рис. 3

Существование предела насыщения намагниченности указывает, что намагниченность ферромагнетиков вызвана переориентировкой некоторых элементарных магнитных моментов. У ферромагнетиков наблюдается явление гистерезиса (рис.4).

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики

Рис. 4

Ферромагнетики в свою очередь делят на:

  1. Мягкие в магнитном отношении. Вещества с большой магнитной проницаемостью, легко намагничивающиеся и размагничивающиеся. Их используют в электротехнике, там, где работают с переменными полями, например в трансформаторах.
  2. Жесткие в магнитном отношении. Вещества с относительно небольшой магнитной проницаемостью, трудно намагничивающиеся и размагничивающиеся. Эти вещества используют при создании постоянных магнитов.

Пример 1

Задание: Зависимость намагниченности для ферромагнетика показана на рис. 3. J(H). Изобразите кривую зависимости B(H). Существует ли насыщение для магнитной индукции, почему?

Решение:

Так как вектор магнитной индукции связан с вектором намагниченности соотношением:

\[{\overrightarrow{B}=\overrightarrow{J\ }+\mu }_0\overrightarrow{H}\ \left(1.1\right),\]

то кривая B(H) не достигает насыщения. График зависимости индукции магнитного поля от напряженности внешнего магнитного поля можно представить, как изображено на рис. 5. Такая кривая называется кривой намагничивания.

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики

Рис. 5

Ответ: Насыщения для кривой индукции нет.

Пример 2

Задание: Получите формулу парамагнитной восприимчивости $(\varkappa)$, зная, что механизм намагничивания парамагнетика аналогичен механизму электризации полярных диэлектриков. Для среднего значения магнитного момента молекулы в проекции на ось Z можно записать формулу:

\[\left\langle p_{mz}\right\rangle =p_mL\left(\beta \right)\left(2.1\right),\]

где $L\left(\beta \right)=cth\left(\beta \right)-\frac{1}{\beta }$ — функция Ланжевена при $\beta =\frac{p_mB}{kT}.$

Решение:

При высоких температурах и небольших полях, мы получим, что:

\[p_mB\ll kT,\ \to \beta \ll 1\ \left(2.2\right).\]

Следовательно, при $\beta \ll 1$ $cth\left(\beta \right)=\frac{1}{\beta }+\frac{\beta }{3}-\frac{{\beta }^3}{45}+\dots $ , ограничение функции линейным членом по $\beta $ получим:

\[L\left(\beta \right)=\frac{\beta }{3}\left(2.3\right).\]

Подставим в (2.1) результат (2.3), получим:

\[\left\langle p_{mz}\right\rangle =p_m\frac{p_mB}{3kT}=\frac{{p_m}^2B}{3kT}\ \left(2.4\right).\]

Используя связь между напряженностью магнитного поля и магнитной индукцией ($\overrightarrow{B}=\mu {\mu }_0\overrightarrow{H}$), приняв во внимание, что магнитная проницаемость парамагнетиков мало отличается от единицы, можем записать:

\[\left\langle p_{mz}\right\rangle =\frac{{p_m}^2{\mu }_0H}{3kT}\left(2.5\right).\]

Тогда намагниченность будет иметь вид:

\[J=n\left\langle p_{mz}\right\rangle =\frac{{p_m}^2{\mu }_0H}{3kT}n\ \left(2.6\right).\]

Зная, что связь модуль намагниченности с модулем вектора напряженности имеет вид:

\[J=\varkappa H\ \left(2.7\right).\]

Имеем для парамагнитной восприимчивости:

\[\varkappa =\frac{{p_m}^2м_0n}{3kT}\ .\]

Ответ: $\varkappa =\frac{{p_m}^2{\mu }_0n}{3kT}\ .$

spravochnick.ru

Ферромагнетики, парамагнетики, диамагнетики..

1)В ферромагнетиках возникает намагниченность в отдельных участках образца даже при отсутствии внешнего магнитного поля. Магнитный момент, возникающий при отсутствии внешнего магнитного поля называется спонтанным. Области с заданными магнитными моментами называются доменами. У ферромагнетиков обычно. Магнитный момент можно обращать при изменении направления внешнего магнитного поля.

М – спонтанный магнитный момент. Выше тоски Кюри ферромагнетики ведут себя как обычные парамагнетики.

Явление Гистерезиса – после выключения внешнего магнитного поля остаётся некоторая намагниченность вещества. Ферромагнетики делятся на мягкие и жёсткие. Если площадь петли большая – то ферромагнетик жёсткий; если площадь мала – мягкий. Жёсткие ферромагнетики сильно нагреваются, а мягкие мало.

2)Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H) и имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы

3)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 B и направленный навстречу полю. Поэтому магнитная восприимчивость = I/H у диамагнетиков всегда отрицательна. По абсолютной величине диамагнитная восприимчивостьмала и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и оттемпературы.

№19

Сила действующая на эл. заряд Q движущийся в магн. поле со скоростью v называется силой Лоренца. F=Q[vB]. Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки. Магнитное поле не действует на покоящийся заряд. Если на движущийся заряд помимо магн. поля действует эл. поле то результирующая

сила равна векторной сумме сил. F=QE+Q[vB].

Если заряженная частица движется в магн. поле перпендикулярно вектору В, то сила Лоренца постоянна по модулю и нормальна к траектории движения частицы.

№20

  • Поток вектора магнитной индукции.

Потоком вектора магнитной индукции через площадку dS называется скалярная физическая величина, равная

dΦB=BndS

где Bn=Bcosa – проекция вектора B на направление нормали n к площадке dS, a- угол между векторами n и B, направлние вектора dS совпадает с направлением нормали n

к площадке.

Поток вектора B может быть как положительным, так и отрицательным в зависимости от знака cosa.

Поток вектора B связывают с контуром по которому течет ток. Положительное направление нормали к контуру связано с направлением тока по правилу правого винта. Поэтому магнитный ток, создаваемый контуром с током через поверхность, ограниченную им самим, всегда положителен.

Поток вектора магнитной индукции через произвольную поверхность S

ΦB=∫sBndS.

Если поле однородно и перпендикулярно ему расположена плоская поверхность с площадью S, то

ΦB=BS.

studfile.net

Общие сведения.

Содержание:

Общие сведения. 2

Диамагнетики. 2

Парамагнетики. 2

Ферромагнетики. 3

Ферромагнетики. 6

Начальное намагничивание. 6

Циклическое перемагничивание. 7

Ферромагнитные материалы. 9

Экспериментальное изучение свойств ферромагнетиков. 15

Зная B и H можно найти намагниченность 15

Лабораторная установка. 21

Исследование ферромагнитных свойств электротехнической стали. 22

Исследование ферромагнитных свойств феррита. 26

Лабораторная работа. 27

Приложение. 32

Схема установки /общий вид/. 32

Схема установки /электрическая/ . 33

Список используемой литературы. 34

Все вещества при рассмотрении их магнитных свойств принято называть магнетиками, т.е. они способны под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться).

По своим магнитным свойствам магнетики подразделяются на три основные группы:

  • диамагнетики;

  • парамагнетики;

  • ферромагнетики.

Количественной характеристикой намагниченного состояния вещества служит векторная величина – намагниченность

J.

Рассмотрим каждую группу в отдельности.

Диамагнетики.

Диамагнетиками называются вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению вектора магнитной индукции поля.

К диамагнетикам относятся вещества, магнитные моменты атомов, молекул или ионов которых в отсутствие внешнего магнитного поля равны нулю. Диамагнетиками являются инертные газы, молекулярный водород и азот, цинк, медь, золото, висмут, парафин и многие другие органические и неорганические соединения.

В случае отсутствия магнитного поля диамагнетик немагнитен, поскольку в данном случае магнитные моменты электронов взаимно компенсируются, и суммарный магнитный момент атома равен нулю.

Т.к. диамагнитный эффект обусловлен действием внешнего магнитного поля на электроны атомов вещества, то диамагнетизм свойственен всем веществам.

Следует отметить, что магнитная проницаемость у диамагнетиков µ<1. Вот,например, у золотаµ=0,999961, у медиµ=0,9999897 и т.д.

Парамагнетики.

Наряду с диамагнитными веществами существуют и парамагнитные вещества, – вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению поля.

У парамагнитных веществ при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты электронов не компенсируют друг друга, и атомы (молекулы) парамагнетиков всегда обладают магнитным моментом. Однако вследствие теплового движения молекул их магнитные моменты ориентированы беспорядочно, поэтому парамагнитные вещества магнитными свойствами не обладают. При внесении парамагнетиков во внешнее магнитное поле устанавливается преимущественная ориентация магнитных моментов атомов по полю (полной ориентации препятствует тепловое движение атомов).

Таким образом, парамагнетик намагничивается, создавая собственное магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем и усиливающее его.

При ослаблении внешнего магнитного поля до нуля ориентация магнитных моментов вследствие теплового движения нарушается и парамагнетик размагничивается.

Вот некоторые парамагнитные вещества:

Алюминий µ=1,000023;

Воздух µ=1,00000038.

Ферромагнетики.

Особый класс магнетиков образуют вещества, способные обладать намагниченностью в отсутствии внешнего магнитного поля. По своему наиболее распространенному представлению (железу) их называют ферромагнетиками.

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

Ферромагнетики в отличие от слабомагнитных диа- и парамагнетиков являются сильномагнитными средами:

внутреннее магнитное поле в них может в сотни и тысячи раз превосходить внешнее поле.

Большой вклад в экспериментальное изучение свойств ферромагнетиков внес А. Г. Столетов. В своей докторской диссертации он исследовал зависимость намагниченности мягкого железа от напряженности магнитного поля. Предложенный им способ заключался в измерении магнитного потокав ферромагнитных кольцах при помощи баллистического гальванометра.

Ферромагнитные материалы в большой или меньшей степени обладают магнитной анизотропией, т.е. свойством намагничиваться с различной степенью трудности в различных направлениях.

Магнитные свойства ферромагнитных материалов сохраняются до тех пор, пока их температура не достигнет значения, называемого точкой Кюри. При температурах выше точки Кюри ферромагнетик ведет себя во внешнем магнитном поле как парамагнитное вещество. Он не только теряет свои ферромагнитные свойства, но у него изменяется теплоемкость, электропроводимость и некоторые другие физические характеристики.

Точка Кюри для различных материалов различна:

  • для железа +7700 С;

  • для никеля +3650 С;

  • для кобальта +11300 С.

При намагничивании ферромагнетиков происходит небольшое изменение их линейных размеров, т.е. увеличение или уменьшение их длины с одновременным уменьшением или увеличением поперечного сечения. Это явление называется магнитострикцией, оно зависит от строения кристаллической решетки ферромагнетика.

В чем же заключается природа ферромагнетизма?

Согласно представлениям Вейсса (1865-1940), его описательной теории ферромагнетизма, ферромагнетики при температурах ниже точки Кюри обладают спонтанной намагниченностью независимо от наличия внешнего намагничивающего поля. Однако это вносило некое противоречие, т.к. многие ферромагнитные материалы при температурах ниже точки Кюри не намагничены.

Для устранения этого противоречия Вейсс ввел гипотезу, согласно которой ферромагнетик ниже точки Кюри разбивается на большое число малых микроскопических (порядка 10-3– 10-2 см.) областей –доменов, самопроизвольно намагниченных до насыщения.

При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных атомов ориентированы хаотически и компенсируют друг друга, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен нулю, т.е. ферромагнетик не намагничен.

Внешнее магнитное поле ориентирует по полю магнитные моменты не отдельных атомов, как в парамагнетике, а целых областей спонтанной намагниченности. Поэтому с ростом H намагниченностьJ(рис. 1) и магнитная индукцияBуже в слабых полях растет довольно быстро.

Показанное на рис.1 намагничивание такого образца (ферромагнетик) в магнитном поле, напряженность Hкоторого медленно увеличивается, происходит за счет двух процессов: смещения границ доменов и вращения магнитных моментов доменов.

Процесс смешения границ доменов приводит к росту размеров тех доменов, которые самопроизвольно намагничены в направлениях, близких к направлению вектора H.

Процесс вращения магнитных моментов доменов по направлению Hиграет основную роль только в области, близкой к насыщению (т.е. приHблизких кHs ).

Существование доменов в ферромагнетиках доказано экспериментально. Прямым экспериментальным методом их наблюдения является метод порошковых фигур.

На тщательно отполированную поверхность ферромагнетика наносятся водная суспензия мелкого ферромагнитного порошка (магнетит). Частицы оседают преимущественно в местах максимальной неоднородности магнитного поля, т.е. на границах между доменами. Поэтому осевший порошок очерчивает границы доменов.

Дальнейшее развитие теории ферромагнетизма Френкелем и Гейзенбергом, а также ряд экспериментальных фактов позволили выяснить природу элементарных носителей ферромагнетизма.

В настоящий момент установлено, что магнитные свойства ферромагнетиков определяются спиновыми магнитными моментами электронов. Установлено также, что ферромагнитными свойства могут обладать только кристаллические вещества, в атомах которых имеются недостроенные внутренние электронные оболочки с некомпенсированными спинами. В подобных кристаллах могут возникать силы, которые вынуждают спиновые магнитные моменты электронов ориентироваться параллельно друг другу, что и приводит к возникновению областей спонтанного намагничивания. Эти силы, называемые обменными, имеют квантовую природу – они обусловлены волновыми свойствами электронов.

Итак, рассмотрим более детально процессы, происходящие с ферромагнетиком при воздействии на него внешнего магнитного поля.

studfile.net

Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики — Zygar

Диамагнетизм (от греч. dia – расхождение и магнетизм) — свойство веществ намагничиваться навстречу приложенному магнитному полю.

Диамагнетиками называются вещества, магнитные моменты атомов которых в отсутствии внешнего поля равны нулю, т.к. магнитные моменты всех электронов атома взаимно скомпенсированы, т.е в отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики не магнитны. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I (а каждая единица объёма — намагниченность M), пропорциональный магнитной индукции B и направленный навстречу полю. Поэтому магнитная восприимчивость у диамагнетиков всегда отрицательна. По абсолютной величине диамагнитная восприимчивость χ мала и слабо зависит как от напряжённости магнитного поля, так и от температуры.

История

В 1777 году C. Дж. Бергман стал первым человеком, заметившим, что висмут и сурьма отталкиваются магнитным полем. Однако термин «диамагнетизм» был введен позже (в сентябре 1845 года) Майклом Фарадеем, когда он понял, что все материалы в природе обладают в некоторой степени диамагнитным характером ответа на приложенное к ним магнитное поле.

Вещества — диамагнетики

Магнитная восприимчивость некоторых диамагнетиков (в нормальных условиях)
ВеществоМагнитная восприимчивость, χ·10-6
Азот, N2−12,0
Водород, Н2−4,0
Германий, Ge−7,7
Кремний, Si−3,1
Вода (жидкая), Н2O−13,0
Поваренная соль, NaCI−30,3
Ацетон, С3Н6О−33,8
Глицерин, С3Н8О3−57,1
Нафталин, С10Н8−91,8
Висмут, Bi, металл−170
Пиролитический графит, П, С−85
Пиролитический графит, ⊥, С−450

Диамагнетики: инертные газы, азот, водород, кремний, фосфор, висмут, цинк, медь, золото, серебро, а также многие другие, как органические, так и неорганические, соединения.

Человек в магнитном поле ведет себя как диамагнетик, то есть отталкивается от магнитного поля.

Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H). Парамагнетики притягиваются магнитом, втягиваются в магнитное поле. В отсутствие внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен.

Антиферромагнетики — магнитные моменты вещества направлены противоположно и равны по силе. Антиферромагнетики практически не притягиваются и ведут себя как слабые парамагнетики.

МеталлХим. символАтомный номерПлотн. г/(см^3)Тплав. °СУд. теплоемк. Дж/(кг*°К)Уд. теплопр. Вт/(м*°К)Тепл. коэф лин. расш. (10^6)/°КЧисло БринеляУд. сопрот. мкОм*мМагнитные свойства
АлюминийAl132.766092321821250.026Парамагнетик
БарийBa563.75710285—194.20.5Парамагнетик
БерилийBe41.841280180018412610.041Диамагнетик
ВанадийV236.111900503318.3640.248Парамагнетик
ВисмутBi839.82711268.413.39.61.16Диамагнетик
ВольфрамW7419.334001421674.42620.055Парамагнетик
ГадолинийGd647.891310—8.89.7—1.4Ферромагнетик
ГаллийGa315.923033629.318.16.10.136Диамагнетик
ГафнийHf7213.292220138225.91730.351Парамагнетик
ЖелезоFe267.87154045373.310.7500.097Ферромагнетик
ЗолотоAu7919.3106313431214180.0225Диамагнетик
ИндийIn497.31562397228.40.90.09Диамагнетик
ИридийIr7722.424101301466.51700.054Парамагнетик
ИттрийY394.47152531014.69.3600.65Парамагнетик
КадмийCd488.65320.923192.829210.074Диамагнетик
КалийK190.86637549783.30.040.065Парамагнетик
КальцийCa201.538516509818.5170.04Парамагнетик
КобальтCo278.85150044569.513.51020.064Ферромагнетик
ЛантанLa576.1892018813.85.2370.568Парамагнетик
ЛитийLi30.5318032857156—0.086Парамагнетик
МагнийMg121.74651104017027300.045Парамагнетик
МарганецMn257.44124447766.722.31961.85Антиферромагн.
МедьCu298.92108338640616.6350.017Диамагнетик
МолибденMo4210.226202721505.31530.05Парамагнетик
НатрийNa110.97981220134720.070.042Парамагнетик
НикельNi288.96145344075.513.2680.068Ферромагнетик
НиобийNb418.572470268507.2750.15Парамагнетик
ОловоSn507.29231.922663.1235.20.113Парамагнетик
ОсмийOs7622.53000129—4.64000.095Парамагнетик
ПалладийPd4612.02155224370.79.5460.108Парамагнетик
ПлатинаPt7821.45177313471.19.5400.098Парамагнетик
РенийRe7521.023180138526.71350.214Парамагнетик
РодийRh4512.481970247888.51020.043Парамагнетик
РтутьHg8013.5-391387.9182—0.958Диамагнетик
РубидийRb371.533933535.6900.0220.12Парамагнетик
РутенийRu4412.42250239—9.12200.075Парамагнетик
СвинецPb8211.343271303528.33.90.19Диамагнетик
СереброAg4710.49960.523545318.6250.015Диамагнетик
СкандийSc213154054511.311.4750.66Парамагнетик
СтронцийSr382.63770737—21140.227Парамагнетик
ТаллийTl8111.8530314735282.70.18Диамагнетик
ТанталTa7316.63000150506.6470.124Парамагнетик
ТитанTi224.52167055021.98.1730.47Парамагнетик
ТорийTh9011.617501133711.5410.13Парамагнетик
УранU9219.051130—26.7142440.3Парамагнетик
ХромCr247.19190046288.66.21140.13Антиферромагн.
ЦезийCs551.92822018.4970.0150.19Парамагнетик
ЦерийCe586.7879521010.97.1200.75Парамагнетик
ЦинкZn307.14419.533611330420.059Диамагнетик
ЦирконийZr406.5185527729.56.3660.41Парамагнетик

Диамагнитная левитация

Диамагнитная левитация имеет ту же природу что и эффект Мейснера (полное вытеснение магнитного поля из материала), она наблюдается при гораздо более сильных полях, но зато не требует предварительного охлаждения. Некоторые опыты доступны любителям. Например, редкоземельный магнит с индукцией около 1 Тл может висеть между двух пластин висмута. В поле с индукцией 11 Тл можно стабилизировать и удерживать маленький магнит в воздухе между пальцами не касаясь его.

Магнитная восприимчивость материалов

Магнитная восприимчивость χ для изотропных тел определяется выражением

χ = Y / H

Y—намагниченность 1 г тела;
H—напряженность внешнего намагниченного поля.
Материалt , °Сχ · 10 6
Азот18-0.34
Алюминий180.65
Алюминий сернокислый18-0.48
Алюминий хлористый19-0.6
Аммиак (газ)16-1.1
Аргон18-0.48
Ацетон15-0.58
Барий200.91
Барий сернокислый—-0.306
Барий хлористый15-0.41
Бензол16.8-0.71
Бериллий хлористый17-0.6
Висмут18-1.38
260-1.02
Висмут бромистый19-0.33
Висмут иодистый20-0.49
Вода10-0.72
Водород18-1.98
Водород хлористый22-0.66
Воздух2024.2
Вольфрам160.28
Гадолиний хлористый1891
Гадолиния окись20130.1
Гелий18-0.47
Глицерин20-0.54
Железа окись20189.1
Железо бромное1848
Железо сернокислое1974.2
Железо хлористое17101.2
Железо хлорное2086.2
Золото18-0.15
Золото-256.6-0.13
Иридий250.14
2000.17
4500.2
8500.26
11500.31
Кадмий18-0.18
Калий200.52
Калий бромистый—-0.377
Калий железосинеродистый217.08
Калий марганцевокислый210.175
Калий хлористый20-0.52
Кальций201.1
Кварц20-0.49
Кислород20106.2
Кислород жидкий-195259.6
Кислород твердый-24060
Кислота азотная22-0.467
Кислота серная22-0.44
Кислота уксусная20-0.53
Кобальт иодистый1832
Кобальт сернокислый2259.6
Кобальт хлористый2590.5
Кремний20-0.13
Литий160.5
Магний180.55
Магний бромистый20-0.57
Магний жидкий7000.55
Магний хлористый120.58
Марганец229.9
Марганец сернокислый2488.5
Марганец хлористый24107
Медь18-0.085
Молибден180.04
Натрий180.51
Натрий сернокислый16-0.86
Натрий хлористый18-0.5
Неон18-0.33
Нефть15–20ок. -0,8
Никель бромистый1819
Никель сернокислый15.926.7
Никель хлористый2444.7
Никеля закись—48.3
Олово180.025
Олово двуххлористое—-0.34
Олово жидкое400-0.036
Олово серое18-0.35
Палладий185.4
2004.6
7502.6
12301.7
Парафин20ок. -0,5
Платина181.1
2500.66
7000.45
12200.3
Ртуть18-0.19
Ртуть твердая-80-0.15
Свинец16-0.11
Свинец бромистый20-0.28
Свинец жидкий330-0.08
Свинец иодистый19-0.33
Свинец хлористый15-0.32
Сера ромб18-0.49
Сера жидкая113-0.49
Сера жидкая220-0.49
Серебро16-0.2
Спирт бутиловый—-0.74
Спирт метиловый-3-0.65
Спирт этиловый19-0.74
Стекло (крон)—-0.9
Сурьма16-0.87
Сурьма жидкая800-0.49
Сурьма треххлористая15-0.36
Сурьмы трехокись14-0.19
Тантал180.87
8200.77
Углекислота18-0.42
Углерод алмаз18-0.49
400-0.51
1200-0.56
Углерод графит20-3.5
-170-6
600-2
1000-1.3
Фосфор белый20-0.9
Хлор жидкий-60-0.57
Хлороформ15-0.49
Хром183.6
11004.2
Хром сернокислый2129.5
Хром хлористый1944.3
Хрома трехокись170.51
Цинк18-0.157
Цинк бромистый19-0.4
Цинк жидкий450-0.09
Цинк сернокислый—-0.48
Цинк хлористый22-0.47
Шеллак—-0.3
Эбонит200.6
Эрбий1822
Этилацетат6-0.607
Этилен20-1.6
Этилен хлористый—-0.602
Эфир этиловый20-0.77
Литература
  1. Краткий физико-технический справочник. Т.1 / Под общ. ред. К.П. Яковлева. М.: ФИЗМАТГИЗ. 1960. – 446 с.

zygar.ru

9.3. Виды магнетиков: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики

Все вещества обладают магнитными свойствами и являются магнетиками. Универсальность магнетизма объясняется существованием магнитных моментов у элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов), из которых состоят атомы веществ.

По магнитным свойствам магнетики подразделяют на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. К диамагнетикам относятся: органические соединения, элементы Cu, Bi, Sb, Ag, Au, Pb, I, C, Si, Zn, S, Н2О, СO2, инертные газы. Редкоземельные элементы, щелочные металлы, воздух, кислород, Cr, Mn, Sn, Pt, переходные элементы 8 группы являются парамагнетиками. Ферромагнитны – Fe, Ni, Co, Gd, и при низких температурах – Dу, Er, Ho, Tm и их сплавы.

В диамагнетиках магнитная восприимчивость отрицательна и незначительно меньше нуля, проницаемость меньше единицы ( < 1). В парамагнетиках , а > 1 (также незначительно). Поэтому диамагнетики и парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам.

В ферромагнетиках магнитная восприимчивость и проницаемость достигают больших величин (, >> 1) . Их намагниченность превосходит намагниченность диа- и парамагнетиков до 1010 раз. Они являются наиболее сильномагнитными веществами.

Теория диамагнетизма и парамагнетизма была создана П. Ланжевеном1. В диамагнетиках магнитный момент атома равен нулю. Под действием внешнего магнитного поля напряженностьюв диамагнетиках возникает прецессия (равномерное вращение) электронных орбит атома вокруг поля, которая создает дополнительный магнитный момент, направленный против поля. Поэтому результирующее магнитное поле в диамагнетиках будет в раз меньше, чем в вакууме. Диамагнитный эффект присущ всем атомам, а следовательно, и магнетикам, но пренебрежимо мал в пара- и ферромагнетиках.

Магнитная восприимчивость диамагнетиков не зависит от температурыТ и магнитного поля Н. Намагниченность J диамагнетиков линейно зависит от поля Н.

В пара- и ферромагнетиках магнитный момент атома не равен нулю. Под действием полямагнитные моментыатомов парамагнетика ориентируются вдоль направления поля, увеличивая величину магнитного поля парамагнетика в раз по сравнению с полем в вакууме.

Магнитная восприимчивость парамагнетиков зависит от температурыТ. По закону Кюри2обратно пропорциональнаТ и равна: , гдеС – постоянная величина. Величина намагниченности J парамагнетиков линейно возрастает с ростом поля Н.

9.4. Свойства ферромагнетиков. Элементы теории ферромагнетизма. Применение ферромагнетиков

Ферромагнетики обладают рядом характерных магнитных свойств и, в частности, сложной зависимостью магнитной проницаемости  от напряженности поля Н, впервые изученной

А.Г. Столетовым2 и называемой кривой Столетова (рис. 9.1). Кроме того, у ферромагнетиков имеет место неоднозначная и нелинейная зависимость индукции В от поля Н, называемая петлей гистерезиса (рис. 9.2).

Магнитные свойства ферромагнетиков обусловлены спиновыми магнитными моментами электронов.

О Н

Рис. 9.1 Рис. 9.2

При образовании кристалла ферромагнетика между электронами соседних атомов возникают обменные силы, которые ориентируют спиновые магнитные моменты электронов параллельно, что приводит к появлению результирующего магнитного момента в макроскопических областях ферромагнетика и к возникновению в них однородной, самопроизвольной (или спонтанной) намагниченности .

Области самопроизвольной намагниченности ферромагнетика, в которых спиновые магнитные моменты электронов расположе­ны параллельно друг другу, называют доменами. Они имеют размеры от 10–4 до 10–1 см. В пределах домена ферромагнетик на­магничен до насыщения Js. Направления векторов в различных доменах в отсутствие внешнего магнитного поля различны, и поэтому суммарный магнитный момент и намагниченностьвсего образца ферромагнетика равны нулю (рис. 9.3 и рис. 9.4).

Если ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле Н, он будет намагничиваться. Это означает, что появится и будет возрастать результирующий магнитный момент в ферромагнети­ке. Зависимость намагниченности J от напряженности магнитно­го поля Н показана на рис. 9.3. Кривая намагничивания J = f(Н) для железа была впервые получена А.Г. Столетовым. Рассмотрим ее.

Когда внешнее магнитное поле отсутствует (Н = 0), намагниченность J образца равна нулю. При наложении поля Н намагни­ченность ферромагнетика начинает возрастать. В слабых магнит-

н

Рис. 9.3

ых поляхН этот рост J будет происходить за счет процесса скачкообразных, сначала обратимых, а затем необратимых смещений доменных границ (участок 1 на рис. 9.3, 9.4). В результате движения границ будет увеличиваться объем доменов, магнитные моменты которых составляют малые углы с направлением поля Н.

Рис. 9.4

Ферромагнетик будет намагничиваться. (Доменной границей называют переходную область между доменами, в которой про­исходит постепенный поворот вектора от направления в одном домене до направления в другом домене.)

При возрастании напряженности внешнего поля Н (участок 2 на рис. 9.3, 9.4) магнитные моменты доменов начинают необратимо поворачиваться в направлении магнитного поля до совпадения с ним. Когда все собственные магнитные моменты электронов, участвующих в образовании ферромагнитного состояния, оказываются ориентированы по направлению поля Н, возникает техни­ческое насыщение ферромагнетика. ПолеН, в котором возни­кает состояние технического насыщения, называют полем насыщения Hs, а магнитную индукцию, соответствующую полю Hs, – индукцией насыщения Bs.

При дальнейшем увеличении внешнего поля Н (участок 3 на рис. 9.3, 9.4) величина намагниченности J незначительно возрастает за счет парапроцесса, в результате которого увеличивается число электронов, участвующих в образовании ферромагнитного состояния.

Если довести ферромагнетик до состояния технического на­сыщения и начать уменьшать величину внешнего магнитного по­ля Н до нуля, а затем, изменив направление напряженности Н на противоположное, увеличивать величину Н до значения поля на­сыщения Hs, то будет происходить необратимое изменение на­магниченности J образца и его магнитной индукции В. Этот процесс называют перемагничиванием ферромаг­нетика. При этом наблюдается отставание изменения намагни­ченности J и индукции В ферромагнетика от изменения напряженности внешнего магнитного поля Н, которое называют магнитным гистерезисом.

Кривую зависимости магнитной индукции В от Н, которая описывает перемагничивание ферромагнетика, называют петлей гистерезиса (см. рис. 9.2). Петля гистерезиса, соответствующая техническому насыщению ферромагнетика, называется максимальной.

Магнитное поле Н, при котором максимальная петля гистерези­са пересекает ось абсцисс и для которого магнитная индукция В равна нулю, называют полем коэрцитивной силы Нс (см. рис. 9.2).

Магнитная индукция, оставшаяся в ферромагнетике после то­го, как его намагнитили до насыщения, а затем уменьшили магнитное поле Н до нуля, называется остаточной индукцией Вост (см. рис. 9.2).

Ферромагнитное состояние вещества зависит от температуры. Для каждого ферромагнетика существует определенная темпера­тура Тс, при которой нарушается параллельная ориентация спи­нов и области самопроизвольного намагничивания распадаются. Вещество утрачивает ферромагнитные свойства. Эту температу­ру называют точкой Кюри. Для железа она равна 1043 К, для ни­келя – 631 К, для кобальта –1393 К. При температуре выше точ­ки Кюри ферромагнетик становится парамагнетиком. В точке Кюри происходит фазовый переход второго рода, связанный со скачкообразным изменением свойств магнитной симметрии фер­ромагнетиков. При температуре Кюри интенсивность теплового движения атомов ферромагнетика оказывается достаточной для разрушения самопроизвольной намагниченности и исчезно­вения параллельной ориентации собственных магнитных момен­тов электронов. Ферромагнетик превращается в парамагнетик.

Ферромагнетики находят самое широкое применение в электротехнике, радиоэлектронике, ЭВМ, промышленности, транспорте.

Магнитомягкие ферромагнитные материалы, обладающие низкой коэрцитивной силой, используются в генераторах, мото­рах, электродвигателях, трансформаторах. Магнитожесткие или высококоэрцитивные ферромагнетики применяются в качестве постоянных магнитов в разнообразных областях современной техники. Тонкие слои ферромагнетиков или магнитные пленки исполь­зуют в качестве логических элементов и элементов памяти ЭВМ.

В последние годы широкое применение получили полупроводниковые ферромагнетики – ферриты. Это кристаллические твердые растворы окисла железа Fe2O3 и окисла одновалентного или двухвалентного металла Li, Zn, Ni, Cd, которые одновременно обладают ферромагнитными и полупроводниковыми свойствами. Их используют в высокочастотной технике в качестве сердечников катушек индуктивности, трансформаторов, дросселей, магнитных антенн. Смешанные ферриты используются для изготовления постоянных магнитов.

Явление магнитострикции – изменение формы и размеров тела при намагничивании, и обратное явление – изменение намагниченности ферромагнитного тела при деформации (магнитоупругий эффект) находят применение в гидролокации для получения мощных механических колебаний звуковой и ультразвуковой частоты.

В строительстве магнитострикционные генераторы используют в качестве механических дробилок твердых пород.

studfile.net

Диамагнетики и парамагнетики в магнитном поле

Электронные оболочки атомов можно условно рассматривать состоящими из круговых электрических токов, образованных движущимися электронами. Круговые электрические токи в атомах должны создавать собственные магнитные поля. На электрические токи должно оказывать действие внешнее магнитное поле, в результате чего можно ожидать либо усиления магнитного поля при сонаправленности атомных магнитных полей с внешним магнитным полем, либо их ослабления при их противоположной направленности.

ДиамагнетикиГипотеза о существовании магнитных полей в атомах и возможности изменения магнитного поля в веществе полностью соответствует действительности. Опыт показывает, что вещества по действию на них внешнего магнитного поля можно разделить на три основные группы: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Целесообразно будет рассмотреть понятие магнитной проницаемости. Отношение индукции В магнитного поля в веществе к индукции В0 в вакууме называется магнитной проницаемостью и обозначается буквой µ:

µ =В/В0.

Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает магнитной проницаемостью µ = 0,999826.

ПарамагнетикиДиамагнетиками называются вещества, в которых внешнее магнитное поле ослабляется. Это значит, что магнитные поля атомов таких веществ во внешнем магнитном поле направлены противоположно внешнему магнитному полю (µ < 1).

Для понимания природы диамагнетизма рассмотрим движение электрона, который влетает со скоростью v в однородное магнитное поле перпендикулярно вектору В магнитного поля.

Под действием силы Лоренца электрон станет двигаться по окружности, направление его вращения определяется направлением вектора силы Лоренца. Возникший круговой ток создаёт своё магнитное поле В’. Это магнитное поле В’ направлено противоположно магнитному полю В. Следовательно, любое вещество, содержащее свободно движущиеся заряженные частицы, должно обладать диамагнитными свойствами.

Хотя в атомах вещества электроны не свободны, изменение их движения внутри атомов под действием внешнего магнитного поля оказывается эквивалентным круговому движению свободных электронов. Поэтому любое вещество в магнитном поле обязательно обладает диамагнитными свойствами.

Однако диамагнитные эффекты очень слабы и обнаруживаются только  у веществ, атомы или молекулы которых не обладают собственным магнитным полем.

Magnetiki 5Вещества, в которых внешнее магнитное поле усиливается в результате сложения с магнитными полями электронных оболочек атомов вещества из-за ориентации атомных магнитных полей в направлении внешнего магнитного поля, называются парамагнетиками (µ > 1).

Парамагнетики очень слабо усиливают внешнее магнитное поле. Магнитная проницаемость парамагнетиков отличается от единицы лишь на доли процента. Например, магнитная проницаемость платины равна 1, 00036. Из – за очень малых значений магнитной проницаемости парамагнетиков и диамагнетиков их влияние на внешнее поле или воздействие внешнего поля на парамагнитные или диамагнитные тела очень трудно обнаружить. Поэтому в обычной повседневной практике, в технике парамагнитные и диамагнитные вещества рассматриваются как немагнитные, то есть вещества, не изменяющие магнитное поле и не испытывающие действия со стороны магнитного поля.

Вещества, значительно усиливающие внешнее магнитное поле, называются ферромагнетиками (никель, железо, кобальт и др.).

Остались вопросы? Хотите знать больше о магнитных полях?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

blog.tutoronline.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *