Намагниченность и магнитное поле в веществе. Магнитная проницаемость вещества.

Для количественного описания намагничивания магнетиков введена векторная величина — намагниченность , представляющая собой магнит­ный момент единицы объема магнетика.

Где P_a — магнитный момент атома,

P_m — магнитный момент магнетика.

Вектор магнитной индукции результирующего магнитного поля в магнетике равен векторной сумме магнитных индукций внешнего поля и магнитного полей, создаваемых микротоками .

B=μ₀NI/l

B=+

Однако, =μ₀Н, можно рассматривать магнетик, представляющий собой цилиндр с площа­дью поперечного сечения S и длиной l, который внесен в однородное магнитное поле с индукцией .

Возникающее в магнетике магнитное поле моле­кулярных токов направлено противоположно внеш­нему магнитному полю для диамагнетиков и совпа­дает с ним по направлению у парамагнетиков. В сечении цилиндра во внутренней области молекул токи соседних атомов направлены навстречу друг другу и взаимно компенсируются. Не скомпенсиро­ва­ны только молекулярные токи на боковой поверхно­сти цилиндра. Ток, текущий по боковой поверхности цилиндра, подобен току в соленоиде и создает внутри него поле, магнитную индукцию В′ которого можно вычислить исходя из полученной ранее формулы B= μ₀NI/l.

Если рассматривать очень тонкий слой попереч­ного сечения, то для него N=1. Тогда В′= μ₀I′l.

Где I′ — сила молекулярного тока, l — длина цилиндра, а магнитная проницаемость принята равной 1.

Если учесть, что I′/l — это ток, приходящийся на единицу длины цилиндра или его линейная плот­ность, тогда магнитный момент этого тока

P= I′lS/l

P= I′V/l

Где V — объем магнетика.

Намагниченность магнетика

Если сопоставить выражение для В′ и последнее выражение, то можно получить В′= μ₀ j

Можно подставить последнее выражение в =+

=μ₀₊ μ₀=μ₀(₊)

В малых полях пропорционален Н. Введем коэффициент пропорциональности χ — безразмерная величина, называемая магнитной восприимчивостью. Для диамагнетиков χ<0, так как поле молекулярных токов противоположно внешнему полю, а для парамагнетиков χ>0, так как поле молекулярных токов совпадает с направлением внешнего поля.

Из последних двух формул можно получить, что = μ₀(1+ χ)

Отсюда напряженность ₌

Безразмерную величину μ=(1+ χ) называют магнитной проницаемостью вещества

В= μ₀ μ

 

Вопрос №41. Ферромагнетики. Магнитный гистерезис. Магнитномягкие и магнитожесткие ферромагнетики. Точка Кюри. Физический механизм ферромагнетизма. Магнитные домены

Вещества, которые значительно усиливают внешнее магнитное поле, называются ферромагнетиками.

К ним принадлежат: железо, никель, кобальт и другие. При очень низких температурах феромагнитические свойства влияют на эрбий. К ферромагнетикам принадлежат сплавы из неферромагнитных компонентов на основе марганца и хрома: MnBi, MnSn, CrPt, CrS и другие.

Известно, ферромагнетики, как и парамагнетики, намагничиваются в направлении внешнего магнитного поля, но ферромагнетики имеют свои особенности, отличные от парамагнетиков.

Когда Н меняется циклически от Н_н до –Н_н (Н_н – напряженность поля) и наоборот, кривая намагничивания ферромагнетика имеет вид замкнутой кривой, которая называется петлей гистерезиса(магнитным гистерезисом ).

Работа, необходимая для перемагничивания ферромагнетика, осуществляется за счет энергии магнитного поля. Можно показать, что энергия, которая тратится за 1 цикл, пропорциональна площади петли гистерезиса.

Температура, выше которой вещество перестает быть ферромагнетиком, называется Точкой Кюри.

Температура Кюри у железа 770 градусов, у кобальта 1130, у никеля 356. С переходом через точку Кюри ферромагнетик ведет себя во внешнем магнитном поле как парамагнетик.

В большинстве кристаллов магнитные поля электронов взаимно компенсируются благодаря попарно антипараллельной ориентации магнитных полей электронов. Лишь в некоторых кристаллах железа, возникают условия для параллельной ориентации собственных магнитных полей электронов. В результате этого внутри кристалла ферромагнетика возникают намагниченные области протяженностью 10^-2 - 10^-4 см. Эти самопроизвольно намагниченные области называются магнитными доменами.

Величины B_r(остаточная намагниченность), Н_с и µ_max являются основными характеристиками ферромагнетика. Если коэрцитивная сила Н_с велика, ферромагнетик называется жестким. Для него характерна широкая петля гистерезиса. Ферромагнетик с малой Н_с называется мягким. В зависимости от назначения используются ферромагнетики с той или иной характеристикой. Так, для постоянных магнитов употребляются жесткие ферромагнетики, а для середнячков трансформаторов – мягкие.