Д) Ферромагнетики

Помимо слабомагнитных веществ, к которым относится диамагнетики и парамагнетики, существует еще сильномагнитные вещества ферромагнетики. Намагниченность ферромагнетиков имеет тенденцию к насыщению. Существенной особенностью этого класса веществ являются: а) большие значения магнитной проницаемости (для Fe – 5000, супермаллоя – 800000) и б) зависимость μ от H (рис.). Такой характер поведения μ обуславливает явление магнитного гистерезиса – зависимость не только от H, но и от того какой была намагниченность в предыдущий момент.

Формула справедлива и для ферромагнетиков, однако магнитная индукция теперь не будет пропорциональна напряжённости намагничивающего поля, т.к. μ = f(H). Уже при сравнительно небольшой напряжённости H индукция B достигает большого значения после чего она изменяется медленно пропорционально H, рис.18.см рукопись

Если в ферромагнетике, намагниченном до насыщения B_н начать уменьшать напряжённость поля H, то индукция B тоже будет уменьшаться: однако её уменьшение происходит не по линии (1 – 0), а по (1 – 2), рис.19. При H = 0 ферромагнетик не размагничивается полностью. Отрезок (0 – 2) выражает остаточную магнитную индукцию – B₀. Для полного размагничивания необходимо создать внешнее поле с напряжённостью H_к противоположного направления. Эта напряжённость называется коэрцетивной силой. Дальнейший рост напряжённости поля вызывает перемагничивание ферромагнетика – (3 – 4) и при H = -H_н намагнитится до насыщения но в противоположном к исходному направлении. Затем его можно снова размагнитить (4 – 5 – 6) и снова намагнитить (6 – 1).

Явление отставания изменений магнитной индукции от изменений напряжённости намагничивающего поля называется магнитным гистерезисом. Кривая 1-3-4-6-1 – петлёй гистерезиса.

Площадь петли характеризует работу, затрачиваемую внешним полем на однократное перемагничивание ферромагнетика. Эта работа выделяется в виде теплоты.

При нагревании до определённой температуры (точка Кюри) ферромагнетики теряют свои магнитные свойства и превращаются в парамагнетик с μ ≈ 1. Точка Кюри для Fe - 770˚C, для Ni - 360˚C).

Особенности ферромагнетика обусловлены тем, что в нём имеется множество сравнительно крупных самопроизвольно намагниченных до насыщения областей – доменов, размером порядка 10^-2 см. В пределах одного домена спиновые магнитные моменты электронов ориентированы одинаково, что доказано на опытах Эйнштейном, Де-Гаазом и Иоффе. Однако ориентация самих доменов хаотична. Поэтому в отсутствие магнитного поля ферромагнетик не обнаруживает намагниченности. Внешнее поле упорядочивает ориентацию доменов. При напряжённости поля H_μ все домены занимают положение, при котором их магнитные моменты ориентированы в направлении внешнего поля – ферромагнетик намагничивается до насыщения. При выключении поля ферромагнетик не размагничиватся полностью. Этим объясняется магнитный гистерезис.

Ферромагнитики с широкой петлей гистерезиса называются жесткими, а с узкой мягкими.

ДЕЙСТВИЕ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА ОРГАНИЗМ

Лабораторные исследования, проводившиеся в разных странах с животными, и клинические наблюдения над людьми показали, что магнитобиологические эффекты в основном сводятся к следующему: 1) происходит расширение сосудов, причём наиболее ярко это выражено в лёгких, печени и селезёнке; 2) увеличивается число лейкоцитов и поднимается резистентность эритроцитов; 3) энцефалограммы показывают изменение электрической активности мозга; 4) изменяется двигательная активность животных – у рыб при индукции не менее 150·10^-4 Тл, а у птиц при индукции всего 10·10^-4 Тл. При индукции 4000·10^-4 Тл мыши полностью прекращают движение и впадают в оцепенение. Чисто физически объяснить действие постоянного магнитного поля на живой организм очень трудно. Существуют гипотезы об изменениях в биохимических макромолекулах, помещённых в магнитное поле. Например, возможен разрыв валентных связей в парамагнитных молекулах, что может изменить направление и скорости ферментативных реакций. Кроме того, среди биологически важных соединений имеются белковые комплексы с железом. Возможно, что магнитное поле оказывает влияние на характер связи ионов железа с молекулой белка, изменяя тем самым свойства комплекса. Постоянное магнитное поле может изменять структуру жидкокристаллических субстратов, к которым относятся биомембраны, что влечёт за собой изменение их проницаемости и соответственно обменных процессов. В магнитном поле меняются некоторые физико-химические свойства воды. Так при индукции 0,1 Тл незначительно меняются поверхностное натяжение, диэлектрическая проницаемость и кислотность. Под водой следует понимать жидкость, в которой помимо молекул Н₂О присутствуют различные вещества и именно воздействием на них объясняются названные эффекты.

Рекламируемое пользование «намагниченной» воды для повышения урожайности и в лечебных целях обычно не выдерживает серьёзной проверки.

В заключение следует отметить, что хотя, постоянные магнитные поля применяют в медицине, механизм его действия ещё во многом не ясен.