Магнітне поле створюється не тільки рухомими електричними зарядами, але й намагніченими тілами. Засновник теорії магнетизму А. Ампер вважав, що магнітні властивості тіл зумовлені замкненими електричними струмами всередині цих тіл. Чи так це?
Як середовище впливає на магнітне поле
Ви вже знаєте, що напруженість електричного поля в середовищі завжди менша, ніж у вакуумі. Середовище чинить вплив і на магнітне поле: будь-яка речовина, поміщена в магнітне поле, намагнічується, тобто створює власне магнітне поле.
Фізична величина, яка характеризує явище намагнічування, називається намагніченістю J:
де
магнітна індукція магнітного поля в речовині; В0 — магнітна індукція магнітного поля у вакуумі; μ — відносна магнітна проникність середовища.
Відносна магнітна проникність середовища μ — це фізична величина, яка характеризує магнітні властивості середовища та дорівнює відношенню магнітної індукції В магнітного поля в речовині до магнітної індукції В0 магнітного поля у вакуумі:
За значенням відносної магнітної проникності речовини поділяють на слабомагнітні та сильномагнітні. У слабомагнітних речовин значення μ незначно відрізняється від одиниці: якщо
такі речовини називають діамагнетиками; якщо
парамаг-
нетиками. У сильномагнітних речовин значення μ значно більше за одиницю
і їх називають феромагнетиками.
До діамагнетиків належать інертні гази (гелій, неон тощо), багато металів (золото, цинк, мідь, ртуть, срібло), молекулярний азот, вода та ін. Відносна магнітна проникність діамагнетиків не залежить від температури. Якщо діамагнітну речовину помістити в магнітне поле, то вона буде виштовхуватися з поля, тобто рухатися в бік зменшення магнітної індукції. Цікаво, що людина в магнітному полі поводиться як діамагнетик, бо майже на 70 % складається з води.
До парамагнетиків належать кисень, платина, алюміній, лужні, лужноземельні метали та ін. Відносна магнітна проникність парамагнетиків зменшується зі збільшенням температури. Якщо парамагнітну речовину помістити в магнітне поле, то вона буде втягуватися в поле, тобто рухатися в бік збільшення магнітної індукції.
До феромагнетиків належить порівняно невелика група речовин: залізо, нікель, кобальт, рідкоземельні речовини та ряд сплавів.
Магнітна індукція магнітного поля всередині феромагнетиків у сотні й тисячі разів більша, ніж магнітна індукція зовнішнього магнітного поля, тобто поля, яке спричинило намагнічування. Феромагнетики, як і парамагнетики, втягуються в магнітне поле. При досягненні певної температури, яку називають температурою Кюрі (див. таблицю), феромагнітні властивості речовини зникають і вона стає парамагнетиком.
Температура Кюрі деяких речовин
Феромагнітні матеріали, які легко намагнічуються, називають м'якими магнітними матеріалами. Вони застосовуються для виготовлення осердь електромагнітів, генераторів,
двигунів, трансформаторів, тобто пристроїв, осердя яких під час роботи постійно перемагнічуються.
Феромагнітні матеріали, на намагнічення (розмагнічення) яких потрібно витратити значну енергію і які залишаються намагніченими довгий час, називають жорсткими магнітними матеріалами. Вони застосовуються для виготовлення постійних магнітів, плівок для магнітного запису інформації тощо.
Що таке магнітний момент
Магнітний момент рт — це векторна фізична величина, що чисельно дорівнює добуткові сили струму І, який тече по контуру, на площу S контуру:
Напрямок вектора магнітного моменту визначають за правилом правої руки (або за правилом свердлика).
Невеликий виток зі струмом установлюється в магнітному полі таким чином, що напрямок магнітного моменту витка збігається з напрямком вектора В0 магнітної індукції магнітного поля (рис. 24.1).
Частинки, які входять до складу атома (електрони, протони та нейтрони), мають власні магнітні моменти рт, причому вони не зумовлені наявністю струму, а є характеристикою частинки (так само як маса та електричний заряд). Власні магнітні моменти частинок створюють власний магнітний момент атома або молекули.
Атоми (молекули) діамагнітних речовин не мають власних магнітних моментів, намагніченість таких речовин пояснюється наведеними магнітними моментами, які створюються в частинках речовини під впливом зовнішнього магнітного поля і напрямлені проти магнітної індукції цього поля.
Атоми й молекули парамагнітних та феромагнітних речовин мають власні магнітні моменти. До того ж будь-яке феромагнітне тіло складається з доменів — макроскопічних ділянок із лінійними розмірами 10 2... 10 3 см, в яких власні магнітні моменти сусідніх йонів паралельні один одному, а отже, домени мають власну намагніченість. Якщо парамагнітні або феромагнітні речовини помістити в магнітне поле, то частинки парамагнетика (або домени феромагнетики) починають орієнтуватися так, що їх магнітні моменти спрямовуються за напрямком зовнішнього магнітного поля (аналогічно тому, як орієнтується в магнітному полі виток зі струмом),— речовина намагнічується.
Підбиваємо підсумки
Фізична величина, яка характеризує магнітні властивості середовища, називається відносною магнітною проникністю середовища:
За значенням μ речовини поділяють на слабо- та сильномаг-нітні. У слабомагнітних речовин значення μ незначно відрізняється від одиниці: якщо
то такі речовини називають діамагнетиками; якщо
парамагнетиками. У сильномагнітних речовин (феромагнетиків) значення
значно більше за одиницю
Контрольні запитання 1. Дайте визначення відносної магнітної проникності середовища. 2. Що таке намагніченість? з. Наведіть приклади речовин, які є діамагнетиками, парамагнетиками та феромагнетиками. Як відбувається їх намагнічування? 4. Де застосовують м'які магнітні матеріали? жорсткі магнітні матеріали?
Це матеріал з підручника Фізика 11 клас Бар'яхтар