Bestimmung der magnetischen Permeabilität eines Stoffes. Seine Rolle bei der Beschreibung des Magnetfelds

Wenn Sie ein Experiment mit einem Magneten durchführen, der an ein ballistisches Galvanometer angeschlossen ist, können Sie beim Einschalten des Stroms im Magneten den Wert des magnetischen Flusses F bestimmen, der proportional zur Auslenkung der Galvanometernadel ist. Lassen Sie uns das Experiment zweimal durchführen und den Strom (I) im Galvanometer auf den gleichen Wert einstellen, aber im ersten Experiment wird die Magnetspule keinen Kern haben, und im zweiten Experiment werden wir vor dem Einschalten des Stroms einführen einen Eisenkern in den Magneten. Es stellt sich heraus, dass im zweiten Experiment der magnetische Fluss deutlich größer ist als im ersten (ohne Kern). Bei der Wiederholung des Experiments mit Kernen unterschiedlicher Dicke stellt sich heraus, dass der maximale Durchfluss dann erreicht wird, wenn der gesamte Magnet mit Eisen gefüllt ist, das heißt, die Wicklung eng um den Eisenkern gewickelt ist. Sie können ein Experiment mit verschiedenen Kernen durchführen. Das Ergebnis ist Folgendes:

wobei $Ф$ der magnetische Fluss in einer Spule mit Kern ist, $Ф_0$ der magnetische Fluss in einer Spule ohne Kern. Der Anstieg des magnetischen Flusses beim Einführen eines Kerns in den Magneten erklärt sich aus der Tatsache, dass zu dem magnetischen Fluss, der den Strom in der Magnetwicklung erzeugt, ein magnetischer Fluss hinzugefügt wurde, der durch eine Reihe ausgerichteter Ampere-Molekülströme erzeugt wurde. Unter dem Einfluss eines Magnetfeldes werden molekulare Ströme ausgerichtet, ihr gesamtes magnetisches Moment hört auf, Null zu sein, und es entsteht ein zusätzliches Magnetfeld.

Definition

Die Größe $\mu $, die die magnetischen Eigenschaften des Mediums charakterisiert, wird magnetische Permeabilität (oder relative magnetische Permeabilität) genannt.

Dies ist eine dimensionslose Eigenschaft eines Stoffes. Eine Erhöhung des Flusses Ф um das $\mu $-fache (1) bedeutet, dass die magnetische Induktion $\overrightarrow(B)$ im Kern genauso oft größer ist als im Vakuum bei gleichem Strom im Magneten. Daher können wir Folgendes schreiben:

\[\overrightarrow(B)=\mu (\overrightarrow(B))_0\left(2\right),\]

wobei $(\overrightarrow(B))_0$ die Magnetfeldinduktion im Vakuum ist.

Neben der magnetischen Induktion, die die Hauptkraftcharakteristik des Feldes darstellt, wird eine Hilfsvektorgröße als magnetische Feldstärke ($\overrightarrow(H)$) verwendet, die durch die folgende Beziehung mit $\overrightarrow(B)$ zusammenhängt :

\[\overrightarrow(B)=\mu \overrightarrow(H)\left(3\right).\]

Wendet man Formel (3) auf das Experiment mit Kern an, so erhält man bei Fehlen eines Kerns:

\[(\overrightarrow(B))_0=(\mu )_0\overrightarrow(H_0)\left(4\right),\]

wobei $\mu $=1. Wenn es einen Kern gibt, erhalten wir:

\[\overrightarrow(B)=\mu (\mu )_0\overrightarrow(H)\left(5\right).\]

Da aber (2) erfüllt ist, ergibt sich Folgendes:

\[\mu (\mu )_0\overrightarrow(H)=(\mu m)_0\overrightarrow(H_0)\to \overrightarrow(H)=\overrightarrow(H_0)\left(6\right).\]

Wir haben herausgefunden, dass die magnetische Feldstärke nicht davon abhängt, mit welcher Art homogener Substanz der Raum gefüllt ist. Mit Ausnahme von Ferromagneten beträgt die magnetische Permeabilität der meisten Stoffe etwa eins.

Magnetische Suszeptibilität einer Substanz

Normalerweise ist der Magnetisierungsvektor ($\overrightarrow(J)$) dem Intensitätsvektor an jedem Punkt des Magneten zugeordnet:

\[\overrightarrow(J)=\varkappa \overrightarrow(H)\left(7\right),\]

wobei $\varkappa $ die magnetische Suszeptibilität ist, eine dimensionslose Größe. Bei nichtferromagnetischen Stoffen und in kleinen Feldern ist $\varkappa $ nicht von der Stärke abhängig und eine skalare Größe. In anisotropen Medien ist $\varkappa $ ein Tensor und die Richtungen $\overrightarrow(J)$ und $\overrightarrow(H)$ fallen nicht zusammen.

Zusammenhang zwischen magnetischer Suszeptibilität und magnetischer Permeabilität

Ersetzen wir den Ausdruck für den Magnetisierungsvektor (7) in (8) und erhalten:

\[\overrightarrow(H)=\frac(\overrightarrow(B))((\mu )_0)-\overrightarrow(H)\left(9\right).\]

Wenn wir die Spannung ausdrücken, erhalten wir:

\[\overrightarrow(H)=\frac(\overrightarrow(B))((\mu )_0\left(1+\varkappa \right))\to \overrightarrow(B)=(\mu )_0\left( 1+\varkappa \right)\overrightarrow(H)\left(10\right).\]

Wenn wir die Ausdrücke (5) und (10) vergleichen, erhalten wir:

\[\mu =1+\varkappa \left(11\right).\]

Die magnetische Suszeptibilität kann entweder positiv oder negativ sein. Aus (11) folgt, dass die magnetische Permeabilität entweder größer als eins oder kleiner als eins sein kann.

Beispiel 1

Aufgabe: Berechnen Sie die Magnetisierung im Zentrum einer kreisförmigen Spule mit dem Radius R=0,1 m und einem Strom der Stärke I=2A, wenn diese in flüssigen Sauerstoff eingetaucht ist. Die magnetische Suszeptibilität von flüssigem Sauerstoff beträgt $\varkappa =3,4\cdot (10)^(-3).$

Als Grundlage zur Lösung des Problems nehmen wir einen Ausdruck, der den Zusammenhang zwischen magnetischer Feldstärke und Magnetisierung widerspiegelt:

\[\overrightarrow(J)=\varkappa \overrightarrow(H)\left(1.1\right).\]

Suchen wir das Feld in der Mitte der Spule mit Strom, da wir die Magnetisierung an diesem Punkt berechnen müssen.

Wählen wir einen Elementarabschnitt auf dem stromdurchflossenen Leiter (Abb. 1); als Grundlage zur Lösung des Problems verwenden wir die Formel für die Stärke des stromdurchflossenen Spulenelements:

wobei $\ \overrightarrow(r)$ der Radiusvektor ist, der vom aktuellen Element zum betrachteten Punkt gezogen wird, $\overrightarrow(dl)$ das Element des Leiters mit Strom (die Richtung wird durch die Richtung des Stroms angegeben). ), $\vartheta$ ist der Winkel zwischen $ \overrightarrow(dl)$ und $\overrightarrow(r)$. Basierend auf Abb. 1 $\vartheta=90()^\circ $, daher wird (1.1) vereinfacht, zusätzlich der Abstand vom Mittelpunkt des Kreises (dem Punkt, an dem wir das Magnetfeld suchen) des Leiterelements mit Strom konstant und gleich dem Kurvenradius (R) ist, daher gilt:

Der resultierende Vektor der magnetischen Feldstärke ist entlang der normal der Wende. Dann kann nach dem Superpositionsprinzip die gesamte magnetische Feldstärke durch Übergang zum Integral erhalten werden:

Wenn wir (1.3) in (1.4) einsetzen, erhalten wir:

Finden wir die Magnetisierung, wenn wir die Intensität aus (1.5) in (1.1) einsetzen, erhalten wir:

Alle Einheiten sind im SI-System angegeben, führen wir die Berechnungen durch:

Antwort: $J=3,4\cdot (10)^(-2)\frac(A)(m).$

Beispiel 2

Aufgabe: Berechnen Sie den Anteil des gesamten Magnetfelds in einem Wolframstab, der sich in einem externen gleichmäßigen Magnetfeld befindet, das durch molekulare Ströme bestimmt wird. Die magnetische Permeabilität von Wolfram beträgt $\mu =1,0176.$

Die Magnetfeldinduktion ($B"$), die für die molekularen Ströme verantwortlich ist, kann wie folgt ermittelt werden:

wobei $J$ die Magnetisierung ist. Es hängt mit der magnetischen Feldstärke zusammen durch den Ausdruck:

wobei die magnetische Suszeptibilität einer Substanz wie folgt ermittelt werden kann:

\[\varkappa =\mu -1\ \left(2.3\right).\]

Daher finden wir das Magnetfeld molekularer Ströme als:

Das Gesamtfeld im Stab berechnet sich nach der Formel:

Wir verwenden die Ausdrücke (2.4) und (2.5), um die erforderliche Beziehung zu finden:

\[\frac(B")(B)=\frac((\mu )_0\left(\mu -1\right)H)(\mu (\mu )_0H)=\frac(\mu -1) (\mu).\]

Machen wir die Berechnungen:

\[\frac(B")(B)=\frac(1,0176-1)(1,0176)=0,0173.\]

Antwort:$\frac(B")(B)=0,0173.$

Magnetische Permeabilität- physikalische Größe, Koeffizient (abhängig von den Eigenschaften des Mediums), der die Beziehung zwischen magnetischer Induktion charakterisiert B (\displaystyle (B)) und magnetische Feldstärke H (\displaystyle (H)) in der Materie. Dieser Koeffizient ist für verschiedene Medien unterschiedlich, daher spricht man von der magnetischen Permeabilität eines bestimmten Mediums (d. h. seiner Zusammensetzung, seines Zustands, seiner Temperatur usw.).

Erstmals gefunden in Werner-Siemens‘ Werk „Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus“ von 1881.

Wird normalerweise mit einem griechischen Buchstaben bezeichnet μ (\displaystyle \mu ). Es kann entweder ein Skalar (für isotrope Substanzen) oder ein Tensor (für anisotrope Substanzen) sein.

Im Allgemeinen wird der Zusammenhang zwischen magnetischer Induktion und magnetischer Feldstärke durch magnetische Permeabilität eingeführt als

Und μ (\displaystyle \mu ) im allgemeinen Fall ist darunter ein Tensor zu verstehen, der in Komponentenschreibweise entspricht:

Für isotrope Stoffe gilt das Verhältnis:

kann im Sinne der Multiplikation eines Vektors mit einem Skalar verstanden werden (die magnetische Permeabilität wird in diesem Fall auf einen Skalar reduziert).

Oft die Bezeichnung μ (\displaystyle \mu ) wird anders als hier verwendet, nämlich für die relative magnetische Permeabilität (in diesem Fall). μ (\displaystyle \mu ) stimmt mit dem im GHS überein).

Die Dimension der absoluten magnetischen Permeabilität in SI ist dieselbe wie die Dimension der magnetischen Konstante, also Gn / oder / 2.

Die relative magnetische Permeabilität in SI hängt durch die Beziehung mit der magnetischen Suszeptibilität χ zusammen

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  Die überwiegende Mehrheit der Stoffe gehört entweder zur Klasse der Diamagnete ( μ ⪅ 1 (\displaystyle \mu \lessabout 1)) oder zur Klasse der Paramagnete ( μ ⪆ 1 (\displaystyle \mu \gtr approx 1)). Aber eine Reihe von Stoffen (Ferromagnete), zum Beispiel Eisen, haben ausgeprägtere magnetische Eigenschaften.

  Bei Ferromagneten ist das Konzept der magnetischen Permeabilität aufgrund der Hysterese streng genommen nicht anwendbar. In einem bestimmten Bereich von Änderungen des Magnetisierungsfeldes (so dass die Restmagnetisierung vernachlässigt werden kann, jedoch vor der Sättigung) ist es jedoch immer noch möglich, diese Abhängigkeit in besserer oder schlechterer Näherung als linear darzustellen (und zwar für weichmagnetische). In diesem Sinne kann für sie auch der Wert der magnetischen Permeabilität gemessen werden.

  Magnetische Permeabilität einiger Stoffe und Materialien

  Magnetische Suszeptibilität einiger Substanzen

  Magnetische Suszeptibilität und magnetische Permeabilität einiger Materialien

  Mittel	Suszeptibilität χ m (Volumen, SI)	Permeabilität μ [H/m]	Relative Permeabilität μ/μ 0	Ein Magnetfeld	Maximale Frequenz
  Metglas (Englisch) Metglas)		1,25	1 000 000	bei 0,5 T	100 kHz
  Nanoperm Nanoperm)		10 × 10 -2	80 000	bei 0,5 T	10 kHz
  Mu-Metall		2,5 × 10 –2	20 000	bei 0,002 T
  Mu-Metall			50 000
  Permalloy		1,0 × 10 –2	70 000	bei 0,002 T
  Elektrostahl		5,0 × 10 –3	4000	bei 0,002 T
  Ferrit (Nickel-Zink)		2,0 × 10 –5 – 8,0 × 10 –4	16-640		100 kHz ~ 1 MHz [ ]
  Ferrit (Mangan-Zink)		>8,0 × 10 -4	640 (oder mehr)		100 kHz ~ 1 MHz
  Stahl		8,75×10 -4	100	bei 0,002 T
  Nickel		1,25×10 -4	100 - 600	bei 0,002 T
  Neodym-Magnet			1.05	bis 1,2-1,4 T
  Platin		1,2569701 × 10 -6	1,000265
  Aluminium	2,22×10 -5	1,2566650 × 10 -6	1,000022
  Baum			1,00000043
  Luft			1,00000037
  Beton			1
  Vakuum	0	1,2566371 × 10 -6 (μ 0)	1
  Wasserstoff	-2,2 × 10 -9	1,2566371 × 10 –6	1,0000000
  Teflon		1,2567 × 10 –6	1,0000
  Saphir	-2,1 × 10 -7	1,2566368 × 10 -6	0,99999976
  Kupfer	-6,4 × 10 -6 oder -9,2 × 10 -6	1,2566290 × 10 -6	0,999994

  Das magnetische Moment ist die Hauptvektorgröße, die die magnetischen Eigenschaften eines Stoffes charakterisiert. Da die Quelle des Magnetismus ein geschlossener Strom ist, beträgt der Wert des magnetischen Moments M ist definiert als das Produkt des Stroms ICH auf den vom Stromkreis abgedeckten Bereich S:

  M = I×S A×m 2 .

  Sie haben magnetische Momente elektronische Muscheln Atome und Moleküle. Elektronen und andere Elementarteilchen haben ein magnetisches Spinmoment, das durch die Existenz ihres eigenen mechanischen Moments – des Spins – bestimmt wird. Das magnetische Spinmoment eines Elektrons kann in einem äußeren Magnetfeld so ausgerichtet werden, dass nur zwei gleiche und entgegengesetzt gerichtete Projektionen des Moments auf die Richtung des magnetischen Feldstärkevektors möglich sind, gleich Bohr-Magneton– 9,274×10 -24 A×m 2 .

  1. Definieren Sie das Konzept der „Magnetisierung“ einer Substanz.

  Magnetisierung – J- ist das gesamte magnetische Moment pro Volumeneinheit einer Substanz:

  1. Definieren Sie das Konzept der „magnetischen Suszeptibilität“.

  Magnetische Suszeptibilität einer Substanz, א v – das Verhältnis der Magnetisierung eines Stoffes zur magnetischen Feldstärke pro Volumeneinheit:

  אv = , dimensionslose Größe.

  Spezifische magnetische Suszeptibilität, א – das Verhältnis der magnetischen Suszeptibilität zur Dichte eines Stoffes, d.h. magnetische Suszeptibilität einer Masseneinheit, gemessen in m 3 /kg.

  1. Definieren Sie das Konzept der „magnetischen Permeabilität“.

  Magnetische Permeabilität, μ – Das physikalische Größe, charakterisiert die Änderung der magnetischen Induktion, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt wird . Bei isotropen Medien entspricht die magnetische Permeabilität dem Verhältnis der Induktion im Medium IN zur äußeren Magnetfeldstärke N und zur magnetischen Konstante μ 0 :

  Die magnetische Permeabilität ist eine dimensionslose Größe. Sein Wert für ein bestimmtes Medium ist um 1 größer als die magnetische Suszeptibilität desselben Mediums:

  μ = אv+1, da B = μ 0 (H + J).

  1. Geben Sie eine Klassifizierung von Materialien basierend auf magnetischen Eigenschaften an.

  Basierend auf ihrer magnetischen Struktur und den Werten der magnetischen Permeabilität (Suszeptibilität) werden Materialien unterteilt in:

  Diamagnete μ< 1 (das Material „widersteht“ dem Magnetfeld);

  Paramagnete μ > 1(das Material nimmt ein Magnetfeld schwach wahr);

  Ferromagnete μ >> 1(das Magnetfeld im Material nimmt zu);

  Ferrimagnete μ >> 1(das Magnetfeld im Material nimmt zu, aber die magnetische Struktur des Materials unterscheidet sich von der Struktur von Ferromagneten);

  Antiferromagnete μ ≈ 1(Das Material reagiert schwach auf ein Magnetfeld, obwohl seine magnetische Struktur Ferrimagneten ähnelt).

  1. Beschreiben Sie die Natur des Diamagnetismus.

  Unter Diamagnetismus versteht man die Eigenschaft eines Stoffes, sich (gemäß dem Gesetz) in Richtung des auf ihn einwirkenden äußeren Magnetfeldes magnetisieren zu lassen Elektromagnetische Induktion und die Lenzsche Regel). Diamagnetismus ist für alle Substanzen charakteristisch, aber in „ reiner Form„Es manifestiert sich in diamagnetischen Materialien. Diamagnete sind Substanzen, deren Moleküle kein eigenes magnetisches Moment haben (ihr gesamtes magnetisches Moment ist Null), daher haben sie außer dem Diamagnetismus keine anderen Eigenschaften. Beispiele für diamagnetische Materialien:

  
  

  Wasserstoff, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

  Wasser, א = - 0,7×10 -9 m 3 /kg.

  Diamond, א = - 0,5×10 -9 m 3 /kg.

  Graphit, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.

  Kupfer, א = - 0,09×10 -9 m 3 /kg.

  Zink, א = - 0,17×10 -9 m 3 /kg.

  Silber, א = - 0,18×10 -9 m 3 /kg.

  Gold, א = - 0,14×10 -9 m 3 /kg.

  43. Beschreiben Sie die Natur des Paramagnetismus.

  Paramagnetismus ist eine Eigenschaft von Substanzen, die Paramagnete genannt werden und die, wenn sie in ein äußeres Magnetfeld gebracht werden, ein magnetisches Moment annehmen, das mit der Richtung dieses Feldes übereinstimmt. Atome und Moleküle paramagnetischer Materialien haben im Gegensatz zu diamagnetischen Materialien ihre eigenen magnetischen Momente. In Abwesenheit eines Feldes ist die Ausrichtung dieser Momente chaotisch (aufgrund der thermischen Bewegung) und das gesamte magnetische Moment der Substanz ist Null. Wenn ein äußeres Feld angelegt wird, werden die magnetischen Momente der Partikel teilweise in Richtung des Feldes ausgerichtet und die Magnetisierung J addiert sich zur äußeren Feldstärke H: B = μ 0 (H + J). Die Induktion in der Substanz nimmt zu. Beispiele für paramagnetische Materialien:

  Sauerstoff, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

  Titan, א = 3×10 -9 m 3 /kg.

  Aluminium, א = 0,6×10 -9 m 3 /kg.

  Platin, א = 0,97×10 -9 m 3 /kg.

  44.Beschreiben Sie die Natur des Ferromagnetismus.

  Ferromagnetismus ist ein magnetisch geordneter Zustand einer Substanz, in dem alle magnetischen Momente von Atomen in einem bestimmten Volumen der Substanz (Domäne) parallel sind, was zu einer spontanen Magnetisierung der Domäne führt. Das Auftreten magnetischer Ordnung ist mit der Austauschwechselwirkung von Elektronen verbunden, die elektrostatischer Natur ist (Coulombsches Gesetz). In Abwesenheit eines externen Magnetfelds kann die Ausrichtung der magnetischen Momente verschiedener Domänen beliebig sein und das betrachtete Materievolumen kann insgesamt eine schwache oder keine Magnetisierung aufweisen. Beim Anlegen eines Magnetfeldes richten sich die magnetischen Momente der Domänen umso entlang des Feldes aus, je größer die Feldstärke ist. In diesem Fall ändert sich der Wert der magnetischen Permeabilität des Ferromagneten und die Induktion im Stoff nimmt zu. Beispiele für Ferromagnete:

  Eisen, Nickel, Kobalt, Gadolinium

  und Legierungen dieser Metalle untereinander und mit anderen Metallen (Al, Au, Cr, Si usw.). μ ≈ 100…100000.

  45. Beschreiben Sie die Natur des Ferrimagnetismus.

  Ferrimagnetismus ist ein magnetisch geordneter Zustand der Materie, bei dem die magnetischen Momente von Atomen oder Ionen in einem bestimmten Materievolumen (Domäne) magnetische Untergitter von Atomen oder Ionen bilden, deren gesamte magnetische Momente zueinander ungleich und antiparallel gerichtet sind. Ferrimagnetismus kann als der allgemeinste Fall eines magnetisch geordneten Zustands betrachtet werden, Ferromagnetismus als Fall eines einzelnen Untergitters. Die Zusammensetzung von Ferrimagneten umfasst zwangsläufig ferromagnetische Atome. Beispiele für Ferrimagnete:

  Fe 3 O 4 ; MgFe 2 O 4 ; CuFe 2 O 4 ; MnFe 2 O 4; NiFe 2 O 4 ; CoFe2O4...

  Die magnetische Permeabilität von Ferrimagneten liegt in der gleichen Größenordnung wie die von Ferromagneten: μ ≈ 100…100000.

  46.Beschreiben Sie die Natur des Antiferromagnetismus.

  Antiferromagnetismus ist ein magnetisch geordneter Zustand eines Stoffes, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die magnetischen Momente benachbarter Teilchen des Stoffes antiparallel ausgerichtet sind und in Abwesenheit eines äußeren Magnetfelds die Gesamtmagnetisierung des Stoffes Null ist. Ein Antiferromagnet kann hinsichtlich seiner magnetischen Struktur als Sonderfall eines Ferrimagneten angesehen werden, bei dem die magnetischen Momente der Untergitter betragsmäßig gleich und antiparallel sind. Die magnetische Permeabilität von Antiferromagneten liegt nahe bei 1. Beispiele für Antiferromagnete:

  Cr 2 O 3; Mangan; FeSi; Fe 2 O 3; NiO……… μ ≈ 1.

  47. Welchen Wert hat die magnetische Permeabilität für Materialien im supraleitenden Zustand?

  Supraleiter unterhalb der Superjunction-Temperatur sind ideale Diamagnete:

  א= - 1; μ = 0.

  Wird magnetische Permeabilität genannt . Absolut magnetischPermeabilität Umgebung ist das Verhältnis von B zu H. Gemäß Internationales System Einheiten wird in der Einheit 1 Henry pro Meter gemessen.

  Sein numerischer Wert wird durch das Verhältnis seines Wertes zum Wert der magnetischen Permeabilität des Vakuums ausgedrückt und mit µ bezeichnet. Dieser Wert wird genannt relativ magnetischPermeabilität(oder einfach magnetische Permeabilität) des Mediums. Da es sich um eine relative Größe handelt, gibt es keine Maßeinheit.

  Folglich ist die relative magnetische Permeabilität µ ein Wert, der angibt, wie oft die Feldinduktion eines bestimmten Mediums kleiner (oder größer) ist als die Induktion eines Vakuummagnetfelds.

  Wenn eine Substanz äußeren Einflüssen ausgesetzt wird Magnetfeld es wird magnetisiert. Wie kommt es dazu? Nach der Hypothese von Ampere zirkulieren in jeder Substanz ständig mikroskopisch kleine elektrische Ströme, die durch die Bewegung der Elektronen auf ihren Umlaufbahnen und die Anwesenheit ihres eigenen B verursacht werden normale Bedingungen Diese Bewegung ist ungeordnet und die Felder „löschen“ (kompensieren) sich gegenseitig. Wenn ein Körper in ein äußeres Feld gebracht wird, werden die Ströme geordnet und der Körper wird magnetisiert (d. h. er erhält sein eigenes Feld).

  Die magnetische Permeabilität aller Stoffe ist unterschiedlich. Aufgrund ihrer Größe lassen sich Stoffe in drei große Gruppen einteilen.

  U diamagnetische Materialien der Wert der magnetischen Permeabilität µ ist etwas kleiner als eins. Wismut hat beispielsweise µ = 0,9998. Zu den Diamagneten gehören Zink, Blei, Quarz, Kupfer, Glas, Wasserstoff, Benzol und Wasser.

  Magnetische Permeabilität paramagnetisch etwas mehr als eins (für Aluminium µ = 1,000023). Beispiele für paramagnetische Materialien sind Nickel, Sauerstoff, Wolfram, Hartgummi, Platin, Stickstoff, Luft.

  Schließlich gehört die dritte Gruppe dazu ganze Zeile Substanzen (hauptsächlich Metalle und Legierungen), deren magnetische Permeabilität deutlich (mehrere Größenordnungen) über eins liegt. Diese Substanzen sind Ferromagnete. Hierzu zählen vor allem Nickel, Eisen, Kobalt und deren Legierungen. Für Stahl µ = 8∙10^3, für eine Nickel-Eisen-Legierung µ=2,5∙10^5. Ferromagnete haben Eigenschaften, die sie von anderen Stoffen unterscheiden. Erstens haben sie einen Restmagnetismus. Zweitens hängt ihre magnetische Permeabilität von der Größe der externen Feldinduktion ab. Drittens gibt es für jeden von ihnen eine bestimmte Temperaturschwelle, genannt Curie-Punkt Dabei verliert es seine ferromagnetischen Eigenschaften und wird paramagnetisch. Für Nickel liegt der Curie-Punkt bei 360°C, für Eisen bei 770°C.

  Die Eigenschaften von Ferromagneten werden nicht nur durch die magnetische Permeabilität bestimmt, sondern auch durch den Wert von I, genannt Magnetisierung dieser Substanz. Dies ist eine komplexe nichtlineare Funktion der magnetischen Induktion; die Zunahme der Magnetisierung wird durch eine Linie namens beschrieben Magnetisierungskurve. In diesem Fall hört die Magnetisierung ab einem bestimmten Punkt praktisch auf zu wachsen (d. h magnetische Sättigung). Die Verzögerung des Magnetisierungswerts eines Ferromagneten gegenüber dem wachsenden Wert der äußeren Feldinduktion wird genannt magnetische Hysterese. Dabei besteht eine Abhängigkeit der magnetischen Eigenschaften eines Ferromagneten nicht nur von seinem aktuellen Zustand, sondern auch von seiner vorherigen Magnetisierung. Die grafische Darstellung der Kurve dieser Abhängigkeit heißt Hystereseschleife.

  Aufgrund ihrer Eigenschaften werden Ferromagnete in der Technik häufig eingesetzt. Sie werden in Rotoren von Generatoren und Elektromotoren, bei der Herstellung von Transformatorkernen und bei der Herstellung von Teilen für elektronische Computer eingesetzt. Ferromagnete werden in Tonbandgeräten, Telefonen, Magnetbändern und anderen Medien verwendet.

  Magnetik

  Alle Stoffe in einem Magnetfeld sind magnetisiert (in ihnen entsteht ein inneres Magnetfeld). Abhängig von der Größe und Richtung des inneren Feldes werden Stoffe unterteilt in:

  1) diamagnetische Materialien,

  2) paramagnetische Materialien,

  3) Ferromagnete.

  Die Magnetisierung eines Stoffes wird durch die magnetische Permeabilität charakterisiert,

  Magnetische Induktion in Materie,

  Magnetische Induktion im Vakuum.

  Jedes Atom kann durch ein magnetisches Moment charakterisiert werden .

  Die Stromstärke im Stromkreis, – die Fläche des Stromkreises, – der Normalenvektor zur Oberfläche des Stromkreises.

  Der Mikrostrom eines Atoms entsteht durch die Bewegung negativer Elektronen auf der Umlaufbahn und um die eigene Achse sowie durch die Drehung des positiven Kerns um die eigene Achse.

  

  1. Diamagnete.

  Wenn es kein äußeres Feld gibt, in Atomen diamagnetische Materialien die Ströme von Elektronen und Kernen werden kompensiert. Der gesamte Mikrostrom eines Atoms und sein magnetisches Moment sind gleich Null.

  In einem äußeren Magnetfeld werden in Atomen Elementarströme ungleich Null induziert (induziert). Die magnetischen Momente der Atome sind in die entgegengesetzte Richtung ausgerichtet.

  Es entsteht ein kleines eigenes Feld, das dem äußeren Feld entgegengerichtet ist und dieses schwächt.

  

  In diamagnetischen Materialien.

  Weil< , то для диамагнетиков 1.

  2. Paramagnete

  IN Paramagnete Mikroströme von Atomen und ihre magnetischen Momente sind ungleich Null.

  Ohne ein äußeres Feld verlaufen diese Mikroströme chaotisch.

  In einem externen Magnetfeld richten sich Mikroströme paramagnetischer Atome entlang des Feldes aus und verstärken es.

  

  In einem paramagnetischen Material übersteigt die magnetische Induktion = + geringfügig .

  Für Paramagnete gilt 1. Für Dia- und Paramagnete können wir von 1 ausgehen.

  Tabelle 1. Magnetische Permeabilität para- und diamagnetischer Materialien.

  Die Magnetisierung paramagnetischer Materialien hängt von der Temperatur ab, weil Die thermische Bewegung von Atomen verhindert die geordnete Anordnung von Mikroströmen.

  Die meisten Stoffe in der Natur sind paramagnetisch.

  Das intrinsische Magnetfeld in Dia- und Paramagneten ist unbedeutend und wird zerstört, wenn der Stoff aus dem äußeren Feld entfernt wird (die Atome kehren in ihren ursprünglichen Zustand zurück, der Stoff wird entmagnetisiert).

  3. Ferromagnete

  Magnetische Permeabilität Ferromagnete erreicht Hunderttausende und hängt von der Stärke des Magnetisierungsfeldes ab ( stark magnetische Substanzen).

  Ferromagnete: Eisen, Stahl, Nickel, Kobalt, ihre Legierungen und Verbindungen.

  In Ferromagneten gibt es Bereiche spontaner Magnetisierung („Domänen“), in denen alle atomaren Mikroströme gleich ausgerichtet sind. Die Domänengröße erreicht 0,1 mm.

  In Abwesenheit eines äußeren Feldes sind die magnetischen Momente einzelner Domänen zufällig ausgerichtet und kompensiert. In einem externen Feld vergrößern sich die Bereiche, in denen Mikroströme das externe Feld verstärken, auf Kosten benachbarter Bereiche. Das resultierende Magnetfeld = + ist bei Ferromagneten viel stärker als bei para- und diamagnetischen Materialien.

  

  

  Domänen, die Milliarden von Atomen enthalten, sind träge und kehren nicht schnell in ihren ursprünglichen ungeordneten Zustand zurück. Wenn also ein Ferromagnet aus dem äußeren Feld entfernt wird, bleibt sein eigenes Feld für lange Zeit bestehen.

  Bei längerer Lagerung entmagnetisiert sich der Magnet (mit der Zeit kehren die Domänen in einen chaotischen Zustand zurück).

  Eine weitere Methode zur Entmagnetisierung ist das Erhitzen. Für jeden Ferromagneten gibt es eine Temperatur (dies wird „Curie-Punkt“ genannt), bei der die Bindungen zwischen Atomen in den Domänen zerstört werden. In diesem Fall verwandelt sich der Ferromagnet in einen Paramagneten und es kommt zur Entmagnetisierung. Beispielsweise liegt der Curie-Punkt für Eisen bei 770 °C.