Magnétique

Toutes les substances dans un champ magnétique sont magnétisées (un champ magnétique interne y apparaît). Selon l'ampleur et la direction du champ interne, les substances sont divisées en :

1) matériaux diamagnétiques,

2) matériaux paramagnétiques,

3) ferromagnétiques.

La magnétisation d'une substance est caractérisée par sa perméabilité magnétique,

L'induction magnétique dans la matière,

Induction magnétique sous vide.

Tout atome peut être caractérisé par un moment magnétique .

L'intensité du courant dans le circuit, - la surface du circuit, - le vecteur normal à la surface du circuit.

Le microcourant d'un atome est créé par le mouvement des électrons négatifs en orbite et autour de son propre axe, ainsi que par la rotation du noyau positif autour de son propre axe.

1. Diamants.

Quand il n'y a pas de champ extérieur, dans les atomes matériaux diamagnétiques les courants des électrons et des noyaux sont compensés. Le microcourant total d'un atome et son moment magnétique sont égaux à zéro.

Dans un champ magnétique externe, des courants élémentaires non nuls sont induits (induits) dans les atomes. Les moments magnétiques des atomes sont orientés dans la direction opposée.

Un petit champ propre est créé, dirigé à l'opposé du champ extérieur, l'affaiblissant.

En matériaux diamagnétiques.

Parce que< , то для диамагнетиков 1.

2. Paramagnétiques

DANS para-aimants les microcourants des atomes et leurs moments magnétiques ne sont pas égaux à zéro.

Sans champ extérieur, ces microcourants sont localisés de manière chaotique.

Dans un champ magnétique externe, les microcourants d'atomes paramagnétiques sont orientés le long du champ, l'améliorant.

Dans un matériau paramagnétique, l'induction magnétique = + dépasse légèrement .

Pour les para-aimants, 1. Pour les dia- et para-aimants, nous pouvons supposer 1.

Tableau 1. Perméabilité magnétique des matériaux para- et diamagnétiques.

La magnétisation des matériaux paramagnétiques dépend de la température, car Le mouvement thermique des atomes empêche la disposition ordonnée des microcourants.

La plupart des substances naturelles sont paramagnétiques.

Le champ magnétique intrinsèque des dia- et para-aimants est insignifiant et est détruit si la substance est éloignée du champ extérieur (les atomes reviennent à leur état d'origine, la substance est démagnétisée).

3. Ferromagnétiques

Perméabilité magnétique ferromagnétiques atteint des centaines de milliers et dépend de l'ampleur du champ magnétisant ( substances hautement magnétiques).

Ferromagnétiques : fer, acier, nickel, cobalt, leurs alliages et composés.

Dans les ferromagnétiques, il existe des régions d’aimantation spontanée (« domaines ») dans lesquelles tous les microcourants atomiques sont orientés de la même manière. La taille du domaine atteint 0,1 mm.

En l'absence de champ externe, les moments magnétiques des domaines individuels sont orientés et compensés de manière aléatoire. Dans un champ externe, les domaines dans lesquels les microcourants renforcent le champ externe augmentent leur taille aux dépens des domaines voisins. Le champ magnétique résultant = + dans les ferromagnétiques est beaucoup plus fort que celui des matériaux para- et diamagnétiques.

Les domaines contenant des milliards d’atomes sont inertes et ne reviennent pas rapidement à leur état désordonné d’origine. Par conséquent, si un ferromagnétique est retiré du champ externe, son propre champ subsiste pendant longtemps.

L'aimant se démagnétise lors d'un stockage à long terme (avec le temps, les domaines reviennent à un état chaotique).

Une autre méthode de démagnétisation est le chauffage. Pour chaque ferromagnétique, il existe une température (appelée « point de Curie ») à laquelle les liaisons entre les atomes des domaines sont détruites. Dans ce cas, le ferromagnétique se transforme en para-aimant et une démagnétisation se produit. Par exemple, le point Curie du fer est de 770°C.

De nombreuses expériences indiquent que toutes les substances placées dans un champ magnétique sont magnétisées et créent leur propre champ magnétique, dont l'action s'ajoute à l'action du champ magnétique externe. champ magnétique:

$$\boldsymbol(\vec(B)=(\vec(B))_(0)+(\vec(B))_(1))$$

où $\boldsymbol(\vec(B))$ est l'induction du champ magnétique dans la substance ; $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - induction magnétique du champ dans le vide, $\boldsymbol((\vec(B))_(1))$ - induction magnétique du champ résultant en raison de la magnétisation de la matière. Dans ce cas, la substance peut soit renforcer, soit affaiblir le champ magnétique. L'influence d'une substance sur un champ magnétique externe est caractérisée par l'ampleur μ , qui est appelée perméabilité magnétique d'une substance

$$ \boldsymbol(\mu =\frac(B)((B)_(0)))$$

• Perméabilité magnétique est une quantité scalaire physique qui montre combien de fois l'induction du champ magnétique dans une substance donnée diffère de l'induction du champ magnétique dans le vide.

Toutes les substances sont constituées de molécules, les molécules sont constituées d'atomes. Les couches électroniques des atomes peuvent être conventionnellement considérées comme constituées de courants électriques circulaires formés par des électrons en mouvement. Les courants électriques circulaires dans les atomes doivent créer leurs propres champs magnétiques. Les courants électriques doivent être affectés par un champ magnétique externe, de sorte que l'on peut s'attendre soit à une augmentation du champ magnétique lorsque les champs magnétiques atomiques sont alignés avec le champ magnétique externe, soit à un affaiblissement lorsqu'ils sont dans la direction opposée.
Hypothèse sur existence de champs magnétiques dans les atomes et la possibilité de modifier le champ magnétique dans la matière est tout à fait vraie. Tous substances par l'action d'un champ magnétique externe sur elles peut être divisé en trois groupes principaux : diamagnétique, paramagnétique et ferromagnétique.

Diamagnets sont appelés substances dans lesquelles le champ magnétique externe est affaibli. Cela signifie que les champs magnétiques des atomes de telles substances dans un champ magnétique externe sont dirigés à l'opposé du champ magnétique externe (µ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает perméabilité magnétique µ = 0,999826.

Comprendre la nature du diamagnétisme considérons le mouvement d'un électron qui vole à une vitesse v dans un champ magnétique uniforme perpendiculaire au vecteur DANS champ magnétique.

Sous l'influence Forces de Lorentz l'électron se déplacera en cercle, le sens de sa rotation est déterminé par la direction du vecteur force de Lorentz. Le courant circulaire qui en résulte crée son propre champ magnétique DANS" . C'est un champ magnétique DANS" dirigé à l'opposé du champ magnétique DANS. Par conséquent, toute substance contenant des particules chargées en mouvement libre doit avoir des propriétés diamagnétiques.
Bien que les électrons dans les atomes d'une substance ne soient pas libres, la modification de leur mouvement à l'intérieur des atomes sous l'influence d'un champ magnétique externe s'avère être équivalente au mouvement circulaire des électrons libres. Par conséquent, toute substance présente dans un champ magnétique possède nécessairement des propriétés diamagnétiques.
Cependant, les effets diamagnétiques sont très faibles et ne se retrouvent que dans les substances dont les atomes ou molécules ne possèdent pas leur propre champ magnétique. Des exemples de matériaux diamagnétiques sont le plomb, le zinc, le bismuth (μ = 0,9998).

La première explication des raisons pour lesquelles les corps ont des propriétés magnétiques a été donnée par Henri Ampère (1820). Selon son hypothèse, des courants électriques élémentaires circulent à l'intérieur des molécules et des atomes, qui déterminent les propriétés magnétiques de toute substance.

Examinons plus en détail les raisons du magnétisme des atomes :

Prenons une substance solide. Son aimantation est liée aux propriétés magnétiques des particules (molécules et atomes) qui le composent. Considérons quels circuits de courant sont possibles au niveau micro. Le magnétisme des atomes est dû à deux raisons principales :

1) le mouvement des électrons autour du noyau sur des orbites fermées ( moment magnétique orbital) (Fig. 1);

Riz. 2

2) la rotation intrinsèque (spin) des électrons ( moment magnétique de rotation) (Fig.2).

Pour les curieux. Le moment magnétique du circuit est égal au produit du courant dans le circuit et de la surface couverte par le circuit. Sa direction coïncide avec la direction du vecteur induction du champ magnétique au milieu du circuit porteur de courant.

Étant donné que les plans orbitaux des différents électrons d'un atome ne coïncident pas, les vecteurs d'induction de champ magnétique créés par eux (moments magnétiques orbitaux et de spin) sont dirigés selon des angles différents les uns par rapport aux autres. Le vecteur d'induction résultant d'un atome multiélectronique est égal à la somme vectorielle des vecteurs d'induction de champ créés par des électrons individuels. Les atomes dont la couche électronique est partiellement remplie ont des champs non compensés. Dans les atomes dont les couches électroniques sont remplies, le vecteur d’induction résultant est 0.

Dans tous les cas, la modification du champ magnétique est provoquée par l'apparition de courants de magnétisation (le phénomène s'observe induction électromagnétique). Autrement dit, le principe de superposition du champ magnétique reste valable : le champ à l'intérieur de l'aimant est une superposition du champ extérieur $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ et du champ $\boldsymbol (\vec(B"))$ de courants magnétisants je" , qui surviennent sous l’influence d’un champ externe. Si le champ des courants de magnétisation est dirigé de la même manière que le champ externe, alors l'induction du champ total sera supérieure au champ externe (Fig. 3, a) - dans ce cas, nous disons que la substance amplifie le champ ; si le champ des courants de magnétisation est dirigé à l'opposé du champ externe, alors le champ total sera inférieur au champ externe (Fig. 3, b) - c'est dans ce sens qu'on dit que la substance affaiblit le champ magnétique.

Riz. 3

DANS matériaux diamagnétiques les molécules n'ont pas leur propre champ magnétique. Sous l'influence d'un champ magnétique externe dans les atomes et les molécules, le champ des courants de magnétisation est dirigé à l'opposé du champ externe, donc le module du vecteur d'induction magnétique $ \boldsymbol(\vec(B))$ du champ résultant sera être inférieur au module du vecteur d'induction magnétique $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ champ extérieur.

Les substances dans lesquelles le champ magnétique externe est renforcé à la suite de l'ajout des coques électroniques des atomes de la substance aux champs magnétiques en raison de l'orientation des champs magnétiques atomiques dans la direction du champ magnétique externe sont appelées paramagnétique(µ > 1).

Para-aimants améliorent très faiblement le champ magnétique externe. La perméabilité magnétique des matériaux paramagnétiques ne diffère de l'unité que d'une fraction de pour cent. Par exemple, la perméabilité magnétique du platine est de 1,00036. En raison des très faibles valeurs de perméabilité magnétique des matériaux paramagnétiques et diamagnétiques, leur influence sur un champ extérieur ou l'effet d'un champ extérieur sur les corps paramagnétiques ou diamagnétiques est très difficile à détecter. Par conséquent, dans la pratique quotidienne ordinaire, en technologie, les substances paramagnétiques et diamagnétiques sont considérées comme non magnétiques, c'est-à-dire les substances qui ne modifient pas le champ magnétique et ne sont pas affectées par le champ magnétique. Des exemples de matériaux paramagnétiques sont le sodium, l'oxygène, l'aluminium (μ = 1,00023).

DANS para-aimants les molécules ont leur propre champ magnétique. En l'absence de champ magnétique externe, en raison du mouvement thermique, les vecteurs d'induction des champs magnétiques des atomes et des molécules sont orientés de manière aléatoire, leur magnétisation moyenne est donc nulle (Fig. 4, a). Lorsqu’un champ magnétique externe est appliqué aux atomes et aux molécules, un moment de force commence à agir, tendant à les faire tourner de manière à ce que leurs champs soient orientés parallèlement au champ externe. L'orientation des molécules paramagnétiques conduit au fait que la substance est magnétisée (Fig. 4, b).

Riz. 4

L'orientation complète des molécules dans un champ magnétique est empêchée par leur mouvement thermique, c'est pourquoi la perméabilité magnétique des matériaux paramagnétiques dépend de la température. Il est évident qu’avec l’augmentation de la température, la perméabilité magnétique des matériaux paramagnétiques diminue.

Ferromagnétiques

Les substances qui renforcent considérablement un champ magnétique externe sont appelées ferromagnétiques(nickel, fer, cobalt, etc.). Des exemples de ferromagnétiques sont le cobalt, le nickel, le fer (μ atteint une valeur de 8·10 3).

Le nom même de cette classe de matériaux magnétiques vient du nom latin du fer – Ferrum. La principale caractéristique de ces substances est la capacité de maintenir la magnétisation en l'absence de champ magnétique externe ; tous les aimants permanents appartiennent à la classe des ferromagnétiques. Outre le fer, ses « voisins » du tableau périodique – le cobalt et le nickel – possèdent des propriétés ferromagnétiques. Les ferromagnétiques trouvent large utilisation pratique en science et technologie, un nombre important d'alliages dotés de diverses propriétés ferromagnétiques ont été développés.

Tous les exemples donnés de ferromagnétiques font référence à des métaux du groupe de transition, dont la couche électronique contient plusieurs électrons non appariés, ce qui conduit au fait que ces atomes possèdent leur propre champ magnétique important. À l'état cristallin, en raison de l'interaction entre les atomes des cristaux, des zones d'aimantation spontanée - des domaines - apparaissent. Les dimensions de ces domaines sont des dixièmes et des centièmes de millimètre (10 -4 − 10 -5 m), ce qui dépasse largement la taille d'un atome individuel (10 -9 m). Au sein d'un domaine, les champs magnétiques des atomes sont orientés strictement parallèlement, l'orientation des champs magnétiques des autres domaines en l'absence de champ magnétique externe change arbitrairement (Fig. 5).

Riz. 5

Ainsi, même dans un état non magnétisé, de puissants champs magnétiques existent à l'intérieur d'un ferromagnétique, dont l'orientation change de manière aléatoire et chaotique lors du passage d'un domaine à un autre. Si les dimensions d'un corps dépassent considérablement les dimensions des domaines individuels, alors le champ magnétique moyen créé par les domaines de ce corps est pratiquement absent.

Si vous placez un ferromagnétique dans un champ magnétique externe B 0 , alors les moments magnétiques des domaines commencent à se réorganiser. Cependant, la rotation spatiale mécanique des sections de la substance ne se produit pas. Le processus d'inversion de la magnétisation est associé à un changement dans le mouvement des électrons, mais pas à un changement dans la position des atomes aux nœuds. réseau cristallin. Les domaines qui ont l'orientation la plus favorable par rapport à la direction du champ augmentent leur taille aux dépens des domaines voisins « mal orientés », les absorbant. Dans ce cas, le champ dans la substance augmente de manière assez significative.

Propriétés des ferromagnétiques

1) les propriétés ferromagnétiques d'une substance n'apparaissent que lorsque la substance correspondante est localisée V état cristallin ;

2) les propriétés magnétiques des ferromagnétiques dépendent fortement de la température, puisque l'orientation des champs magnétiques des domaines est empêchée par le mouvement thermique. Pour chaque ferromagnétique, il existe une certaine température à laquelle la structure du domaine est complètement détruite et le ferromagnétique se transforme en para-aimant. Cette valeur de température est appelée pointe Curie . Ainsi, pour le fer pur, la température de Curie est d'environ 900°C ;

3) les ferromagnétiques sont magnétisés jusqu'à saturation dans des champs magnétiques faibles. La figure 6 montre comment le module d'induction du champ magnétique change B en acier avec changement de champ extérieur B 0 :

Riz. 6

4) la perméabilité magnétique d'un ferromagnétique dépend du champ magnétique externe (Fig. 7).

Riz. 7

Cela s'explique par le fait qu'au départ, avec une augmentation B 0 induction magnétique B devient plus fort, et donc μ augmentera. Alors, à la valeur de l'induction magnétique B"0 la saturation se produit (μ à ce moment est maximum) et avec une nouvelle augmentation B 0 induction magnétique B1 dans la substance cesse de changer et la perméabilité magnétique diminue (tend vers 1) :

$$\boldsymbol(\mu = \frac B(B_0) = \frac (B_0 + B_1)(B_0) = 1 + \frac (B_1)(B_0);) $$

5) les ferromagnétiques présentent une magnétisation résiduelle. Si, par exemple, une tige ferromagnétique est placée dans un solénoïde traversé par un courant et magnétisée jusqu'à saturation (point UN) (Fig. 8), puis réduisez le courant dans le solénoïde, et avec lui B 0 , alors vous pouvez remarquer que l'induction de champ dans la tige pendant le processus de sa démagnétisation reste toujours plus grande que pendant le processus de magnétisation. Quand B 0 = 0 (le courant dans le solénoïde est coupé), l'induction sera égale à B r (induction résiduelle). La tige peut être retirée du solénoïde et utilisée comme aimant permanent. Pour enfin démagnétiser la tige, vous devez faire passer un courant dans le sens opposé à travers le solénoïde, c'est-à-dire appliquer un champ magnétique externe avec la direction opposée au vecteur induction. En augmentant maintenant le module d'induction de ce champ à Boc , démagnétiser la tige ( B = 0).

• Module Boc l'induction d'un champ magnétique qui démagnétise un ferromagnétique magnétisé est appelée force coercitive .

Riz. 8

Avec une nouvelle augmentation B 0 vous pouvez magnétiser la tige jusqu'à saturation (point UN" ).

Réduire maintenant B 0 à zéro, on obtient à nouveau un aimant permanent, mais avec induction –B r (direction opposée). Pour démagnétiser à nouveau la tige, le courant dans le sens d'origine doit être réactivé dans le solénoïde, et la tige se démagnétisera lorsque l'induction B 0 deviendra égal Boc . Continuer à augmenter je B 0 , magnétiser à nouveau la tige jusqu'à saturation (point UN ).

Ainsi, lors de la magnétisation et de la démagnétisation d'un ferromagnétique, l'induction B est à la traîne B 0. Ce décalage est appelé le phénomène d'hystérésis . La courbe représentée sur la figure 8 est appelée boucle d'hystérésis .

Hystérèse (grec ὑστέρησις - « en retard ») - une propriété des systèmes qui ne suivent pas immédiatement les forces appliquées.

La forme de la courbe de magnétisation (boucle d'hystérésis) diffère considérablement selon les différents matériaux ferromagnétiques, qui ont trouvé une très large application dans les domaines scientifiques et scientifiques. applications techniques. Quelques matériaux magnétiques avoir une large boucle avec des valeurs élevées d'aimantation résiduelle et de force coercitive, on les appelle magnétiquement dur et sont utilisés pour fabriquer des aimants permanents. D'autres alliages ferromagnétiques se caractérisent par de faibles valeurs de force coercitive ; ces matériaux sont facilement magnétisés et remagnétisés même dans des champs faibles. De tels matériaux sont appelés magnétiquement doux et sont utilisés dans divers appareils électriques - relais, transformateurs, circuits magnétiques, etc.

Littérature

1. Aksenovich L. A. Physique à lycée: Théorie. Tâches. Tests : Manuel. allocation pour les établissements dispensant un enseignement général. environnement, éducation / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino ; Éd. KS Farino. - Mn. : Adukatsiya i viakhavanne, 2004. - P.330-335.
2. Zhilko, V.V. Physique : manuel. allocation pour la 11e année. enseignement général école du russe langue formation / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L. G. Markovitch. - Mn. : Nar. Asveta, 2002. - pages 291-297.
3. Slobodyanyuk A.I. Physique 10. §13 Interaction d'un champ magnétique avec la matière

Remarques

1. Nous considérons la direction du vecteur induction du champ magnétique uniquement au milieu du circuit.

Le moment magnétique est la principale grandeur vectorielle caractérisant les propriétés magnétiques d'une substance. Puisque la source du magnétisme est un courant fermé, la valeur du moment magnétique M est défini comme le produit du courant jeà la zone couverte par le circuit actuel S :

M = je × S A × m 2 .

Ils ont des moments magnétiques coques électroniques atomes et molécules. Électrons et autres particules élémentaires ont un moment magnétique de spin, déterminé par l'existence de leur propre moment mécanique - le spin. Le moment magnétique de spin d'un électron peut être orienté dans un champ magnétique externe de telle manière que seules deux projections égales et de direction opposée du moment sur la direction du vecteur d'intensité du champ magnétique sont possibles, égales Magnéton de Bohr– 9,274×10 -24 A×m2 .

1. Définir la notion de « magnétisation » d’une substance.

Magnétisation – J- est le moment magnétique total par unité de volume d'une substance :

1. Définir la notion de « susceptibilité magnétique ».

Susceptibilité magnétique d'une substance, א v- le rapport entre la magnétisation d'une substance et l'intensité du champ magnétique par unité de volume :

אv = , quantité sans dimension.

Susceptibilité magnétique spécifique, א – le rapport entre la susceptibilité magnétique et la densité d'une substance, c'est-à-dire susceptibilité magnétique d'une unité de masse, mesurée en m 3 /kg.

1. Définir la notion de « perméabilité magnétique ».

Perméabilité magnétique, μ – Ce quantité physique, caractérisant le changement de l'induction magnétique lorsqu'il est exposé à un champ magnétique . Pour les milieux isotropes, la perméabilité magnétique est égale au rapport d'induction dans le milieu DANSà l'intensité du champ magnétique externe N et à la constante magnétique μ 0 :

La perméabilité magnétique est une quantité sans dimension. Sa valeur pour un milieu spécifique est supérieure de 1 à la susceptibilité magnétique de ce même milieu :

μ = אv+1, puisque B = μ 0 (H + J).

1. Donner une classification des matériaux basée sur leurs propriétés magnétiques.

Sur la base de leur structure magnétique et de leurs valeurs de perméabilité magnétique (susceptibilité), les matériaux sont divisés en :

Diamagnets μ< 1 (le matériau « résiste » au champ magnétique) ;

Para-aimants µ > 1(le matériau perçoit faiblement un champ magnétique) ;

Ferromagnétiques µ >> 1(le champ magnétique dans le matériau augmente) ;

Ferriaimants µ >> 1(le champ magnétique dans le matériau augmente, mais la structure magnétique du matériau diffère de la structure des ferromagnétiques) ;

Antiferromagnétiques µ ≈ 1(le matériau réagit faiblement à un champ magnétique, bien que sa structure magnétique soit similaire aux ferriaimants).

1. Décrire la nature du diamagnétisme.

Le diamagnétisme est la propriété d'une substance d'être magnétisée dans la direction du champ magnétique externe agissant sur elle (conformément à la loi de l'induction électromagnétique et à la règle de Lenz). Le diamagnétisme est caractéristique de toutes les substances, mais dans « forme pure« Cela se manifeste dans les matériaux diamagnétiques. Les diamagnétiques sont des substances dont les molécules n'ont pas de moments magnétiques propres (leur moment magnétique total est nul), elles n'ont donc pas d'autres propriétés que le diamagnétisme. Exemples de matériaux diamagnétiques :

Hydrogène, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

L'eau, א = - 0,7×10 -9 m 3 /kg.

Diamant, א = - 0,5×10 -9 m 3 /kg.

Graphite, et = - 3×10 -9 m 3 /kg.

Cuivre, א = - 0,09×10 -9 m 3 /kg.

Zinc, et = - 0,17×10 -9 m 3 /kg.

Argent, א = - 0,18×10 -9 m 3 /kg.

Or, א = - 0,14×10 -9 m 3 /kg.

43. Décrire la nature du paramagnétisme.

Le paramagnétisme est une propriété de substances appelées paramagnétiques qui, lorsqu'elles sont placées dans un champ magnétique externe, acquièrent un moment magnétique qui coïncide avec la direction de ce champ. Les atomes et molécules des matériaux paramagnétiques, contrairement aux matériaux diamagnétiques, ont leurs propres moments magnétiques. En l’absence de champ, l’orientation de ces moments est chaotique (en raison du mouvement thermique) et le moment magnétique total de la substance est nul. Lorsqu'un champ externe est appliqué, les moments magnétiques des particules sont partiellement orientés dans la direction du champ et la magnétisation J s'ajoute à l'intensité du champ externe H : B = μ 0 (H + J). L'induction dans la substance augmente. Exemples de matériaux paramagnétiques :

Oxygène, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

Titan, א = 3×10 -9 m 3 /kg.

Aluminium, א = 0,6×10 -9 m 3 /kg.

Platine, א = 0,97×10 -9 m 3 /kg.

44.Décrire la nature du ferromagnétisme.

Le ferromagnétisme est un état magnétiquement ordonné d'une substance dans lequel tous les moments magnétiques des atomes dans un certain volume de la substance (domaine) sont parallèles, ce qui provoque une magnétisation spontanée du domaine. L'apparition de l'ordre magnétique est associée à l'interaction d'échange d'électrons, qui est de nature électrostatique (loi de Coulomb). En l'absence de champ magnétique externe, l'orientation des moments magnétiques de divers domaines peut être arbitraire et le volume de matière considéré peut avoir une magnétisation globalement faible ou nulle. Lorsqu'un champ magnétique est appliqué, les moments magnétiques des domaines sont orientés le long du champ, plus l'intensité du champ est grande. Dans ce cas, la valeur de la perméabilité magnétique du ferromagnétique change et l'induction dans la substance augmente. Exemples de ferromagnétiques :

Fer, nickel, cobalt, gadolinium

et les alliages de ces métaux entre eux et avec d'autres métaux (Al, Au, Cr, Si, etc.). μ ≈ 100…100000.

45. Décrire la nature du ferrimagnétisme.

Le fermagnétisme est un état magnétiquement ordonné de la matière dans lequel les moments magnétiques d'atomes ou d'ions forment dans un certain volume de matière (domaine) des sous-réseaux magnétiques d'atomes ou d'ions avec des moments magnétiques totaux inégaux les uns aux autres et dirigés de manière antiparallèle. Le ferromagnétisme peut être considéré comme le cas le plus général d'un état magnétiquement ordonné, et le ferromagnétisme comme le cas d'un seul sous-réseau. La composition des ferrimagnétiques comprend nécessairement des atomes ferromagnétiques. Exemples de ferrimagnétiques :

Fe 3 O 4 ; MgFe2O4 ; CuFe2O4; MnFe2O4; NiFe2O4 ; CoFe2O4...

La perméabilité magnétique des ferrimagnétiques est du même ordre que celle des ferromagnétiques : μ ≈ 100…100000.

46.Décrire la nature de l'antiferromagnétisme.

L'antiferromagnétisme est un état magnétiquement ordonné d'une substance, caractérisé par le fait que les moments magnétiques des particules voisines de la substance sont orientés de manière antiparallèle et qu'en l'absence de champ magnétique externe, la magnétisation totale de la substance est nulle. En ce qui concerne sa structure magnétique, un antiferromagnétique peut être considéré comme un cas particulier de ferrimagnétique, dans lequel les moments magnétiques des sous-réseaux sont égaux en amplitude et antiparallèles. La perméabilité magnétique des antiferromagnétiques est proche de 1. Exemples d'antiferromagnétiques :

Cr2O3; manganèse; FeSi; Fe 2 O 3; NiO……… μ ≈ 1.

47.Quelle est la valeur de la perméabilité magnétique pour les matériaux dans un état supraconducteur ?

Les supraconducteurs en dessous de la température de superjonction sont des dia-aimants idéaux :

א= - 1; μ = 0.

Le flux magnétique total pénétrant dans toutes les spires est appelé liaison de flux du circuit.

Si tous les tours sont identiques, alors le flux magnétique total, c'est-à-dire liaison de flux:

Où
- flux magnétique sur un tour ; - nombre de tours. Par conséquent, la liaison de flux du solénoïde, par exemple pendant l'induction DANS=0,2 T, nombre de tours de solénoïde
et section transversale de la fenêtre solénoïde
dm 2 sera Wb.

Perméabilité magnétique absolue mesuré en unités "Henry au compteur"
.

Perméabilité magnétique vide dans le système d'unités SI est pris égal à
Gn/m.

Attitude
perméabilité magnétique absolue à la perméabilité magnétique du vide appelée perméabilité magnétique relative .

Selon la valeur  tous les matériaux sont divisés en trois groupes :

Si des substances diamagnétiques et paramagnétiques sont placées dans un champ magnétique uniforme, alors dans un champ diamagnétique, le champ sera affaibli et dans un champ paramagnétique, il sera renforcé. Cela s'explique par le fait que dans une substance diamagnétique les champs de courants élémentaires sont dirigés vers le champ extérieur, et dans une substance paramagnétique - selon lui.

Dans le tableau Le tableau 1 montre la perméabilité magnétique relative de certains matériaux. On peut voir que les valeurs de la perméabilité magnétique relative des matériaux diamagnétiques et paramagnétiques diffèrent très peu de l'unité, donc pour la pratique, leur perméabilité magnétique est considérée comme égale à l'unité.

Dimension de l'intensité du champ N(Tableau 2):

.

1 A/min - c'est la force d'un tel champ magnétique dont l'induction dans le vide est égale à
Tél.

Tableau 1. Perméabilité magnétique relative de certains matériaux

Paramagnétique		Diamagnétique		Ferromagnétique
				Acier Armco
				Permalloy
Aluminium
				Acier électrique
Manganèse
Palladium

Parfois, l'intensité du champ est également mesurée en

"Oerstedach" (E),

"ampères par centimètre" (A/cm),

"kiloampères par mètre" (kA/m).

La relation entre ces quantités est la suivante :

1 A/cm = 100 A/m ; 1 E = 0,796 A/cm ; 1 kA/m = 10 A/cm ;

1 A/cm = 0,1 kA/m ; 1 E = 79,6 A/cm ; 1 kA/m = 12,56 Oe ;

1 A/cm = 1,256 Oe ; 1 E = 0,0796 kA/cm ; 1 kA/m = 1 000 A/m.

Il est intéressant de connaître l’intensité de certains champs magnétiques.

L'intensité du champ terrestre dans la région de Moscou est de 0,358 A/cm.

L'intensité du champ pour les pièces magnétisées en acier de construction est de 100...200 A/cm,

aux pôles d'un aimant permanent - 1000...2000 A/cm.

Parfois, ils utilisent ce qu'on appelle moment magnétique
circuit actuel . Il est égal au produit de l'intensité du courant Vers la place , limité par le contour
(Fig. 4).

Lorsqu’un aimant est divisé en parties, chaque partie est un aimant à deux pôles. Ceci peut être vu sur la Fig. 5. Selon le tableau. 2 on peut définir qu'une unité de moment magnétique est égale à 1
m2 = 1
. Cette unité s’appelle l’ampère mètre carré. Un ampère mètre carré est le moment magnétique d'un circuit parcouru par un courant de 1 A et qui limite une surface égale à 1 m 2.

Riz. 4. Circuit (1) avec courant ; Riz. 5. Diviser un aimant permanent en plusieurs parties.

2 - source actuelle :

- moment magnétique ;

- l'intensité du champ.

Tableau 2. Unités de mesure de base et dérivées du système SI utilisées dans les essais non destructifs

Unités SI de base
Ordre de grandeur		Dimension
				Nom		désignation
						russe		international
				kilogramme
Forcer courant électrique
Quantité de substance
Le pouvoir de la lumière
Unités SI dérivées avec leurs propres noms
Ordre de grandeur
	Nom		désignation				Ampleur d'une unité dérivée à travers les unités de base SI
					international
Pression
Pouvoir
Flux d'induction magnétique
Induction magnétique
Inductance
Quantité d'électricité
Tension électrique
Capacité électrique
Résistance électrique
Conductivité électrique
Flux lumineux
Activité des radionucléides	becquerel
Dose de rayonnement absorbée
Dose de rayonnement équivalente

Moment magnétique électroniqueéquivaut à

, parce que
, UN
,
.

Relativement récemment, l'interaction des pôles des aimants s'explique par la présence d'une substance spéciale - le magnétisme. Avec le développement de la science, il a été démontré qu’aucune substance n’existe. La source des champs magnétiques sont les courants électriques. Par conséquent, lors de la division d'un aimant permanent en chaque pièce, les courants électroniques créent un champ magnétique (Fig. 5). La charge magnétique est considérée uniquement commeune quantité mathématique qui n'a pas de valeur physiquecontenu ique.

L'unité de charge magnétique peut être obtenue par la formule :

,
,

Où - le travail de faire passer un pôle magnétique autour d'un conducteur avec du courant .

Une unité conventionnelle de charge magnétique sera
.

Dans le système gaussien, une unité de charge magnétique est considérée comme la quantité qui agit sur une charge magnétique égale à une distance de 1 cm dans le vide avec une force égale à 1 dyne.

La capacité des matériaux à être magnétisés s'explique par l'existence de courants dans ceux-ci :

rotation d'un électron autour du noyau d'un atome,

autour de ses propres axes (spin électronique) et

rotation des orbites électroniques (précession des orbites électroniques) (Fig. 6).

Le matériau ferromagnétique est constitué de petites régions (de dimensions linéaires d'environ 0,001 mm), dans lesquelles des courants élémentaires sont dirigés spontanément. Ces Les régions de magnétisation spontanée sont appelées domaines. Dans chaque domaine, un champ résultant de courants élémentaires est formé.

Dans un matériau démagnétisé, les champs magnétiques des domaines sont orientés de manière aléatoire et se compensent de sorte que le champ résultant dans la pièce est pratiquement égal à zéro.

Par conséquent influence externe les champs des zones individuelles (domaines) sont orientés dans la direction du champ externe et forment ainsi un champ puissant de la partie magnétisée.

Ainsi, magnétisation - c'est le degré de cozorientation fluide champs magnétiques de domaines métalliques, ou autre, c'est une induction créée par des courants élémentaires.

Puisque les courants élémentaires ont des moments magnétiques, la magnétisation est également définie comme le rapport du moment magnétique total d'un corps à son volume, soit :

.

Magnétisation mesuré en « ampères par mètre » (A/m).

Chargement alterné d'une structure métallique, par exemple dans des aubes de turbine fonctionnant en continu, dans des boulons, etc. pièces conduit à un certain ordonnancement du champ magnétique interne dans la zone de chargement, à l'apparition de traces de ce champ à la surface de la pièce. Ce phénomène permet d'estimer la durée de vie résiduelle et de déterminer les contraintes mécaniques.

Magnétisation la pièce testée dépend de l'intensité du champ
, agissant sur cette partie. Les propriétés ferromagnétiques d'un matériau dépendent également de la température. Pour chaque matériau ferromagnétique, il existe une température à laquelle les régions d'aimantation spontanée sous l'influence du mouvement thermique sont détruites et le matériau ferromagnétique devient paramagnétique. Cette température est appelée point de Curie. Le point de Curie du fer est de 753 0 C. Lorsque cette température descend en dessous de ce point, les propriétés magnétiques sont restaurées.

Riz. 6. Types de courants élémentaires :

a - mouvement de l'électron 1 autour du noyau 4 ;

b - rotation de l'électron autour de son axe ;

c - précession de l'orbite électronique ;

5 - orbite électronique ;

6 - plan d'orbite électronique ;

8 - trajectoire du mouvement précessionnel de l'orbite électronique.

Induction Le champ résultant de la pièce peut être déterminé à l'aide de la formule bien connue :

,

Où - la magnétisation, c'est-à-dire induction créée par des courants moléculaires ;
- l'intensité du champ externe. D’après la formule ci-dessus, il ressort clairement que l’induction dans une pièce représente la somme de deux composantes :
- déterminé par un champ externe
Et - l'aimantation, qui dépend aussi de
.

En figue. 7 montre les dépendances
, Et
matériau ferromagnétique de l'intensité du champ externe.

Riz. 7. Dépendance de l'induction magnétique et magnétisation du champ magnétisant
.

Courbe
montre qu'à des champs relativement faibles, la magnétisation augmente très rapidement (section a-b) . Puis la croissance ralentit (section b-c) . Poursuite de la croissance décroissant, courbe
se transforme en ligne droite c-d , ayant une légère inclinaison par rapport à l'axe horizontal
. Dans ce cas, la valeur
se rapproche progressivement de sa valeur limite
. Composant
varie proportionnellement à l'intensité du champ
. En figue. 7 cette dépendance est représentée par une droite o-e .

Pour obtenir la courbe d’induction magnétique sur le champ extérieur, il faut additionner les ordonnées correspondantes des courbes
Et
. Cette dépendance est représentée par la courbe
, appelée courbe de magnétisation initiale. Contrairement à la magnétisation, l'induction magnétique croît à mesure que la valeur augmente
, car après l'arrêt de la croissance de la magnétisation, la valeur
continue d'augmenter proportionnellement
.

L'inversion de la magnétisation d'une pièce se produit par une direction alternée ou changeant périodiquement par un champ constant.

En figue. La figure 8 montre la caractéristique magnétique complète de l'échantillon - la boucle d'hystrésis. A l'état initial, l'échantillon est démagnétisé. Le courant dans le bobinage augmente en ligne droite 0-8 . L'intensité du champ créé par ce courant varie en ligne droite 0-1. Dans ce cas, l'induction et magnétisation dans l'échantillon augmentera le long des courbes de magnétisation initiales 16 et 17 jusqu'aux points 16" et 17", correspondant à la saturation magnétique, dans laquelle tous les champs magnétiques des domaines sont dirigés le long du champ extérieur.

Lorsque le courant diminue en ligne droite 8-9 L'intensité du champ diminue de 1-0 (Fig. 8, a). Dans ce cas, l'induction et magnétisation changer la valeur .

À mesure que le courant augmente dans le sens négatif de 9 à 10, l'intensité du champ augmente également dans le sens négatif de 0 à 2. , remagnétiser l'échantillon.

Au point 6 induction
, parce que
, ceux.
. Intensité de champ correspondant au point 6 , appelée force coercitive
par induction.

À ce point 4 magnétisation
, UN
.

L'intensité de champ correspondant au point 4 est appelée force coercitive N si par magnétisation. Lors des tests magnétiques, la force coercitive est calculée
.

Avec une nouvelle augmentation de l'intensité du champ jusqu'au point 2, l'induction et magnétisation atteindre les plus grandes valeurs négatives
Et
(points 16" et 17"), correspondant à la saturation magnétique
échantillon. Lorsque le courant diminue en ligne droite 10-11 induction et magnétisation prendra les valeurs correspondant
.

Ainsi, à la suite de changements dans le domaine externe
par 0-1, 1-0, 0-2, 2-0 (Fig. 8), et l'état magnétique de l'échantillon change le long d'une courbe fermée - une boucle d'hystérésis magnétique.

Riz. 8. Dépendance à l'induction et magnétisation de tension
(a), changement de courant dans l'enroulement magnétisant (b).

Les caractéristiques suivantes utilisées dans les tests magnétiques sont déterminées à partir de la boucle d'hystérésis magnétique :

N T - l'intensité maximale du champ magnétique à laquelle l'échantillon est saturé ;

DANS r - induction résiduelle dans l'échantillon après suppression du champ ;

N Avec - la force coercitive est l'intensité du champ magnétique qu'il faut appliquer à l'encontre de l'aimantation de l'échantillon afin de le démagnétiser complètement ;

DANS T - induction de saturation technique. Il est généralement admis DANS T = 0,95 B maximum, Où B maximum- induction de saturation théoriquement possible de l'aimantation initiale.

Si un corps ferromagnétique est exposé à des champs de même signe, alors la boucle d'hystérésis, dans ce cas asymétrique par rapport à l'origine, est dite partielle (Fig. 9).

Il existe des boucles d'hystérésis statiques et dynamiques.

Boucle d'hystérésis statique appelé une boucle obtenue en changeant lentement N, dans lequel l'effet des courants de Foucault peut être négligé.

Boucle d'hystérésis dynamique appelé boucle obtenue par changement périodique N avec une certaine vitesse finie à laquelle l'influence des courants de Foucault devient significative. Il en résulte qu'une boucle dynamique est beaucoup plus large qu'une boucle statique. À mesure que l’amplitude de la tension appliquée augmente, la largeur de la boucle d’hystérésis dynamique augmente.

En figue. 10 montre la dépendance
. À N=0 la perméabilité magnétique est égale à sa valeur initiale.

Riz. 9. Boucles d'hystérésis asymétriques 1-3 - boucles intermédiaires ; 4 - boucle limite ; 5 - courbe d'aimantation initiale.

Selon la courbe de magnétisation B(H) perméabilité magnétique absolue dans un champ donné N défini comme
, et relatif comme
.

La perméabilité différentielle est souvent évoquée :

.

Le premier d'entre eux est égal à la tangente de la pente de la droite 1, et le second est égal à la tangente de la pente de la tangente 2.

La force magnétomotrice (MF) est égale à F = Iw, produit du courant je dans le bobinage par son nombre de tours.

Le flux magnétique est égal à :

Où F - MMF, mesuré en ampères-tours ; je Épouser- longueur de la ligne médiane du circuit magnétique, m ; S - section transversale du circuit magnétique, m 2.

Ordre de grandeur
détermine la résistance magnétique R. m .

Riz. 10. Perméabilité magnétique , et induction DANS en fonction de l'intensité du champ
:
,
;
.

Le flux magnétique est directement proportionnel au courant je et inversement proportionnel à la résistance magnétique R. m . Disons que nous devons déterminer l'intensité du courant dans un enroulement toroïdal de 10 tours de câble pour magnétiser une bague de roulement à une induction de 1 Tesla.

En utilisant la formule Ф = F/ R. m , allons trouver:

Le motif de champ autour du conducteur est un cercle concentrique dont les centres sont sur l'axe du conducteur (Fig. 11).

Riz. 11. Image de la distribution de poudre (a) et de l'induction autour d'un conducteur porteur de courant (b)

La direction du champ autour du conducteur ou du solénoïde créé par les spires du câble peut être déterminée par la règle de la vrille.

Si vous placez le tire-bouchon le long de l'axe du conducteur et le faites tourner dans le sens des aiguilles d'une montre pour que son mouvement de translation coïncide avec le sens du courant dans le conducteur, alors le sens de rotation de la poignée du tire-bouchon indiquera la direction du champ.

Modification de l'intensité du champ N conducteur intérieur et extérieur 3 lorsqu'un courant continu le traverse à distance du point de mesure à l'axe du conducteur de rayon montré sur la fig. 12.

Figure 12. Répartition de l'intensité du champ H à l'intérieur (1) et à l'extérieur (2) d'un conducteur avec courant.

Comment voir que le champ sur l'axe du conducteur est nul, et à l'intérieur du conducteur (à > ) il évolue selon une loi linéaire :

,

et à l'extérieur (à > ) par hyperbole
, Où - distance de l'axe du conducteur au point de mesure, m ; - courant dans le conducteur, A.

Si l'intensité du champ est donnée H en un point situé à distance de l'axe du fil, alors pour obtenir cette tension l'intensité du courant est déterminée à l'aide de la formule :

,

Où H[Suis], [m].

Si un conducteur porteur de courant traverse une pièce creuse, par exemple une bague de roulement, puis, contrairement au cas précédent, l'induction dans la zone de la pièce ferromagnétique augmente fortement (Fig. 13).

Riz. 13- Induction lors de la magnétisation d'une pièce en faisant passer du courant à travers le conducteur central.

Le champ change par sections : 0-1 en droit N =0 ; 1-2 par la loi
; 2-3 par la loi
.

Induction magnétique B changements : dans la section 0-2 selon la loi
; dans les zones 2-3 ; 6-7 par la loi
.

Sauts d'induction DANS dans les zones 3-4 ; 5-6 en raison du ferromagnétisme de la pièce 8 (- rayon du conducteur ; - distance du centre du conducteur).

Supposons qu'une pièce creuse cylindrique soit aimantée par un conducteur central. Déterminer l'intensité du courant dans le conducteur pour obtenir l'induction DANS= 12,56 mT sur la surface intérieure d'une pièce de diamètre 80 mm.

L'intensité du courant dans le conducteur est déterminée par la formule :

Répartition du champ à l'intérieur et à l'extérieur de la partie creuse 4, magnétisé en y faisant passer un courant, comme le montre la Fig. 14. On voit que le champ à l'intérieur de la pièce a un rayon R. 1 est égal à zéro. Terrain sur place 1-2 (dans le matériau de la pièce) change conformément à la loi

et dans la section 2-3 - en droit
. Cette formule est utilisée pour déterminer l'intensité du champ sur la surface extérieure de la pièce ou à une certaine distance de celle-ci.

Riz. 14. Répartition sur le terrain Nà l'intérieur et à l'extérieur de la pièce.

Si un courant de 200,0 A traverse une pièce cylindrique d'un diamètre de 50 mm, il est nécessaire de déterminer l'intensité du champ en des points situés à une distance de 100 mm de la surface de la pièce. L'intensité du champ à une distance de 100 mm de la surface de la pièce est déterminée par la formule :

.

L’intensité du champ à la surface de la pièce sera :

.

En figue. La figure 15 montre un diagramme du champ magnétique autour et à l'intérieur du solénoïde. Il ressort également de la figure que les lignes de champ magnétique à l’intérieur du solénoïde sont dirigées le long de son axe longitudinal. Des pôles magnétiques sont formés au niveau des fenêtres de sortie du solénoïde N Et S.

L'intensité du champ au centre de l'axe au bord du solénoïde est déterminée à l'aide des formules données.

Intensité du champ au centre d'une bobine de rayon R. déterminé par la formule H = je/ R., A/m, où je- courant dans une spire du conducteur, A.

Si vous devez déterminer l'intensité du champ au centre d'un solénoïde connecté avec un courant de 200 A et le nombre de tours w = = -6, longueur 210 mm, diamètre 100 mm, alors l'intensité du champ sera :

.

Si le courant dans le solénoïde est de 200 A et que la longueur du solénoïde est de 400 mm, diamètre 100 mm, nombre de tours 8,
,
(voir Fig. 15), il est alors possible de calculer la tension en des points individuels du solénoïde.

La répartition de l'intensité du champ à l'intérieur du solénoïde est la suivante :

UN - au centre du solénoïde :

,

Où N- intensité de champ dans centre du solénoïde, A/cm ; je, Avec- longueur et rayon du solénoïde, cm ; w- nombre de tours;

b - sur l'axe du solénoïde :

,

Où je- longueur du solénoïde, cm ;

V - au bord du solénoïde :

,

Où je , Avec - longueur et rayon du solénoïde, cm ; w- nombre de tours.

Intensité du champ créé par le courant dans l'enroulement toroïdal :
, A/cm; je- courant, A ; je- longueur de la ligne médiane d'enroulement, cm ; w - nombre de tours. Dans cet exemple :

une tension N 1, au centre sur l'axe du solénoïde :

b) intensité de champ en un point UN 2 :

c) intensité du champ au bord du solénoïde - N 3:

Si le diamètre de la spire est de 160 mm avec un courant total de 180,0 A, alors l'intensité du champ au centre de la spire sera :

Riz. 15. Champ magnétique d'un solénoïde et répartition de la tension en son centre (a), sur l'axe (b) et en bord (c).

Détermination de la perméabilité magnétique d'une substance. Son rôle dans la description du champ magnétique

Si vous effectuez une expérience avec un solénoïde connecté à un galvanomètre balistique, alors lorsque le courant dans le solénoïde est activé, vous pouvez déterminer la valeur du flux magnétique F, qui sera proportionnelle à la déviation de l'aiguille du galvanomètre. Réalisons l'expérience deux fois et réglons le courant (I) dans le galvanomètre pour qu'il soit le même, mais dans la première expérience, le solénoïde sera sans noyau, et dans la deuxième expérience, avant d'allumer le courant, nous introduireons un noyau de fer dans le solénoïde. On découvre que dans la deuxième expérience, le flux magnétique est nettement plus élevé que dans la première (sans noyau). En répétant l'expérience avec des noyaux de différentes épaisseurs, il s'avère que le débit maximum est obtenu dans le cas où tout le solénoïde est rempli de fer, c'est-à-dire que l'enroulement est étroitement enroulé autour du noyau de fer. Vous pouvez mener une expérience avec différents noyaux. Le résultat est que :

où $Ф$ est le flux magnétique dans une bobine avec noyau, $Ф_0$ est le flux magnétique dans une bobine sans noyau. L'augmentation du flux magnétique lorsqu'un noyau est introduit dans le solénoïde s'explique par le fait qu'au flux magnétique qui crée le courant dans l'enroulement du solénoïde, a été ajouté un flux magnétique créé par un ensemble de courants moléculaires orientés en ampères. Sous l'influence d'un champ magnétique, les courants moléculaires s'orientent et leur moment magnétique total cesse d'être égal à zéro et un champ magnétique supplémentaire apparaît.

Définition

La quantité $\mu $, qui caractérise les propriétés magnétiques du milieu, est appelée perméabilité magnétique (ou perméabilité magnétique relative).

Il s'agit d'une caractéristique sans dimension d'une substance. Une augmentation du flux Ф de $\mu $ fois (1) signifie que l'induction magnétique $\overrightarrow(B)$ dans le noyau est le même nombre de fois supérieure que dans le vide avec le même courant dans le solénoïde. On peut donc écrire que :

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

où $(\overrightarrow(B))_0$ est l'induction du champ magnétique dans le vide.

Parallèlement à l'induction magnétique, qui est la principale caractéristique de force du champ, une quantité vectorielle auxiliaire est utilisée comme intensité du champ magnétique ($\overrightarrow(H)$), qui est liée à $\overrightarrow(B)$ par la relation suivante :

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

Si la formule (3) est appliquée à l’expérience avec noyau, on obtient qu’en l’absence de noyau :

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

où $\mu $=1. S'il y a un noyau, on obtient :

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

Mais puisque (2) est satisfait, il s’avère que :

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

Nous avons constaté que l’intensité du champ magnétique ne dépend pas du type de substance homogène qui remplit l’espace. La perméabilité magnétique de la plupart des substances est d'environ l'unité, à l'exception des ferromagnétiques.

Susceptibilité magnétique d'une substance

Habituellement, le vecteur d'aimantation ($\overrightarrow(J)$) est associé au vecteur d'intensité en chaque point de l'aimant :

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

où $\varkappa $ est la susceptibilité magnétique, une quantité sans dimension. Pour les substances non ferromagnétiques et dans les petits champs, $\varkappa $ ne dépend pas de la force et est une quantité scalaire. Dans les milieux anisotropes, $\varkappa $ est un tenseur et les directions $\overrightarrow(J)$ et $\overrightarrow(H)$ ne coïncident pas.

Relation entre susceptibilité magnétique et perméabilité magnétique

\[\overrightarrow(H)=\frac(\overrightarrow(B))((\mu )_0)-\overrightarrow(J)\left(8\right).\]

Remplaçons l'expression du vecteur d'aimantation (7) dans (8), et obtenons :

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

En exprimant la tension, on obtient :

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

En comparant les expressions (5) et (10), on obtient :

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

La susceptibilité magnétique peut être positive ou négative. De (11), il s'ensuit que la perméabilité magnétique peut être soit supérieure à l'unité, soit inférieure à celle-ci.

Exemple 1

Tâche : Calculer la magnétisation au centre d'une bobine circulaire de rayon R=0,1 m avec un courant d'intensité I=2A, si elle est immergée dans de l'oxygène liquide. La susceptibilité magnétique de l'oxygène liquide est égale à $\varkappa =3,4\cdot (10)^(-3).$

Comme base pour résoudre le problème, nous prendrons une expression qui reflète la relation entre l'intensité du champ magnétique et la magnétisation :

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

Trouvons le champ au centre de la bobine avec le courant, car nous devons calculer la magnétisation à ce stade.

Sélectionnons une section élémentaire sur le conducteur porteur de courant (Fig. 1), comme base pour résoudre le problème, nous utilisons la formule de la résistance de l'élément de bobine porteur de courant :

où $\ \overrightarrow(r)$ est le rayon vecteur tracé de l'élément courant jusqu'au point considéré, $\overrightarrow(dl)$ est l'élément du conducteur avec courant (la direction est spécifiée par la direction du courant ), $\vartheta$ est l'angle entre $ \overrightarrow(dl)$ et $\overrightarrow(r)$. Basé sur la fig. 1 $\vartheta=90()^\circ $, donc (1.1) sera simplifié, en plus, la distance du centre du cercle (le point où l'on recherche le champ magnétique) de l'élément conducteur avec courant est constant et égal au rayon de virage (R), on a donc :

Le vecteur d'intensité du champ magnétique résultant est dirigé le long de l'axe X, il peut être trouvé comme la somme des vecteurs individuels $\ \ \overrightarrow(dH),$ puisque tous les éléments actuels créent des champs magnétiques au centre du tour, dirigés le long du normale du virage. Ensuite, selon le principe de superposition, l'intensité totale du champ magnétique peut être obtenue en passant à l'intégrale :

En remplaçant (1.3) dans (1.4), on obtient :

Trouvons l'aimantation si nous substituons l'intensité de (1,5) à (1,1), nous obtenons :

Toutes les unités sont données dans le système SI, effectuons les calculs :

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

Exemple 2

Tâche : Calculer la fraction du champ magnétique total dans une tige de tungstène qui se trouve dans un champ magnétique externe uniforme, déterminé par les courants moléculaires. La perméabilité magnétique du tungstène est $\mu =1,0176.$

L'induction du champ magnétique ($B"$), qui représente les courants moléculaires, peut être trouvée comme :

où $J$ est la magnétisation. Elle est liée à l'intensité du champ magnétique par l'expression :

où la susceptibilité magnétique d'une substance peut être trouvée comme :

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

Par conséquent, nous trouvons le champ magnétique des courants moléculaires comme suit :

Le champ total dans la tige est calculé selon la formule :

Nous utilisons les expressions (2.4) et (2.5) pour trouver la relation recherchée :

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

Effectuons les calculs :

\[\frac(B")=\frac(1.0176-1)(1.0176)=0.0173.\]

Réponse :$\frac(B"))(B)=0,0173.$