Magnetism

Toate substanțele dintr-un câmp magnetic sunt magnetizate (în ele apare un câmp magnetic intern). În funcție de mărimea și direcția câmpului intern, substanțele sunt împărțite în:

1) Diamagneți,

2) paramagneți,

3) feromagneți.

Magnetizarea unei substanțe se caracterizează prin permeabilitatea magnetică,

Inducția magnetică în materie,

Inductie magnetica in vid.

Orice atom poate fi caracterizat printr-un moment magnetic .

Curentul din circuit, - aria circuitului, - vectorul normalului la suprafața circuitului.

Microcurentul unui atom este creat prin mișcarea electronilor negativi de-a lungul orbitei și în jurul propriei axe, precum și prin rotația nucleului pozitiv în jurul propriei axe.

1. Diamagneți.

Când nu există câmp extern, în atomi diamagneti curenții de electroni și nuclei sunt compensați. Microcurentul total al unui atom și momentul său magnetic sunt egale cu zero.

Într-un câmp magnetic extern, curenții elementari non-nuli sunt induși (induși) în atomi. În acest caz, momentele magnetice ale atomilor sunt orientate invers.

Se creează un mic câmp propriu, îndreptat opus celui exterior, și slăbindu-l.

in diamagneti.

Deoarece< , то для диамагнетиков 1.

2. Paramagneți

ÎN paramagneti microcurenții atomilor și momentele lor magnetice nu sunt egale cu zero.

Fără un câmp extern, acești microcurenți sunt localizați aleatoriu.

Într-un câmp magnetic extern, microcurenții atomilor paramagnetici sunt orientați de-a lungul câmpului, amplificându-l.

Într-un paramagnet, inducția magnetică = + depășește ușor .

Pentru paramagneți, 1. Pentru dia- și paramagneți, puteți număra 1.

Tabelul 1. Permeabilitatea magnetică a para- și diamagneților.

Magnetizarea paramagneților depinde de temperatură, deoarece. mişcarea termică a atomilor împiedică aranjarea ordonată a microcurenţilor.

Majoritatea substanțelor din natură sunt paramagnetice.

Câmpul magnetic intrinsec în dia- și paramagneți este nesemnificativ și este distrus dacă substanța este îndepărtată din câmpul exterior (atomii revin la starea inițială, substanța este demagnetizată).

3. Ferromagneți

Permeabilitatea magnetică feromagneți ajunge la sute de mii și depinde de mărimea câmpului de magnetizare ( substanțe foarte magnetice).

Feromagneți: fier, oțel, nichel, cobalt, aliajele și compușii acestora.

În feromagneți, există regiuni de magnetizare spontană („domenii”), în care toți microcurenții atomilor sunt orientați în același mod. Dimensiunea domeniului ajunge la 0,1 mm.

În absența unui câmp extern, momentele magnetice ale domeniilor individuale sunt orientate aleatoriu și compensează. În câmpul extern, acele domenii în care microcurenții sporesc câmpul extern își măresc dimensiunea în detrimentul celor vecine. Câmpul magnetic rezultat = + în feromagneți este mult mai puternic decât în ​​para- și diamagneți.

Domeniile care conțin miliarde de atomi au inerție și nu revin rapid la starea lor inițială dezordonată. Prin urmare, dacă un feromagnet este îndepărtat din câmpul extern, atunci propriul său câmp este păstrat pentru o lungă perioadă de timp.

Magnetul se demagnetizează în timpul stocării pe termen lung (în timp, domeniile revin la o stare haotică).

O altă metodă de demagnetizare este încălzirea. Pentru fiecare feromagnet, există o temperatură (se numește „punctul Curie”) la care legăturile dintre atomi sunt distruse în domenii. În acest caz, feromagnetul se transformă într-un paramagnet și are loc demagnetizarea. De exemplu, punctul Curie pentru fier este de 770°C.

Numeroase experimente arată că toate substanțele plasate într-un câmp magnetic sunt magnetizate și își creează propriul câmp magnetic, acțiunea căruia se adaugă la acțiunea unui câmp extern. camp magnetic:

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

unde $\boldsymbol(\vec(B))$ este inducția câmpului magnetic în substanță; $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - inducția câmpului magnetic în vid, $\boldsymbol((\vec(B))_(1))$ - inducția câmpului magnetic datorită magnetizării materiei . În acest caz, substanța poate fie să întărească, fie să slăbească câmpul magnetic. Efectul unei substanțe asupra unui câmp magnetic extern este caracterizat de cantitate μ , Care e numit permeabilitatea magnetică a unei substanțe

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

• Permeabilitatea magnetică este o valoare scalară fizică care arată de câte ori diferă inducția câmpului magnetic într-o anumită substanță de inducția câmpului magnetic în vid.

Toate substanțele sunt formate din molecule, moleculele sunt formate din atomi. Învelișurile de electroni ale atomilor pot fi considerate condiționat ca fiind formate din curenți electrici circulari formați din electroni în mișcare. Curenții electrici circulari din atomi trebuie să creeze propriile câmpuri magnetice. Curenții electrici ar trebui să fie afectați de un câmp magnetic extern, în urma căruia se poate aștepta fie la o creștere a câmpului magnetic atunci când câmpurile magnetice atomice sunt codirecționale cu câmpul magnetic extern, fie la slăbirea lor dacă sunt direcționate opus.
Ipoteza despre existența câmpurilor magnetice în atomi iar posibilitatea de a schimba câmpul magnetic din substanță este pe deplin în concordanță cu realitatea. Toate substanțe prin acțiunea unui câmp magnetic extern asupra lor poate fi împărțit în trei grupe principale: Diamagneți, paramagneți și feromagneți.

diamagneti sunt substanțe în care câmpul magnetic extern este slăbit. Aceasta înseamnă că câmpurile magnetice ale atomilor unor astfel de substanțe într-un câmp magnetic extern sunt direcționate opus câmpului magnetic extern (µ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает permeabilitate magnetică µ = 0,999826.

Pentru a înțelege natura diamagnetismului luați în considerare mișcarea unui electron care zboară cu o viteză v într-un câmp magnetic uniform perpendicular pe vector ÎN camp magnetic.

Sub influenta forțele Lorentz electronul se va mișca într-un cerc, direcția de rotație a acestuia este determinată de direcția vectorului forță Lorentz. Curentul circular rezultat își creează propriul câmp magnetic ÎN" . Acesta este un câmp magnetic ÎN" îndreptată opus câmpului magnetic ÎN. Prin urmare, orice substanță care conține particule încărcate care se mișcă liber trebuie să aibă proprietăți diamagnetice.
Deși electronii din atomii materiei nu sunt liberi, modificarea mișcării lor în interiorul atomilor sub acțiunea unui câmp magnetic extern se dovedește a fi echivalentă cu mișcarea circulară a electronilor liberi. Prin urmare, orice substanță dintr-un câmp magnetic are în mod necesar proprietăți diamagnetice.
Totuși, efectele diamagnetice sunt foarte slabe și se găsesc doar în substanțele ai căror atomi sau molecule nu au propriul câmp magnetic. Exemple de diamagneți sunt plumbul, zincul, bismutul (μ = 0,9998).

Henri Ampère (1820) a fost primul care a explicat motivele pentru care corpurile au proprietăți magnetice. Conform ipotezei sale, în interiorul moleculelor și atomilor circulă curenți electrici elementari, care determină proprietățile magnetice ale oricărei substanțe.

Luați în considerare cauzele magnetismului atomic mai detaliat:

Luați niște materie solidă. Magnetizarea sa este legată de proprietățile magnetice ale particulelor (molecule și atomi) din care este compus. Luați în considerare ce circuite cu curent sunt posibile la nivel micro. Magnetismul atomilor se datorează a două motive principale:

1) mișcarea electronilor în jurul nucleului pe orbite închise ( moment magnetic orbital) (Fig. 1);

Orez. 2

2) rotația proprie (spin) a electronilor ( moment magnetic de rotație) (Fig. 2).

Pentru curioși. Momentul magnetic al circuitului este egal cu produsul dintre puterea curentului din circuit și aria acoperită de circuit. Direcția sa coincide cu direcția vectorului de inducție a câmpului magnetic din mijlocul buclei de curent.

Deoarece orbitele diferiților electroni din planul atomic nu coincid, vectorii de inducție a câmpului magnetic creați de aceștia (momentele magnetice orbitale și de spin) sunt direcționați în unghiuri diferite unul față de celălalt. Vectorul de inducție rezultat al unui atom cu mai mulți electroni este egal cu suma vectorială a vectorilor de inducție a câmpului creați de electroni individuali. Atomii cu învelișuri de electroni parțial umplute au câmpuri necompensate. În atomii cu învelișuri de electroni pline, vectorul de inducție rezultat este 0.

În toate cazurile, modificarea câmpului magnetic se datorează apariției curenților de magnetizare (există un fenomen inductie electromagnetica). Cu alte cuvinte, principiul suprapunerii pentru câmpul magnetic rămâne valabil: câmpul din interiorul magnetului este suprapunerea câmpului extern $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ și câmpului $\boldsymbol( \vec(B"))$ a curenţilor de magnetizare eu" , care iau naștere sub acțiunea unui câmp extern. Dacă câmpul curenților de magnetizare este direcționat în același mod ca și câmpul extern, atunci inducerea câmpului total va fi mai mare decât câmpul extern (Fig. 3, a) - în acest caz, spunem că substanța sporește camp; dacă câmpul curenților de magnetizare este îndreptat opus câmpului exterior, atunci câmpul total va fi mai mic decât câmpul exterior (Fig. 3, b) - în acest sens spunem că substanța slăbește câmpul magnetic.

Orez. 3

ÎN diamagneti Moleculele nu au propriul lor câmp magnetic. Sub acțiunea unui câmp magnetic extern în atomi și molecule, câmpul curenților de magnetizare este direcționat opus câmpului extern, astfel încât modulul vectorului de inducție magnetică $ \boldsymbol(\vec(B))$ al câmpului rezultat va fi mai mic decât modulul vectorului de inducție magnetică $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ câmp extern.

Substanțele în care câmpul magnetic extern este sporit ca urmare a adăugării câmpurilor magnetice ale învelișurilor de electroni ale atomilor substanței datorită orientării câmpurilor magnetice atomice în direcția câmpului magnetic extern se numesc paramagneti(µ > 1).

Paramagneți amplifică foarte slab câmpul magnetic extern. Permeabilitatea magnetică a paramagneților diferă de unitate doar cu o fracțiune de procent. De exemplu, permeabilitatea magnetică a platinei este de 1,00036. Datorită valorilor foarte mici ale permeabilității magnetice a materialelor paramagnetice și diamagnetice, influența acestora asupra unui câmp extern sau influența unui câmp extern asupra corpurilor paramagnetice sau diamagnetice este foarte greu de detectat. Prin urmare, în practica obișnuită de zi cu zi, în tehnologie, substanțele paramagnetice și diamagnetice sunt considerate nemagnetice, adică substanțe care nu modifică câmpul magnetic și nu sunt afectate de câmpul magnetic. Exemple de paramagneți sunt sodiul, oxigenul, aluminiul (μ = 1,00023).

ÎN paramagneti moleculele au propriul lor câmp magnetic. În absența unui câmp magnetic extern, din cauza mișcării termice, vectorii de inducție ai câmpurilor magnetice ale atomilor și moleculelor sunt orientați aleatoriu, deci magnetizarea lor medie este zero (Fig. 4, a). Când un câmp magnetic extern este aplicat atomilor și moleculelor, începe să acționeze un moment de forțe, care tind să le rotească astfel încât câmpurile lor să fie orientate paralel cu câmpul exterior. Orientarea moleculelor paramagnetice duce la faptul că substanța este magnetizată (Fig. 4b).

Orez. 4

Orientarea completă a moleculelor într-un câmp magnetic este împiedicată de mișcarea lor termică, astfel încât permeabilitatea magnetică a paramagneților depinde de temperatură. Evident, odată cu creșterea temperaturii, permeabilitatea magnetică a paramagneților scade.

feromagneți

Se numesc substanțe care cresc semnificativ câmpul magnetic extern feromagneți(nichel, fier, cobalt etc.). Exemple de feromagneți sunt cobaltul, nichelul, fierul (μ atinge o valoare de 8 10 3).

Însuși numele acestei clase de materiale magnetice provine de la numele latin pentru fier - Ferrum. Principala caracteristică a acestor substanțe este capacitatea de a menține magnetizarea în absența unui câmp magnetic extern; toți magneții permanenți aparțin clasei feromagneților. Pe lângă fier, „vecinii” săi conform tabelului periodic, cobaltul și nichelul, au proprietăți feromagnetice. Ferromagneții găsesc largi uz practicîn știință și tehnologie, așadar, s-a dezvoltat un număr semnificativ de aliaje cu proprietăți feromagnetice diferite.

Toate exemplele de feromagneți de mai sus se referă la metale din grupul de tranziție, a cărui înveliș electronic conține mai mulți electroni nepereche, ceea ce duce la faptul că acești atomi au un câmp magnetic intrinsec semnificativ. În starea cristalină, datorită interacțiunii dintre atomi din cristale, apar regiuni de magnetizare spontană (spontană) - domenii. Dimensiunile acestor domenii sunt zecimi și sutimi de milimetru (10 -4 − 10 -5 m), ceea ce depășește semnificativ dimensiunea unui singur atom (10 -9 m). În cadrul unui domeniu, câmpurile magnetice ale atomilor sunt orientate strict paralel, orientarea câmpurilor magnetice ale altor domenii în absența unui câmp magnetic extern se modifică în mod arbitrar (Fig. 5).

Orez. 5

Astfel, chiar și în starea nemagnetizată, în interiorul feromagnetului există câmpuri magnetice puternice, a căror orientare se modifică într-o manieră haotică aleatorie în timpul tranziției de la un domeniu la altul. Dacă dimensiunile unui corp depășesc semnificativ dimensiunile domeniilor individuale, atunci câmpul magnetic mediu creat de domeniile acestui corp este practic absent.

Dacă plasăm un feromagnet într-un câmp magnetic extern B0 , atunci momentele magnetice ale domeniilor încep să se rearanjeze. Cu toate acestea, nu există o rotație spațială mecanică a secțiunilor de materie. Procesul de inversare a magnetizării este asociat cu o modificare a mișcării electronilor, dar nu cu o schimbare a poziției atomilor în noduri. rețea cristalină. Domeniile care au cea mai favorabilă orientare față de direcția câmpului își măresc dimensiunea în detrimentul domeniilor învecinate „orientate incorect”, absorbindu-le. În acest caz, câmpul în substanță crește foarte semnificativ.

Proprietățile feromagneților

1) proprietățile feromagnetice ale unei substanțe apar numai atunci când substanța corespunzătoare este V stare cristalină ;

2) proprietățile magnetice ale feromagneților depind puternic de temperatură, deoarece orientarea câmpurilor magnetice ale domeniilor este împiedicată de mișcarea termică. Pentru fiecare feromagnet, există o anumită temperatură la care structura domeniului este complet distrusă, iar feromagnetul se transformă într-un paramagnet. Această valoare a temperaturii se numește Punctul Curie . Deci, pentru fierul pur, temperatura Curie este de aproximativ 900°C;

3) feromagneții sunt magnetizați la saturaţieîn câmpuri magnetice slabe. Figura 6 arată cum se modifică modulul de inducție a câmpului magnetic B din oțel cu câmp exterior schimbător B0 :

Orez. 6

4) permeabilitatea magnetică a unui feromagnet depinde de câmpul magnetic extern (Fig. 7).

Orez. 7

Acest lucru se datorează faptului că inițial cu creștere B0 inducție magnetică B devine mai puternică și, în consecință, μ va creste. Apoi, la valoarea inducției magnetice B" 0 are loc saturația (μ este la maxim în acest moment) și cu o creștere suplimentară B0 inducție magnetică B1 în substanță încetează să se schimbe, iar permeabilitatea magnetică scade (tinde la 1):

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

5) la feromagneți se observă magnetizare reziduală. Dacă, de exemplu, o tijă feromagnetică este plasată într-un solenoid prin care trece curentul și magnetizată până la saturație (punct A) (Fig. 8), și apoi reduceți curentul în solenoid și odată cu acesta B0 , se poate observa că inducția câmpului în tijă în procesul de demagnetizare a acesteia rămâne întotdeauna mai mare decât în ​​procesul de magnetizare. Când B0 = 0 (curentul din solenoid este oprit), inducția va fi egală cu B r (inducție reziduală). Tija poate fi scoasă din solenoid și folosită ca magnet permanent. Pentru a demagnetiza în final tija, este necesar să treceți un curent în sens opus prin solenoid, adică. se aplică un câmp magnetic extern cu direcția opusă vectorului de inducție. Acum crescând modulul de inducție a acestui câmp la Boc , demagnetizați tija ( B = 0).

• Modul Boc se numește inducția unui câmp magnetic care demagnetizează un feromagnet magnetizat forță coercitivă .

Orez. 8

Cu o creștere suplimentară B0 este posibil să magnetizezi tija până la saturație (punctul A" ).

Se micsoreaza acum B0 la zero, primesc din nou un magnet permanent, dar cu inducție –B r (direcție opusă). Pentru a demagnetiza din nou tija, curentul din direcția inițială trebuie pornit din nou în solenoid, iar tija se va demagnetiza atunci când inducerea B0 devine egal Boc . Eu tot cresc B0 , magnetizați din nou tija până la saturație (punctul A ).

Astfel, în timpul magnetizării și demagnetizării unui feromagnet, inducția B in spate B 0. Acest lag se numește fenomen de histerezis . Curba prezentată în Figura 8 este numită bucla de histerezis .

Histerezis (greacă ὑστέρησις - „în urmă”) - o proprietate a sistemelor care nu urmează imediat forțele aplicate.

Forma curbei de magnetizare (bucla de histerezis) diferă semnificativ pentru diferite materiale feromagnetice, care sunt utilizate pe scară largă în domeniul științific și aplicatii tehnice. niste materiale magnetice au o buclă largă cu valori ridicate de remanență și forță coercitivă, se numesc dur magneticși sunt folosite pentru a face magneți permanenți. Alte aliaje feromagnetice se caracterizează prin valori scăzute ale forței coercitive; astfel de materiale sunt ușor magnetizate și remagnetizate chiar și în câmpuri slabe. Astfel de materiale sunt numite moale magneticși sunt utilizate în diverse dispozitive electrice - relee, transformatoare, circuite magnetice etc.

Literatură

1. Aksenovich L. A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: Proc. indemnizație pentru instituțiile care oferă general. medii, educație / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C.330-335.
2. Zhilko, V. V. Fizica: manual. indemnizatie pentru clasa a XI-a. educatie generala şcoală din rusă lang. antrenament / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L. G. Markovich. - Mn.: Nar. asveta, 2002. - S. 291-297.
3. Slobodyanyuk A.I. Fizica 10. §13 Interacţiunea unui câmp magnetic cu materia

Note

1. Considerăm direcția vectorului de inducție a câmpului magnetic doar în mijlocul circuitului.

Momentul magnetic este principala mărime vectorială care caracterizează proprietățile magnetice ale unei substanțe. Deoarece sursa magnetismului este un curent închis, valoarea momentului magnetic M definit ca produsul puterii curentului eu la zona acoperită de circuitul de curent S:

M = I×S A × m 2 .

Aveți momente magnetice învelișuri de electroni atomi și molecule. Electroni și altele particule elementare au un moment magnetic de spin determinat de existența propriului moment mecanic - spinul. Momentul magnetic de spin al unui electron poate fi orientat într-un câmp magnetic extern în așa fel încât să fie posibile doar două proiecții egale și direcționate opus ale momentului pe direcția vectorului câmpului magnetic, egale cu magneton Bohr- 9,274 × 10 -24 A × m 2.

1. Definiți conceptul de „magnetizare” a unei substanțe.

Magnetizare - J- este momentul magnetic total pe unitatea de volum a substanței:

1. Definiți termenul „susceptibilitate magnetică”.

Susceptibilitatea magnetică a unei substanțe, א v- raportul dintre magnetizarea unei substanțe și puterea câmpului magnetic, pe unitatea de volum:

אv = , cantitate adimensională.

Susceptibilitate magnetică specifică, א – raportul dintre susceptibilitatea magnetică și densitatea unei substanțe, adică susceptibilitatea magnetică pe unitatea de masă, măsurată în m 3 /kg.

1. Definiți termenul „permeabilitate magnetică”.

permeabilitatea magnetică, μ – Acest cantitate fizica care caracterizează modificarea inducţiei magnetice sub influenţa unui câmp magnetic . Pentru mediile izotrope, permeabilitatea magnetică este egală cu raportul de inducție în mediu ÎN la puterea câmpului magnetic extern H iar la constanta magnetică μ 0 :

Permeabilitatea magnetică este o mărime adimensională. Valoarea sa pentru un anumit mediu este cu 1 mai mare decât susceptibilitatea magnetică a aceluiași mediu:

μ = אv+1, deoarece B \u003d μ 0 (H + J).

1. Dați o clasificare a materialelor în funcție de proprietățile lor magnetice.

În funcție de structura magnetică și valoarea permeabilității magnetice (susceptibilitatea), materialele sunt împărțite în:

Diamagneții μ< 1 (materialul „rezistă” câmpului magnetic);

Paramagneți µ > 1(materialul percepe slab câmpul magnetic);

feromagneți µ >> 1(campul magnetic din material este amplificat);

Ferimagneți µ >> 1(câmpul magnetic din material crește, dar structura magnetică a materialului diferă de structura feromagneților);

Antiferomagneți μ ≈ 1(materialul reacționează slab la un câmp magnetic, deși structura magnetică este similară cu ferimagneții).

1. Descrieți natura diamagnetismului.

Diamagnetismul este proprietatea unei substanțe de a fi magnetizată spre direcția unui câmp magnetic extern care acționează asupra ei (în conformitate cu legea inducției electromagnetice și cu regula lui Lenz). Diamagnetismul este inerent tuturor substanțelor, dar în " formă pură» se manifesta in diamagneti. Diamagneții sunt substanțe ale căror molecule nu au propriile momente magnetice (momentul lor magnetic total este zero), deci nu au alte proprietăți în afară de diamagnetism. Exemple de diamagneți:

Hidrogen, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

Apă, א = - 0,7×10 -9 m 3 /kg.

Diamant, א = - 0,5×10 -9 m 3 /kg.

Grafit, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.

Cupru = - 0,09×10 -9 m 3 /kg.

Zinc, א = - 0,17×10 -9 m 3 /kg.

Argint = - 0,18×10 -9 m 3 /kg.

Aur, א = - 0,14×10 -9 m 3 /kg.

43. Descrieți natura paramagnetismului.

Paramagnetismul este o proprietate a substanțelor numite paramagneți, care, atunci când sunt plasate într-un câmp magnetic extern, capătă un moment magnetic care coincide cu direcția acestui câmp. Atomii și moleculele paramagneților, spre deosebire de diamagneți, au propriile lor momente magnetice. În absența unui câmp, orientarea acestor momente este haotică (datorită mișcării termice) iar momentul magnetic total al substanței este zero. Când se aplică un câmp extern, are loc orientarea parțială a momentelor magnetice ale particulelor în direcția câmpului, iar magnetizarea J se adaugă la puterea câmpului extern H: B = μ 0 (H+J). Inducerea în substanță este îmbunătățită. Exemple de paramagneți:

Oxigen, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

Titan = 3×10 -9 m 3 /kg.

Aluminiu, א = 0,6×10 -9 m 3 /kg.

Platină, א = 0,97×10 -9 m 3 /kg.

44. Descrieți natura feromagnetismului.

Ferromagnetismul este o stare ordonată magnetic a materiei, în care toate momentele magnetice ale atomilor dintr-un anumit volum de materie (domeniu) sunt paralele, ceea ce determină magnetizarea spontană a domeniului. Apariția ordinii magnetice este asociată cu interacțiunea de schimb a electronilor, care este de natură electrostatică (legea lui Coulomb). În absența unui câmp magnetic extern, orientarea momentelor magnetice ale diferitelor domenii poate fi arbitrară, iar volumul de materie luat în considerare poate avea în general o magnetizare slabă sau nulă. Când se aplică un câmp magnetic, momentele magnetice ale domeniilor sunt orientate de-a lungul câmpului cu atât mai mult, cu atât intensitatea câmpului este mai mare. În acest caz, valoarea permeabilității magnetice a feromagnetului se modifică și crește inducția în substanță. Exemple de feromagneți:

Fier, nichel, cobalt, gadoliniu

și aliaje ale acestor metale între ele și alte metale (Al, Au, Cr, Si etc.). μ ≈ 100…100000.

45. Descrieți natura ferimagnetismului.

Ferimagnetismul este o stare ordonată magnetic a materiei, în care momentele magnetice ale atomilor sau ionilor formează într-un anumit volum de materie (domeniu) subrețele magnetice de atomi sau ioni cu momente magnetice totale care nu sunt egale între ele și dirijate antiparalel. Ferimagnetismul poate fi considerat ca cel mai general caz al unei stări ordonate magnetic, iar feromagnetismul ca un caz cu o singură subrețea. Compoziția feromagneților include în mod necesar atomi de feromagneți. Exemple de ferimagneți:

Fe304; MgFe2O4; CuFe204; MnFe204; NiFe204; CoFe2O4...

Permeabilitatea magnetică a ferimagneților este de același ordin cu cea a feromagneților: μ ≈ 100…100000.

46. ​​​​Descrieți natura antiferomagnetismului.

Antiferomagnetismul este o stare ordonată magnetic a unei substanțe, caracterizată prin faptul că momentele magnetice ale particulelor învecinate ale substanței sunt orientate antiparalel, iar în absența unui câmp magnetic extern, magnetizarea totală a substanței este zero. Un antiferomagnet în raport cu structura magnetică poate fi considerat ca un caz special al unui ferimagnet în care momentele magnetice ale subrețelelor sunt egale în valoare absolută și antiparalele. Permeabilitatea magnetică a antiferomagneților este aproape de 1. Exemple de antiferomagneți:

Cr2O3; mangan; FeSi; Fe203; NIO……… μ ≈ 1.

47. Care este valoarea permeabilității magnetice a materialelor în stare supraconductoare?

Supraconductorii sub temperatura de supratranziție sunt diamagneți ideali:

א= - 1; μ = 0.

Fluxul magnetic total care pătrunde în toate spirele se numește legătura de flux a circuitului.

Dacă toate spirele sunt aceleași, atunci fluxul magnetic total, adică. conexiunea fluxului:

Unde
- flux magnetic printr-o tură; - numărul de ture. Prin urmare, legătura de flux a solenoidului, de exemplu, în timpul inducției ÎN=0,2 T, numărul de spire ale solenoidului
și secțiunea ferestrei solenoidului
dm 2 va fi Wb.

Permeabilitate magnetică absolută masurata in unitati "henry pe metru"
.

Permeabilitatea magnetică vid în sistemul SI de unități se ia egal cu
H/m

Atitudine
permeabilitate magnetică absolută la permeabilitatea magnetică a vidului se numește permeabilitatea magnetică relativă .

După valoare  Toate materialele sunt împărțite în trei grupe:

Dacă substanțele dia- și paramagnetice sunt plasate într-un câmp magnetic uniform, atunci într-unul diamagnetic câmpul va fi slăbit, iar în unul paramagnetic va fi amplificat. Acest lucru se explică prin faptul că într-o substanță diamagnetică câmpurile curenților elementari sunt direcționate către câmpul exterior, iar într-o substanță paramagnetică - conform acesteia.

În tabel. 1 prezintă valorile permeabilității magnetice relative a unor materiale. Se poate observa că valorile permeabilității magnetice relative a materialelor diamagnetice și paramagnetice diferă foarte puțin de unitate, prin urmare, pentru practică, permeabilitatea lor magnetică se presupune a fi unitate.

Dimensiunea intensității câmpului H(Masa 2):

.

1 mașină - este intensitatea unui astfel de câmp magnetic, a cărui inducție în vid este egală cu
Tl.

Tabelul 1. Permeabilitatea magnetică relativă a unor materiale

Paramagnetic		Diamagnetic		feromagnetic
				Steel Armco
				Permalloy
Aluminiu
				oțel electric
Mangan
Paladiu

Uneori, intensitatea câmpului este măsurată și în

„oerstedach” (E),

"amperi pe centimetru" (A / cm),

„kiloamperi pe metru” (kA/m).

Relația dintre aceste valori este următoarea:

1 A/cm = 100 A/m; 1 E \u003d 0,796 A / cm; 1 kA/m = 10 A/cm;

1 A/cm = 0,1 kA/m; 1 E \u003d 79,6 A / cm; 1 kA/m = 12,56 Oe;

1 A/cm = 1,256 Oe; 1 E \u003d 0,0796 kA / cm; 1 kA/m = 1000 A/m.

Este interesant de cunoscut puterile unor câmpuri magnetice.

Intensitatea câmpului Pământului în regiunea Moscovei este de 0,358 A/cm.

Intensitatea câmpului pentru magnetizarea pieselor structurale din oțel este de 100...200 A/cm,

pe polii unui magnet permanent - 1000 ... 2000 A / cm.

Uneori folosesc așa-numitele moment magnetic
circuite cu curent . Este egal cu produsul curentului Spre piata , delimitat de un contur
(Fig. 4).

Când un magnet este împărțit în părți, fiecare dintre ele este un magnet cu doi poli. Acest lucru se poate observa din fig. 5. Conform tabelului. 2 se poate determina că o unitate de moment magnetic este egală cu 1
m 2 \u003d 1
. Această unitate se numește „amperi-metru pătrat”. Un amperimetru pătrat este momentul magnetic al unui circuit prin care trece un curent de 1 A și care limitează o suprafață egală cu 1 m2.

Orez. 4. Circuit (1) cu curent ; Orez. 5. Împărțirea unui magnet permanent în părți.

2 - sursa curentă:

- moment magnetic;

- intensitatea câmpului.

Tabelul 2. Unități de măsură de bază și derivate ale sistemului SI utilizate în încercările nedistructive

Unități SI de bază
Valoare		Dimensiune
				Nume		desemnare
						Rusă		internaţional
				kilogram
Forta curent electric
Cantitate de substanță
Puterea luminii
Unități derivate SI cu nume proprii
Valoare
	Nume		desemnare				Valoarea unitară derivată prin unitățile de bază SI
					internaţional
Presiune
Putere
Flux de inducție magnetică
Inductie magnetica
Inductanţă
Cantitatea de energie electrică
tensiune electrică
Capacitate electrică
Rezistență electrică
conductivitate electrică
Flux de lumină
Activitatea radionuclizilor	becquerel
Doza de radiație absorbită
Doza de radiație echivalentă

Momentul magnetic al electronilor egală

, deoarece
, A
,
.

Relativ recent, interacțiunea polilor magneților a fost explicată prin prezența unei substanțe speciale - magnetismul. Odată cu dezvoltarea științei, s-a demonstrat că nu există nicio substanță. Sursa câmpurilor magnetice sunt curenții electrici. Prin urmare, atunci când un magnet permanent este împărțit în fiecare piesă, curenții de electroni creează un câmp magnetic (Fig. 5). Sarcina magnetică este considerată doar cao mărime matematică care nu are un fizicconținut cal.

Unitatea de sarcină magnetică poate fi obținută prin formula:

,
,

Unde - lucrarea la ocolirea cu curent a polului magnetic din jurul conductorului .

O unitate convențională de sarcină magnetică va fi
.

În sistemul gaussian, o unitate de sarcină magnetică este considerată o astfel de valoare care acționează asupra unei sarcini magnetice egale la o distanță de 1 cm în vid cu o forță egală cu 1 dină.

Capacitatea materialelor de a fi magnetizate se explică prin existența curenților în ele:

rotația unui electron în jurul nucleului unui atom,

în jurul propriilor axe (spinul electronilor) şi

rotația orbitelor electronilor (precesia orbitelor electronilor) (Fig. 6).

Materialul feromagnetic este format din regiuni mici (cu dimensiuni liniare de aproximativ 0,001 mm) în care curenții elementari sunt direcționați spontan. Aceste zonele de magnetizare spontană se numesc domenii.În fiecare domeniu, se formează un câmp rezultat de curenți elementari.

Într-un material demagnetizat, câmpurile magnetice ale domeniilor sunt direcționate haotic și se compensează reciproc, astfel încât câmpul rezultat în piesă este aproape zero.

Ca urmare influență externă câmpurile regiunilor individuale (domenii) sunt stabilite în direcția câmpului exterior și astfel se formează un câmp puternic al părții magnetizate.

Prin urmare, magnetizare - este gradul deorientare dantelă câmpurile magnetice ale domeniilor dintr-un metal, sau altfel, aceasta este o inducție creată de curenți elementari.

Deoarece curenții elementari au momente magnetice, magnetizarea este definită și ca raportul dintre momentul magnetic total al corpului și volumul său, adică:

.

Magnetizare măsurată în „amperi pe metru” (A/m).

Încărcarea variabilă a semnelor a structurii metalice, de exemplu, în paletele turbinei care funcționează continuu, în șuruburi etc. piese conduce la o anumită ordonare a câmpului magnetic intern în zona de încărcare, la apariția unor urme ale acestui câmp pe suprafața piesei. Acest fenomen este utilizat pentru estimarea duratei reziduale, pentru determinarea tensiunilor mecanice.

Magnetizare partea care trebuie testată depinde de intensitatea câmpului
, acţionând pe această parte. Proprietățile feromagnetice ale materialului depind și de temperatură. Pentru fiecare material feromagnetic, există o temperatură la care regiunile de magnetizare spontană sunt distruse prin mișcarea termică, iar materialul feromagnetic devine paramagnetic. Această temperatură se numește punctul Curie. Punctul Curie pentru fier este de 753 0 C. Când această temperatură scade sub acest punct, proprietățile magnetice sunt restabilite.

Orez. 6. Tipuri de curenti elementari:

a - mișcarea electronului 1 în jurul nucleului 4;

b - rotația unui electron în jurul axei sale;

c - precesia orbitei electronilor;

5 - orbita electronica;

6 - planul orbitei electronilor;

8 - traiectoria mișcării de precesiune a orbitei electronilor.

Inducţie câmpul rezultat al piesei poate fi determinat prin formula binecunoscută:

,

Unde - magnetizare, adică inducție creată de curenți moleculari;
este puterea câmpului extern. Din formula de mai sus, se poate observa că inducția în parte este suma a două componente:
- determinat de câmpul extern
Și - magnetizare, care depinde și de
.

Pe fig. 7 arată dependențele
, Și
material feromagnetic din puterea câmpului extern.

Orez. 7. Dependența inducției magnetice și magnetizare din câmpul de magnetizare
.

Curba
arată că la câmpuri relativ slabe, magnetizarea crește foarte repede (secțiunea a-b) . Apoi creșterea încetinește (secțiunea b-c) . Creștere în continuare descrescătoare, curbă
merge în linie dreaptă , având o uşoară înclinare faţă de axa orizontală
. În același timp, valoarea
apropiindu-se treptat de limita sa
. Componentă
variază proporţional cu intensitatea câmpului
. Pe fig. 7 această dependență este arătată printr-o linie dreaptă o-e .

Pentru a obține curba de inducție magnetică pe puterea câmpului extern, este necesar să se adauge ordonatele corespunzătoare ale curbelor
Și
. Această dependență este reprezentată de curbă
, numită curbă de magnetizare inițială. Spre deosebire de magnetizare, inducția magnetică crește atâta timp cât valoarea
, deoarece după încetarea creșterii magnetizării, cantitatea
continuă să crească proporțional
.

Remagnetizarea piesei are loc printr-un câmp constant de direcție alternativ sau cu schimbare periodică.

Pe fig. 8 prezintă răspunsul magnetic complet al probei - bucla de histresis. În starea inițială, proba este demagnetizată. Curentul din înfășurare crește în linie dreaptă 0-8 . Puterea câmpului creat de acest curent se modifică în linie dreaptă 0-1. În același timp, inducția și magnetizare în eșantion va crește de-a lungul curbelor magnetizării inițiale 16 și 17 până la punctele 16 "și 17", corespunzătoare saturației magnetice, în care toate câmpurile magnetice ale domeniilor sunt direcționate de-a lungul câmpului extern.

Cu o scădere a curentului în linie dreaptă 8-9 intensitatea câmpului scade cu 1-0 (Fig. 8, a). În același timp, inducția și magnetizare schimbare în valoare .

Pe măsură ce curentul crește în direcția negativă cu 9-10, intensitatea câmpului crește și în direcția negativă cu 0-2 , remaparea eșantionului.

La punctul 6 inducţie
, deoarece
, acestea.
. Intensitatea câmpului corespunzătoare punctului 6 , numită forță coercitivă
prin inducție.

La punctul 4 magnetizare
, A
.

Intensitatea câmpului corespunzătoare punctului 4, numită forță coercitivă H si prin magnetizare. Cu control magnetic, se calculează forța coercitivă
.

Cu o creștere suplimentară a intensității câmpului până la punctul 2, inducția și magnetizare atinge cele mai mari valori negative
Și
(punctele 16" și 17") corespunzătoare saturației magnetice
probă. Cu descreșterea curentului în linie dreaptă 10-11 inducție și magnetizare va lua valori corespunzătoare
.

Astfel, ca urmare a schimbării câmpului extern
de-a lungul 0-1, 1-0, 0-2, 2-0 (Fig. 8), iar starea magnetică a probei se schimbă de-a lungul unei curbe închise - o buclă de histerezis magnetic.

Orez. 8. Dependența de inducție și magnetizare din tensiune
(a), modificarea curentului în înfășurarea de magnetizare (b).

Bucla de histerezis magnetic determină următoarele caracteristici utilizate în testarea magnetică:

H T - intensitatea maximă a câmpului magnetic la care este atinsă starea de saturație a probei;

ÎN r - inducția reziduală în probă după îndepărtarea câmpului;

H Cu - forța coercitivă este puterea câmpului magnetic care trebuie aplicată opus magnetizării probei pentru a o demagnetiza complet;

ÎN T - inducția saturației tehnice. Se consideră a fi ÎN T = 0,95 B max, Unde B max- teoretic posibilă inducția de saturație a magnetizării inițiale.

Dacă un corp feromagnetic este expus la câmpuri de același semn, atunci bucla de histerezis, care în acest caz este asimetrică față de origine, se numește privată (Fig. 9).

Există bucle de histerezis statice și dinamice.

Bucla de histerezis static se numește buclă obținută prin schimbarea lentă H, la care efectul curenţilor turbionari poate fi neglijat.

Bucla de histerezis dinamic numită buclă obţinută prin schimbarea periodică H cu o oarecare viteză finită la care influenţa curenţilor turbionari devine semnificativă. Acest lucru are ca rezultat o buclă dinamică cu o lățime mult mai mare decât o buclă statică. Odată cu creșterea amplitudinii tensiunii aplicate, lățimea buclei de histerezis dinamic crește.

Pe fig. 10 arată dependența
. La H=0 permeabilitatea magnetică este egală cu valoarea sa inițială.

Orez. 9. Bucle de histerezis asimetrice 1-3 - bucle intermediare; 4 - bucla limită; 5 - curba de magnetizare initiala.

De-a lungul curbei de magnetizare H(H) permeabilitatea magnetică absolută într-un câmp dat H definit ca
, si relativ ca
.

Permeabilitatea magnetică diferențială este adesea menționată:

.

Prima dintre ele este egală cu tangentei pantei dreptei 1, iar a doua este egală cu tangentei pantei tangentei 2.

Forța magnetomotoare (mfs) este egală cu F = Iw, produs curent euîn înfăşurare pentru numărul de spire.

Fluxul magnetic este:

Unde F - MDS, măsurat în amperi-tururi; l mier- lungimea liniei centrale a circuitului magnetic, m; S - secțiunea transversală a circuitului magnetic, m 2.

Valoare
determină rezistența magnetică R m .

Orez. 10. Permeabilitatea magnetică , și inducție ÎN intensitatea câmpului
:
,
;
.

Fluxul magnetic este direct proporțional cu curentul eu și invers proporțională cu rezistența magnetică R m . Să presupunem că trebuie să determinăm puterea curentului într-o înfășurare toroidală de 10 spire de cablu pentru a magnetiza un inel de rulment cu o inducție de 1 T.

Folosind formula Ф = F/ R m , găsi:

Modelul câmpului din jurul conductorului este un cerc concentric centrat pe axa conductorului (Fig. 11).

Orez. 11. Model de distribuție a pulberii (a) și inducție în jurul unui conductor cu curent (b)

Direcția câmpului în jurul unui conductor sau unui solenoid creat de bobine de cablu poate fi determinată de regula brațelor.

Dacă plasați tirbușonul de-a lungul axei conductorului și îl rotiți în sensul acelor de ceasornic, astfel încât mișcarea sa de translație să coincidă cu direcția curentului din conductor, atunci sensul de rotație al mânerului tirbușonului va indica direcția câmpului.

Modificarea intensității câmpului H conductor interior și exterior 3 când un curent continuu trece prin el de la distanță de la punctul de măsurare până la axa conductorului cu rază prezentată în fig. 12.

Fig.12. Distribuția intensității câmpului H în interiorul (1) și în exteriorul (2) conductorului purtător de curent.

De unde se poate observa că câmpul de pe axa conductorului este zero, iar în interiorul conductorului (la > ) se schimba liniar:

,

și în afara acestuia (cu > ) prin hiperbolă
, Unde - distanta de la axa conductorului la punctul de masurare, m; - curent în conductor, A.

Dacă este dată intensitatea câmpului H într-un punct situat la distanță de axa firului, apoi pentru a obține această intensitate, puterea curentului este determinată folosind formula:

,

Unde H[A.m], [m].

Dacă un conductor purtător de curent trece printr-o piesă goală, de exemplu, un inel de rulment, apoi, spre deosebire de cazul precedent, inducția crește brusc în zona părții feromagnetice (Fig. 13).

Orez. 13- Inducția în timpul magnetizării piesei când trece curentul prin conductorul central.

Terenul se schimba pe zone: 0-1 în lege H =0 ; 1-2 prin lege
; 2-3 prin lege
.

Inductie magnetica B modificari: in sectiunea 0-2 conform legii
; în secțiunile 2-3; 6-7 prin lege
.

Salturi de inducție ÎNîn secțiunile 3-4; 5-6 datorită feromagnetismului piesei 8 (- raza conductorului; - distanta fata de centrul conductorului).

Să presupunem că o piesă tubulară cilindrică este magnetizată de un conductor central. Determinați puterea curentului în conductor pentru a obține inducție ÎN= 12,56 mT pe suprafața interioară a unei piese cu diametrul de 80 mm.

Puterea curentului în conductor este determinată de formula:

Distribuția câmpului în interiorul și în exteriorul părții goale 4, magnetizat prin trecerea unui curent prin el, prezentat în Fig. 14. Se poate observa că câmpul din interiorul piesei cu o rază R 1 este egal cu zero. Câmp din parcela 1-2 (în interiorul materialului piesei) variază conform legii

iar în secțiunea 2-3 - în lege
. Această formulă determină intensitatea câmpului pe suprafața exterioară a piesei sau la o anumită distanță de aceasta.

Orez. 14. Distribuția câmpului H interiorul și exteriorul piesei.

Dacă printr-o piesă cilindrică cu diametrul de 50 mm trece un curent de 200,0 A și este necesar să se determine intensitatea câmpului în puncte situate la o distanță de 100 mm de suprafața piesei. Intensitatea câmpului la o distanță de 100 mm de suprafața piesei este determinată de formula:

.

Intensitatea câmpului pe suprafața piesei va fi:

.

Pe fig. 15 prezintă o diagramă a câmpului magnetic în jurul și în interiorul solenoidului. Figura arată, de asemenea, că liniile magnetice de forță din interiorul solenoidului sunt direcționate de-a lungul axei sale longitudinale. La ferestrele de ieșire ale solenoidului se formează poli magnetici NȘi S.

Intensitatea câmpului în centru pe axa de la marginea solenoidului este determinată de formulele de mai sus.

Intensitatea câmpului în centrul bobinei cu rază R determinat de formula H = eu/ R, A/m, unde eu- curent în bobina conductorului, A.

Dacă este necesar să se determine intensitatea câmpului în centrul solenoidului atașat cu un curent de 200 A și, în același timp, numărul de spire w = = -6, lungime 210 mm, diametru 100 mm, atunci intensitatea câmpului va fi:

.

Dacă curentul în solenoid este de 200 A și lungimea solenoidului este de 400 mm, diametrul este de 100 mm, numărul de spire este de 8,
,
(vezi Fig. 15), atunci este posibil să se calculeze puterea în puncte individuale ale solenoidului.

Distribuția intensității câmpului în interiorul solenoidului este:

A - în centrul solenoidului:

,

Unde H - puterea câmpului în centrul solenoidului, A/cm; l, Cu- lungimea si raza solenoidului, cm; w- numărul de ture;

b - pe axa solenoidului:

,

Unde l- lungimea solenoidului, cm;

V - la marginea solenoidului:

,

Unde l , Cu - lungimea și raza solenoidului, cm; w- numărul de ture.

Intensitatea câmpului creat de curentul din înfășurarea toroidală:
, A/cm; eu- curent, A; l- lungimea liniei de mijloc a înfășurării, cm; w - numărul de ture. În acest exemplu:

a) tensiune H 1, în centru pe axa solenoidului:

b) intensitatea câmpului într-un punct A - H 2 :

c) intensitatea câmpului la marginea solenoidului - H 3:

Dacă diametrul bobinei este de 160 mm cu un curent total de 180,0 A, atunci intensitatea câmpului în centrul bobinei va fi:

Orez. 15. Câmpul magnetic al solenoidului și distribuția puterii în centrul său (a), pe axa (b) și la margine (c).

Determinarea permeabilității magnetice a unei substanțe. Rolul său în descrierea câmpului magnetic

Dacă efectuați un experiment cu un solenoid care este conectat la un galvanometru balistic, atunci când curentul este pornit în solenoid, puteți determina valoarea fluxului magnetic Ф, care va fi proporțională cu respingerea acului galvanometrului. Vom efectua experimentul de două ori și vom seta curentul (I) din galvanometru să fie același, dar în primul experiment solenoidul va fi fără miez, iar în al doilea experiment, înainte de a porni curentul, vom va introduce un miez de fier în solenoid. Se constată că în al doilea experiment fluxul magnetic este semnificativ mai mare decât în ​​primul (fără miez). La repetarea experimentului cu miezuri de diferite grosimi, se dovedește că fluxul maxim este obținut atunci când întregul solenoid este umplut cu fier, adică înfășurarea este înfășurată strâns în jurul miezului de fier. Puteți experimenta cu diferite nuclee. Rezultatul este că:

unde $Ф$ este fluxul magnetic într-o bobină cu miez, $Ф_0$ este fluxul magnetic într-o bobină fără miez. Creșterea fluxului magnetic atunci când miezul este introdus în solenoid se explică prin faptul că fluxul magnetic creat de o combinație de curenți moleculari amperi orientați a fost adăugat fluxului magnetic care creează curentul în înfășurarea solenoidului. Sub influența unui câmp magnetic, curenții moleculari sunt orientați, iar momentul lor magnetic total încetează să fie egal cu zero, apare un câmp magnetic suplimentar.

Definiție

Valoarea $\mu $, care caracterizează proprietățile magnetice ale mediului, se numește permeabilitate magnetică (sau permeabilitate magnetică relativă).

Aceasta este o caracteristică adimensională a materiei. O creștere a fluxului Ф de $\mu $ ori (1) înseamnă că inducția magnetică $\overrightarrow(B)$ în miez este de atâtea ori mai mare decât în ​​vid, la același curent în solenoid. Prin urmare, se poate scrie că:

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

unde $(\overrightarrow(B))_0$ este inducția câmpului magnetic în vid.

Alături de inducția magnetică, care este caracteristica principală a forței câmpului, se folosește o astfel de mărime vectorială auxiliară precum intensitatea câmpului magnetic ($\overrightarrow(H)$), care este legată de $\overrightarrow(B)$ de către urmatoarea relatie:

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

Dacă formula (3) se aplică experimentului cu un miez, obținem că în absența unui miez:

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

unde $\mu$=1. În prezența unui nucleu, obținem:

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

Dar, deoarece (2) este satisfăcută, rezultă că:

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

Am obținut că puterea câmpului magnetic nu depinde de ce fel de substanță omogenă este umplut spațiul. Permeabilitatea magnetică a majorității substanțelor este despre unitate, cu excepția feromagneților.

Susceptibilitatea magnetică a materiei

De obicei, vectorul de magnetizare ($\overrightarrow(J)$) este asociat cu vectorul de intensitate în fiecare punct al magnetului:

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

unde $\varkappa $ este susceptibilitatea magnetică, o mărime adimensională. Pentru substanțele neferomagnetice și în câmpuri mici, $\varkappa $ nu depinde de intensitate, este o mărime scalară. În mediile anizotrope, $\varkappa$ este un tensor și direcțiile lui $\overrightarrow(J)$ și $\overrightarrow(H)$ nu coincid.

Relația dintre susceptibilitatea magnetică și permeabilitatea magnetică

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

Înlocuind în (8) expresia pentru vectorul de magnetizare (7), obținem:

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

Exprimăm tensiunea, obținem:

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

Comparând expresiile (5) și (10), obținem:

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

Susceptibilitatea magnetică poate fi pozitivă sau negativă. Din (11) rezultă că permeabilitatea magnetică poate fi atât mai mare decât unitatea, cât și mai mică decât aceasta.

Exemplul 1

Sarcină: Calculați magnetizarea în centrul unei bobine circulare cu raza R=0,1 m cu un curent de I=2A dacă este scufundată în oxigen lichid. Susceptibilitatea magnetică a oxigenului lichid este $\varkappa =3,4\cdot (10)^(-3).$

Ca bază pentru rezolvarea problemei, luăm o expresie care reflectă relația dintre puterea câmpului magnetic și magnetizare:

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

Să găsim câmpul în centrul bobinei cu curent, deoarece trebuie să calculăm magnetizarea în acest punct.

Selectăm o secțiune elementară pe un conductor purtător de curent (Fig. 1), ca bază pentru rezolvarea problemei, utilizăm formula pentru intensitatea unui element bobină cu curent:

unde $\ \overrightarrow(r)$ este vectorul rază tras de la elementul curent până la punctul luat în considerare, $\overrightarrow(dl)$ este elementul conductorului cu curent (direcția este dată de direcția curentului ), $\vartheta$ este unghiul dintre $ \overrightarrow(dl)$ și $\overrightarrow(r)$. Pe baza Fig. 1 $\vartheta=90()^\circ $, prin urmare (1.1) se va simplifica, în plus, distanța de la centrul cercului (punctul în care căutăm câmpul magnetic) a elementului conductor cu curent. este constantă și egală cu raza bobinei (R), prin urmare avem:

Vectorul rezultat al intensității câmpului magnetic este direcționat de-a lungul axei X, acesta poate fi găsit ca sumă a vectorilor individuali $\ \ \overrightarrow(dH),$ deoarece toate elementele curente creează câmpuri magnetice în centrul fitilului, îndreptată de-a lungul normalului bobinei. Apoi, conform principiului suprapunerii, puterea totală a câmpului magnetic poate fi obținută mergând la integrală:

Inlocuim (1.3) in (1.4), obtinem:

Găsim magnetizarea, dacă substituim intensitatea de la (1.5) în (1.1), obținem:

Toate unitățile sunt date în sistemul SI, să facem calculele:

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

Exemplul 2

Sarcină: Calculați proporția câmpului magnetic total dintr-o tijă de wolfram, care se află într-un câmp magnetic extern uniform, care este determinat de curenții moleculari. Permeabilitatea magnetică a wolframului este $\mu =1,0176.$

Inducerea câmpului magnetic ($B"$), care este explicată de curenții moleculari, poate fi găsită ca:

unde $J$ este magnetizarea. Este legat de intensitatea câmpului magnetic prin expresia:

unde susceptibilitatea magnetică a unei substanțe poate fi găsită ca:

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

Prin urmare, găsim câmpul magnetic al curenților moleculari ca:

Câmpul total din bară se calculează după formula:

Folosim expresiile (2.4) și (2.5) pentru a găsi relația necesară:

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

Hai sa facem calculele:

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

Răspuns: $\frac(B")(B)=0,0173.$