Магнетики — интернет энциклопедия для студентов

1. Механизм намагничивания и разновидности магнетиков
2. Что такое намагниченность?
3. Напряженность поля

Определение

Магнетики — это такие вещества, которые стали источником магнитного поля вследствие внесения тех или иных изменений.

В данном процессе полноценная индукция магнитного поля аналогична суммарной индукции внешнего поля, а также поля, формируемого самим магнетиком. Процесс, при котором изменяется состояние магнетика во внешнем поле, являясь намагничиванием. Магнетики в 1845 году открыл Фарадей.

Механизм намагничивания и разновидности магнетиков

Выделяют такие виды магнетиков:

• диамагнетики;
• парамагнетики;
• ферромагнетики;
• ферримагнетики.

Также сюда относят антиферромагнетики, хотя они и лишены возможности формировать в пространстве магнитное поле.

Интенсивности намагничивания свойственно то, что каждый элемент объема вещества обзаводится магнитным моментом.

Определение

Диамагнетики — это вещества, в которых в случае внесения во внешнее магнитное поле в атомах и молекулах наблюдается изменение движения электронов, вследствие чего формируется ориентированный ток кругового типа.

Данному току свойственен магнитный момент:

, где S является площадью витка с током.

В магнитном поле молекулы данного вещества обзаводятся индуцированным магнитным моментом, выступая в качестве источника дополнительного поля, чья индукция определяется как:

.

Диамагнетики попадает под магнитное воздействие во внешнем поле относительно к противоположному полю извне. Его магнитная восприимчивость находится на отметке меньше нуля и ощутимо меньше единицы. Диамагнетики подразделяются на сверхпроводники, а также «аномальные» и «классические» разновидности. Классическим диамагнетикам свойственна магнитная восприимчивость.

Парамагнетики — это те вещества, внутри которых электроны в молекулах перемещаются таким образом, что молекулы обзаводятся постоянным магнитным моментом и не обладают магнитным полем. Молекула данного вещества — это источник магнитного поля, без которого моменты тех или иных молекул обладают хаотичностью, результирующая индукция соответствует нулю, а тело не намагничено. Во внешнем поле регулярные магнитные моменты молекул определяются внешнем полем, в результате чего формируется актуальное направление ориентации моментов. Небольшие объемы вещества обзаводятся магнитными моментами, соответствующими сумме магнитных моментов конкретных молекул. Парамагнетик в итоге выступает в качестве источника поля, намагничиваясь по направлению к полю извне. Магнитная восприимчивость вещества превышает нуль, но, по аналогии с диамагнетиком, она довольно мала.

Парамагнетики подразделяются на нормальные, металлы, а также антиферромагнетики. К нормальным парамагнетикам относятся такие газы как оксид азота, платина, кислород, палладий и прочие. Для этих парамагнетиков ,зависящая от температурного показателя по закону Кюри:

либо согласно закону Кюри — Вейсса:

,

где C и C’ являются постоянными Кюри, а △ — постоянной, которая меньше и больше нуля.

Если говорить о металлах парамагнитного типа, то их магнитная восприимчивость независима от температуры. Данные металлы относятся к слабомагнитным .

Антиферромагнетики преобразуются в нормальные парамагнетики, при температуре выше некоторого температурного значения (точка Кюри).

Процесс намагничивания ферримагнетиков и ферромагнетиков объясняется наличием магнитного момента у электронов. Момент обладает конкретным соотношением с механическим моментом (спин). Спины в магнитном поле данных магнетиков ориентируются конкретным образом. Обычно, это кристаллические вещества. При невысоком температурном значении ферромагнетикам свойственна спонтанная намагниченность, сильно меняющаяся под влиянием внешнего поля, при деформации ферромагнетика, а также изменении его температурного значения.

Что такое намагниченность?

Для того чтобы описать состояние намагниченности магнетика прибегают к вектору намагниченности ().

Намагниченность это физическая величина, которая равна:

,

где △V является элементарным объемом, а магнитными молекулярными моментами. Суммирование происходит по каждой имеющейся в объеме △V молекуле. Отталкиваясь от формулы (5) можно отметить, что:

,

В слабых магнитных полях намагниченность парамагнетиков и диамагнетиков пропорциональна напряженности поля ().

,

где ϰ является магнитной восприимчивостью магнетика.

Для магнетиков (парамагнетики, диамагнетики) корреляция вектора намагниченности является линейной относительно напряженности поля (первый рисунок).

Ферромагнетикам характерно явление гистерезиса (второй рисунок).

Напряженность поля

При отсутствии магнетиков производится соотношение, указывающее на формирование магнитного поля:

.

Если магнетики присутствуют, порождение поля осуществляется не только благодаря токам проводимости , но и молекулярным токам . Отсюда можно вывести следующее преобразование:

.

Первый пример

Задание: Какое из свойств магнитного поля послужило основой соотношения для составляющей поля при переходе через границу раздела пары магнетиков:.

Решение

При отсутствии токов проводимости на границе раздела магнетиков прибегают к теореме Гаусса:

.

При этом за счет вычисления потока:

.

Как результат, получаем, что .

Второй пример

Задание: На границе раздела веществ наблюдается преломление силовых линий поля. Необходимо доказать, что закон преломления линий имеет вид .

Решение

В основу решения будет взят факт того, что линии индукции беспрерывно пересекают границу разделы пары магнетиков. Число приводящих к площади S линий из магнетика (номер 1), будет равно:

.

Число линий, которые выходят из площадки △S в магнетик (номер 2) равно:

.

Поскольку линии не разрываются, отсюда следует:

.

где

.

Линии магнитной индукции преломляются на границе магнетиков, а угол между линией индукции и нормалью к поверхности изменяется. Согласно первому рисунку:

.

А нам известно следующее:

.

Подставив граничные значения для компонентов вектора индукции (уравнение под номером 2. 5) получаем следующее

Ответ: нам удалось доказать, что закон преломления имеет вид .

Магнетики

В этом процессе полная индукция магнитного поля равна сумме индукций внешнего магнитного поля и магнитного поля, которое рождено самим магнетиком. Процесс изменения состояния магнетика во внешнем магнитном поле называют намагничиванием. Магнитики были открыты Фарадеем в 1845 г.

Механизм намагничивания. Виды магнетиков

В зависимости от механизма намагничивания магнетики делят на диа-, пара- ферро- и ферримагнетики. Антиферромагнетики относят тоже к магнетикам, несмотря на то, что они не создают магнитного поля в пространстве.

Интенсивность намагничивания характеризуется тем, что все элементы объема вещества приобретают магнитный момент.

Этот ток характеризуют магнитным моментом ($p_m$):

\[p_m=IS\ \left(1\right),\]

где $S$ — площадь витка с током.

Говорят, что молекулы такого вещества в магнитном поле обретают индуцированный магнитный момент. 3}\right\}\left(2\right).\]

Диамагнетики намагничиваются во внешнем поле в направлении противоположном внешнему полю. Магнитная восприимчивость диамагнетика меньше нуля. Причем она много меньше единицы.

Диамагнетики делятся на «классические», «аномальные» и сверхпроводники. Классические диамагнетики имеют магнитную восприимчивость $\varkappa

Парамагнетиками называют вещества, в которых движение электронов в молекулах происходит так, что молекулы имеют постоянный магнитный момент и без магнитного поля. Молекула парамагнетика сама источник магнитного поля. В отсутствии магнитного поля магнитные моменты разных молекул ориентированы хаотично, результирующая индукция поля равна нулю, в результате тело не намагничено. Во внешнем магнитном поле постоянные магнитные моменты молекул ориентируются по внешнему полю, образуется преимущественное направление ориентации магнитных моментов. Малые объемы вещества получают магнитные моменты, которые равны сумме магнитных моментов отдельных молекул.

{-6}.$

Антиферромагнетики при температуре выше некоторой температуры, которую называют точкой Кюри становятся нормальными парамагнетиками.

Намагничивание ферромагнетиков и ферримагнетиков связывают с тем, что электроны имеют магнитный момент, который имеет определенное соотношение с механическим моментом — спином. В магнитном поле спины этих магнетиков определенным образом ориентируются. Это, как правило, кристаллические вещества. При невысокой температуре ферромагнетики обладают спонтанной намагниченностью. Она сильно изменяется под действием внешнего поля, при деформации ферромагнетика и изменении его температуры.

Намагниченность

Для характеристики состояния намагниченного состояния магнетика используют вектор намагниченности ($\overrightarrow{J}$).

Намагниченностью ($\overrightarrow{J}$) называют физическую величину, которая равна:

\[\overrightarrow{J}=\frac{1}{\triangle V}\sum\limits_{\triangle V}{{\overrightarrow{p}}_{mi}(5)},\]

где $\triangle V$ — элементарный объем, $\overrightarrow{p_{mi}}$ — магнитные моменты молекул, суммирование осуществляется по всем молекулам в объеме $\triangle V$. Из формулы (5) можно заключить, что:

\[p_m=\overrightarrow{J}dV\left(6\right).\]

В несильных магнитных полях намагниченность диа- и парамагнетиках пропорциональна напряженности магнитного поля ($\overrightarrow{H}$):

\[\overrightarrow{J}=\varkappa {\mu }_0\overrightarrow{H\ }\left(7\right),\]

где $\varkappa $ — магнитная восприимчивость среды (магнетика).

Для парамагнетиков и диамагнетиков зависимость вектора намагниченности от напряженности магнитного поля линейна (рис.1).

Рис. 1

У ферромагнетиков наблюдается явление гистерезиса (рис 2).

Рис. 2

Напряжённость магнитного поля

Когда магнетики отсутствуют, выполняется соотношение, которое описывает возникновение магнитного поля:

\[rot\overrightarrow{B}={\mu }_0\overrightarrow{j}\left(8\right).\]

При наличии магнетиков поле порождается не только токами проводимости$\ (\overrightarrow{j)}$, но и молекулярными токами $(\overrightarrow{j_{mol})}$. Следовательно, (8) преобразуется к виду:

\[rot\overrightarrow{B}={\mu }_0\left(\overrightarrow{j}+\overrightarrow{j_{mol}}\right)={\mu }_0\overrightarrow{j}+rot\overrightarrow{J}\left(9\right).\]

ВРЕМЯ для детей | Что такое магниты?

Что общего у компасов, вентиляторов и высокоскоростных поездов? Все они используют магниты для работы. Магниты — это камни или металлы, создающие вокруг себя невидимое поле. Это поле притягивает другие магниты и некоторые металлы. Наличие магнитного поля — вот почему вы можете покрыть металлическую дверь холодильника магнитами.

Магнитное поле сосредоточено вокруг концов магнитов. Эти концы называются полюсами. Все магниты имеют два полюса: северный полюс и южный полюс. Вы можете почувствовать магнитную силу, если держите два магнита так, чтобы их полюса находились рядом друг с другом. Если полюса противоположны (север и юг), вы почувствуете притяжение между магнитами. Если полюса идентичны (север и север или юг и юг), вы почувствуете, как магниты отталкиваются.

отталкивающий ДЖЕССИКА ПЕТЕРСОН/GETTY IMAGES оттолкнуть или разлучить (глагол) Меня отталкивал запах ее напитка. друг друга.

Некоторые материалы обладают магнитными свойствами. Одним из примеров является магнитный камень, горная порода, богатая железом. И некоторые металлы могут становиться магнитными. К ним относятся железо, кобальт и никель. Если вы пропустите немагнитный железный гвоздь через магнитное поле, вы можете превратить его в магнит. Этот процесс называется намагничиванием.

Земля — гигантский магнит. Это потому, что ядро ​​​​планеты состоит в основном из железа. Магнитное поле Земли простирается вокруг планеты. Она называется магнитосферой. Поле наиболее сильно вблизи Северного и Южного полюсов Земли.

Вы никогда не задумывались, почему компас всегда указывает на север? Причина в том, что компас — это магнит, который сидит на оси. вращаться ФОТОАЛЬТО — ЭРИК ОДРАС/GETTY IMAGES фиксированная точка, на которой что-то вращается или балансирует (существительное) Моя велосипедная педаль соскочила с оси. . Этот магнит часто называют иглой. Поскольку противоположные полюса притягиваются, южный полюс стрелки компаса притягивается к северному магнитному полюсу Земли.

Земля представляет собой гигантский магнит, поскольку содержит магнитный материал в виде расплавленной породы. Магнитное поле Земли, или магнитосфера, сильнее всего вокруг северного и южного полюсов планеты.

PETER HERMES FURIAN—GETTY IMAGES

Как работают магниты

Древние греки были одними из первых, кто открыл магнетит. Для них магнетизм мог казаться волшебным. Ведь магнитное поле нельзя увидеть. Но его последствия можно почувствовать.

За последнее столетие ученые узнали, что секрет магнита заключается в его атомном атомный СУПЕРСТОК/GETTY IMAGES относящийся к атомам или мельчайшим компонентам элемента (прилагательное) Атомные часы показывают очень точное время в соответствии с вибрациями внутри атома. состав. Все объекты во Вселенной состоят из атомов. Каждый атом имеет ядро ​​в центре. Крошечные частицы, называемые электронами, вращаются вокруг ядра. Этот процесс создает магнитные поля вокруг электронов. Магнетизм возникает, когда электроны вращаются в одном направлении. Поскольку все магнитные силы электронов складываются, они превращают объект в один большой магнит.

Электричество и магнетизм

Поток электронов называется электричеством. Когда электроны движутся по проводу, они создают магнитное поле. Ученые считают, что магнетизм и электричество являются частью единой силы. Она называется электромагнитной силой.

Датский физик Ганс Христиан Эрстед открыл электромагнетизм в 1820 году. Это открытие привело к значительному улучшению образа жизни людей. Ученые начали производить магниты, посылая электричество через катушку провода, намотанную на магнитный материал, например железо. Этот тип магнита называется электромагнитом. Электромагниты могут различаться по силе. Сила зависит от величины электрического тока и количества витков проволоки. Мощные электромагниты, например, используются для подъема автомобилей на свалках.

Электромагниты используются для самых разных целей, в том числе для подъема металлолома.

PETER AN—GETTY IMAGES

Магниты повсюду

Магниты используются во многих устройствах, которые люди используют каждый день. Они есть в любой машине, у которой есть мотор. Это включает в себя вентиляторы, стиральные машины и автомобили. В двигателях используются магниты и катушки с проволокой для преобразования электрической энергии в движение.

Магниты также помогли добиться значительных успехов в области здравоохранения и транспорта. Врачи могут диагностировать заболевания с помощью МРТ или магнитно-резонансной томографии. Устройства МРТ используют магнитное поле для создания изображений органов пациентов. В Японии, Китае и Германии скоростные поезда используют магниты для достижения скорости более 300 миль в час. Магниты позволяют поездам парить над путями. Это избавит от трения трение ЭНЕРГИЯ / ПОЛУЧИТЬ ИЗОБРАЖЕНИЯ сопротивление, возникающее при соприкосновении одного тела с другим (существительное) Трение между тормозами и колесами помогает остановить машину, когда вы едете слишком быстро. в противном случае поезда будут двигаться с меньшей скоростью.

Магнетизм — основная сила природы. Оно окружает нас. Понимание того, как работают магниты, вдохновило людей на разработку новаторских и спасающих жизни технологий.

Магнит и магнетизм — Дети | Britannica Kids

Введение

Магнит — это камень или кусок металла, который может притягивать к себе металл определенных типов. Сила магнитов, называемая магнетизмом, является основной силой природы, подобно электричеству и гравитации. Магнетизм работает на расстоянии. Это означает, что магниту не обязательно касаться объекта, чтобы притянуть его.

Что вызывает магнетизм

Людям давно известно, что определенный тип породы, называемый магнитом, является естественным магнитом. Когда ученые узнали, почему это так, они также научились превращать другие металлы в магниты.

Магнетизм возникает, когда крошечные частицы, называемые электронами, ведут себя определенным образом. Все объекты во Вселенной состоят из единиц, называемых атомами. Атомы в свою очередь состоят из электронов и других частиц (нейтронов и протонов). Электроны вращаются вокруг ядра атома, содержащего другие частицы. Вращающиеся электроны образуют крошечные магнитные силы. Иногда многие электроны в объекте вращаются в одном направлении. В этих случаях все крошечные магнитные силы электронов складываются, чтобы сделать объект одним большим магнитом.

Можно сделать магнит, взяв существующий магнит и потер им другой кусок металла. Новый кусок металла необходимо постоянно тереть в одном и том же направлении. Это заставит электроны в этом металле начать вращаться в одном направлении.

Электричество также может создавать магниты. Электричество — это поток электронов. Когда электроны движутся по отрезку проволоки, они производят тот же эффект, что и электроны, вращающиеся вокруг ядра атома. Это называется электромагнит.

Твердые и мягкие магниты

Из-за особенностей расположения электронов металлы железо, сталь, никель и кобальт являются хорошими магнитами. Как только эти металлы станут магнитами, они могут остаться магнитами навсегда. Тогда их называют жесткими магнитами. Но эти и другие металлы также могут временно действовать как магниты после того, как они побывали рядом с твердым магнитом. Тогда их называют мягкими магнитами. Большинство других материалов, например вода, воздух и дерево, обладают очень слабыми магнитными свойствами.

Свойства магнитов

Магниты сильно притягивают предметы, содержащие железо, сталь, никель или кобальт. Магниты также притягивают или отталкивают (отталкивают) другие твердые магниты. Это происходит потому, что каждый магнит имеет два противоположных полюса или конца: северный полюс и южный полюс. Северные полюса притягивают южные полюса других магнитов, но отталкивают другие северные полюса. Точно так же южные полюса притягивают северные полюса, но отталкивают другие южные полюса.

Магнитные силы между двумя полюсами магнита создают магнитное поле. Это область воздействия магнита. Магнитное поле окружает все магниты.

Одно из первых применений магнитов было в компасе. Компас представляет собой магнит в форме иглы, который может свободно вращаться. Планета Земля представляет собой гигантский магнит. Поскольку южный полюс компаса притягивается к северному полюсу Земли, стрелка компаса всегда указывает на север.

Сегодня магниты можно найти во многих местах.