Magnetik

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

1) diamagnetische Materialien,

2) paramagnetische Materialien,

3) Ferromagnete.

Die Magnetisierung eines Stoffes wird durch die magnetische Permeabilität charakterisiert,

Magnetische Induktion in Materie,

Magnetische Induktion im Vakuum.

Jedes Atom kann durch ein magnetisches Moment charakterisiert werden .

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

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

1. Diamagnete.

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

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

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

In diamagnetischen Materialien.

Weil< , то для диамагнетиков 1.

2. Paramagnetische Materialien

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

Ohne ein äußeres Feld verlaufen diese Mikroströme chaotisch.

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

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

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

Tabelle 1. Magnetische Permeabilität para- und diamagnetischer Materialien.

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

Die meisten Stoffe in der Natur sind paramagnetisch.

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

3. Ferromagnete

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

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

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

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

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

Der Magnet entmagnetisiert sich, wenn Langzeitlagerung(Mit der Zeit kehren die Domänen in einen chaotischen Zustand zurück.)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Natürlich wurde im Eisen ein Feld mit Induktion erzeugt, anstatt dass es sich in der Luft befunden hätte. Daher können wir sagen, dass Eisen im Vergleich zu Luft 2400-mal „durchlässiger“ für ein Magnetfeld ist.

Die relative magnetische Permeabilität von Eisen kann als Verhältnis bezeichnet werden magnetische Induktion in Eisen und in Luft

wenn ein Magnetfeld im Inneren identischer Ringspulen beobachtet wird, von denen eine auf einen Eisenring gewickelt ist und die andere keine ferromagnetischen Körper enthält.

In diesem Fall werden die Werte von Induktion und Вв natürlich beim gleichen Wert des spezifischen Gesamtstroms bestimmt.

Magnetische Permeabilität des gleichen ferromagnetischen Materials bei unterschiedliche Bedeutungen Induktion ist anders. Stellen Sie sich tatsächlich die in Abb. gezeigte magnetische Charakteristik vor. 3.4, in Form einer Tabelle: Die erste Zeile enthält die Werte des spezifischen Gesamtstroms, die zweite - die Werte der im Eisen beobachteten magnetischen Induktion (geschlossener Ring innerhalb der Spule), die dritte - die Werte der magnetischen Induktion in derselben Ringspule ohne ferromagnetische Körper, um das 10.000-fache erhöht.

Die erste Zeile der Tabelle entspricht den Experimenten, auf deren Grundlage die magnetischen Eigenschaften in Abb. 3.4. Die zweite Zeile wird nach der Formel berechnet

Mit der Formel werden die relativen magnetischen Permeabilitätswerte für verschiedene Induktionen berechnet

Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, nimmt die magnetische Permeabilität zunächst zu und dann ab. Die erhaltenen Ergebnisse können durch die in Abb. dargestellte Grafik dargestellt werden. 3.5.

Reis. 3.5. Relative magnetische Permeabilität von reinem Eisen in Abhängigkeit vom spezifischen Gesamtstrom

Die ersten Studien über die magnetischen Eigenschaften von Materialien an Proben mit geschlossenen Ringen und die Feststellung der Natur und Änderung der Permeabilität mit dem Feld stammen von Professor A. G. Stoletov von der Moskauer Universität. Er betonte, dass die Kenntnis der magnetischen Eigenschaften von Stahl für die Entwicklung der Elektrotechnik ebenso wichtig sei wie die Kenntnis der Eigenschaften von Dampf für die Hersteller von Dampfmaschinen.

Die Abnahme der relativen magnetischen Permeabilität mit zunehmender Induktion stellt den zweiten dar charakteristisches Merkmal ferromagnetische Körper. Zunächst lassen sie sich leicht magnetisieren; Die magnetische Induktion erreicht bei relativ schwachen Magnetisierungsströmen große Werte. Eine weitere Erhöhung der magnetischen Induktion erfordert jedoch eine immer deutlichere Erhöhung des Stroms – es ist sehr schwierig, in Eisen eine Induktion über etwa 2,0–2,2 Tesla zu erzeugen. Darauf deutet der in Abb. dargestellte sanfte Verlauf der magnetischen Kennlinie hin. 3.4, im Bereich großer Induktionen.

Um die Induktion von 1,65 auf zu erhöhen, muss der spezifische Gesamtstrom von 100 auf 1000 A erhöht werden. Um die Induktion jedoch weiter zu erhöhen, muss der Magnetisierungsstrom auf 2000 A/cm erhöht werden (siehe Tabelle 3.1). Wenn Ordnung induziert wird, kommt es zu magnetischer Sättigung, wie man sagt.

Beispiel 1. In einer Ringspule mit einer Windungszahl und einer durchschnittlichen Stahlkernlänge von 25 cm fließt ein Strom I = 1 A. Magnetischer Fluss in einem Stahlkern mit einem Querschnitt gleich

Zahlreiche Experimente zeigen, dass alle Stoffe, die in ein Magnetfeld gebracht werden, magnetisiert werden und ein eigenes Magnetfeld erzeugen, dessen Wirkung sich zur Wirkung eines externen Magnetfelds addiert:

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

wobei $\boldsymbol(\vec(B))$ die Magnetfeldinduktion in der Substanz ist; $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - magnetische Induktion des Feldes im Vakuum, $\boldsymbol((\vec(B))_(1))$ - magnetische Induktion des resultierenden Feldes aus der Magnetisierung der Materie. In diesem Fall kann der Stoff das Magnetfeld entweder verstärken oder schwächen. Der Einfluss eines Stoffes auf ein äußeres Magnetfeld wird durch die Stärke charakterisiert μ , Was heisst magnetische Permeabilität einer Substanz

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

• Magnetische Permeabilität ist eine physikalische Skalargröße, die angibt, wie oft sich die Magnetfeldinduktion in einer bestimmten Substanz von der Magnetfeldinduktion im Vakuum unterscheidet.

Alle Stoffe bestehen aus Molekülen, Moleküle bestehen aus Atomen. Herkömmlich kann man davon ausgehen, dass die Elektronenhüllen von Atomen aus kreisförmigen elektrischen Strömen bestehen, die durch die Bewegung von Elektronen gebildet werden. Kreisförmige elektrische Ströme in Atomen müssen ihre eigenen Magnetfelder erzeugen. Elektrische Ströme müssen durch ein äußeres Magnetfeld beeinflusst werden, wodurch entweder mit einer Zunahme des Magnetfeldes zu rechnen ist, wenn die atomaren Magnetfelder auf das äußere Magnetfeld ausgerichtet sind, oder mit einer Abschwächung, wenn sie in die entgegengesetzte Richtung gerichtet sind.
Hypothese über Existenz von Magnetfeldern in Atomen und die Möglichkeit, das Magnetfeld in der Materie zu verändern, ist völlig wahr. Alle Substanzen durch die Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes auf sie lassen sich in drei Hauptgruppen einteilen: diamagnetisch, paramagnetisch und ferromagnetisch.

Diamagnete nennt man Stoffe, bei denen das äußere Magnetfeld geschwächt ist. Das bedeutet, dass die Magnetfelder der Atome solcher Stoffe in einem äußeren Magnetfeld dem äußeren Magnetfeld entgegengesetzt gerichtet sind (µ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает magnetische Permeabilität µ = 0,999826.

Die Natur des Diamagnetismus verstehen Betrachten Sie die Bewegung eines Elektrons, das mit hoher Geschwindigkeit einfliegt v in ein gleichmäßiges Magnetfeld senkrecht zum Vektor IN Magnetfeld.

Unter dem Einfluss Lorentzkräfte Das Elektron bewegt sich auf einem Kreis, die Richtung seiner Rotation wird durch die Richtung des Lorentz-Kraftvektors bestimmt. Aufgetaucht Kreisstrom erzeugt ein eigenes Magnetfeld IN" . Das ist ein magnetisches Feld IN" dem Magnetfeld entgegengesetzt gerichtet IN. Folglich muss jede Substanz, die frei bewegliche geladene Teilchen enthält, diamagnetische Eigenschaften haben.
Obwohl die Elektronen in den Atomen einer Substanz nicht frei sind, entspricht die Änderung ihrer Bewegung innerhalb der Atome unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfelds der Kreisbewegung freier Elektronen. Daher hat jede Substanz in einem Magnetfeld zwangsläufig diamagnetische Eigenschaften.
Allerdings sind diamagnetische Effekte sehr schwach und kommen nur in Stoffen vor, deren Atome oder Moleküle kein eigenes Magnetfeld haben. Beispiele für diamagnetische Materialien sind Blei, Zink, Wismut (μ = 0,9998).

Die erste Erklärung, warum Körper magnetische Eigenschaften haben, wurde von Henri Ampère (1820) gegeben. Nach seiner Hypothese zirkulieren im Inneren von Molekülen und Atomen elementare elektrische Ströme, die die magnetischen Eigenschaften jeder Substanz bestimmen.

Betrachten wir die Gründe für den Magnetismus der Atome genauer:

Nehmen wir etwas Festes. Seine Magnetisierung hängt mit den magnetischen Eigenschaften der Partikel (Moleküle und Atome) zusammen, aus denen es besteht. Betrachten wir, welche Stromkreise auf Mikroebene möglich sind. Der Magnetismus der Atome hat zwei Hauptgründe:

1) die Bewegung von Elektronen um den Kern in geschlossenen Bahnen ( magnetisches Orbitalmoment) (Abb. 1);

Reis. 2

2) die intrinsische Rotation (Spin) von Elektronen ( magnetisches Spinmoment) (Abb. 2).

Für Neugierige. Das magnetische Moment des Stromkreises ist gleich dem Produkt aus dem Strom im Stromkreis und der vom Stromkreis abgedeckten Fläche. Seine Richtung stimmt mit der Richtung des Magnetfeldinduktionsvektors in der Mitte des stromdurchflossenen Stromkreises überein.

Da die Bahnebenen verschiedener Elektronen in einem Atom nicht zusammenfallen, sind die von ihnen erzeugten Magnetfeldinduktionsvektoren (Bahn- und Spinmagnetmomente) in unterschiedlichen Winkeln zueinander gerichtet. Der resultierende Induktionsvektor eines Mehrelektronenatoms ist gleich der Vektorsumme der von einzelnen Elektronen erzeugten Feldinduktionsvektoren. Atome mit teilweise gefüllten Elektronenhüllen haben unkompensierte Felder. Bei Atomen mit gefüllten Elektronenhüllen ist der resultierende Induktionsvektor 0.

In allen Fällen ist die Änderung des Magnetfelds auf das Auftreten von Magnetisierungsströmen zurückzuführen (das Phänomen). Elektromagnetische Induktion). Mit anderen Worten, das Superpositionsprinzip für das Magnetfeld bleibt gültig: Das Feld im Inneren des Magneten ist eine Superposition des externen Feldes $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ und des Feldes $\boldsymbol( \vec(B"))$ der Magnetisierungsströme ich" , die unter dem Einfluss eines äußeren Feldes entstehen. Wenn das Feld der Magnetisierungsströme genauso gerichtet ist wie das äußere Feld, dann ist die Induktion des Gesamtfeldes größer als die des äußeren Feldes (Abb. 3, a) – in diesem Fall sagen wir, dass der Stoff das Feld verstärkt ; Wenn das Feld der Magnetisierungsströme dem äußeren Feld entgegengesetzt gerichtet ist, ist das Gesamtfeld kleiner als das äußere Feld (Abb. 3, b) – in diesem Sinne sagen wir, dass die Substanz das Magnetfeld schwächt.

Reis. 3

IN diamagnetische Materialien Moleküle haben kein eigenes Magnetfeld. Unter dem Einfluss eines externen Magnetfelds in Atomen und Molekülen ist das Feld der Magnetisierungsströme dem externen Feld entgegengesetzt gerichtet, daher ändert sich der Modul des magnetischen Induktionsvektors $ \boldsymbol(\vec(B))$ des resultierenden Feldes kleiner sein als der Modul des magnetischen Induktionsvektors $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ äußeres Feld.

Als Stoffe werden Stoffe bezeichnet, bei denen das äußere Magnetfeld durch die Hinzufügung der elektronischen Hüllen der Atome des Stoffes zu den Magnetfeldern aufgrund der Ausrichtung atomarer Magnetfelder in Richtung des äußeren Magnetfeldes verstärkt wird paramagnetisch(µ > 1).

Paramagnete verstärken das äußere Magnetfeld nur sehr schwach. Die magnetische Permeabilität paramagnetischer Materialien weicht nur um den Bruchteil eines Prozents von Eins ab. Beispielsweise beträgt die magnetische Permeabilität von Platin 1,00036. Aufgrund der sehr kleinen Werte der magnetischen Permeabilität paramagnetischer und diamagnetischer Materialien ist deren Einfluss auf ein äußeres Feld bzw. die Wirkung eines äußeren Feldes auf paramagnetische oder diamagnetische Körper nur sehr schwer zu erkennen. Daher gelten in der alltäglichen Praxis der Technik paramagnetische und diamagnetische Stoffe als nicht magnetisch, also Stoffe, die das Magnetfeld nicht verändern und vom Magnetfeld nicht beeinflusst werden. Beispiele für paramagnetische Materialien sind Natrium, Sauerstoff, Aluminium (μ = 1,00023).

IN Paramagnete Moleküle haben ein eigenes Magnetfeld. In Abwesenheit eines externen Magnetfelds sind die Induktionsvektoren der Magnetfelder von Atomen und Molekülen aufgrund der thermischen Bewegung zufällig ausgerichtet, sodass ihre durchschnittliche Magnetisierung Null ist (Abb. 4, a). Wenn ein äußeres Magnetfeld an Atome und Moleküle angelegt wird, beginnt ein Kraftmoment zu wirken, das dazu neigt, sie so zu drehen, dass ihre Felder parallel zum äußeren Feld ausgerichtet sind. Die Ausrichtung der paramagnetischen Moleküle führt dazu, dass der Stoff magnetisiert wird (Abb. 4, b).

Reis. 4

Die vollständige Ausrichtung von Molekülen in einem Magnetfeld wird durch ihre thermische Bewegung verhindert, daher hängt die magnetische Permeabilität paramagnetischer Materialien von der Temperatur ab. Es ist offensichtlich, dass mit steigender Temperatur die magnetische Permeabilität paramagnetischer Materialien abnimmt.

Ferromagnete

Als Stoffe werden Stoffe bezeichnet, die ein äußeres Magnetfeld deutlich verstärken Ferromagnete(Nickel, Eisen, Kobalt usw.). Beispiele für Ferromagnete sind Kobalt, Nickel, Eisen (μ erreicht einen Wert von 8·10 3).

Der Name dieser Klasse magnetischer Materialien leitet sich vom lateinischen Namen für Eisen ab – Ferrum. Hauptmerkmal Diese Stoffe sind in der Lage, die Magnetisierung auch ohne äußeres Magnetfeld aufrechtzuerhalten; alle Permanentmagnete gehören zur Klasse der Ferromagnete. Neben Eisen haben auch seine „Nachbarn“ im Periodensystem – Kobalt und Nickel – ferromagnetische Eigenschaften. Ferromagnetische Materialien finden in Wissenschaft und Technik breite praktische Anwendung; daher wurde eine beträchtliche Anzahl von Legierungen mit unterschiedlichen ferromagnetischen Eigenschaften entwickelt.

Alle genannten Beispiele für Ferromagnete beziehen sich auf Übergangsgruppenmetalle, deren Elektronenhülle mehrere ungepaarte Elektronen enthält, was dazu führt, dass diese Atome über ein erhebliches eigenes Magnetfeld verfügen. Im kristallinen Zustand entstehen durch die Wechselwirkung zwischen Atomen in Kristallen Bereiche spontaner Magnetisierung – Domänen. Die Abmessungen dieser Domänen betragen Zehntel und Hundertstel Millimeter (10 -4 − 10 -5 m), was die Größe eines einzelnen Atoms (10 -9 m) deutlich übersteigt. Innerhalb einer Domäne sind die Magnetfelder von Atomen streng parallel ausgerichtet; die Ausrichtung der Magnetfelder anderer Domänen ändert sich in Abwesenheit eines externen Magnetfelds willkürlich (Abb. 5).

Reis. 5

So existieren im Inneren eines Ferromagneten auch im nichtmagnetisierten Zustand starke Magnetfelder, deren Ausrichtung sich beim Übergang von einer Domäne in eine andere auf zufällige, chaotische Weise ändert. Wenn die Abmessungen eines Körpers die Abmessungen einzelner Domänen deutlich überschreiten, dann fehlt das durchschnittliche Magnetfeld, das von den Domänen dieses Körpers erzeugt wird, praktisch nicht.

Wenn Sie einen Ferromagneten in ein externes Magnetfeld legen B 0 , dann beginnen sich die magnetischen Momente der Domänen neu anzuordnen. Eine mechanische räumliche Rotation von Stoffabschnitten findet jedoch nicht statt. Der Prozess der Magnetisierungsumkehr ist mit einer Änderung der Elektronenbewegung verbunden, nicht jedoch mit einer Änderung der Position der Atome an Knotenpunkten Kristallgitter. Domänen, die relativ zur Feldrichtung am günstigsten ausgerichtet sind, vergrößern ihre Größe auf Kosten benachbarter „falsch ausgerichteter“ Domänen und absorbieren diese. In diesem Fall nimmt das Feld in der Substanz deutlich zu.

Eigenschaften von Ferromagneten

1) Die ferromagnetischen Eigenschaften eines Stoffes treten erst dann zum Vorschein, wenn der entsprechende Stoff lokalisiert ist V kristalliner Zustand ;

2) Die magnetischen Eigenschaften von Ferromagneten hängen stark von der Temperatur ab, da die Ausrichtung der Magnetfelder der Domänen durch thermische Bewegung verhindert wird. Für jeden Ferromagneten gibt es eine bestimmte Temperatur, bei der die Domänenstruktur vollständig zerstört wird und der Ferromagnet sich in einen Paramagneten verwandelt. Dieser Temperaturwert wird aufgerufen Curie-Punkt . Für reines Eisen beträgt die Curie-Temperatur also etwa 900 °C;

3) Ferromagnete sind magnetisiert bis zur Sättigung in schwachen Magnetfeldern. Abbildung 6 zeigt, wie sich der Induktionsmodul des Magnetfelds ändert B aus Stahl mit verändertem Außenfeld B 0 :

Reis. 6

4) Die magnetische Permeabilität eines Ferromagneten hängt vom äußeren Magnetfeld ab (Abb. 7).

Reis. 7

Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass zunächst mit einem Anstieg B 0 magnetische Induktion B wird stärker und daher μ wird steigen. Dann beim Wert der magnetischen Induktion B" 0 Es kommt zur Sättigung (μ ist in diesem Moment maximal) und mit weiterem Anstieg B 0 magnetische Induktion B 1 in der Substanz ändert sich nicht mehr und die magnetische Permeabilität nimmt ab (strebt gegen 1):

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

5) Ferromagnete weisen eine Restmagnetisierung auf. Wenn beispielsweise ein ferromagnetischer Stab in eine stromdurchflossene Magnetspule eingesetzt und bis zur Sättigung magnetisiert wird (Punkt A) (Abb. 8) und reduzieren Sie dann den Strom im Magnetventil und damit B 0 , dann können Sie feststellen, dass die Feldinduktion im Stab während des Entmagnetisierungsprozesses immer größer bleibt als während des Magnetisierungsprozesses. Wann B 0 = 0 (der Strom im Magneten ist ausgeschaltet), die Induktion ist gleich B r (Restinduktion). Der Stab kann vom Magneten abgenommen und als Permanentmagnet verwendet werden. Um den Stab endgültig zu entmagnetisieren, müssen Sie einen Strom in die entgegengesetzte Richtung durch den Magneten leiten, d. h. Legen Sie ein externes Magnetfeld mit der entgegengesetzten Richtung des Induktionsvektors an. Erhöhen Sie nun den Modul der Induktion dieses Feldes auf B ok , entmagnetisieren Sie den Stab ( B = 0).

• Modul B ok nennt man die Induktion eines Magnetfeldes, das einen magnetisierten Ferromagneten entmagnetisiert Zwangsgewalt .

Reis. 8

Mit weiterer Steigerung B 0 Sie können den Stab bis zur Sättigung magnetisieren (Punkt A" ).

Jetzt reduzieren B 0 auf Null erhalten wir wieder einen Permanentmagneten, allerdings mit Induktion –B r (entgegengesetzten Richtung). Um den Stab wieder zu entmagnetisieren, muss der Strom in der ursprünglichen Richtung in der Magnetspule wieder eingeschaltet werden, und der Stab wird bei der Induktion entmagnetisiert B 0 wird gleich werden B ok . Ich steigere mich weiter B 0 , magnetisieren Sie den Stab erneut bis zur Sättigung (Punkt A ).

So entsteht beim Magnetisieren und Entmagnetisieren eines Ferromagneten die Induktion B hinkt hinterher B 0. Diese Verzögerung wird aufgerufen Hysterese-Phänomen . Die in Abbildung 8 dargestellte Kurve heißt Hystereseschleife .

Hysterese (Griechisch ὑστέρησις – „zurückbleiben“) – eine Eigenschaft von Systemen, die den einwirkenden Kräften nicht unmittelbar folgen.

Die Form der Magnetisierungskurve (Hystereseschleife) variiert erheblich für verschiedene ferromagnetische Materialien, die in wissenschaftlichen und technischen Anwendungen sehr breite Anwendung gefunden haben. Einige magnetische Materialien haben eine breite Schleife mit hohen Werten für Remanenz und Koerzitivfeldstärke, diese werden als „Magnete“ bezeichnet magnetisch hart und werden zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet. Andere ferromagnetische Legierungen zeichnen sich durch niedrige Koerzitivkraftwerte aus; solche Materialien lassen sich auch in schwachen Feldern leicht magnetisieren und ummagnetisieren. Solche Materialien werden genannt magnetisch weich und werden in verschiedenen elektrischen Geräten verwendet - Relais, Transformatoren, Magnetkreisen usw.

Literatur

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3. Slobodyanyuk A.I. Physik 10. §13 Wechselwirkung eines Magnetfeldes mit Materie

Anmerkungen

1. Wir betrachten die Richtung des Magnetfeldinduktionsvektors nur in der Mitte des Stromkreises.