Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики — справочник студента

Так как вещества обладают определёнными магнитными свойствами, например, вещества могут быть сильномагнитные и слабомагнитные, иметь различные механизмы намагничивания (характер взаимодействия частиц), величину магнитного момента. Исходя из свойств выделяют основные: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики, ферримагнетики, сверхдиамагнетики.

Диамагнетики – слабомагнитные вещества, характеризуются отрицательным значением магнитной восприимчивости  и в отсутствии магнитного поля они не намагничиваются (магнитный момент частиц будет равен нулю).

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!

Оценим за полчаса!

Появляется диамагнитный эффект (индуцированный магнитный момент) и он будет сохранятся пока действует внешнее магнитное поле:    Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента, а намагниченность Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента, где N –концентрация атомов, r – расстояние электронов в атоме до оси процессии. При этом дополнительная индукция магнитного поля и намагниченность (будет малой отрицательной величиной) направлены противоположно вектору индукции внешнего магнитного поля. В отсутствии магнитного поля магнитные моменты всех электронов будет компенсировать друг друга.

Диамагнетики делятся на «классические», «аномальные» и сверхпроводники. Примеры диамагнетиков: вода (Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента), серебро (Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента), висмут (Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента), а так же  благородные газы, полупроводники, некоторые металлы (бериллий, медь, цинк, свинец и т.д.), диэлектрики (стекло, полимеры) и органические вещества.

Парамагнетики – слабомагнитные вещества, но положительным значением магнитной восприимчивости  (т.к. во внешнем магнитном поле магнитные моменты частиц стремятся выстроиться по направлению поля, усиливая его) и в отсутствии магнитного поля частицы обладают собственным магнитным моментом (магнитный момент частиц будет постоянным и отличен от нуля) [5, с. 23].

При внесении во внешнее магнитное поле вещества по распределению Больцмана возникает ориентация магнитных моментов молекул в направлении индукции (параллельно магнитному полю) и намагничивание, но порядок нарушается тепловым движением (хаотичное, столкновение и взаимодействие атомов между собой), т.е. парамагнитная восприимчивость  зависит от температуры. Механизм намагничивания парамагнетиков аналогичен механизму электризации полярных диэлектриков.

Ферромагнетики – сильномагнитные вещества, характеризуются высоким значением магнитной восприимчивости  и зависят от внешнего магнитного поля, также характерно наличие спонтанной намагниченности (магнитные моменты атомов в определенных областях ориентированы упорядоченно (параллельно друг другу) в отсутствие внешнего поля – домены) и есть определенный предел насыщения.

Намагничивание ферромагнетиков было исследовано А. Г. Столетовым в 1878 г: построена кривая магнитной проницаемости (кривая Столетова). Гистерезис открыт в 1880 г. (рис. 1).

alt

Узнай стоимость своей работы

Бесплатная оценка заказа!
Читайте также:  Максимум и минимум функции - справочник студента

Оценим за полчаса!

Магнитная восприимчивость ферромагнетиков является функцией напряженности внешнего поля, зависимость , т.е. намагниченность имеет предел, называемый намагниченностью насыщения.

По аналогии с парамагнетиками намагниченность ферромагнетиков обусловливается переориентировкой некоторых элементарных магнитных моментов.

Магнитная проницаемость ферромагнетиков достигает очень больших значений, эта величина зависит от напряженности внешнего поля. Кривая зависимости  имеет вид петли, называемой петлей гистерезиса (рис. 1).

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента

Рисунок 1.

Примеры ферромагнетиков: чистые металл (никель, кобальт, гадолиний) – их сплавы и соединения, сплавы и соединения – марганца и хрома с неферромагнитными элементами.

Антиферромагнетики (скомпенсированный ферримагнетик) – частный случай ферримагнетиков, в которых имеется одновременное наличие двух подрешеток, которые спонтанно намагничены в противоположных направлениях с одинаковой интенсивностью (сумма намагниченностей будет равно нулю).

Антиферромагнетики ведут себя как очень слабые парамагнетики и  характеризуются низким значением магнитной восприимчивости . Существование антиферромагнетиков было предсказано Л.Д. Ландау в 1933 г.

Как и для ферромагнетиков существует антиферромагнитная точка Кюри называемая  точкой Нееля  – температура перехода в антиферромагнитное.

Примеры антиферромагнетиков: редкоземельные элементы (эрбий, диспрозий, гольмий), оксиды и дифториды некоторых металлов (оксид железа, оксид марганца, фторид кобальта, фторид никеля), соли угольной и серной кислот (карбонат марганца, сульфат никеля) и т.д [2].

Ферримагнетики (ферриты) –вещества, в которых магнитные моменты атомов кристаллической решетки образуют несколько магнитных подрешеток с магнитными моментами, направленными навстречу друг другу. Ферриты также называют ферромагнетными полупроводниками (малая электропроводность относительно ферромагнетиками), нескомпенсированными антиферромагнетиками.

Для существования ферримагнетизма необходимо существование хотя бы двух неэквивалентных подрешеток. В отличие от металлических ферромагнетиков они обладают большим электрическим сопротивлением, что позволяет использовать их, например, для изготовления сердечников трансформаторов, не опасаясь вредного воздействия токов Фуко. Ферриты образует группы это:

  • ферриты-шпинели – имеют кристаллическую структуры, кристаллизируются в кубической решетке с пространственной группой  – число электронов в атоме, общая формула:  (соединения оксидов железа и оксидов металлов – шпинель),  – двухвалентный металл (марганец, никель, цинк, железо и т.д.);
  • ферриты-гранаты – имеют кубическую решетку типа граната и кристаллизируются с пространственной группой , общая формула:,  – тяжелые редкоземельные элементы (от самария до лютеция, по табл. Менделеева 62 – 71). Первые ферримагнитные гранаты были синтезированы во Франции в 1956 г.;
  • гексаферриты – имеют гексагональную решетку, кристаллизируются с пространственной группой близкую  общих формул будет несколько, в зависимости от типа;
  • ортоферриты – имеют ромбическую решетку и кристаллизируются с пространственной группой , общая формула: ,  – редкоземельные элементы. При нормальной температуре превращаются в антиферромагнетики, а при температурах ниже нескольких кельвинов – ферримагнетиками.

Сверхдиамагнетиками будут все вещества, находящиеся в сверхпроводящем состоянии — низкотемпературные сверхпроводники (металлы) и высокотемпературные сверхпроводники (керамики). Из несверхпроводящих материалов, обладающих сверхдиамагнитными свойствами, известен только один – хлорид меди, открытый в 1986г.

Магнитные свойства веществ отличаются большим разнообразием, чем электрические свойства.

Диэлектрическая проницаемость ε у всех веществ всегда больше единицы (диэлектрическая восприимчивость k > 0), магнитная проницаемость μ может быть как больше единицы, так и меньше единицы, аналогично и магнитная восприимчивость . В.Л. Гинзбурга, удостоенный Нобелевской премии по физике в 2004 г., выделил классификацию магнетиков (табл. 1).

Таблица 1.

Современная классификация магнетиков

Магнетики          Магнитная восприимчивость,
Диамагнетики Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента
Парамагнетики Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента
Ферромагнетики Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента
Ферримагнетики Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента
Антиферромагнетики
Сверхдиамагнетики

Список литературы:

  1. Андреев, В.В. Электромагнитные формфакторы мезонов [Текст] : статья / В.В. Андреев, А.Ф. Крутов. // Проблемы физики, математики и техники (ПФМТ). – 2011. — № 1 (6). – С. 7 – 19.
  2. Гелл-Манн, М. Восьмимерный формализм: Теория симметрий в сильных взаимодействиях / М. Гелл-Манн // Эл-е частицы и компенсирующие поля: Сборник статей; под ред. Д. Иваненко. – М.: Мир, 2014. – 300 с.
  3. Иродов, И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. [Текст] учебник /И.Е. Иордов.  — М. — С. -П. : Физматлит, 2000. – 267 с.
  4. Максименко, Н.В. Теоретико – полевые основы электродинамических процессов / Н.В. Максименко, Е.В. Вакулина, О.М. Дерюжкова, С.М. Кучин; Брянский государственный университет им. ак. И.Г. Петровского. – Брянск, 2010. – 56 с.
  5. Bouchal, Z. M. Self-reconstruction of a distorted non-diffracting beam: Tutorial [Text] / Z.Bouchal, J.Wagner, M.Clup  Optics Communications. – 2008. – Vol. 151. – P. 207 – 211.

Источник: https://sibac.info/studconf/science/lxx/143613

механизмы намагничивания разных типов магнетиков

Теперь о механизмах намагничивания разных типов магнетиков.

Намагничивание диамагнетиков происходит при включении внешнего магнитного поля. Включение поля хотя и происходит обычно достаточно быстро, но все же занимает некоторое время, в течение которого поле изменяется от нулевого значения до некоторого значения В ¹ 0.

Вспомним теперь об одном важном электромагнитном явлении: в каждом переменном во времени магнитном поле всегда возникает электрическое поле. Этот эффект называется электромагнитной индукцией.

Поэтому при включении магнитного поля электроны диамагнетика оказываются подверженными действию индукционного электрического поля.

Оно вызывает небольшие искажения электронных токов, которые можно трактовать как прибавление к первоначальным токам дополнительных индукционных, из-за которых расстраивается первоначальная взаимная компенсация электронных магнитных моментов.

В результате у мельчайших частиц диамагнитного вещества возникает наведенный включением поля магнитный момент. Теперь вспомним об общем свойстве индукционных токов: они всегда имеют такое направление, что их магнитные поля ослабляют действие причины, возбуждающей этот ток (правило Ленца).

Эта особенность индукционных токов в диамагнетике проявляется в том, что он отталкивается от источника внешнего поля, т. е. стремится выйти из этого поля. Эффект диамагнитного отталкивания слабый. Это объясняется малостью индукционно наведенной намагниченности, появляющейся вследствие раскомпенсации электронных магнитных моментов в диамагнитных частицах. При этом она оказывается ориентированной против внешнего поля.

Агрегатное состояние диамагнетиков бывает различным: cущест-вуют диамагнитные газы, жидкости и твердые тела. Характерной особенностью диамагнитной намагниченности является ее независимость от температуры.

Механизм намагничивания парамагнетиков ориентационный. Любой магнитный момент, попав во внешнее поле, стремится сориентироваться вдоль поля. Этим исключается первоначальная хаотичность направлений магнитных моментов мельчайших частиц парамагнитной среды.

В результате суммирование большого числа таких моментов уже не приводит к нулю. Поэтому возникает намагниченность, ориентированная вдоль поля.

При такой ее ориентации взаимодействие внешнего поля с намагниченным парамагнетиком сводится к их притяжению: намагниченный парамагнетик втягивается во внешнее поле.

Подобно диамагнетикам парамагнетики также бывают в разных агрегатных состояниях, но отличаются от них существенной зависимостью парамагнитной намагниченности от температуры.

Намагничивание ферромагнетика сходно с предыдущим случаем в том отношении, что оно также имеет ориентационный характер.

Но есть и принципиальное отличие, состоящее в том, что в ферромагнетике поле разворачивает не отдельные микроскопические магнитные моменты, а намагниченности отдельных доменов, которые стремятся сориентироваться вдоль поля.

Поэтому в одном и том же внешнем поле намагниченность любого ферромагнетика гораздо больше намагниченности любой парамагнитной среды. Еще одно существенное отличие состоит в том, что после выключения внешнего поля намагниченность парамагнетика также исчезает.

Этого не происходит в случае ферромагнетиков. Дело в том, что каждый домен является макросистемой, находящейся в твердом состоянии. Поэтому восстановление беспорядка в ориентации доменов сильно затруд-

нено. Соответственно, после выключения внешнего намагничивающего поля ферромагнетик остается намагниченным. Именно из таких ферромагнитных материалов изготавливаются так называемые постоянные магниты.

Еще одним важным свойством ферромагнитной намагниченности является ее существенная зависимость от температуры.

При этом существует такая температура, называемая точкой Кюри, при превышении который ферромагнитный порядок разрушается и ферромагнетик превращается в парамагнетик.

Наконец, приведем данные об относительной иерархии абсолютных значений намагниченностей разных типов магнетиков при одном и том же намагничивающем поле и температуре (ниже точки Кюри ферромагнетика): парамагнитная намагниченность на два–три порядка больше диамагнитной, а ферромагнитная намагниченность на шесть–семь порядков превышает парамагнитную.

Напомним, что намагниченность имеет смысл магнитного момента единицы объема магнетика. Это означает, что в намагниченном магнетике циркулируют токи, обусловленные именно его намагниченным состоянием и характеризуемые этим магнитным моментом.

Эти токи называются токами намагничивания. В этом случае магнитное поле В в магнетике уже не определяется одними только внешними токами.

В этом случае это поле является суперпозицией поля В0 , порождаемого этими токами в вакууме, и поля В1 , создаваемого токами намагничивания:

  • В = В0 + В1 . (1)
  • Оказывается, что эта формула может быть преобразована так:
  • B = m0 (H + M) . (2)

В (2) m0 – магнитная постоянная (равна 4p×10-7 Гн/м), М – намагниченность, величина H называется напряженностью магнитного поля (в СИ измеряется в A/м). В стационарном случае напряженность магнитного поля зависит только от внешних токов. Это является следствием одного из фундаментальных законов стационарного магнетизма, который выражается соотношением

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента

Левая часть (3) является циркуляцией Н по любому замкнутому контуру L. Правая часть равна сумме внешних токов, пронизывающих контур L. В частности, если внешний ток протекает по одному неразветвленному проводу, то из (3) следует, что напряженность магнитного поля пропорциональна силе тока в этом проводе.

  1. В изотропных средах (их свойства одинаковы по различным направлениям ) векторы В и Н, помимо (2), связаны также соотношением
  2. В = mmН . (4)
  3. Коэффициент m безразмерен, характеризует магнитные свойства среды и называется ее магнитной проницаемостью.

Сравнивая (1) и (2) , видим, что произведение mН является магнитной индукцией, которая при заданных внешних токах возникала бы не в веществе, а в вакууме. Следовательно, магнитная проницаемость показывает, насколько магнитное поле в веществе отличается от соответствующего поля в вакууме.

Магнитная проницаемость диамагнетиков постоянна и чуть меньше единицы. Это как раз и означает, что магнитное поле токов намагничивания диамагнетика направлено против внешнего магнитного поля и незначительно его ослабляет.

Читайте также:  Введение в социальную психологию - справочник студента

Магнитная проницаемость парамагнетиков при фиксированной температуре постоянна и несколько больше единицы, в чем выражается одинаковая направленность магнитного поля токов намагничивания парамагнетика и внешнего поля. Таким образом, это поле усиливает в не очень сильной степени действие внешнего магнитного поля.

Магнитная проницаемость ферромагнетиков имеет ряд важных особенностей. Во-первых, она гораздо больше единицы, по порядку величины достигает значений до 106.

Во-вторых, магнитная проницаемость ферромагнитных сред не является постоянной величиной. Она зависит от напряженности магнитного поля. Эта зависимость неоднозначна, что связано с явлением остаточного намагничивания.

Остановимся подробнее на последнем, его иллюстрирует рис 1.

Допустим, что внешний ток, вызывающий намагничивание ферромагнетика, постепенно возрастает от нуля до некоторого достаточно большого значения (1-ый этап намагничивания).

После этого, не изменяя своего направления, ток уменьшается до нуля, затем изменяет свое направление на противоположное, достигает по абсолютной величине значения, которое он имел в конце 1-го этапа (2-ой этап процесса).

Затем ток снова возрастает, сохраняя ранее измененное направление, уменьшается по абсолютной величине, проходит через нулевое значение, второй раз изменяет свое направление на обратное предыдущему и повторно возвращается к значению, достигнутому в конце 1-го этапа (3-ий этап процесса).

При охарактеризованных изменениях векторная природа индукции и напряженности магнитного поля проявляется в том, что эти величины принимают как положительные, так и отрицательные значения. Поэтому ниже эти величины будут записываться без выделения их жирным шрифтом, а как обычные алгебраические величины, т. е. будут обозначаться, соответственно, через В и Н.

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента

Рис 1.

На 1-ом этапе графиком зависимости В(Н) является линия, начинающаяся в начале координат и заканчивающаяся в точке 1 на рис. 1 (эта линия называется нулевой кривой намагничивания ферромагнетика). Она близка к прямой только вблизи начала координат, т. е.

величину m можно считать примерно постоянной только в этой области. С увеличением Н величина m становится зависящей от Н. При достаточно больших Н нулевая кривая намагничивания практически превращается в горизонтальную прямую.

Возникает состояние так называемого магнитного насыщения ферромагнетика. В этом состоянии намагниченность ферромагнетика достигает максимального значения, что обусловлено выстраиванием намагниченностей всех его доменов в одном направлении.

После этого с дальнейшим ростом Н намагниченность не изменяется (рис. 1).

На 2-ом этапе процесса оказывается, что зависимость В(Н) отличается от имевшей место на нулевой кривой намагниченности: индукция магнитного поля будет уменьшаться по кривой 1-2, расположенной левее нулевой кривой. Видно, что, по крайней мере, в начале 2-го этапа величина В изменяется медленнее, чем в конце первого.

Соответственно, в этой области магнитная проницаемость m (Н) на 2-ом этапе больше аналогичной величины на 1-ом этапе. Это означает, что магнитная проницаемость ферромагнетика не является однозначной функцией Н: ее вид определяется также предысторией изменения магнитного состояния ферромагнетика.

Физическая причина такого явления обусловлена затрудненностью разориентации магнитных доменов из-за того, что они являются твердотельными макросистемами. Значению Н = 0 (оно реализуется при нулевом внешнем токе) на жирной кривой соответствует В ¹ 0. Это значение называется остаточной индукцией и на рис. 1 обозначено через Вост.

Существование Вост ¹ 0 означает, что при выключении внешних намагничивающих токов в рассматриваемом процессе ферромагнетик остается намагниченным, превращаясь в постоянный магнит.

Источник: http://fiziku5.ru/uchebnye-materialy-po-fizike/metodichka-po-elektromagnetizmu-chast-14

Магнитные свойства вещества, намагниченность. Парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики

Магнитное поле воздействует на ориентацию частиц вещества, имеющих магнитные моменты. В результате этого вещество на- магничивается. Магнетиками называют все вещества при рассмотрении их магнитных свойств.

Степень намагничивания вещества характеризуется специальной величиной — намагниченностью (J). Намагниченность некоторой области вещества равна отношению суммарного магнитного момента всех ее частиц к объему этой области: .

Таким образом, намагниченность является средним магнитным моментом единицы объема магнетика. Единицей намагниченности является ампер на метр (А/м). По своим свойствам магнетики делятся на три основных класса: парамагнетики, диамагнетики, ферромагнетики.

Все вещества, помещенные в магнитное поле, приобретают магнитные свойства, то есть намагничиваются, и поэтому в некоторой мере изменяют внешнее (первоначальное) поле.

При этом оказывается, что одни вещества ослабляют внешнее поле, а другие — усиливают его; первые называются диамагнитными, вторые — парамагнитными веществами, или, короче, диамагнетиками и парамагнетиками.

Ферромагнетиками называют вещества, вызывающие очень большое усиление внешнего поля (кристаллическое железо, никель, кобальт, а также некоторые сплавы и окислы этих металлов и некоторые сплавы марганца и хрома).

Подавляющее большинство веществ относится к диамагнетикам. Диамагнетиками являются такие элементы, как фосфор, сера, сурьма, углерод, многие металлы (висмут, ртуть, золото, серебро, медь и др.

), большинство химических соединений (вода, почти все органические соединения).

К парамагнетикам относятся некоторые газы (кислород, азот) и металлы (алюминий, вольфрам, платина, щелочные и щелочноземельные металлы).

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента

Индуцированные магнитные моменты атомов диамагнетика сохраняются до тех пор, пока существует внешнее поле. При ликвидации внешнего поля, индуцированные магнитные моменты атомов исчезают, и диамагнетик размагничивается.

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента

При ликвидации внешнего поля тепловое движение сразу же разрушает ориентацию атомных магнитных моментов и парамагнетик размагничивается.

У ферромагнетиков имеется множество сравнительно крупных самопроизвольно намагниченных до насыщения областей, называемых доменами. Линейные размеры домена имеют порядок 10-4м.

Домен объединяет многие миллиарды атомов; в пределах одного домена магнитные моменты всех атомов ориентированы одинаково (спиновые магнитные моменты электронов всех атомов точнее). Однако ориентация самих доменов разнообразна.

Поэтому в отсутствие внешнего магнитного поля ферромагнетик в целом оказывается ненамагниченным.

С появлением внешнего поля домены, ориентированные своим магнитным моментом в направлении этого поля, начинают увеличиваться в объёме за счет соседних доменов, имеющих иные ориентации магнитного момента; ферромагнетик намагничивается.

При достаточно сильном поле все домены целиком поворачиваются в направлении поля и ферромагнетик быстро намагничивается до насыщения. Вектора намагниченности различных доменов могут быть ориентированы хаотически — в этом случае намагниченность всего образца равна нулю.

Однако если такой образец поместить в магнитное поле, то домены, намагниченность которых направлена параллельно полю, начнут расти за счет других доменов. Увеличивая магнитное поле, можно добиться того, что во всем веществе останется только один домен с намагниченностью, направленной вдоль поля. Все остальные домены будут им поглощены.

Получится образец, в котором магнитные спиновые моменты всех атомов направлены в одну сторону (магнитное насыщение). В этом случае магнитное поле может возрасти в 1000 и более раз (µ≥1000). Если после того как ферромагнетик намагничен (даже не до насыщения), внешнее магнитное поле устранить, начнется распад крупных доменов на более мелкие.

Однако полного хаоса при этом не возникнет и достигнутая намагниченность частично сохранится. Это используют при изготовлении постоянных магнитов. Отметим еще одно свойство ферромагнетиков. Для каждого ферромагнитного вещества существует температура (точка Кюри), выше которой ферромагнитные свойства полностью исчезают и вещество становится парамагнетиком.

В медицине ферромагнетики находят разнообразное применение: исправление грудной клетки у детей, магнитные заглушки для предотвращения выделений из искусственного наружного свища ободочной кишки, для удаления железных частичек из глаз и др.

4. Магнитные свойства биологических тканей. Воздействие магнитного поля на биологические объекты

Ткани организма в значительной степени диамагнитны, подобно воде. Однако в организме имеются и парамагнитные вещества, молекулы и ионы. Ферромагнитных частиц в организме нет.

  • Магнитное поле оказывает воздействие на биологические системы, которые в нем находятся. Так, например, имеются сведения:
  • — о гибели дрозофилы в неоднородном магнитном поле;
  • — об угнетении роста бактерий в магнитном поле;
  • — о морфологических изменениях у животных и растений после пребывания в постоянном магнитном поле;
  • — об ориентации растений в магнитном поле;
  • — о влиянии магнитного поля на нервную систему и изменении характеристик крови;
  • — об эффективности процессов регенерации при действии низкочастотного магнитного поля.
  • Первичными физическими или физико-химическими процессами при действии магнитного поля на биологические системы могут быть: ориентация молекул, изменение концентрации молекул или ионов в неоднородном магнитном поле, силовое воздействие (сила Лоренца) на ионы, перемещающиеся вместе с биологической жидкостью, и др.
  • Магнитотерапия — метод физиотерапии, в основе которого лежит действие на организм низкочастотного переменного или постоянного магнитного поля.

Магнитные поля по направлению силовых линий могут быть постоянными и переменными и генерироваться в непрерывном или прерывистом (импульсном) режимах с различной частотой, формой и длительностью импульсов. Магнитное поле, возникающее между северным и южным полюсами магнита, может быть однородным и неоднородным.

Практически выполнить:

Практическая работа: Решение задач, обсуждение рефератов и кратких сообщений по теме занятия.
Цель работы: Получить навык практических расчетов характеристик магнитного поля и его воздействия на внешние объекты.  

Выводы:

Дата (дд.мм.гг) Преподаватель Отметка о зачете лабораторной работы Подпись преподавателя

ЗАНЯТИЕ № 34

Тема раздела: Ионизирующие излучения. Основы дозиметрии.
Тема занятия: Тормозное и характеристическое рентгеновское излучение. его свойства и использование в медицине.
Цель занятия: Рассмотреть основные свойства и характеристики рентгеновского излучения и его применение в медицине.

Теоретические вопросы:

Рекомендуемые страницы:

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Источник: https://megalektsii.ru/s23190t4.html

Классификация магнитных материалов и требования к ним

Магнитными веществами, или магнетиками, называются вещества, обладающие магнитными свойствами. Под магнитными свойствами понимается способность вещества приобретать магнитный момент, т.е. намагничиваться при воздействии на него магнитного поля.

В этом смысле все вещества в природе являются магнетиками, так как при воздействии магнитного поля приобретают определенный магнитный момент.

Этот результирующий макроскопический магнитный момент М представляет собой сумму элементарных магнитных моментов mi — атомов данного вещества

Элементарные магнитные моменты могут быть либо наведены магнитным полем, либо существовать в веществе до наложения магнитного поля; в последнем случае магнитное поле вызывает их преимущественную ориентацию.

Магнитные свойства различных материалов объясняются движением электронов в атомах, а также тем, что электроны и атомы имеют постоянные магнитные моменты.

Вращательное движение электронов вокруг ядер атомов аналогично действию некоторого контура электрического тока и создает магнитное поле, которое на достаточном расстоянии представляется как поле магнитного диполя с магнитным моментом, значение которого определяется произведением тока и площади контура, который ток обтекает. Магнитный момент является векторной величиной и направлен от южного полюса к северному. Такой магнитный момент называется орбитальным.

Сам электрон имеет магнитный момент, который называется спиновым магнитным моментом.

Атом представляет собой сложную магнитную систему, магнитный момент которой является результирующей всех магнитных моментов электронов, протонов и нейтронов.

Так как магнитные моменты протонов и нейтронов существенно меньше, чем магнитные моменты электронов, магнитные свойства атомов по существу определяются магнитными моментами электронов.

У имеющих техническое значение материалов это прежде всего спиновые магнитные моменты.

Результирующий магнитный момент атома при этом определяется векторной суммой орбитальных и спиновых магнитных моментов отдельных электронов в электронной оболочке атомов. Эти два вида магнитных моментов могут быть частично или полностью взаимно скомпенсированы.

  • В соответствии с магнитными свойствами материалы делятся на следующие группы:
  • а) диамагнитные (диамагнетики),
  • б) парамагнитные (парамагнетики),
  • в) ферромагнитные (ферромагнетики),
  • г) антиферромагнитные (антиферромагнетики),
  • д) ферримагнитные (ферримагнетики),
  • е) метамагнитные (метамагнетики).

А) Диамагнетики

Диамагнетизм проявляется в намагничивании вещества навстречу направлению действующего на него внешнего магнитного поля.

Диамагнетизм свойствен всем веществам. При внесении какого-либо тела в магнитное поле в электронной оболочке каждого его атома, в силу закона электромагнитной индукции, возникают индуцированные круговые то­ки, т. е. добавочное круговое движение электронов вокруг направления магнитного поля.

Эти токи создают в каждом атоме индуцированный магнитный момент, направленный, согласно правилу Ленца, навстречу внешнему магнитному полю (независимо от того, имелся ли первоначально у атома собственный магнитный момент или нет и как он был ориентирован).

У чисто диамагнитных веществ электронные оболочки атомов (молекул) не обладают постоянным маг­нитным моментом. Магнитные моменты, создаваемые отдельными электронами в таких атомах, в отсутствие внешнего маг­нитного поля взаимно скомпенсированы.

В частности, это имеет место в атомах, ионах и молекулах с целиком заполнен­ными электронными оболочками в атомах инертных газов, в молекулах водорода, азота.

Удлинённый образец диамагнетика в однородном магнитном поле ориентиру­ется перпендикулярно силовым линиям поля (вектору напряженности поля). Из неоднородного магнитного поля он вытал­кивается в направлении уменьшения напряжённости поля.

Индуцированный магнитный момент I, приобретаемый 1 молем диамагнитного вещества, пропорционален напряженности внешнего поля H, т.е. I=χН.

Коэффициент χ называется молярной диамагнитной восприимчивостью и имеет отрицательный знак (т.к. I и H направлены навстречу друг другу).

Обычно абсолютная величина χ мала (~10-6), например для 1 моля гелия χ = -1,9·10-6.

Классическими диамагнетиками являются так называемые инертные газы (He, Ne, Ar, Kr и Xe), атомы которых имеют замкнутые внешние электронные оболочки.

К диамагнетикам также относятся: инертные газы в жидком и кристаллическом состояниях; соединения, содержащие ионы, подобные атомам инертных газов (Li+, Be2+ , Al3+ , O2- и т.д.); галоиды в газообразном, жидком и твердом состояниях; некоторые металлы (Zn, Au, Hg и др.). Диамагнетиками, точнее сверхдиамагнетиками, с χД = — (1/4) ≈ 0,1, являются сверхпроводники; у них диамагнитный эффект (выталкивание внешнего магнитного поля) обусловлен поверхностными макроскопическими токами. К диамагнетикам относится большое число органических веществ, причём у многоатомных соединений, особенно у циклических (ароматических и др.), магнитная восприимчивость анизотропна (таблица 6.1).

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента

Таблица 6.1 — Диамагнитная восприимчивость ряда материалов

Б) Парамагнетики

Парамагнетизм – свойство веществ (парамагнетиков) намагничиваться в направлении внешнего магнитного поля, и, в отличие от ферро-, ферри- и антиферромагнетизма, парамагнетизм не связан с магнитной атомной структурой, а в отсутствие внешнего магнитного поля намагниченность парамагнетика равна нулю.

Парамагнетизм обусловлен в основном ориентацией под действием внешнего магнитного поля Н собственных магнитных моментов µ частиц парамагнетического вещества (атомов, ионов, молекул).

Природа этих моментов может быть связана с орбитальным движением электронов, их спином, а также (в меньшей степени) со спином атомных ядер.

При µН « , где Т – абсолютная температура, намагниченность парамагнетика М пропорциональна внешнему полю: М=χН, где χмагнитная восприимчивость.

В отличие от диамагнетизма, для которого χ < 0, при парамагнетизме восприимчивость положительна; её типичная величина при комнатной температуре (Т ≈ 293 К) составляет 10-7 – 10-4.

Парамагнетик – магнетик с преобладанием парамагнетизма и отсутствием магнитного атомного порядка. Парамагнетик намагничивается в направлении внешнего магнитного поля, т.е. имеет положительную магнитную восприимчивость, которая в слабом поле при не очень низкой температуре (т.е.

вдали от условий магнитного насыщения) не зависит от напряженности поля. Поскольку свободная энергия парамагнетика понижается в магнитном поле, при наличии градиента поля он втягивается в область с более высоким значением напряжённости магнитного поля.

Конкуренция диамагнетизма, появление дальнего магнитного порядка или сверхпроводимости ограничивают область существова­ния вещества в парамагнитном состоянии.

Читайте также:  Система стратегического управления - справочник студента

Парамагнетик содержит, по крайней мере, один из перечисленных ниже типов носителей парамагнетизма.

а) Атомы, молекулы или ионы с некомпенсированными магнитными моментами в основном или возбуждённом состояниях с энергией возбуждения Ei

Источник: http://xn—-8sbnaarbiedfksmiphlmncm1d9b0i.xn--p1ai/electrotechnicheskye-materialy/225-klassifikacya-magnitnyh-materialov.html

Парамагнетики и диамагнетики

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики - Справочник студента

Описание:

Мы взяли сильные неодимовые магниты размером 14×5 мм, пробку, свободно плавающую на воде, и различные вещества (олово, алюминий, сера, уголь, медный купорос, пластик, дерево, мел, медь…). Помещая предметы на пробку мы проверяли как они взаимодействуют с магнитным полем нашего магнита.

  • Зачем исследуемые вещества помещать на плавающую пробку?
  • Затем, что при этом способе во много раз уменьшается сила трения и теперь даже малейшая сила магнитного притяжения или отталкивания (которую невозможно обнаружить из-за трения в обычных условиях) будет двигать предмет вместе с пробкой по воде.
  • Опыт очень прост: вещества, которые слабо притягиваются магнитом — парамагнетики, а вещества, которые отталкиваются от магнита — диамагнетики.

Подробнее о том, что же такое пара- и диамагнетики…

Мы знаем, что магнит притягивает железные предметы. Кроме железа, притягиваются также близкие к нему металлы – никель и кобальт. Такие металлы называют ферромагнетиками.

Если нагреть эти металлы до точки Кюри, то они перестают притягиваться к магниту.

Но если быть точным, то они продолжают притягиваться, только в сотни тысяч раз слабее. Эти металлы становятся парамагнетиками. Парамагнетиков достаточно много. Это металлы магний, кальций, алюминий, хром, марганец, газ кислород и многие другие.

Но гораздо больше, оказывается, других веществ – диамагнетиков, которые магнитом отталкиваются. Правда, это отталкивание диамагнетиков очень слабо, и его заметить трудно.

Еще в 1778 г. малоизвестный ученый Антон Бругманс положил кусочек металла висмута в маленький бумажный кораблик, поставил его на воду и поднес к нему магнит. И вопреки здравому смыслу того времени кораблик стал уплывать от магнита.

Этот результат был так необычен, что ученые не стали даже проверять его, а просто не поверили Бругмансу.

Слишком велик был авторитет «гения магнетизма всех времен» — Гильберта, утверждавшего, что не может быть тел, отталкивающихся от магнита.

Правда, позже его опыты повторил французский ученый Анри Беккерель (дед знаменитого Анри Беккереля, открывшего радиоактивность урана) и пришел, естественно, к тому же результату. Мало-помалу ученые склонились к мысли, что висмут все-таки отталкивается магнитом, но это исключение из правил.

Мнение, что только три металла – железо, никель и кобальт притягиваются к магниту, а все остальные вещества безразличны к нему, господствовало в науке вплоть до 1845 г.

Потому что именно в этом году великий английский ученый Майкл Фарадей (1791—1867) установил, что нет в природе веществ, полностью безразличных к магниту.

Фарадей верил, что природные силы едины и магнитные свойства присущи всем существующим в природе веществам.

Чтобы выявить даже ничтожную способность тел притягиваться или отталкиваться магнитом, Фарадей подвешивал эти тела на тонкой длинной нити между полюсами мощного электромагнита.

Чем длиннее была нить, тем меньше требовалось силы, чтобы отклонить – притянуть или оттолкнуть – тело.

(Каким бы тяжелым ни был груз, хоть в сотни тонн, если он подвешен на длинном канате, рабочие-монтажники легко отклоняют его руками, точно нацеливая на место приземления.)

Таким методом Фарадей проверил тысячи веществ и убедился, что абсолютно все исследуемые тела различным образом, в разной мере, но реагируют на магнитное поле.

  • Несколько металлов и сплавов – ферромагнетики – сильно притягиваются магнитом.
  • Большее количество веществ, которые Фарадей назвал парамагнетиками, притягиваются,
  • а огромное количество веществ – все остальные вещества, кроме ферромагнетиков и парамагнетиков, – отталкиваются магнитом. Их Фарадей назвал диамагнетиками.

Слова «парамагнетики» и «диамагнетики» отличаются приставками «пара» и «диа». Эти приставки по-гречески означают «вдоль» и «поперек». Если взять стерженьки из парамагнетика и диамагнетика, подвесить их на нити или поставить на иглу, и внести в поле между двух полюсов магнита, то поведут они себя по-разному.

Парамагнитный, как и ферромагнитный, стерженек, концы которого притягиваются к полюсам магнита, расположится вдоль силовых линий поля – от полюса к полюсу.

Диамагнитный же стерженек, концы которого при приближении к полюсу магнита приобретают ту же полярность, будет стремиться занять такое положение, чтобы концы были подальше от любых полюсов магнита, т. е.

перпендикулярно силовым линиям магнитного поля. Отсюда и названия этих магнетиков.

Число диамагнетиков огромно, оно, безусловно, больше списка, который составил Фарадей на основании своих опытов: «Иод, воск, гуммиарабик, слоновая кость, баранина вяленая, говядина вяленая, говядина свежая, кровь свежая, кровь высушенная, хлеб, китайская тушь, берлинский фарфор, шелковичный червь, древесный уголь… этот список можно перечислять очень долго. Даже сам человек – тоже диамагнетик».

 «Если бы можно было подвесить человека на достаточно чувствительный подвес, – писал Фарадей, – и поместить в магнитное поле, то он расположился бы поперек силовых линий, так как все вещества, из которых он составлен, включая кровь, обладают этим свойством».

Чтобы подчеркнуть, насколько всеобъемлющ диамагнетизм, говорят, что все вещества в природе – диамагнетики; как исключение из правила встречаются парамагнетики, и совсем уж редко – ферромагнетики. А ведь все время считалось, что магнитными свойствами обладают только эти «редчайшие» ферромагнетики! 

Источник: http://virtuallab.by/publ/video_opyty/video_opyty/paramagnetiki_i_diamagnetiki/1-1-0-265

Презентация по физике на тему: "Магнитные свойства вещества"

  • Слайд 1
  • Слайд 2
  • Оглавление: Классификация магнетиков Диамагнетики Парамагнетики Ферромагнетики Источники информации
  • Слайд 3

Магнитные свойства вещества Презентация подготовлена учеником 11 класса ГБОУ СОШ №1465 Бабушкиным Дмитрием Учитель физики: Л.Ю.

Круглова

Классификация магнетиков Магнетиками называются все вещества, способные намагничиваться во внешнем магнитном поле, т.е. создавать собственное (внутренне) магнитное поле самого вещества.

Магнетики подразделяются по своим магнитным свойствам на: слабомагнитные вещества( парамагнетики и диамагнетики ) сильномагнитные вещества(ферромагнетики) Слабо- и сильномагнитные вещества отличаются величиной относительной магнитной проницаемости.

  1. Слайд 4
  2. Диамагнетики Графит Медь Вода Золото Каменная соль
  3. Слайд 5

Диамагнетики Диамагнетики называются вещества, у которых атомы или молекулы в отсутствие внешнего магнитного поля не имеют магнитных моментов . Атомы таких веществ называются диамагнитными атомами.

Диамагнетизм является универсальным свойством всех веществ, так как а атомах (молекулах) любых веществ, помещенных в магнитное поле, наводятся индукционные токи. Однако диамагнетизм является очень слабым эффектом.

Поэтому диамагнитные свойства наблюдаются только у тех веществ, у которых эти свойства являются единственными и не маскируются другими, более сильными магнитными свойствами.

Слайд 6

Диамагнетики Возникновение диамагнетизма связано с действием силы Лоренца на электронные орбиты. Под действием этой силы изменяется характер орбитального движения электронов и нарушается компенсация магнитных полей. Возникающее при этом собственное магнитное поле атома оказывается направленным против индукции внешнего поля.

Слайд 7

Диамагнитная левитация Диамагнитная левитация имеет ту же природу что и эффект Мейснера (полное вытеснение магнитного поля из материала), она наблюдается при гораздо более сильных полях, но зато не требует предварительного охлаждения. Некоторые опыты доступны любителям. Например, редкоземельный магнит с индукцией около 1 Тл может висеть между двух пластин висмута.

  • Слайд 8
  • Парамагнетики Платина Вольфрам Эбонит Алюминий
  • Слайд 9

Парамагнетики Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H) и имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы.

Атомы (молекулы или ионы) парамагнетика обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле.

В отсутствии внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движения собственные магнитные моменты атомов ориентированы совершенно беспорядочно.

Слайд 10

Парамагнетики Атом парамагнитных веществ оказывается подобным маленькому круговому току. Эти круговые микротоки ориентированы произвольно, так что суммарная магнитная индукция равна нулю. Внешнее магнитное поле оказывает ориентирующее действие так, чтобы их собственные магнитные поля оказались направленными по индукции внешнего поля.

  1. Слайд 11
  2. Парамагнетики в отсутствие магнитного поля Парамагнетики в присутствии сильного магнитного поля
  3. Слайд 12
  4. Ферромагнетики Железо Кобальт Никель
  5. Слайд 13

Ферромагнетики Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля. Упорядочивание магнитных моментов

  • Слайд 14
  • Точка Кюри Для каждого ферромагнетика существует определенная температура, выше которой ферромагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком. У железа температура Кюри равна 770 ° C У кобальта 1130 ° C У никеля 360 ° C
  • Слайд 15

Петля гистерезиса Гистере́зис — свойство систем ( физических, биологических и т. д.

), мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией.

Для гистерезиса характерно явление «насыщения», а также неодинаковость траекторий между крайними состояниями (отсюда наличие остроугольной петли на графиках). Петля гистерезиса. Подобная зависимость величин характерна для всех видов гистерезиса

  1. Слайд 16
  2. Петля Гистерезиса Стрелками указано направление процессов намагничивания и размагничивания ферромагнитного образца при изменении индукции внешнего магнитного поля.
  3. Слайд 17

Источники информации: http:// ru.wikipedia.org http:// www.en.edu.ru http:// knowledge.allbest.ru http://scask.ru / http:// images.yandex.ru

Источник: https://nsportal.ru/ap/library/nauchno-tekhnicheskoe-tvorchestvo/2014/01/12/prezentatsiya-po-fizike-na-temu-magnitnye

Магнетизм

Согласно закону Ампера, электрический ток производит магнитное поле. Электрон, вращающийся вокруг атома, можно рассматривать как циклический электрический ток очень малой силы и радиуса.

Однако магнитное поле он, и это не удивительно, всё равно индуцирует.

Фактически же, все электроны, вращаясь вокруг атомов, производят свое магнитное поле, и каждый атом, как следствие, обладает собственным магнитным полем, которое представляет собой суммарное поле, или суперпозицию магнитных полей отдельных электронов.

Теперь мы подходим к главному. В некоторых атомах равное число электронов вращается во всевозможных направлениях, и их магнитные поля взаимно гасятся.

Однако в атомах некоторых элементов орбиты электронов могут быть ориентированы таким образом, что часть электронов производит магнитные поля, остающиеся некомпенсированными за счет полей электронов, обращающихся в противоположном направлении.

И когда такие магнитные поля, связанные с вращением электронов по орбите, к тому же оказываются одинаково направленными у всех атомов кристаллической структуры вещества, он, в целом, создает вокруг себя стабильное и достаточно сильное магнитное поле. Любой фрагмент такого вещества представляет собой маленький магнит с четко выраженными северным и южным полюсами.

Именно совокупное поведение таких мини-магнитов атомов кристаллической решетки и определяет магнитные свойства вещества. По своим магнитным свойствам вещества делятся на три основных класса: ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики.

Имеется также два обособленных подкласса материалов, выделенных из общего класса ферромагнетиков — антиферромагнетики и ферримагнетики.

В обоих случаях эти вещества относятся к классу ферромагнетиков, но обладают особыми свойствами при низких температурах: магнитные поля соседних атомов выстраиваются строго параллельно, но в противоположных направлениях.

Антиферромагнетики состоят из атомов одного элемента и, как следствие, их магнитное поле становится равным нулю. Ферримагнетики представляют собой сплав двух и более веществ, и результатом суперпозиции противоположно направленных полей становится макроскопическое магнитное поле, присущее материалу в целом.

Ферромагнетики

Некоторые вещества и сплавы (прежде всего, следует отметить железо, никель и кобальт) при температуре ниже точки Кюри приобретают свойство выстраивать свою кристаллическую решетку таким образом, что магнитные поля атомов оказываются однонаправленными и усиливают друг друга, благодаря чему возникает макроскопическое магнитное поле за пределами материла. Из таких материалов получаются постоянные магниты. На самом деле магнитное выравнивание атомов обычно не распространяется на неограниченный объем ферромагнитного материала: намагничивание ограничивается объемом, содержащим от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч атомов, и такой объем вещества принято называть доменом (от английского domain — «область»). При остывании железа ниже точки Кюри формируется множество доменов, в каждом из которых магнитное поле ориентировано по-своему. Поэтому в обычном состоянии твердое железо не намагничено, хотя внутри него образованы домены, каждый из которых представляет собой готовый мини-магнит. Однако под воздействием внешних условий (например, при застывании выплавленного железа в присутствии мощного магнитного поля) домены выстраиваются упорядоченно и их магнитные поля взаимно усиливаются. Тогда мы получаем настоящий магнит — тело, обладающее ярко выраженным внешним магнитным полем. Именно так устроены постоянные магниты.

Парамагнетики

В большинстве материалов внутренние силы выравнивания магнитной ориентации атомов отсутствуют, домены не образуются, и магнитные поля отдельных атомов направлены случайным образом. Из-за этого поля отдельных атомов-магнитов взаимно гасятся, и внешнего магнитного поля у таких материалов нет.

Однако при помещении такого материала в сильное внешнее поле (например, между полюсами мощного магнита) магнитные поля атомов ориентируются в направлении, совпадающем с направлением внешнего магнитного поля, и мы наблюдаем эффект усиления магнитного поля в присутствии такого материла.

Материалы, обладающие подобными свойствами, называются парамагнетиками. Стоит, однако убрать внешнее магнитное поле, как парамагнетик тут же размагничивается, поскольку атомы снова выстраиваются хаотично.

То есть, парамагнетики характеризуются способностью к временному намагничиванию.

Диамагнетики

В веществах, атомы которых не обладают собственным магнитным моментом (то есть в таких, где магнитные поля гасятся еще в зародыше — на уровне электронов), может возникнуть магнетизм иной природы.

Согласно второму закону электромагнитной индукции Фарадея, при увеличении потока магнитного поля, проходящего через токопроводящий контур, изменение электрического тока в контуре противодействует увеличению магнитного потока.

Вследствие этого, если вещество, не обладающее собственными магнитными свойствами, ввести в сильное магнитное поле, электроны на атомных орбитах, представляющие собой микроскопические контуры с током, изменят характер своего движения таким образом, чтобы воспрепятствовать увеличению магнитного потока, то есть, создадут собственное магнитное поле, направленное в противоположную по сравнению с внешним полем сторону. Такие материалы принято называть диамагнетиками.

В отношении магнитных свойств вещества важно усвоить, что они зависят от конфигурации электронных орбит атомов. Даже после разбиения на отдельные атомы железо, например, сохранит свои ферромагнитные свойства.

А вот при дальнейшем дроблении вы получите лишь элементарные частицы, которые собственными магнитными свойствами не обладают, и описать природу магнетизма будет уже нельзя.

Итак, магнитные свойства вещества зависят исключительно от конфигурации элементарных частиц в составе атома и организации кристаллических доменов, но никак ни от свойства заряженных частиц атомной структуры.

Источник: https://elementy.ru/trefil/21162/Magnetizm

Ссылка на основную публикацию