Содержание

Главная >> Электродинамика. Физика 10-11 кл. Мякишев

Глава 5. Электромагнитная индукция

§ 6.2. Три класса магнитных веществ

Существует три основных класса веществ с резко различающимися магнитными свойствами: ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики.

При внесении в магнитное поле образца молекулярные токи в частицах вещества ориентируются определенным образом. Тело оказывается намагниченным, т. е. оно создает собственное магнитное поле. При этом внешнее магнитное поле действует на тело с определенной силой. Эта сила является результирующей всех элементарных сил, действующих на отдельные токи.

По значению этой силы можно определить магнитную проницаемость μ. Такого рода опыты позволяют измерить μ более точно, чем описанные в предыдущем параграфе. При этом достаточно располагать образцом небольших размеров. Однако зависимость магнитной проницаемости от силы, действующей на образец, весьма сложна, и мы не будем ее рассматривать подробно.

Для нас важно, что такие опыты позволяют убедиться в существовании трех классов веществ с резко различающимися магнитными свойствами.

Железный предмет, например стержень, как известно, втягивается в магнитное поле, т. е. перемещается в область, где магнитная индукция больше. Соответственно он притягивается к магниту или электромагниту. Это происходит потому, что элементарные токи в железе ориентируются так, что направление магнитной индукции их поля совпадает с направлением индукции намагничивающего поля. В результате железный стержень превращается в магнит, ближайший полюс которого противоположен полюсу электромагнита. Противоположные же полюса магнитов притягиваются (рис. 6.2). Другими словами, элементарные токи в железном стержне направлены в ту же сторону, что и ток в обмотке электромагнита. Одинаково направленные токи, как известно, притягиваются.

Ферромагнетики

Вещества, у которых, подобно железу, μ >> 1, называются ферромагнетиками. Кроме железа, ферромагнетиками являются кобальт и никель, а также ряд редкоземельных элементов и многие сплавы. Важнейшее свойство ферромагнетиков — существование у них остаточного магнетизма. Ферромагнитное вещество может находиться в намагниченном состоянии и без внешнего намагничивающего поля. При нагревании до достаточно высокой температуры ферромагнитные свойства у тел исчезают.

Число ферромагнетиков в природе сравнительно невелико. У большинства тел магнитные свойства выражены слабо. Магнитная проницаемость у них почти такая же, как у вакуума: μ ≈ 1. Эти вещества со слабо выраженными свойствами в свою очередь делятся на два класса.

Парамагнетики

Существуют вещества, которые ведут себя подобно железу, т. е. втягиваются в магнитное поле. Эти вещества называются парамагнитными. К их числу относятся некоторые металлы (алюминий, натрий, калий, марганец, платина и др.), кислород и многие другие элементы, а также различные растворы электролитов.

Так как парамагнетики втягиваются в поле, то линии индукции создаваемого ими собственного магнитного поля и намагничивающего поля направлены одинаково, поэтому поле усиливается. Таким образом, у них μ > 1. Но от единицы р отличается крайне незначительно, всего на величину порядка 10-5...10-6. Поэтому для наблюдения парамагнитных явлений требуются мощные магнитные поля.

Магнитная проницаемость парамагнетиков, как показывает опыт, зависит от температуры и уменьшается при ее увеличении. При не очень сильных магнитных полях μ не зависит от значения индукции намагничивающего поля. Однако в достаточно сильных полях такая зависимость обнаруживается.

Без намагничивающего поля парамагнетики не создают собственного магнитного поля. Постоянных парамагнетиков не бывает.

Диамагнетики

Особый класс веществ представляют собой диамагнетики, открытые Фарадеем. Они выталкиваются из магнитного поля. Если подвесить диамагнитный стерженек возле полюса сильного электромагнита, то он будет отталкиваться от него. Следовательно, линии индукции созданного им поля направлены противоположно линиям индукции намагничивающего поля, т. е. поле ослабляется (рис. 6.3). Соответственно у диамагнетиков μ < 1, причем отличается от единицы на величину порядка 10^-6. Магнитные свойства у диамагнетиков выражены слабее, чем у парамагнетиков.

К диамагнетикам относятся висмут, медь, сера, ртуть, хлор, инертные газы и практически все органические соединения. Диамагнитным является пламя, например пламя свечи (главным образом за счет углекислого газа). Поэтому пламя выталкивается из магнитного поля (рис. 6.4).

Для всех диамагнитных веществ магнитная проницаемость практически не зависит от индукции намагничивающего поля. Не зависит она, в отличие от парамагнетиков, и от температуры. При вынесении диамагнетика из внешнего намагничивающего поля он полностью размагничивается и магнитного поля не создает.

В состав тела человека и многих животных входят различные вещества, как диа-, так и парамагнитные. Ферромагнитные вещества почти полностью отсутствуют. Из-за этого постоянное магнитное поле заметным образом не влияет на жизнедеятельность организмов. Даже магнитное поле с индукцией в несколько тесла не изменяет протекание биохимических процессов в живой клетке. Помещать же живой организм в электрическое поле большой напряженности небезопасно.

Все вещества, помещенные в магнитное поле, создают собственное магнитное поле. Но только ферромагнетики обладают остаточным магнетизмом.