Магнетики

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

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.

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:.

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 .

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 .