Kebolehtelapan magnet relatif besi dalam keadaan normal. Bahan magnet

Plaster
16.10.2019

Banyak eksperimen menunjukkan bahawa semua bahan yang diletakkan dalam medan magnet dimagnetkan dan mencipta medan magnet mereka sendiri, yang tindakannya ditambah kepada tindakan medan magnet luar:

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

dengan $\boldsymbol(\vec(B))$ ialah aruhan medan magnet dalam bahan; $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ - aruhan magnet medan dalam vakum, $\boldssymbol((\vec(B))_(1))$ - aruhan magnet bagi medan yang timbul disebabkan oleh kemagnetan jirim . Dalam kes ini, bahan itu boleh menguatkan atau melemahkan medan magnet. Pengaruh bahan pada medan magnet luar dicirikan oleh magnitud μ , yang dipanggil kebolehtelapan magnet sesuatu bahan

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

  • Kebolehtelapan magnet ialah kuantiti skalar fizikal yang menunjukkan berapa kali aruhan medan magnet dalam bahan tertentu berbeza daripada aruhan medan magnet dalam vakum.

Semua bahan terdiri daripada molekul, molekul terdiri daripada atom. Cangkang elektron atom boleh dianggap secara konvensional terdiri daripada arus elektrik bulat yang dibentuk oleh elektron yang bergerak. Pekeliling arus elektrik atom mesti mencipta medan magnet mereka sendiri. Arus elektrik mesti dipengaruhi oleh medan magnet luaran, akibatnya seseorang boleh menjangkakan sama ada peningkatan dalam medan magnet apabila medan magnet atom diselaraskan dengan medan magnet luaran, atau kelemahan apabila berada dalam arah yang bertentangan.
Hipotesis tentang kewujudan medan magnet dalam atom dan kemungkinan menukar medan magnet dalam jirim adalah benar. Semua bahan dengan tindakan medan magnet luar ke atasnya boleh dibahagikan kepada tiga kumpulan utama: diamagnetik, paramagnet dan feromagnetik.

Diamagnet dipanggil bahan di mana medan magnet luar menjadi lemah. Ini bermakna bahawa medan magnet atom bahan tersebut dalam medan magnet luar diarahkan bertentangan dengan medan magnet luar (µ< 1). Изменение магнитного поля даже в самых сильных диамагнетиках составляет лишь сотые доли процента. Например, висмут обладает kebolehtelapan magnetik µ = 0.999826.

Untuk memahami sifat diamagnetisme pertimbangkan gerakan elektron yang terbang masuk dengan laju v menjadi medan magnet seragam yang berserenjang dengan vektor DALAM medan magnet.

Di bawah pengaruh pasukan Lorentz elektron akan bergerak dalam bulatan, arah putarannya ditentukan oleh arah vektor daya Lorentz. Arus bulat yang terhasil mencipta medan magnetnya sendiri DALAM" . Ini adalah medan magnet DALAM" diarahkan bertentangan dengan medan magnet DALAM. Akibatnya, sebarang bahan yang mengandungi zarah bercas yang bergerak bebas mesti mempunyai sifat diamagnet.
Walaupun elektron dalam atom sesuatu bahan tidak bebas, perubahan dalam gerakannya di dalam atom di bawah pengaruh medan magnet luar ternyata bersamaan dengan gerakan bulat elektron bebas. Oleh itu, sebarang bahan dalam medan magnet semestinya mempunyai sifat diamagnet.
Walau bagaimanapun, kesan diamagnet sangat lemah dan hanya terdapat dalam bahan yang atom atau molekulnya tidak mempunyai medan magnetnya sendiri. Contoh bahan diamagnet ialah plumbum, zink, bismut (μ = 0.9998).

Penjelasan pertama tentang sebab badan mempunyai sifat magnet telah diberikan oleh Henri Ampère (1820). Menurut hipotesisnya, arus elektrik asas beredar di dalam molekul dan atom, yang menentukan sifat magnet mana-mana bahan.

Mari kita pertimbangkan sebab-sebab kemagnetan atom dengan lebih terperinci:

Mari kita ambil bahan pepejal. Pemmagnetannya berkaitan dengan sifat magnetik zarah (molekul dan atom) yang mana ia terdiri. Mari kita pertimbangkan litar semasa yang mungkin pada tahap mikro. Kemagnetan atom adalah disebabkan oleh dua sebab utama:

1) pergerakan elektron mengelilingi nukleus dalam orbit tertutup ( momen magnet orbit) (Gamb. 1);

nasi. 2

2) putaran intrinsik (putaran) elektron ( momen magnet berputar) (Gamb. 2).

Bagi yang ingin tahu. Momen magnet litar adalah sama dengan hasil darab arus dalam litar dan kawasan yang diliputi oleh litar. Arahnya bertepatan dengan arah vektor aruhan medan magnet di tengah-tengah litar pembawa arus.

Oleh kerana dalam atom satah orbit elektron yang berbeza tidak bertepatan, vektor aruhan medan magnet yang dicipta oleh mereka (momen magnet orbit dan putaran) diarahkan di bawah sudut yang berbeza antara satu sama lain. Vektor aruhan yang terhasil bagi atom berbilang elektron adalah sama dengan jumlah vektor bagi vektor aruhan medan yang dicipta oleh elektron individu. Atom dengan cangkang elektron yang terisi separa mempunyai medan yang tidak terkompensasi. Dalam atom dengan kulit elektron terisi, vektor aruhan yang terhasil ialah 0.

Dalam semua kes, perubahan dalam medan magnet disebabkan oleh kemunculan arus magnetisasi (fenomena diperhatikan aruhan elektromagnet). Dalam erti kata lain, prinsip superposisi untuk medan magnet kekal sah: medan di dalam magnet ialah superposisi medan luaran $\boldsymbol((\vec(B))_(0))$ dan medan $\boldsymbol( \vec(B"))$ arus magnetisasi saya" , yang timbul di bawah pengaruh medan luaran. Jika medan arus magnetisasi diarahkan dengan cara yang sama seperti medan luaran, maka aruhan jumlah medan akan lebih besar daripada medan luaran (Rajah 3, a) - dalam kes ini kita mengatakan bahawa bahan menguatkan medan ; jika medan arus magnetisasi diarahkan bertentangan dengan medan luaran, maka jumlah medan akan kurang daripada medan luaran (Rajah 3, b) - dalam pengertian ini kita mengatakan bahawa bahan melemahkan medan magnet.

nasi. 3

DALAM bahan diamagnet molekul tidak mempunyai medan magnetnya sendiri. Di bawah pengaruh medan magnet luar dalam atom dan molekul, medan arus magnetisasi diarahkan bertentangan dengan medan luar, oleh itu modulus vektor aruhan magnet $ \boldsymbol(\vec(B))$ medan yang terhasil akan kurang daripada modulus vektor aruhan magnet $ \boldsymbol((\vec(B ))_(0)) $ medan luar.

Bahan di mana medan magnet luar dipertingkatkan akibat penambahan cangkerang elektronik atom bahan ke medan magnet disebabkan oleh orientasi medan magnet atom ke arah medan magnet luar dipanggil paramagnet(µ > 1).

Paramagnet sangat lemah meningkatkan medan magnet luaran. Kebolehtelapan magnet bahan paramagnet berbeza daripada kesatuan hanya dengan pecahan peratus. Sebagai contoh, kebolehtelapan magnet platinum ialah 1.00036. Oleh kerana nilai kebolehtelapan magnet bahan paramagnet dan diamagnet yang sangat kecil, pengaruhnya terhadap medan luaran atau kesan medan luaran pada badan paramagnet atau diamagnet sangat sukar untuk dikesan. Oleh itu, dalam amalan harian biasa, dalam teknologi, bahan paramagnet dan diamagnetik dianggap sebagai bukan magnet, iaitu bahan yang tidak mengubah medan magnet dan tidak dipengaruhi oleh medan magnet. Contoh bahan paramagnet ialah natrium, oksigen, aluminium (μ = 1.00023).

DALAM paramagnet molekul mempunyai medan magnetnya sendiri. Dengan ketiadaan medan magnet luaran, disebabkan oleh gerakan terma, vektor aruhan medan magnet atom dan molekul berorientasikan secara rawak, jadi purata kemagnetan mereka adalah sifar (Rajah 4, a). Apabila medan magnet luar dikenakan pada atom dan molekul, momen daya mula bertindak, cenderung untuk memutarkannya supaya medannya berorientasikan selari dengan medan luar. Orientasi molekul paramagnet membawa kepada fakta bahawa bahan itu bermagnet (Rajah 4, b).

nasi. 4

Orientasi lengkap molekul dalam medan magnet dihalang oleh gerakan haba mereka, oleh itu kebolehtelapan magnet bahan paramagnet bergantung pada suhu. Adalah jelas bahawa dengan peningkatan suhu kebolehtelapan magnet bahan paramagnet berkurangan.

Ferromagnet

Bahan yang meningkatkan medan magnet luaran dengan ketara dipanggil ferromagnet(nikel, besi, kobalt, dll.). Contoh ferromagnet ialah kobalt, nikel, besi (μ mencapai nilai 8·10 3).

Nama kelas bahan magnet ini berasal dari nama Latin untuk besi - Ferrum. Ciri utama Bahan-bahan ini dapat mengekalkan kemagnetan tanpa adanya medan magnet luar; semua magnet kekal tergolong dalam kelas ferromagnet. Sebagai tambahan kepada besi, "jiran"nya pada jadual berkala - kobalt dan nikel - mempunyai sifat feromagnetik. Ferromagnet mencari luas aplikasi praktikal dalam sains dan teknologi, oleh itu sejumlah besar aloi dengan pelbagai sifat feromagnetik telah dibangunkan.

Semua contoh feromagnet yang diberikan merujuk kepada logam kumpulan peralihan, kulit elektron yang mengandungi beberapa elektron tidak berpasangan, yang membawa kepada fakta bahawa atom ini mempunyai medan magnet yang ketara sendiri. Dalam keadaan kristal, disebabkan oleh interaksi antara atom dalam kristal, kawasan magnetisasi spontan - domain - timbul. Dimensi domain ini ialah persepuluh dan perseratus milimeter (10 -4 − 10 -5 m), yang jauh melebihi saiz atom individu (10 -9 m). Dalam satu domain, medan magnet atom berorientasikan selari ketat orientasi medan magnet domain lain tanpa ketiadaan medan magnet luar berubah sewenang-wenangnya (Rajah 5).

nasi. 5

Oleh itu, walaupun dalam keadaan tidak bermagnet, medan magnet yang kuat wujud di dalam ferromagnet, yang orientasinya berubah secara rawak dan huru-hara semasa peralihan dari satu domain ke domain yang lain. Jika dimensi badan dengan ketara melebihi dimensi domain individu, maka medan magnet purata yang dicipta oleh domain badan ini boleh dikatakan tidak hadir.

Jika anda meletakkan ferromagnet dalam medan magnet luaran B 0 , maka momen magnet domain mula disusun semula. Walau bagaimanapun, putaran spatial mekanikal bahagian bahan tidak berlaku. Proses pembalikan magnetisasi dikaitkan dengan perubahan dalam pergerakan elektron, tetapi tidak dengan perubahan kedudukan atom pada nod. kekisi kristal. Domain yang mempunyai orientasi yang paling menguntungkan berbanding dengan arah medan meningkatkan saiznya dengan mengorbankan domain jiran "berorientasikan salah", menyerapnya. Dalam kes ini, medan dalam bahan meningkat dengan ketara.

Sifat ferromagnet

1) sifat feromagnetik bahan hanya muncul apabila bahan yang sepadan terletak V keadaan kristal ;

2) sifat magnetik ferromagnet sangat bergantung pada suhu, kerana orientasi medan magnet domain dihalang oleh gerakan terma. Bagi setiap ferromagnet terdapat suhu tertentu di mana struktur domain dimusnahkan sepenuhnya dan ferromagnet bertukar menjadi paramagnet. Nilai suhu ini dipanggil Titik curie . Jadi untuk besi tulen suhu Curie adalah lebih kurang 900°C;

3) ferromagnet dimagnetkan sehingga tepu dalam medan magnet yang lemah. Rajah 6 menunjukkan bagaimana modulus aruhan medan magnet berubah B dalam keluli dengan perubahan dalam medan luaran B 0 :

nasi. 6

4) kebolehtelapan magnet ferromagnet bergantung pada medan magnet luar (Rajah 7).

nasi. 7

Ini dijelaskan oleh fakta bahawa pada mulanya dengan peningkatan B 0 aruhan magnet B bertambah kuat, dan oleh itu μ akan meningkat. Kemudian, pada nilai aruhan magnetik B" 0 ketepuan berlaku (μ pada masa ini adalah maksimum) dan dengan peningkatan selanjutnya B 0 aruhan magnet B 1 dalam bahan berhenti berubah, dan kebolehtelapan magnet berkurangan (cenderung kepada 1):

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

5) ferromagnet mempamerkan kemagnetan sisa. Jika, sebagai contoh, rod feromagnetik diletakkan dalam solenoid yang melaluinya arus dan dimagnetkan sehingga tepu (titik A) (Rajah 8), dan kemudian kurangkan arus dalam solenoid, dan dengannya B 0 , maka anda boleh perhatikan bahawa aruhan medan dalam rod semasa proses penyahmagnetannya kekal sentiasa lebih besar daripada semasa proses kemagnetan. bila B 0 = 0 (arus dalam solenoid dimatikan), aruhan akan sama dengan B r (aruhan sisa). Rod boleh dikeluarkan dari solenoid dan digunakan sebagai magnet kekal. Untuk akhirnya menyahmagnetkan rod, anda perlu menghantar arus ke arah yang bertentangan melalui solenoid, i.e. gunakan medan magnet luar dengan arah yang bertentangan dengan vektor aruhan. Kini meningkatkan modulus aruhan medan ini kepada B oc , nyahmagnetkan rod ( B = 0).

  • Modul B oc aruhan medan magnet yang menyahmagnetkan ferromagnet bermagnet dipanggil paksaan .

nasi. 8

Dengan peningkatan lagi B 0 anda boleh memagnetkan rod sehingga tepu (titik A" ).

Mengurangkan sekarang B 0 kepada sifar, kita mendapat magnet kekal sekali lagi, tetapi dengan aruhan –B r (arah bertentangan). Untuk menyahmagnetkan rod sekali lagi, arus ke arah asal mesti dihidupkan semula dalam solenoid, dan rod akan dinyahmagnetkan apabila aruhan B 0 akan menjadi sama B oc . Terus meningkat I B 0 , magnetkan rod sekali lagi sehingga tepu (titik A ).

Oleh itu, apabila magnet dan menyahmagnetkan feromagnet, aruhan B ketinggalan B 0. Lag ini dipanggil fenomena histerisis . Lengkung yang ditunjukkan dalam Rajah 8 dipanggil gelung histerisis .

Histeresis (Greek ὑστέρησις - "tertinggal") - sifat sistem yang tidak segera mengikut kuasa yang dikenakan.

Bentuk lengkung kemagnetan (gelung histerisis) berbeza dengan ketara untuk bahan feromagnetik yang berbeza, yang didapati sangat aplikasi yang luas secara saintifik dan aplikasi teknikal. Sesetengah bahan magnet mempunyai gelung lebar dengan nilai remanen dan coercivity yang tinggi, ini dipanggil keras secara magnetik dan digunakan untuk membuat magnet kekal. Aloi feromagnetik lain dicirikan oleh nilai daya paksaan yang rendah bahan tersebut mudah dimagnetkan dan dimagnetkan semula walaupun dalam medan yang lemah. Bahan sedemikian dipanggil lembut secara magnetik dan digunakan dalam pelbagai peranti elektrik - geganti, transformer, litar magnet, dsb.

kesusasteraan

  1. Aksenovich L. A. Fizik dalam sekolah menengah: Teori. Tugasan. Ujian: Buku teks. elaun untuk institusi yang menyediakan pendidikan am. persekitaran, pendidikan / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P.330-335.
  2. Zhilko, V.V. Fizik: buku teks. elaun untuk darjah 11. pendidikan am sekolah daripada bahasa Rusia bahasa latihan / V.V. Zhilko, A.V. Lavrinenko, L. G. Markovich. - Mn.: Nar. Asveta, 2002. - ms 291-297.
  3. Slobodyanyuk A.I. Fizik 10. §13 Interaksi medan magnet dengan jirim

Nota

  1. Kami menganggap arah vektor aruhan medan magnet hanya di tengah-tengah litar.

Momen magnet ialah kuantiti vektor utama yang mencirikan sifat magnet sesuatu bahan. Oleh kerana sumber kemagnetan adalah arus tertutup, nilai momen magnet M ditakrifkan sebagai hasil darab arus saya ke kawasan yang diliputi oleh litar semasa S:

M = I×S A×m 2 .

Mereka mempunyai momen magnetik cengkerang elektronik atom dan molekul. Elektron dan zarah asas lain mempunyai momen magnet putaran, ditentukan oleh kewujudan momen mekanikal mereka sendiri - putaran. Momen magnet putaran elektron boleh diorientasikan dalam medan magnet luar dengan cara yang hanya mungkin dua unjuran yang sama dan berlawanan arah momen ke arah vektor kekuatan medan magnet, sama. Bohr magneton– 9.274×10 -24 A×m 2 .

  1. Takrifkan konsep "kemagnetan" sesuatu bahan.

Kemagnetan – J- ialah jumlah momen magnet per unit isipadu bahan:

  1. Takrifkan konsep "kecenderungan magnetik".

Kerentanan magnet bagi sesuatu bahan, א v – nisbah kemagnetan bahan kepada kekuatan medan magnet per unit isipadu:

אv = , kuantiti tanpa dimensi.

Kecenderungan magnetik khusus, א – nisbah kerentanan magnetik kepada ketumpatan bahan, i.e. kerentanan magnet bagi unit jisim, diukur dalam m 3 /kg.

  1. Tentukan konsep "ketelapan magnet".

Kebolehtelapan magnetik, μ – ini adalah kuantiti fizik yang mencirikan perubahan aruhan magnet apabila terdedah kepada medan magnet . Untuk media isotropik, kebolehtelapan magnet adalah sama dengan nisbah aruhan dalam medium DALAM kepada kekuatan medan magnet luaran N dan kepada pemalar magnet μ 0 :

Kebolehtelapan magnet ialah kuantiti tanpa dimensi. Nilainya untuk medium tertentu adalah 1 lebih besar daripada kerentanan magnet bagi medium yang sama:

μ = אv+1, sejak B = μ 0 (H + J).

  1. Berikan pengelasan bahan berdasarkan sifat magnet.

Berdasarkan struktur magnetik dan nilai kebolehtelapan magnetik (kecenderungan), bahan dibahagikan kepada:

Diamagnet μ< 1 (bahan "menentang" medan magnet);

Paramagnet μ > 1(bahan lemah melihat medan magnet);

Ferromagnet μ >> 1(medan magnet dalam bahan meningkat);

Ferrimagnets μ >> 1(medan magnet dalam bahan meningkat, tetapi struktur magnet bahan berbeza daripada struktur feromagnet);

Antiferromagnet μ ≈ 1(bahan bertindak balas lemah kepada medan magnet, walaupun struktur magnetnya serupa dengan ferrimagnet).

  1. Huraikan sifat diamagnetisme.

Diamagnetisme ialah sifat bahan yang akan dimagnetkan ke arah arah medan magnet luar yang bertindak ke atasnya (mengikut undang-undang aruhan elektromagnet dan peraturan Lenz). Diamagnetisme adalah ciri semua bahan, tetapi dalam "bentuk tulen" ia menunjukkan dirinya dalam bahan diamagnet. Diamagnet ialah bahan yang molekulnya tidak mempunyai momen magnetnya sendiri (jumlah momen magnetnya ialah sifar), oleh itu ia tidak mempunyai sifat lain selain diamagnetisme. Contoh bahan diamagnet:


Hidrogen, א = - 2×10 -9 m 3 /kg.

Air, א = - 0.7×10 -9 m 3 /kg.

Berlian, א = - 0.5×10 -9 m 3 /kg.

Grafit, א = - 3×10 -9 m 3 /kg.

Tembaga, א = - 0.09×10 -9 m 3 /kg.

Zink, א = - 0.17×10 -9 m 3 /kg.

Perak, א = - 0.18×10 -9 m 3 /kg.

Emas, א = - 0.14×10 -9 m 3 /kg.

43. Huraikan sifat paramagnetisme.

Paramagnetisme adalah sifat bahan yang dipanggil paramagnet, yang, apabila diletakkan dalam medan magnet luar, memperoleh momen magnet yang bertepatan dengan arah medan ini. Atom dan molekul bahan paramagnet, tidak seperti bahan diamagnet, mempunyai momen magnet mereka sendiri. Dengan ketiadaan medan, orientasi momen ini adalah huru-hara (disebabkan oleh gerakan haba) dan jumlah momen magnet bahan adalah sifar. Apabila medan luaran digunakan, momen magnet zarah berorientasikan sebahagiannya ke arah medan, dan kemagnetan J ditambah kepada kekuatan medan luaran H: B = μ 0 (H + J). Induksi dalam bahan meningkat. Contoh bahan paramagnet:

Oksigen, א = 108×10 -9 m 3 /kg.

Titan, א = 3×10 -9 m 3 /kg.

Aluminium, א = 0.6×10 -9 m 3 /kg.

Platinum, א = 0.97×10 -9 m 3 /kg.

44. Huraikan sifat feromagnetisme.

Ferromagnetisme ialah keadaan bahan tersusun secara magnetik di mana semua momen magnet atom dalam isipadu bahan tertentu (domain) adalah selari, yang menyebabkan kemagnetan spontan domain. Penampilan susunan magnetik dikaitkan dengan interaksi pertukaran elektron, yang bersifat elektrostatik (hukum Coulomb). Dengan ketiadaan medan magnet luaran, orientasi momen magnet pelbagai domain boleh menjadi sewenang-wenangnya, dan isipadu jirim yang sedang dipertimbangkan boleh mempunyai kemagnetan lemah atau sifar keseluruhan. Apabila medan magnet digunakan, momen magnet domain berorientasikan sepanjang medan, semakin besar kekuatan medan. Dalam kes ini, nilai kebolehtelapan magnetik ferromagnet berubah dan induksi dalam bahan meningkat. Contoh ferromagnet:

Besi, nikel, kobalt, gadolinium

dan aloi logam ini antara satu sama lain dan dengan logam lain (Al, Au, Cr, Si, dll.). μ ≈ 100…100000.

45. Huraikan sifat ferimagnetik.

Ferrimagnetisme ialah keadaan jirim tersusun secara magnetik di mana momen magnet atom atau ion terbentuk dalam isipadu jirim (domain) subkelat magnetik atom atau ion dengan jumlah momen magnet yang tidak sama antara satu sama lain dan berarah antiselari. Ferrimagnetisme boleh dianggap sebagai kes paling umum bagi keadaan tersusun secara magnetik, dan feromagnetisme sebagai kes dengan sublattice tunggal. Komposisi ferrimagnet semestinya termasuk atom feromagnetik. Contoh ferrimagnet:

Fe 3 O 4 ; MgFe 2 O 4 ; CuFe 2 O 4 ; MnFe 2 O 4; NiFe 2 O 4 ; CoFe2O4...

Kebolehtelapan magnet ferrimagnet adalah sama dengan susunan ferromagnet: μ ≈ 100…100000.

46. ​​Huraikan sifat antiferromagnetisme.

Antiferromagnetisme ialah keadaan tersusun secara magnet bagi sesuatu bahan, dicirikan oleh fakta bahawa momen magnet zarah jiran bahan itu berorientasikan antiselari, dan jika tiada medan magnet luaran, jumlah kemagnetan bahan itu adalah sifar. Berkenaan dengan struktur magnetnya, antiferromagnet boleh dianggap sebagai kes khas ferimagnet, di mana momen magnet sublattices adalah sama dalam magnitud dan antiselari. Kebolehtelapan magnet antiferromagnet adalah hampir 1. Contoh antiferromagnet:

Cr 2 O 3; mangan; FeSi; Fe 2 O 3; NiO……… μ ≈ 1.

47. Apakah nilai kebolehtelapan magnet untuk bahan dalam keadaan superkonduktor?

Superkonduktor di bawah suhu superjunction adalah diamagnet yang ideal:

א= - 1; μ = 0.

Medan magnet gegelung ditentukan oleh arus dan kekuatan medan ini, dan induksi medan. Itu. Aruhan medan dalam vakum adalah berkadar dengan magnitud arus. Jika medan magnet dicipta dalam persekitaran atau bahan tertentu, maka medan itu mempengaruhi bahan itu, dan ia, seterusnya, mengubah medan magnet dengan cara tertentu.

Bahan yang terletak dalam medan magnet luar dimagnetkan dan medan magnet dalaman tambahan muncul di dalamnya. Ia dikaitkan dengan pergerakan elektron di sepanjang orbit intra-atom, serta di sekitar paksi mereka sendiri. Pergerakan elektron dan nukleus atom boleh dianggap sebagai arus bulat asas.

Sifat magnet arus bulat asas dicirikan oleh momen magnet.

Dengan ketiadaan medan magnet luaran, arus asas di dalam bahan berorientasikan secara rawak (secara huru-hara) dan, oleh itu, jumlah atau jumlah momen magnet adalah sifar dan medan magnet arus dalaman asas tidak dikesan di ruang sekeliling.

Pengaruh medan magnet luar pada arus asas dalam jirim ialah orientasi paksi putaran zarah bercas berubah supaya momen magnetnya diarahkan ke satu arah. (ke arah medan magnet luar). Keamatan dan sifat magnetisasi bahan yang berbeza dalam medan magnet luar yang sama berbeza dengan ketara. Kuantiti yang mencirikan sifat medium dan pengaruh medium pada ketumpatan medan magnet dipanggil mutlak kebolehtelapan magnet atau kebolehtelapan magnet medium (μ Dengan ) . Ini adalah hubungannya = . Diukur [ μ Dengan ]=Gn/m.

Kebolehtelapan magnet mutlak vakum dipanggil pemalar magnet μ O =4π 10 -7 H/m.

Nisbah kebolehtelapan magnet mutlak kepada pemalar magnet dipanggil kebolehtelapan magnet relatifμ c /μ 0 =μ. Itu. kebolehtelapan magnetik relatif ialah nilai yang menunjukkan berapa kali kebolehtelapan magnet mutlak medium adalah lebih besar atau kurang daripada kebolehtelapan mutlak vakum. μ ialah kuantiti tanpa dimensi yang berbeza-beza dalam julat yang luas. Nilai ini menjadi asas untuk membahagikan semua bahan dan media kepada tiga kumpulan.

Diamagnet . Bahan-bahan ini mempunyai μ< 1. К ним относятся - медь, серебро, цинк, ртуть, свинец, сера, хлор, вода и др. Например, у меди μ Cu = 0,999995. Эти вещества слабо взаимодействуют с магнитом.

Paramagnet . Bahan ini mempunyai μ > 1. Ini termasuk aluminium, magnesium, timah, platinum, mangan, oksigen, udara, dll. Udara = 1.0000031. . Bahan-bahan ini, seperti bahan diamagnet, berinteraksi lemah dengan magnet.

Untuk pengiraan teknikal, μ badan diamagnetik dan paramagnet diambil sama dengan perpaduan.

Ferromagnet . Ini adalah kumpulan bahan khas yang memainkan peranan besar dalam kejuruteraan elektrik. Bahan ini mempunyai μ >> 1. Ini termasuk besi, keluli, besi tuang, nikel, kobalt, gadolinium dan aloi logam. Bahan-bahan ini sangat tertarik kepada magnet. Untuk bahan ini, μ = 600-10,000 Bagi sesetengah aloi, μ mencapai nilai rekod sehingga 100,000 Perlu diingat bahawa μ untuk bahan feromagnetik tidak tetap dan bergantung kepada kekuatan medan magnet, jenis bahan dan suhu. .

Nilai besar µ dalam ferromagnet dijelaskan oleh fakta bahawa ia mengandungi kawasan magnetisasi spontan (domain), di mana momen magnet asas diarahkan dengan cara yang sama. Apabila dilipat, ia membentuk momen magnet biasa bagi domain.

Dengan ketiadaan medan magnet, momen magnet domain berorientasikan secara rawak dan jumlah momen magnet badan atau bahan adalah sifar. Di bawah pengaruh medan luaran, momen magnet domain berorientasikan satu arah dan membentuk momen magnet biasa badan, diarahkan ke arah yang sama dengan medan magnet luaran.

ini ciri penting digunakan dalam amalan dengan menggunakan teras feromagnetik dalam gegelung, yang memungkinkan untuk meningkatkan secara mendadak aruhan magnet dan fluks magnet pada nilai arus dan bilangan lilitan yang sama atau, dengan kata lain, untuk menumpukan medan magnet dalam agak kecil. isipadu.

Kebolehtelapan magnet- kuantiti fizik, pekali (bergantung kepada sifat medium) yang mencirikan hubungan antara aruhan magnetik texvc tidak dijumpai; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): (B) dan kekuatan medan magnet Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak dijumpai; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): (H) dalam perkara. Pekali ini berbeza untuk media yang berbeza, jadi mereka bercakap tentang kebolehtelapan magnet bagi medium tertentu (bermaksud komposisi, keadaan, suhu, dll.).

Pertama kali ditemui dalam karya Werner Siemens 1881 "Beiträge zur Theorie des Elektromagnetismus" ("Sumbangan kepada Teori Elektromagnetisme").

Biasanya dilambangkan huruf Yunani Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc . Ia boleh sama ada skalar (untuk bahan isotropik) atau tensor (untuk bahan anisotropik).

Secara umum, hubungan antara aruhan magnet dan kekuatan medan magnet melalui kebolehtelapan magnet diperkenalkan sebagai

Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak dijumpai; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): \vec(B) = \mu\vec(H),

Dan Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak dijumpai; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): \mu dalam kes umum, ini harus difahami sebagai tensor, yang dalam notasi komponen sepadan dengan:

Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak dijumpai; Lihat matematik/README - bantuan dengan persediaan.): \ B_i = \mu_(ij)H_j

Bagi bahan isotropik nisbah:

Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak dijumpai; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): \vec(B) = \mu\vec(H)

boleh difahami dalam erti kata mendarabkan vektor dengan skalar (kebolehtelapan magnetik dikurangkan dalam kes ini kepada skalar).

Selalunya sebutan Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak dijumpai; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): \mu digunakan secara berbeza daripada di sini, iaitu untuk kebolehtelapan magnetik relatif (dalam kes ini Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak dijumpai; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): \mu bertepatan dengan itu dalam GHS).

Dimensi kebolehtelapan magnet mutlak dalam SI adalah sama dengan dimensi pemalar magnet, iaitu, Gn / atau / 2.

Kebolehtelapan magnet relatif dalam SI berkaitan dengan kerentanan magnetik χ oleh hubungan

Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak dijumpai; Lihat matematik/README - bantuan dengan persediaan.): \mu_r = 1 + \chi,

Pengelasan bahan mengikut nilai kebolehtelapan magnet

Sebahagian besar bahan tergolong dalam kelas diamagnet ( Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak dijumpai; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): \mu \kurang lebih 1), atau kepada kelas paramagnet ( Tidak dapat menghuraikan ungkapan (Fail boleh laku texvc tidak dijumpai; Lihat matematik/README untuk bantuan persediaan.): \mu \gtrapprox 1). Tetapi beberapa bahan (ferromagnet), contohnya besi, mempunyai sifat magnet yang lebih ketara.

Dalam ferromagnet, disebabkan oleh histerisis, konsep kebolehtelapan magnet, secara tegasnya, tidak terpakai. Walau bagaimanapun, dalam julat tertentu perubahan dalam medan magnetisasi (supaya kemagnetan sisa boleh diabaikan, tetapi sebelum tepu), masih mungkin, kepada anggaran yang lebih baik atau lebih teruk, untuk membentangkan pergantungan ini sebagai linear (dan untuk magnet lembut bahan, had dari bawah mungkin tidak terlalu ketara dalam amalan), dan dalam pengertian ini, nilai kebolehtelapan magnet juga boleh diukur untuk mereka.

Kebolehtelapan magnet bagi sesetengah bahan dan bahan

Kerentanan magnet bagi sesetengah bahan

Kecenderungan magnetik dan kebolehtelapan magnet bagi sesetengah bahan

Sederhana Kerentanan χ m
(isipadu, SI)		 Kebolehtelapan μ [H/m] Kebolehtelapan relatif μ/μ 0 Medan magnet Kekerapan maksimum
Metglas (Bahasa Inggeris) Metglas ) 1,25 1 000 000 pada 0.5 T 100 kHz
Nanoperm Nanoperm ) 10×10 -2 80 000 pada 0.5 T 10 kHz
Mu logam 2.5×10 -2 20 000 pada 0.002 T
Mu logam 50 000
Permalloy 1.0×10 -2 70 000 pada 0.002 T
Keluli elektrik 5.0×10 -3 4000 pada 0.002 T
Ferit (nikel-zink) 2.0×10 -5 - 8.0×10 -4 16-640 100 kHz ~ 1 MHz [[K:Wikipedia:Artikel tanpa sumber (negara: Ralat Lua: callParserFunction: fungsi "#property" tidak ditemui. )]][[K:Wikipedia:Artikel tanpa sumber (negara: Ralat Lua: callParserFunction: fungsi "#property" tidak ditemui. )]]
Ferit (mangan-zink) >8.0×10 -4 640 (atau lebih) 100 kHz ~ 1 MHz
Keluli 8.75×10 -4 100 pada 0.002 T
nikel 1.25×10 -4 100 - 600 pada 0.002 T
Magnet neodymium 1.05 sehingga 1.2-1.4 T
Platinum 1.2569701×10 -6 1,000265
aluminium 2.22×10 -5 1.2566650×10 -6 1,000022
pokok 1,00000043
Udara 1,00000037
konkrit 1
vakum 0 1.2566371×10 -6 (μ 0) 1
Hidrogen -2.2×10 -9 1.2566371×10 -6 1,0000000
Teflon 1.2567×10 -6 1,0000
nilam -2.1×10 -7 1.2566368×10 -6 0,99999976
Tembaga -6.4×10 -6
atau -9.2×10 -6		 1.2566290×10 -6 0,999994
air -8.0×10 -6 1.2566270×10 -6 0,999992
Bismut -1.66×10 -4 0,999834
Superkonduktor −1 0 0

Lihat juga

Tulis ulasan tentang artikel "Kebolehtelapan magnet"

Nota

Petikan mencirikan kebolehtelapan magnet

Saya berasa sangat kasihan kepadanya!.. Tetapi, malangnya, saya tidak dalam kuasa saya untuk membantunya. Dan saya benar-benar ingin tahu bagaimana gadis kecil yang luar biasa ini membantunya...
- Kami jumpa mereka! – Stella mengulangi lagi. - Saya tidak tahu bagaimana untuk melakukannya, tetapi nenek saya membantu saya!
Ternyata Harold, semasa hayatnya, tidak sempat untuk mengetahui betapa teruknya penderitaan keluarganya semasa nazak. Dia adalah seorang kesatria pahlawan, dan meninggal dunia sebelum kotanya jatuh ke tangan "para algojo," seperti yang diramalkan oleh isterinya.
Tetapi sebaik sahaja dia mendapati dirinya berada dalam dunia orang-orang yang "pergi" yang tidak dikenali dan menakjubkan ini, dia serta-merta dapat melihat betapa kejam dan kejamnya nasib jahat berurusan dengan "orang-orang yang satu-satunya dan tersayang." Selepas itu, seperti orang yang kerasukan, dia menghabiskan masa selamanya untuk mencuba, di suatu tempat untuk mencari orang-orang ini, yang paling dia sayangi di seluruh dunia... Dan dia mencari mereka untuk masa yang sangat lama, lebih daripada seribu tahun, sehingga suatu hari, beberapa orang yang sama sekali tidak dikenali, gadis manis Stella tidak menawarkannya untuk "membahagiakannya" dan tidak membuka "yang lain" itu pintu yang betul akhirnya mencari mereka untuknya...
- Adakah anda mahu saya tunjukkan kepada anda? - gadis kecil itu mencadangkan lagi,
Tetapi saya tidak lagi pasti sama ada saya mahu melihat sesuatu yang lain... Kerana penglihatan yang dia tunjukkan baru-baru ini menyakitkan jiwa saya, dan adalah mustahil untuk menyingkirkannya dengan begitu cepat untuk mahu melihat beberapa jenis kesinambungan...
"Tetapi anda mahu melihat apa yang berlaku kepada mereka!" – Stella kecil dengan yakin menyatakan "fakta".
Saya memandang Harold dan melihat matanya memahami sepenuhnya tentang apa yang saya alami secara tidak dijangka.
– Saya tahu apa yang anda lihat... Saya menontonnya berkali-kali. Tetapi mereka gembira sekarang, kami sering melihat mereka... Dan pada "bekas" mereka juga... - "ksatria sedih" berkata dengan tenang.
Dan hanya kemudian saya menyedari bahawa Stella, hanya, apabila dia mahukannya, memindahkannya ke masa lalunya sendiri, seperti yang dia baru lakukan!!! Dan dia melakukannya hampir main-main!.. Saya tidak perasan bagaimana gadis yang hebat dan cerah ini mula "mengikat saya dengannya" lebih banyak lagi, menjadi bagi saya hampir satu keajaiban sebenar, yang saya mahu tonton tanpa henti... Dan yang saya tidak mahu tinggalkan sama sekali... Kemudian saya hampir tidak tahu apa-apa dan tidak boleh melakukan apa-apa kecuali apa yang saya boleh fahami dan pelajari sendiri, dan saya benar-benar mahu belajar sekurang-kurangnya sesuatu daripadanya sementara masih ada satu peluang.
- Sila datang kepada saya! – Stella, tiba-tiba sedih, berbisik secara senyap-senyap, “kamu tahu kamu belum boleh tinggal di sini... Nenek berkata kamu tidak akan tinggal untuk masa yang sangat lama... Kamu belum boleh mati lagi.” Tapi awak datang...
Segala-galanya tiba-tiba menjadi gelap dan sejuk, seolah-olah awan hitam tiba-tiba menutupi dunia Stella yang berwarna-warni dan terang...
- Oh, jangan fikirkan perkara yang mengerikan itu! – gadis itu marah, dan, seperti seorang artis dengan berus pada kanvas, dia dengan cepat "melukis" segala-galanya sekali lagi dalam warna yang terang dan ceria.
- Nah, adakah ini benar-benar lebih baik? - dia bertanya dengan puas hati.
"Adakah ia benar-benar hanya fikiran saya?.." Saya tidak percaya lagi.
- Sudah tentu! – Stella ketawa. "Anda kuat, jadi anda mencipta segala-galanya di sekeliling anda dengan cara anda sendiri."
– Bagaimana kemudian untuk berfikir?.. – Saya masih tidak dapat “memasuki” yang tidak dapat difahami.
"Diam sahaja dan tunjukkan hanya apa yang anda mahu tunjukkan," kata kawan saya yang menakjubkan, sebagai satu perkara yang pasti. "Nenek saya mengajar saya itu."
Saya fikir nampaknya sudah tiba masanya untuk saya juga "mengejutkan" nenek "rahsia" saya sedikit, yang (saya hampir pasti ini!) mungkin tahu sesuatu, tetapi atas sebab tertentu tidak mahu mengajar saya apa-apa lagi. .. .
"Jadi, anda mahu melihat apa yang berlaku kepada orang tersayang Harold?" - gadis kecil itu bertanya dengan tidak sabar.
Sejujurnya, saya tidak mempunyai terlalu banyak keinginan, kerana saya tidak pasti apa yang diharapkan daripada "pertunjukan" ini. Tetapi untuk tidak menyinggung perasaan Stella yang murah hati, dia bersetuju.
- Saya tidak akan menunjukkan kepada anda untuk masa yang lama. saya janji! Tetapi anda harus tahu tentang mereka, bukan?.. – gadis itu berkata dengan suara gembira. - Lihat, anak lelaki akan menjadi yang pertama ...

Saya sangat terkejut, tidak seperti yang saya lihat sebelum ini, kami mendapati diri kami berada dalam masa dan tempat yang sama sekali berbeza, yang serupa dengan Perancis, dan dalam pakaian yang mengingatkan pada abad kelapan belas. Sebuah gerabak berbumbung yang cantik sedang memandu di sepanjang jalan berturap yang luas, di dalamnya duduk seorang lelaki muda dan seorang wanita dalam sut yang sangat mahal, dan nampaknya dalam suasana yang sangat teruk... Lelaki muda itu berdegil membuktikan sesuatu kepada gadis itu, dan dia , tidak mendengar dia sama sekali, berlegar tenang di suatu tempat dalam mimpi anda daripada lelaki muda sangat menjengkelkan...
- Anda lihat, itu dia! Ini sama" budak kecik“... hanya selepas bertahun-tahun lamanya,” bisik Stella perlahan.
- Bagaimana anda tahu bahawa itu benar-benar dia? – masih kurang faham, saya bertanya.
- Sudah tentu, ia sangat mudah! – gadis kecil itu merenung saya dengan terkejut. – Kita semua mempunyai intipati, dan intipati mempunyai "kunci" sendiri yang mana setiap daripada kita boleh ditemui, anda hanya perlu tahu cara melihat. Tengok...
Dia menunjukkan kepada saya bayi itu lagi, anak Harold.
– Fikirkan tentang intipatinya, dan anda akan melihat...
Dan saya serta-merta melihat entiti yang telus, bercahaya terang, sangat berkuasa, di dadanya bintang tenaga "berlian" yang luar biasa terbakar. "Bintang" ini bersinar dan berkilauan dengan semua warna pelangi, kini berkurangan, kini meningkat, seolah-olah perlahan-lahan berdenyut, dan berkilauan dengan begitu terang, seolah-olah ia benar-benar dicipta daripada berlian yang paling menakjubkan.
– Adakah anda melihat bintang songsang aneh ini di dadanya? - Ini adalah "kunci" beliau. Dan jika anda cuba mengikutinya, seperti benang, maka ia akan membawa anda terus ke Axel, yang mempunyai bintang yang sama - ini adalah intipati yang sama, hanya dalam penjelmaan seterusnya.
Saya memandangnya dengan semua mata saya, dan nampaknya perasan ini, Stella ketawa dan dengan riang mengakui:
- Jangan fikir saya sendiri - nenek saya yang mengajar saya!..
Saya sangat malu untuk merasa seperti tidak cekap, tetapi keinginan untuk mengetahui lebih banyak adalah seratus kali lebih kuat daripada rasa malu, jadi saya menyembunyikan kebanggaan saya sedalam mungkin dan bertanya dengan teliti:
– Tetapi bagaimana dengan semua “realiti” menakjubkan yang kita lihat di sini sekarang? Lagipun, ini adalah kehidupan khusus orang lain, dan anda tidak menciptanya dengan cara yang sama seperti anda mencipta semua dunia anda?
- Oh tidak! – gadis kecil itu sekali lagi gembira mendapat peluang untuk menerangkan sesuatu kepada saya. - Sudah tentu tidak! Ini hanyalah masa lalu di mana semua orang ini pernah hidup, dan saya hanya membawa anda dan saya ke sana.
- Dan Harold? Bagaimana dia melihat semua ini?
- Oh, mudah untuk dia! Dia sama seperti saya, mati, jadi dia boleh bergerak ke mana sahaja dia mahu. Lagipun, dia sudah tidak mempunyai badan fizikal, jadi intipatinya tidak tahu apa-apa halangan di sini dan boleh berjalan ke mana sahaja yang dia mahu ... sama seperti saya ... - gadis kecil itu selesai dengan lebih sedih.
Saya fikir dengan sedih bahawa apa yang hanya " pemindahan mudah kepada masa lalu", bagi saya, nampaknya, akan menjadi "misteri di sebalik tujuh kunci" untuk masa yang lama... Tetapi Stella, seolah-olah mendengar fikiran saya, segera bergegas untuk meyakinkan saya:
- Anda akan lihat, ia sangat mudah! Anda hanya perlu mencuba.
– Dan "kunci" ini, adakah ia tidak pernah diulang oleh orang lain? – Saya memutuskan untuk meneruskan soalan saya.
"Tidak, tetapi kadang-kadang sesuatu yang lain berlaku..." entah kenapa, si kecil menjawab sambil tersenyum lucu. "Begitulah cara saya terperangkap pada mulanya, yang mana mereka memukul saya dengan sangat teruk... Oh, itu sangat bodoh!.."
- Bagaimana? - Saya bertanya, sangat berminat.
Stella segera menjawab dengan ceria:
- Oh, itu sangat kelakar! - dan selepas berfikir sedikit, dia menambah, "tetapi ia juga berbahaya... Saya melihat di semua "lantai" untuk penjelmaan nenek saya yang lalu, dan bukannya dia, entiti yang sama sekali berbeza datang bersama "benang"nya. , yang entah bagaimana berjaya "menyalin" "bunga" nenek saya (nampaknya juga "kunci"!) dan, sama seperti saya mempunyai masa untuk bergembira kerana saya akhirnya menemuinya, entiti yang tidak dikenali ini tanpa belas kasihan memukul saya di dada. Ya, begitu banyak sehingga jiwa saya hampir terbang!..
- Bagaimana anda menyingkirkannya? - Saya terkejut.
"Sejujurnya, saya tidak menyingkirkannya ..." gadis itu menjadi malu. - Saya baru sahaja menelefon nenek saya...
– Apa yang anda panggil "lantai"? - Saya masih tidak dapat bertenang.
– Nah, ini adalah "dunia" yang berbeza di mana intipati orang mati hidup... Dalam yang paling indah dan tertinggi hidup mereka yang baik... dan, mungkin, yang paling kuat juga.
- Orang seperti awak? - tanya saya sambil tersenyum.
- Oh, tidak, sudah tentu! Saya mungkin tiba di sini secara tidak sengaja. – Gadis itu berkata dengan penuh ikhlas. - Adakah anda tahu apa yang paling menarik? Dari "tingkat" ini kita boleh berjalan ke mana-mana, tetapi dari yang lain tiada siapa yang boleh sampai ke sini... Menarik kan?..
Ya, ia sangat pelik dan sangat menarik untuk otak saya yang "kebuluran", dan saya benar-benar ingin mengetahui lebih lanjut!.. Mungkin kerana sehingga hari itu tiada siapa yang pernah benar-benar menjelaskan apa-apa kepada saya, tetapi kadang-kadang seseorang - memberi (seperti , sebagai contoh, "rakan bintang" saya), dan oleh itu, walaupun penjelasan kebudak-budakan yang begitu sederhana telah membuat saya sangat gembira dan memaksa saya untuk menyelidiki lebih mendalam lagi eksperimen, kesimpulan dan kesilapan saya... seperti biasa, mencari dalam segala hal yang berlaku lebih tidak jelas. Masalah saya ialah saya boleh melakukan atau mencipta "luar biasa" dengan sangat mudah, tetapi keseluruhan masalahnya ialah saya juga ingin memahami bagaimana saya mencipta semuanya... Dan inilah yang saya belum berjaya lagi ...

6. BAHAN MAGNET

Semua bahan adalah magnet dan dimagnetkan dalam medan magnet luar.

Berdasarkan sifat magnetnya, bahan dibahagikan kepada magnet lemah ( bahan diamagnet Dan paramagnet) dan sangat magnetik ( ferromagnet Dan ferrimagnet).

Diamagnetμ r < 1, значение которой не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. Диамагнетиками являются вещества, атомы (молекулы) которых в отсутствие намагничивающего поля имеют магнитный момент равный нулю: водород, инертные газы, большинство sebatian organik dan beberapa logam ( Cu, Zn, Ag, Au, Hg), serta DALAM i, Ga, Sb.

Paramagnet– bahan dengan kebolehtelapan magnetμ r> 1, yang dalam medan lemah tidak bergantung pada kekuatan medan magnet luar. Bahan paramagnet termasuk bahan yang atomnya (molekul) tanpa adanya medan magnet mempunyai momen magnet yang berbeza daripada sifar: oksigen, nitrogen oksida, garam besi, kobalt, nikel dan unsur nadir bumi, logam alkali, aluminium, platinum.

Bahan diamagnetik dan paramagnet mempunyai kebolehtelapan magnetμ rdekat dengan perpaduan. Aplikasi dalam teknologi sebagai bahan magnet adalah terhad.

Dalam bahan yang sangat magnetik, kebolehtelapan magnet adalah jauh lebih besar daripada kesatuan (μ r >> 1) dan bergantung kepada kekuatan medan magnet. Ini termasuk: besi, nikel, kobalt dan aloinya, serta aloi kromium dan mangan, gadolinium, ferit pelbagai komposisi.

6.1. Ciri magnet bahan

Sifat magnet bahan dinilai kuantiti fizik, dipanggil ciri magnet.

Kebolehtelapan magnet

Membezakan relatif Dan mutlak kebolehtelapan magnet bahan (bahan) yang saling berkaitan oleh perhubungan

μa = μ o ·μ, Gn/m

μ o– pemalar magnet,μ o = 4π ·10 -7 H/m;

μ – kebolehtelapan magnetik relatif (kuantiti tanpa dimensi).

Kebolehtelapan magnet relatif digunakan untuk menerangkan sifat bahan magnet.μ (lebih kerap dipanggil kebolehtelapan magnet), dan untuk pengiraan praktikal, kebolehtelapan magnet mutlak digunakanμa, dikira dengan persamaan

μa = DALAM /N,Gn/m

N– keamatan medan magnet pengmagnetan (luaran), A/m

DALAM – aruhan medan magnet dalam magnet.

Nilai yang besarμ menunjukkan bahawa bahan mudah dimagnetkan dalam medan magnet yang lemah dan kuat. Kebolehtelapan magnet bagi kebanyakan magnet bergantung kepada kekuatan medan magnet magnetisasi.

Untuk mencirikan sifat magnet, kuantiti tanpa dimensi dipanggil kerentanan magnetik χ .

μ = 1 + χ

Pekali suhu kebolehtelapan magnet

Sifat magnet sesuatu bahan bergantung kepada suhuμ = μ (T) .

Untuk menerangkan sifat perubahansifat magnetik dengan suhuguna pekali suhu kebolehtelapan magnet.

Pergantungan kerentanan magnet bahan paramagnet pada suhuTditerangkan oleh undang-undang Curie

di mana C - Malar Curie .

Ciri-ciri magnetik ferromagnet

Kebergantungan sifat magnetik ferromagnet mempunyai lebih banyak watak yang kompleks, ditunjukkan dalam rajah, dan mencapai maksimum pada suhu yang hampir denganQ Kepada.

Suhu di mana kerentanan magnet berkurangan secara mendadak, hampir kepada sifar, dipanggil suhu Curie -Q Kepada. Pada suhu yang lebih tinggiQ Kepada proses kemagnetan ferromagnet terganggu disebabkan oleh pergerakan terma atom dan molekul yang kuat dan bahan itu tidak lagi menjadi feromagnetik dan menjadi paramagnet.

Untuk besi Q k = 768 ° C, untuk nikel Q k = 358 ° C, untuk kobalt Q k = 1131 ° C.

Di atas suhu Curie, pergantungan kerentanan magnet feromagnet pada suhuTditerangkan oleh undang-undang Curie-Weiss

Proses kemagnetan bahan bermagnet tinggi (ferromagnet) telah histerisis. Jika ferromagnet dinyahmagnetkan dimagnetkan dalam medan luar, ia menjadi magnet mengikut keluk magnetisasi B = B(H) . Jika kemudian, bermula dari beberapa nilaiHmula mengurangkan kekuatan medan, kemudian induksiBakan berkurangan dengan sedikit kelewatan ( histerisis) berhubung dengan lengkung kemagnetan. Apabila medan dalam arah yang bertentangan meningkat, ferromagnet menjadi dinyahmagnetkan, kemudian mengmagnetkan semula, dan dengan perubahan baru dalam arah medan magnet, ia boleh kembali ke titik permulaan dari mana proses penyahmagnetan bermula. Gelung yang terhasil ditunjukkan dalam rajah dipanggil gelung histerisis.

Pada beberapa ketegangan maksimumN m medan magnet, bahan dimagnetkan ke keadaan tepu, di mana aruhan mencapai nilaiDALAM N, yang dipanggilinduksi ketepuan.

Aruhan magnet sisa DALAM TENTANG – diperhatikan dalam bahan feromagnetik, bermagnet hingga tepu, semasa penyahmagnetannya, apabila kekuatan medan magnet adalah sifar. Untuk menyahmagnetkan sampel bahan, kekuatan medan magnet mesti menukar arahnya ke arah yang bertentangan (-N). Kekuatan medanN KEPADA , di mana aruhan bersamaan dengan sifar, dipanggil paksaan(daya tahan) .

Pembalikan kemagnetan ferromagnet dalam medan magnet berselang-seli sentiasa disertai dengan kehilangan tenaga haba, yang disebabkan oleh kehilangan histerisis Dan kerugian dinamik. Kehilangan dinamik dikaitkan dengan arus pusar teraruh dalam isipadu bahan dan bergantung kepada rintangan elektrik bahan, berkurangan dengan peningkatan rintangan. Kehilangan histerisisW dalam satu kitaran pembalikan magnetisasi ditentukan oleh kawasan gelung histerisis

dan boleh dikira untuk unit isipadu bahan menggunakan formula empirik

J/m 3

di mana η – pekali bergantung pada bahan,B N – induksi maksimum yang dicapai semasa kitaran,n– eksponen sama dengan 1.6 bergantung pada bahan¸ 2.

Kehilangan tenaga khusus akibat histerisis R G – kerugian yang dibelanjakan untuk pembalikan magnetisasi satu unit jisim per unit isipadu bahan sesaat.

di mana f - Kekerapan AC,T– tempoh ayunan.

Sekatan magnet

Sekatan magnet – fenomena perubahan dalam dimensi geometri dan bentuk ferromagnet apabila magnitud medan magnet berubah, i.e. apabila dimagnetkan. Perubahan relatif dalam dimensi bahanΔ l/ lboleh positif dan negatif. Bagi nikel, daya tarikan magnet adalah kurang daripada sifar dan mencapai nilai 0.004%.

Selaras dengan prinsip Le Chatelier untuk menentang pengaruh sistem faktor luaran, berusaha untuk mengubah keadaan ini, ubah bentuk mekanikal ferromagnet, yang membawa kepada perubahan dalam saiznya, harus menjejaskan kemagnetan bahan-bahan ini.

Jika, semasa kemagnetan, badan mengalami pengurangan saiznya dalam arah tertentu, maka penggunaan tegasan mampatan mekanikal ke arah ini menggalakkan kemagnetan, dan regangan menjadikan kemagnetan sukar.

6.2. Pengelasan bahan feromagnetik

Semua bahan feromagnetik dibahagikan kepada dua kumpulan berdasarkan kelakuan mereka dalam medan magnet.

Magnet lembut – dengan kebolehtelapan magnet yang tinggiμ dan daya paksaan yang rendahN KEPADA< 10A/m. Mereka mudah dimagnetkan dan dinyahmagnetkan. Mereka mempunyai kehilangan histerisis yang rendah, i.e. gelung histerisis sempit.

Ciri-ciri magnetik bergantung pada ketulenan kimia dan tahap herotan struktur kristal. Semakin kurang kekotoran(DENGAN, R, S, O, N) , semakin tinggi tahap ciri bahan, oleh itu adalah perlu untuk mengeluarkannya dan oksida semasa pengeluaran feromagnet, dan cuba untuk tidak memesongkan struktur kristal bahan.

Bahan magnet keras - mempunyai hebatN K > 0.5 MA/m dan aruhan sisa (DALAM TENTANG ≥ 0.1T). Mereka sepadan dengan gelung histerisis yang luas. Mereka dimagnetkan dengan kesukaran yang besar, tetapi mereka boleh mengekalkan tenaga magnet selama beberapa tahun, i.e. berfungsi sebagai sumber medan magnet yang berterusan. Oleh itu, magnet kekal dibuat daripada mereka.

Berdasarkan komposisi mereka, semua bahan magnet dibahagikan kepada:

· logam;

· bukan logam;

· magnetodielektrik.

Bahan magnet logam - Ini logam tulen(besi, kobalt, nikel) dan aloi magnet beberapa logam.

Kepada bukan logam bahan termasuk ferit, diperoleh daripada serbuk oksida besi dan logam lain. Ia ditekan dan dibakar pada 1300 - 1500 °C dan ia bertukar menjadi bahagian magnet monolitik pepejal. Ferit, seperti bahan magnet logam, boleh menjadi magnet lembut atau magnet keras.

Magnetodielektrik – ini adalah bahan komposit daripada 60–80% bahan magnet serbuk dan 40–20% dielektrik organik. ferit dan magnetodielektrik mempunyai nilai hebat kerintangan elektrik (ρ = 10 ÷ 10 8 Ohm m), rintangan tinggi bahan ini memastikan kehilangan tenaga dinamik yang rendah dalam pembolehubah medan elektromagnet dan membolehkannya digunakan secara meluas dalam teknologi frekuensi tinggi.

6.3. Bahan magnet logam

6.3.1. logam magnet lembut bahan

Bahan magnet lembut logam termasuk besi karbonil, permalloy, alsifer dan keluli silikon rendah karbon.

Besi karbonil – diperolehi oleh penguraian haba cecair pentacarbonyl besiF e( CO ) 5 untuk mendapatkan zarah serbuk besi tulen:

F e( CO ) 5 → Fe+ 5 СО,

pada suhu kira-kira 200°Cdan tekanan 15 MPa. Zarah besi mempunyai bentuk sfera dengan saiz 1 – 10 mikron. Untuk mengeluarkan zarah karbon, serbuk besi tertakluk kepada rawatan haba dalam persekitaran N 2 .

Kebolehtelapan magnet besi karbonil mencapai 20000, daya paksaan ialah 4.5¸ 6,2A/m. Serbuk besi digunakan untuk membuat frekuensi tinggi magnetodielektrik teras, sebagai pengisi dalam pita magnetik.

Permalloi –aloi besi-nikel mulur. Untuk menambah baik sifat, tambah Mo, DENGAN r, Cu, menghasilkan permalloy terdop. Ia mempunyai kemuluran yang tinggi dan mudah digulung menjadi kepingan dan jalur sehingga 1 mikron.

Jika kandungan nikel dalam permalloy adalah 40 - 50%, maka ia dipanggil nikel rendah, jika 60 - 80% - nikel tinggi.

Permalloys mempunyai tahap tinggi ciri magnet, yang dipastikan bukan sahaja oleh komposisi dan ketulenan kimia yang tinggi aloi, tetapi juga oleh rawatan vakum haba khas. Permalloy mempunyai tahap kebolehtelapan magnet awal yang sangat tinggi dari 2000 hingga 30000 (bergantung kepada komposisi) di kawasan medan lemah, yang disebabkan oleh magnitud magnetostriction dan isotropi sifat magnet yang rendah. terutamanya prestasi tinggi mempunyai supermalloy, kebolehtelapan magnet awalnya ialah 100,000, dan maksimum mencapai 1.5· 10 6 pada B= 0.3 T.

Permalloy dibekalkan dalam bentuk jalur, kepingan dan rod. Permalloy nikel rendah digunakan untuk pembuatan teras induktor, transformer bersaiz kecil dan penguat magnet, nikel tinggi permalloi – untuk bahagian peralatan yang beroperasi pada frekuensi sonik dan supersonik. Ciri-ciri magnet permalloys stabil pada –60 +60°C.

Alsifera – rapuh tidak boleh ditempa aloi komposisi Al – Si– Fe , terdiri daripada 5.5 – 13%Al, 9 – 10 % Si, selebihnya adalah besi. Alsifer adalah serupa dalam sifat kepada permalloy, tetapi lebih murah. Teras tuang dibuat daripadanya, tuang skrin magnetik dan bahagian berongga lain dengan ketebalan dinding sekurang-kurangnya 2 - 3 mm. Kerapuhan alsifer mengehadkan kawasan penggunaannya. Mengambil kesempatan daripada kerapuhan alsifer, ia dikisar menjadi serbuk, yang digunakan sebagai pengisi feromagnetik dalam frekuensi tinggi yang ditekan magnetodielektrik(teras, cincin).

Keluli Karbon Rendah Silikon (keluli elektrik) - aloi besi dan silikon (0.8 - 4.8%Si). Bahan magnet lembut utama untuk kegunaan besar-besaran. Ia mudah digulung menjadi kepingan dan jalur 0.05 - 1 mm dan merupakan bahan yang murah. Silikon, yang terdapat dalam keluli dalam keadaan terlarut, melaksanakan dua fungsi.

· Dengan meningkatkan kerintangan keluli, silikon menyebabkan pengurangan kerugian dinamik yang berkaitan dengan arus pusar. Rintangan meningkat disebabkan oleh pembentukan silika SiO 2 akibat daripada tindak balas tersebut

2 FeO + S i→ 2Fe+ SiO 2 .

· Kehadiran silikon yang terlarut dalam keluli menggalakkan penguraian simentit Fe 3 C – kekotoran berbahaya yang mengurangkan ciri magnet, dan pembebasan karbon dalam bentuk grafit. Dalam kes ini, besi tulen terbentuk, pertumbuhan kristal yang mana meningkatkan tahap ciri magnet keluli.

Pengenalan silikon ke dalam keluli dalam jumlah melebihi 4.8% tidak disyorkan, kerana, sambil membantu meningkatkan ciri magnet, silikon secara mendadak meningkatkan kerapuhan keluli dan mengurangkannya sifat mekanikal.

6.3.2. Bahan magnet keras logam

Bahan magnet keras - ini adalah feromagnet dengan daya paksaan yang tinggi (lebih daripada 1 kA/m) dan nilai aruhan magnet sisa yang besarDALAM TENTANG. Digunakan untuk pembuatan magnet kekal.

Bergantung pada komposisi, keadaan dan kaedah pengeluaran, mereka dibahagikan kepada:

· keluli martensit aloi;

· tuangkan aloi magnet keras.

Keluli martensit aloi – ini mengenai keluli karbon dan keluli aloiCr, W, Co, Mo . Karbon keluli cepat tua dan menukar sifat mereka, jadi ia jarang digunakan untuk pembuatan magnet kekal. Untuk pembuatan magnet kekal, keluli aloi digunakan - tungsten dan kromium (N C ≈ 4800 A/m,DALAM O ≈ 1 T), yang dihasilkan dalam bentuk rod dengan pelbagai bentuk bahagian. Keluli kobalt mempunyai daya paksaan yang lebih tinggi (N C ≈ 12000 A/m,DALAM O ≈ 1 T) berbanding tungsten dan kromium. Daya paksaan N DENGAN keluli kobalt meningkat dengan peningkatan kandungan DENGAN O .

Tuangkan aloi magnet keras. Sifat magnetik aloi yang lebih baik adalah disebabkan oleh komposisi yang dipilih khas dan rawatan khas - penyejukan magnet selepas tuangan dalam medan magnet yang kuat, serta rawatan haba berbilang peringkat khas dalam bentuk pelindapkejutan dan pembajaan dalam kombinasi dengan magnet. rawatan, dipanggil pengerasan penyebaran.

Tiga kumpulan utama aloi digunakan untuk pembuatan magnet kekal:

· Besi - kobalt - aloi molibdenum taip remalloy dengan paksaanN K = 12 – 18 kA/m.

· Kumpulan aloi:

§ tembaga - nikel - besi;

§ tembaga - nikel - kobalt;

§ besi - mangan, berpadualuminium atau titanium;

§ besi – kobalt – vanadium (F e– Co – V).

Aloi tembaga - nikel - besi dipanggil kunife (DENGAN u– Ni - Fe). Aloi F e– Co – V (besi - kobalt - vanadium) dipanggil vikala . Aloi kumpulan ini mempunyai daya paksaan N KEPADA = 24 – 40 kA/m. Terdapat dalam bentuk wayar dan lembaran.

· Sistem aloi besi – nikel – aluminium(F e – Ni– Al), sebelum ini dikenali sebagai aloi alni. Aloi mengandungi 20 - 33% Ni + 11 – 17% Al, selebihnya adalah besi. Menambah kobalt, kuprum, titanium, silikon, dan niobium kepada aloi meningkatkan sifat magnetnya, memudahkan teknologi pembuatan, memastikan kebolehulangan parameter dan menambah baik sifat mekanikal. Tanda moden jenama mengandungi huruf yang menunjukkan logam tambahan (Y - aluminium, N - nikel, D - tembaga, K - kobalt, T - titanium, B - niobium, C - silikon), nombor - kandungan unsur, huruf yang terdapat sebelum nombor, contohnya, UNDC15.

Aloi mempunyai nilai tinggi paksaan N KEPADA = 40 – 140 kA/m dan tenaga magnet tersimpan besar.

6.4. Bahan magnet bukan logam. ferit

Ferrite adalah bahan feromagnetik seramik dengan kekonduksian elektronik yang rendah. Kekonduksian elektrik rendah digabungkan dengan tinggi ciri magnet membolehkan penggunaan ferit secara meluas pada frekuensi tinggi Oh.

Ferit diperbuat daripada campuran serbuk yang terdiri daripada oksida besi dan oksida terpilih khusus logam lain. Mereka ditekan dan kemudian disinter pada suhu tinggi. Umum formula kimia mempunyai bentuk:

MeO Fe 2 O 3 atau MeFe 2 O 4,

di mana Mehsimbol logam divalen.

Sebagai contoh,

ZnO Fe 2 O 3 atau

NiO Fe 2 O 3 atau NiFe 2 O 4

Ferit mempunyai kekisi jenis spinel paduMgOAl 2 O 3 - magnesium aluminat.Tidak semua ferit adalah magnet. Kehadiran sifat magnetik dikaitkan dengan susunan ion logam dalam kekisi spinel padu. Jadi sistemZnFe 2 O 4 tidak mempunyai sifat feromagnetik.

Ferit dihasilkan mengikut teknologi seramik. Oksida logam serbuk asal dihancurkan dalam kilang bebola, ditekan dan dibakar dalam relau. Briket tersinter dikisar menjadi serbuk halus, dan pemplastik, contohnya larutan polivinil alkohol, ditambah. Dari jisim yang terhasil, produk ferit ditekan - teras, cincin, yang dibakar di udara pada 1000 - 1400 ° C. Produk keras, rapuh, kebanyakannya hitam yang terhasil hanya boleh diproses dengan mengisar dan menggilap.

Magnet lembut ferit

Magnet lembutFerrite digunakan secara meluas dalam bidang elektronik frekuensi tinggi dan pembuatan instrumen untuk pembuatan penapis, pengubah untuk penguat frekuensi rendah dan tinggi, antena untuk peranti pemancar dan penerima radio, pengubah nadi, dan modulator magnetik. Industri ini menghasilkan jenis ferit magnet lembut berikut dengan pelbagai jenis magnet dan sifat elektrik: nikel - zink, mangan - zink dan litium - zink. Kekerapan had atas penggunaan ferit bergantung pada komposisinya dan berbeza dengan jenama yang berbeza ferit dari 100 kHz hingga 600 MHz, coercivity adalah kira-kira 16 A/m.

Kelebihan ferit ialah kestabilan ciri magnet dan kemudahan relatif pembuatan komponen radio. Seperti semua bahan feromagnetik, ferit mengekalkan sifat magnetnya hanya sehingga suhu Curie, yang bergantung kepada komposisi ferit dan berkisar antara 45 ° hingga 950 ° C.

Ferit magnet keras

Untuk pembuatan magnet kekal, ferit magnet keras digunakan paling banyak digunakan;VaO 6 Fe 2 O 3 ). Mereka mempunyai struktur kristal heksagon dengan besarN KEPADA . Barium ferit adalah bahan polihabluran. Mereka boleh menjadi isotropik - sifat ferit yang sama dalam semua arah adalah disebabkan oleh fakta bahawa zarah kristal berorientasikan sewenang-wenangnya. Jika, semasa proses menekan magnet, jisim serbuk terdedah kepada medan magnet luar dengan intensiti tinggi, maka zarah ferit kristal akan berorientasikan ke satu arah, dan magnet akan menjadi anisotropik.

Barium ferit dicirikan oleh kestabilan yang baik ciri-ciri mereka, tetapi sensitif kepada perubahan suhu dan tekanan mekanikal. Magnet barium ferit adalah murah.

6.5. Magnetodielektrik

Magnetodielektrik - ini adalah bahan komposit yang terdiri daripada zarah halus bahan magnet lembut yang diikat antara satu sama lain oleh dielektrik organik atau bukan organik. Besi karbonil, alsifer dan beberapa jenis permalloy, dihancurkan kepada keadaan serbuk, digunakan sebagai bahan magnet lembut.

Polistirena, resin bakelit, kaca cecair, dsb. digunakan sebagai dielektrik.

Tujuan dielektrik bukan sahaja untuk menyambungkan zarah bahan magnetik, tetapi juga untuk mengasingkannya antara satu sama lain, dan, akibatnya, untuk meningkatkan secara mendadak nilai kerintangan elektrik. magnetodielektrik. Kerintangan elektrikrmagnetodielektrikialah 10 3 – 10 4 Ohm× m

Magnetodielektrikdigunakan untuk pembuatan teras bagi komponen peralatan radio frekuensi tinggi. Proses pembuatan produk adalah lebih mudah daripada dari ferit, kerana mereka tidak memerlukan rawatan haba suhu tinggi. Produk daripada magnetodielektrik Ia dicirikan oleh kestabilan tinggi sifat magnetik, kelas kebersihan permukaan yang tinggi dan ketepatan dimensi.

Magnetodielektrik yang diisi dengan permalloy molibdenum atau besi karbonil mempunyai ciri magnet yang paling tinggi.