Образовака🌡️ Физика11 классОсновы электродинамики

Магнитные свойства вещества

4.3

Средняя оценка: 4.3

Всего получено оценок: 257.

Как известно в 11 классе, магнитное поле взаимодействует с движущимися зарядами. Однако простое вещество также способно взаимодействовать с магнитным полем. Рассмотрим кратко магнитные свойства вещества.

Магнитная проницаемость

Опыты показывают, что магнитное поле, создаваемое одним и тем же источником, в вакууме и в веществе имеет неодинаковую индукцию. Это объясняется тем, что магнитное поле взаимодействует с движущимися зарядами, а любое вещество состоит из заряженных частиц, которые совершают хаотические температурные колебания. Когда возникает внешнее магнитное поле, на колеблющиеся частицы (элементарные токи) начинает действовать сила Лоренца, которая смещает их из положения равновесия.

Рис. 1. Элементарные токи в молекулах вещества.

Это приводит к тому, что в веществе возникает собственное магнитное поле, которое складывается с внешним, и результирующее магнитное поле в веществе отличается от внешнего.

Для характеристики изменения магнитного поля в веществе введена специальная безразмерная величина — магнитная проницаемость $\mu$. Для однородного магнитного поля:

$$\mu = {B\over B_0}$$

Классы магнитных веществ

Итак, в результате существования элементарных токов в молекулах вещества магнитное поле в веществе изменяется, и это изменение характеризуется показателем магнитной проницаемости. В зависимости от магнитных свойств веществ можно выделить три класса.

Ферромагнетики

Всем известно, что существуют постоянные магниты, а кроме того, металлические предметы притягиваются магнитным полем. В веществах такого класса элементарные токи в молекулах легко ориентируются вдоль внешнего магнитного поля, а токи, идущие в одном направлении, притягиваются друг к другу. Магнитная проницаемость ферромагнетиков гораздо больше единицы:

$$\mu_{ферр}>>1$$

Кроме того, при снятии внешнего магнитного поля элементарные токи в немалой степени остаются в прежнем упорядоченном состоянии. Это объясняет существование постоянных магнитов.

Ферромагнетики находят широкое применение везде, где требуется создание магнитных полей. К ним относится железо, кобальт, никель и ряд редкоземельных элементов и сплавов.

Парамагнетики и диамагнетики

Большая часть веществ с магнитным полем взаимодействует слабо. Элементарные токи в этих веществах немного ориентируются под действием магнитного поля, однако, степень ориентации невелика, и магнитная проницаемость большинства веществ отличается от единицы на величины порядка $10^{-6}$.

Такие вещества, как большинство металлов и газов, имеют магнитную проницаемость больше единицы. Они также притягиваются к магнитному полю однако, это притяжение крайне слабое. Такие вещества называются парамагнетиками:

$$\mu_{пар}>1$$

Наконец, существуют вещества, которые выталкиваются из магнитного поля. Это медь, сера, инертные газы, практически все органические соединения. Такие вещества называются диамагнетиками:

$$\mu_{дия}<1$$

Рис. 2. Ферромагнетики, парамагнетики, диамагнетики.

Поскольку органическая биологическая ткань является диамагнетиком и немного выталкивается из магнитного поля, то, взяв очень сильное магнитное поле, можно заставить живой объект (лягушку) левитировать:

Рис. 3. Левитация лягушки в сильном магнитном поле.

Что мы узнали?

Магнитное поле в веществе взаимодействует с элементарными токами внутри молекул и при этом усиливается или ослабляется. В зависимости от степени этого изменения вещества делятся на три класса: ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики.