Магнитное поле и его свойства. Магнитная индукция. Сила Ампера. Работа при перемещении проводника в магнитном поле. Намагничивание веществ, страница 19

Таким образом, магнитные свойства ферромагнетиков объясняются наличием не скомпенсированных спинов электронов у их атомов и электрическим взаимодействием между атомами, возникающим при обмене валентными электронами.

2 Намагничивание ферромагнетиков. Электромагнит

При намагничивании парамагнетиков и диамагнетиков магнитная индукция изменяется прямо пропорционально напряженности поля. На рис. 33 показана зависимость магнитной индукции парамагнетиков больше 1 и диамагнетиков меньше 1 от напряженности магнитного поля: отклонения графиков от прямой для вакуума  для наглядности сильно преувеличены.

Намагничивание ферромагнетика происходит иначе (рисунок 34). Сначала при увеличении напряженности индукции очень быстро возрастает, затем ее рост замедляется, и при достаточно большом  индукция  почти не изменяется при увеличении  Если опыт производится с ферромагнетиком, который раньше не намагничивался, то процесс намагничивания идет по кривой, которую называют кривой первоначального намагничивания. Из графика видно, что при малых  невелико, потом быстро возрастает, а затем начинает уменьшаться. Следовательно, магнитная проницаемость ферромагнетика непостоянна и изменяется в зависимости от

Показанный на графике ход кривой  объясняется следующим образом. До тех пор пока идет намагничивание доменов по направлению внешнего поля, индукция быстро растет. Когда ферромагнетик намагнитится до насыщения, дальнейший рост индукции  будет происходить уже только за счет увеличения  Если затем постепенно уменьшать напряженность, то размагничивание будет идти по кривой и при  ферромагнетик остается намагниченным, и значение индукции внутри него при этом соответствует отрезку  Таким образом, значение индукции в ферромагнетике зависит не только от  но и от того как был намагничен ферромагнетик раньше.

На рис. 34 видно, что при размагничивании индукция спадает медленнее, чем нарастала при намагничивании ферромагнетика. Это явление называется магнитным гистерезисом. При периодическом перемагничивании ферромагнетика переменным магнитным полем кривая индукции образует замкнутую кривую, которая называется петлей гистерезиса(рис. 35). Оказывается, что площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, затраченной на процесс перемагничивания ферромагнетика.

Эта энергия превращается во внутреннюю энергию ферромагнетика. Следовательно, при периодическом перемагничивании ферромагнетик должен нагреваться. Ферромагнетик с большой площадью петли гистерезиса называют жестким (рис. 35а), а с маленькой площадью – мягким (рис. 35б). Постоянные магниты изготавливают из жестких ферромагнетиков. Очень маленькой площадью петли гистерезиса обладают некоторые ферриты(соединения окиси железа с окислами других металлов).

Их применение позволяет уменьшить потери энергии на перемагничивание.

Опыт показал, что магнитные свойства ферромагнетиков зависят от температуры. При нагревании магнитная проницаемость ферромагнетиков уменьшается, и при достаточно большой температуре в них происходит распад доменов. При этом ферромагнетик превращается в парамагнетик. Температуру, при которой происходит такое превращение, называют точкой Кюри (у железа точка Кюри равна 770⁰С. a у никеля 360⁰С). Если это вещество охладить, то оно снова превращается в ферромагнетик.

«Втягивание» линий индукции в ферромагнетик используется для магнитной защиты. Если сделать, футляр из ферромагнетика, то линии индукции внешнего поля будут проходить по стенкам футляра, а поле внутри него исчезнет (рис. 36). Таким образом, предохраняют чувствительные приборы от влияния на их работу внешних магнитных полей, в частности, поля земли.

Усиление магнитного поля ферромагнетиками широко используется в технике. Так, например, усиление магнитного поля соленоида с помощью ферромагнетика используется для устройства электромагнетика. Стержень, который вставляют в соленоид, называют сердечником. Соленоид с сердечником из мягкой стали называют электромагнитом, а провод, из которого сделан соленоид, – обмоткой электромагнита. Часто электромагниту придают подковообразную форму. Схема такого электромагнита показана на рисунке 37.