![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Лабораторная работа №16: Исследование явления магнитного гистерезиса
Цель работы: изучение магнитных свойств веществ. Оборудование: специальная экспериментальная установка для исследования магнитного гистерезиса, ЛАТР, осциллограф. Краткая теория Всякое вещество является магнетиком, т.е. способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться). Намагниченное вещество создает собственное магнитное поле
Для объяснения намагничивания тел Ампер предположил, что в молекулах вещества циркулируют круговые токи. Каждый такой ток обладает магнитным моментом
где I – сила тока,
В отсутствии внешнего поля молекулярные токи ориентированы беспорядочным образом, вследствие чего создаваемое ими в окружающем пространстве результирующее магнитное поле равно нулю. Под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты молекул приобретают преимущественную ориентацию в одном направлении, вследствие чего магнетик намагничивается – его суммарный магнитный момент становится отличным от нуля. Для объяснения природы замкнутых внутримолекулярных токов можно воспользоваться моделью атома Бора, согласно которой электроны движутся в атоме по круговым орбитам. Если частота обращения электрона равна Кроме описанного магнитного момента, обусловленного орбитальным движением электронов в атоме, каждый электрон, подобно его электрическому заряду, характеризуется собственным магнитным моментом Намагничивание магнетика естественно характеризовать магнитным моментом единицы объема. Эту величину называют намагниченностью и обозначают буквой
где
Величина, равная
называется напряженностью магнитного поля. Намагниченность принято связывать не с индукцией, а напряженностью магнитного поля и в каждой точке магнетика
В этом выражении Подставим (16.3) в (16.2) и после преобразования получим:
Безразмерная величина
называется магнитной проницаемостью вещества. Индукция собственного магнитного поля связана с индукцией внешнего поля
Тогда индукция поля внутри магнетика
Следовательно, магнитная проницаемость По магнитным свойствам атомов все вещества можно разделить на диамагнетики и парамагнетики. В атомах диамагнетиков (вода, золото, графит, медь, серебро и др.) спиновые и орбитальные магнитные моменты электронов полностью уравновешивают друг друга и полный момент атома в отсутствие внешнего поля равен нулю. Во внешнем поле движение электронов изменяется (возникает прецессия электронных орбит), и атом приобретает магнитный момент, направленный навстречу внешнему полю и называемый индуцированным. Поэтому у диамагнетиков В атомах парамагнетиков (платина, алюминий, вольфрам, кислород, азот и др.) спиновые и орбитальные магнитные моменты электронов не скомпенсированы, и каждый атом обладает собственным магнитным моментом. Во внешнем магнитном поле в каждом атоме возникает индуцированный магнитный момент (направленный против поля), но одновременно происходит ориентация собственных моментов атома внешним полем. Обусловленное ориентацией магнитных моментов атомов увеличение индукции внешнего поля в парамагнетике преобладает, и магнитная восприимчивость парамагнетиков оказывается положительной, хотя и небольшой – Ферромагнетиками называются вещества, сильно усиливающие внешнее магнитное поле. Для этих веществ Намагниченность слабомагнитных веществ изменяется с напряженностью линейно, у ферромагнетиков эта зависимость является весьма сложной нелинейной функцией напряженности внешнего поля – рисунок 16.1. Характерным свойством ферромагнетиков является гистерезис. Если довести намагничение до насыщения (когда намагниченность перестает возрастать) и затем уменьшать напряженность поля, то индукция Остаточная индукция обращается в ноль лишь под действием поля, имеющего направление, противоположное полю, вызвавшему намагничивание, а напряженность этого поля называется коэрцитивной силой Таким образом, при действии на ферромагнетик переменного магнитного поля, намагниченность (индукция) изменяется по сложной кривой, которая называется петлей гистерезиса. Из результатов, полученных при изучении магнитомеханических явлений, следует, что ответственными за магнитные свойства ферромагнетиков являются собственные (спиновые) магнитные моменты электронов. При определенных условиях в кристаллах могут возникать обменные силы, которые заставляют магнитные моменты электронов выстраиваться параллельно друг другу. В результате возникают области спонтанного (самопроизвольного) намагничивания, которые называются доменами. В пределах каждого домена ферромагнетик спонтанно намагничен до насыщения, т.е. до максимально возможного значения намагниченности и обладает определенным магнитным моментом. Направление этих моментов для различных доменов различны, так что в отсутствии внешнего магнитного поля суммарный момент всего тела может быть равным нулю. Действие поля на домены на разных стадиях процесса намагничивания оказывается различным. Вначале, в слабых полях, наблюдается смещение границ доменов, в результате чего происходит увеличение тех доменов, моменты которых составляют с вектором напряженности внешнего магнитного поля меньший угол, за счет доменов, у которых этот угол больше. С увеличением напряженности поля этот процесс идет все дальше и дальше, пока домены с меньшими указанными углами (обладающие в магнитном поле меньшей энергией) не поглотят целиком энергетически менее выгодные домены. На следующей стадии имеет место поворот магнитных моментов доменов в направлении поля. При этом моменты электронов в пределах домена поворачиваются одновременно, без нарушения их строгой параллельности друг другу. Эти процессы (исключая небольшие смещения границ между доменами в очень слабых полях) являются необратимыми, что и служит причиной гистерезиса. Для каждого ферромагнетика имеется определенная температура
При охлаждении ферромагнетика ниже точки Кюри в нем снова возникают домены.
|