Классификация магнетиков: Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики

Классификация магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики

Все вещества в зависимости от выраженности магнитных свойств делятся на сильномагнитные и слабомагнитные. Магнетики можно разделить по видам механизма, вызывающего намагничивание.

Что такое диамагнетики

Диамагнетики являются слабомагнитными веществами: они не магнитятся, если на них не действует магнитное поле.

Определение 1

Если парамагнетики внести во внешнее магнитное поле, то в их атомах начинается движение электронов, порождающее ориентированный круговой ток.

Этот ток обладает собственным магнитным моментом ρm.

Круговой ток, в свою очередь, порождает магнитную индукцию, дополнительную по отношению к внешним полям. Вектор этой индукции направлен против внешнего поля. Силу воздействия внешнего поля можно найти так:

Любое вещество может проявлять свойство диамагнетизма. Величина магнитной проницаемости диамагнетиков обычно приравнивается к единице (отклонение незначительно). В случае с жидкостями и твердыми телами величина восприимчивости равна примерно 5-10, у газов она заметно меньше. Данный показатель не имеет прямой связи с температурой – этот факт подтвержден экспериментально П. Кюри.

Диамагнетики бывают следующих видов:

• классические;
• аномальные;
• сверхпроводники.

Если магнитное поле несильное, то величина намагниченности диамагнетика прямо пропорциональна напряженности магнитного поля H→.

Ниже представлена схема, которая наглядно показывает данную зависимость в случае с классическими диамагнетиками (в слабом магнитном поле):

Рисунок 1

Что такое парамагнетики

Парамагнетики также являются слабомагнитными веществами. Их молекулы характеризуются наличием постоянного магнитного момента pm→. Его энергию во внешнем поле можно вычислить так:

Если направления векторов B→ и pm→ совпадут, то величина энергии будет минимальной.

Определение 2

Если мы внесем парамагнетик во внешнее магнитное поле, то магнитные моменты получат преимущественную ориентацию в направлении поля, соответствующую распределению Больцмана.

Иными словами, вещество намагничивается: дополнительное поле усиливается за счет совпадения с внешним. При этом угол между векторами остается неизменным.

Смена ориентации магнитных моментов по распределению Больцмана связана со столкновениями и взаимодействием атомов между собой. В отличие от диамагнетиков, магнитная восприимчивость парамагнетиков меняется в зависимости от температуры в соответствии с законом Кюри или законом Кюри-Вейсса.

В формуле дельтой обозначена постоянная, которая может быть и больше 0, и меньше. 

Величина магнитной восприимчивости парамагнетика больше 0, но незначительно. Выделяют следующие виды парамагнетиков:

• нормальные;
• парамагнитные металлы;
• антиферромагнетики.

Второй тип парамагнетиков не обнаруживает связи магнитной восприимчивости с температурой. Такие металлы являются слабомагнитными при χ≈10-6.

Парамагнетические вещества характеризуются наличием парамагнитного резонанса. Возьмем внешнее магнитное поле с помещенным в него парамагнетиком. Как мы уже писали выше, в нем создается дополнительное магнитное поле с вектором индукции, направленным перпендикулярно вектору постоянного поля. При взаимодействии дополнительного поля с магнитным моментом атома создается так называемый момент сил M→.

Данный момент стремится к смене угла между pm→ и B→.

Определение 3

При совпадении частоты прецессии с частотой переменного магнитного поля момент сил, создаваемый этим полем, будет либо постоянно увеличивать указанный угол, либо постоянно уменьшать. Это называется явлением парамагнитного резонанса.

Если магнитное поле слабое, то намагниченность в парамагнетиках будет пропорциональна напряженности поля и может быть выражена следующей формулой:

Рисунок 2

Слишком сложно?

Не парься, мы поможем разобраться и подарим скидку 10% на любую работу

Опиши задание

Что такое ферромагнетики

В отличие от двух перечисленных выше магнетиков, ферромагнетики являются сильномагнитными веществами.

Определение 4

Ферромагнетики – это вещества с высокой магнитной проницаемостью, зависящей от внешнего магнитного поля.

Данные вещества могут иметь так называемую остаточную намагниченность. Выразить зависимость восприимчивости ферромагнетиков от напряженности внешнего магнитного поля можно с помощью функции. Она представлена на схеме ниже:

Рисунок 3

Намагниченность ферромагнетика имеет пределы насыщения. Это указывает нам на природу возникновения намагниченности в таких веществах: она образуется путем смены ориентации магнитных моментов вещества. Для ферромагнетиков также характерно такое явление, как гистерезис.

В магнитном отношении все ферромагнетики делят на мягкие и жесткие. Первые из них имеют высокую магнитную проницаемость и способны легко намагничиваться и размагничиваться. Они имеют широкое применение в электротехнических приборах, основанных на работе переменных полей (например, трансформаторов). Жесткие ферромагнетики имеют сравнительно небольшую проницаемость и намагничиваются трудно. Их используют при производстве постоянных магнитов.

Пример 1

Условие: на схеме выше (рис. 3) показана кривая намагниченности ферромагнетика. Постройте кривую, выражающую зависимость B(H) и определите, возможно ли насыщение для магнитной индукции. Поясните свой вывод.

Решение

Мы знаем отношение вектора магнитной индукции к вектору намагниченности.

B→=J→+μ0H→.

Из этого можно сделать вывод, что насыщения кривая B(H) иметь не может. Создадим график зависимости напряженности внешнего поля от индукции магнитного поля в соответствии с рисунком выше. Мы получили схему, называемую кривой намагничивания:

Рисунок 4

Ответ: кривая индукции не имеет насыщения.

Пример 2

Условие: выведите формулу восприимчивости парамагнетика при условии, что механизм его намагничивания точно такой же, как механизм электризации полярных диэлектриков. Среднее значение магнитного момента молекул в проекции на ось Z обозначается формулой ρmz=ρmL(β).

Здесь L(β)=cth(β)-1β означает функцию Ланжевена при β=ρmBkT.

Решение

Взяв высокие температуры и небольшие поля, получим следующее:

ρmB≪kT,→β≪1.

Значит, если β≪1cthβ=1β+β3-β345+…, можно ограничить функцию линейным членом и получить, что:

ρmB≪kT,→β≪1.

Возьмем нужную формулу и подставим в нее полученное значение:

ρmz=ρmρmB3kT=ρm2B3kT.

Зная, как связаны между собой напряженность магнитного поля и его индукция, а также приравняв магнитную проницаемость парамагнетика к 1, получим следующее:

ρmz=ρm2μ0h4kT.

В итоге формула намагниченности будет выглядеть так:

J=nρmz=ρm2μ0h4kTn.

Поскольку модуль намагниченности связан с модулем вектора (J=χH), мы можем записать результат:

χ=ρm2м0n3kT.

Ответ: χ=ρm2м0n3kT.

Классификация магнитных материалов по магнитным свойствам

В зависимости от магнитных свойств материалы разделяют на диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Количественно магнитные свойства материалов принято оценивать по их магнитной восприимчивости λ = М/Н, где М — намагниченность вещества; Н — напряженность магнитного поля.

Это вещества, атомы, ионы или молекулы которых не имеют результирующего магнитного момента при отсутствии внешнего поля. Диамагнитный эффект является результатом воздействия внешнего магнитного поля на молекулярные токи и проявляется в том, что возникает магнитный момент, направленный в сторону, обратную внешнему полю. Таким образом, во внешнем магнитном поле диамагнетики намагничиваются противоположно приложенному полю, т. е. имеют отрицательную магнитную восприимчивость (λ < 0). Диамагнитные вещества выталкиваются из неравномерного магнитного поля, а в равномерном магнитном поле вектор намагниченности диамагнетика стремится расположиться перпендикулярно к направлению поля. Диамагнетизм присущ всем без исключения веществам в твердом, жидком и газообразном состояниях, но проявляется слабо и часто подавляется другими эффектами.

Это вещества, атомы, ионы или молекулы которых имеют результирующий магнитный момент при отсутствии внешнего магнитного поля. Во внешнем магнитном поле парамагнетики намагничиваются согласно с внешним полем, т. е. имеют положительную магнитную восприимчивость (λ > 0). Парамагнитный эффект присущ веществам с нескомпенсированным магнитным моментом атомов при отсутствии у них порядка в ориентации этих моментов. Поэтому, когда нет внешнего магнитного поля, атомные магнитные моменты располагаются хаотически и намагниченность парамагнитного вещества равна нулю. При воздействии внешнего магнитного поля атомные магнитные моменты получают преимущественную ориентацию в направлении этого поля, и у парамагнитного вещества проявляется намагниченность.

Это вещества, в которых магнитные моменты атомов или ионов находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причем результирующие магнитные моменты каждого из доменов отличны от нуля. При воздействии внешнего магнитного поля магнитные моменты доменов приобретают преимущественное ориентирование в направлении этого поля и ферромагнитное вещество намагничивается. Ферромагнитные вещества характеризуются большим значением магнитной восприимчивости (>> 1), а также ее нелинейной зависимостью от напряженности магнитного поля и температуры, способностью намагничиваться до насыщения при обычных температурах даже в слабых магнитных полях, гистерезисом — зависимостью магнитных свойств от предшествующего магнитного состояния, точкой Кюри, т. е. температурой, выше которой материал теряет ферромагнитные свойства. К ферромагнитным веществам относятся железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, а также некоторые сплавы марганца, серебра, алюминия. Ферромагнитные свойства у вещества могут возникать лишь при достаточно большом значении обменного взаимодействия, что характерно для кристаллов железа, кобальта, никеля и др. Необходимое значение обменного взаимодействия ферромагнетики имеют лишь в твердом состоянии. Этим объясняется отсутствие в природе жидких и газообразных ферромагнетиков. Ферромагнетизм сплавов, целиком состоящих из «парамагнитных» компонентов, объясняется тем, что в этих сплавах, основой которых обычно является марганец или хром, введение в решетку основы атомов висмута, сурьмы, серы и теллура изменяет электронную структуру кристаллов, в результате чего создаются условия для возникновения ферромагнетизма.

Это вещества, в которых магнитные моменты атомов или ионов находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причем результирующие магнитные моменты каждого из доменов равны нулю. При воздействии внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов приобретают преимущественную ориентацию вдоль внешнего поля и антиферромагнитное вещество намагничивается. Антиферромагнитные вещества характеризуются кристаллическим строением, небольшим коэффициентом магнитной восприимчивости (λ = от 10^-3 до 10^-5), постоянством восприимчивости в слабых полях и сложной зависимостью от магнитного поля в сильных полях, специфической зависимостью от температуры, а также температурой точки Нееля, выше которой вещество переходит в парамагнитное состояние. К антиферромагнетикам относятся чистые металлы хром и марганец, редкоземельные металлы цериевой подгруппы: церий, неодим, празеодим самарий и европий. Редкоземельные металлы диспрозий, гольмий и эрбий в зависимости от температуры могут быть антиферромагнетиками или ферромагнетиками. При воздействии на эти металлы, находящиеся в антиферромагнитном состоянии внешнего магнитного поля, превышающего критическое значение, происходит переход антиферромагнитного порядка в ферромагнитный, сопровождающийся скачкообразным появлением намагниченности (М~ 1600 кА/м). Аналогичные превращения можно наблюдать у тулия и тербия.

Это кристаллические вещества, магнитную структуру которых можно представить в виде двух или более подрешеток; магнитные моменты атомов или ионов находятся в состоянии самопроизвольного магнитного упорядочения, причем результирующие магнитные моменты каждого из доменов отличны от нуля.

Магнитные материалы первой группы применяются в электронных элементах, для которых нет особых требований к температурной и временной нестабильности. Определяющими параметрами данной группы материалов являются начальная магнитная проницаемость и тангенс угла магнитных потерь.

Материалы второй группы имеют малые значения относительного температурного коэффициента магнитной проницаемости в рабочем интервале температур и достаточно высокую временную стабильность начальной магнитной проницаемости. Значение магнитной индукции при поле Н = 800 А/м при нормальной (комнатной) температуре составляет 0,25-0,38 Тл.

К третьей группе относятся материалы с высоким значением начальной магнитной проницаемости на низких частотах. При этом повышенные требования к температурному коэффициенту проницаемости не предъявляются.

Для ферритовых материалов четвертой группы характерны малые значения магнитных потерь в сильных электромагнитных полях и высокое значение магнитной индукции при повышенной температуре (до 100-120°С) и подмагничивании.

Пятая группа ферритов характеризуется повышенными значениями импульсной магнитной проницаемости и температурной стабильностью магнитной проницаемости.

К шестой группе относятся ферритовые материалы, которые характеризуются начальной магнитной проницаемостью, коэффициентом амплитудной нестабильности магнитной проницаемости, коэффициентом перестройки по частоте, тангенсом угла магнитных потерь при различных индукциях, низкой начальной проницаемостью.

Особое место занимают ферритовые материалы седьмой группы. Они характеризуются повышенной добротностью как в слабых, так и в сильных электромагнитных полях, малыми линейными искажениями, низкой начальной проницаемостью.

Классификация ⚠️ магнетиков: какие вещества, их отличие

Что такое магнетики 

Магнетиками называются вещества, способные изменяться под действием магнитного поля таким образом, что преобразуются в источники магнитного поля.

В процессе приобретения свойств магнетика материалы характеризуются индукцией магнитного поля, равной сумме индукций внешнего и внутреннего магнитных полей. Такое явление получило название намагничивание.

Примечание

В 1831 М.Фарадеем был открыт закон электромагнитной индукции. Ученый первым определил понятие магнитного поля и открыл магнетики в 1845 году.

Классификация по магнитной проницаемости

Все материалы отличаются по магнитным свойствам. {}{\vec{pmi}}$$\)

где \($${\Delta V}$$\) обозначает элементарный объем, \($${\vec{pmi}}$$\) представляет собой магнитные молекулярные моменты.

Суммирование выполняется с учетом каждой молекулы, которая присутствует в объеме \($$\Delta V$$\). Исходя из данной формулы, можно представить следующее уравнение:

\($$p_{m}=\vec{J}dV$$\)

Парамагнетики и диамагнетики при помещении в слабые магнитные поля обладают намагниченностью, которая является пропорциональной величиной напряженности поля, обозначаемой \($$\vec{H}$$\). Для парамагнетиков и диамагнетиков корреляция вектора намагниченности представляет собой линейный параметр в соотношении с напряженностью поля.

В ситуации, когда магнетики отсутствуют, магнитное поле формируется следующим образом:

\($$rot\vec{B}=\mu 0\vec{j}$$\)

При появлении магнетиков магнитное поле образуется с помощью токов проводимости и молекулярных токов. В этом случае формула будет преобразована:

\($$rot\vec{B}=\mu 0(\vec{j}+\vec{j_{mol}})=\mu 0\vec{j}+rot\vec{J}$$\)

Диамагнетики, описание

Диамагнетиками называют вещества, в которых наблюдается изменение вектора движения электронов, составляющих атомы и молекулы, при воздействии внешнего магнитного поля, что приводит к образованию ориентированного тока кругового характера. {3}} \right\}$$\)

На диамагнетические материалы внешнее поле воздействует относительно к противоположному магнитному полю извне. Показатели магнитной восприимчивости меньше ноля и значительно меньше, чем единица. Диамагнетики классифицируют на следующие виды:

• классические;
• аномальные;
• сверхпроводники.

К классическим диамагнетикам относят инертные газообразные вещества с замкнутыми внешними электронными оболочками:

• гелий;
• неон;
• аргон;
• криптон;
• ксенон.

Диамагнетиками также являются:

• инертные газы с жидкими и кристаллическими структурами;
• соединения с ионами, которые подобны атомам инертных газов;
• газообразные, жидкие, твердые галоиды;
• некоторые разновидности металлов, включая цинк, золото, ртуть.

Сверхпроводники относятся к категории сверхдиамагнетиков. Данные материалы характеризуются диамагнитным эффектом, обусловленным наличием поверхностных макроскопических токов. В группу диамагнетических веществ включены органические соединения. Для многоатомных материалов данного вида характерна анизотропность магнитной восприимчивости.

Парамагнетики,  описание

Парамагнетиками называют вещества с молекулами, обладающими стабильным магнитным моментом без магнитного поля в электронах.

В параманетических материалах молекулы являются источником магнитного поля, в отсутствии которого наблюдается хаотичность моментов тех или иных молекул. Значение результирующей индукции в этом случае будет соответствовать нулевой отметке, а предмет являться не намагниченным. Образование актуального направления ориентации моментов связано с определением регулярных магнитных моментов молекул внешним полем. Для небольших объемов веществ характерны магнитные моменты, которые складываются из магнитных моментов определенных молекул. В результате парамагнетический материал преобразуется в источник магнитного поля, намагничиваясь в соответствии с направлением к внешнему полю. Показатели магнитной восприимчивости парамагнетика достаточно малы, но больше ноля.

Примечание

Определение парамагнетизма впервые было представлено в 1845 году Майклом Фарадеем. Ученый классифицировал все вещества, за исключением ферромагнитных, на диамагнетики и парамагнетики.

Основные виды парамагнетиков:

• нормальные;
• металлы;
• антиферромагнетики.

К первой группе парамагнетических веществ относятся:

• оксид азота;
• платина;
• кислород;
• палладий.

Парамагнитные металлы обладают важной особенностью: их магнитная восприимчивость не определяется температурой. Это слабомагнитные вещества. Если температура антиферромагнетических материалов превышает значение в точке Кюри, то такие вещества преобразуются в нормальные парамагнетики.

Ферромагнетики, описание

Ферромагнетиками называют вещества, для которых характерна высокая магнитная проницаемость, определяемая внешним магнитным полем.

Ферримагнетики и ферромагнетики намагничиваются, благодаря наличию магнитного момента в электронах. Момент характеризует конкретное соотношение с механическим моментом (спин). Ориентация спинов под действием магнитного поля происходит определенным образом. Как правило, такие магнетики являются кристаллическими веществами. Спонтанная намагниченность у ферромагнетиков наблюдается при невысокой температуре. Данный показатель может кардинально меняться в следующих условиях:

1. Воздействие внешнего магнитного поля.
2. Деформационные нагрузки на материал.
3. Перепады температуры.

Ферромагнетики относятся к сильномагнитным веществам. Такие материалы могут характеризоваться остаточной намагниченностью. Степень намагниченности ферромагнетических веществ обладает пределами насыщения, что говорит о природе ее возникновения. Намагниченность происходит в результате изменения векторов магнитных моментов вещества. Ферромагнетики также подвержены гистерезису.

Классификация ферромагнетиков:

• мягкие;
• жесткие.

Первая группа ферромагнетических материалов характеризуется высокой магнитной проницаемостью и способностью к быстрому намагничиванию или размагничиванию. Такие материалы широко востребованы в производстве электротехнического оборудования и приборов, принцип работы которых базируется на взаимодействии переменных полей. К примеру, к подобным агрегатам относятся трансформаторы. Жесткие ферромагнетические вещества обладают небольшой проницаемостью. Такие материалы достаточно сложно намагничивать. Благодаря уникальным свойствам, ферромагнетики жесткого типа используются для изготовления постоянных магнитов.

Примеры ферромагнетических веществ:

• переходные элементы железа, кобальта, никеля;
• редкоземельные металлы, включая гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий;
• бинарные и многокомпонентные сплавы металлов и их соединений, включая хром, марганец, сплавы Гейслера;
• металлические сплавы актиноидов;
• сильно разбавленные растворы замещения парамагнитных атомов железа или кобальта в диамагнитной матрице палладия;
• аморфные или метастабильные сплавы и соединения металлов;
• аморфные полупроводники;
• обычные органические и неорганические стекла, халькогениды, включая сульфиды, селениды, теллуриды.

Отличия диа- пара- и ферромагнетиков

Магнетиками являются вещества, которые взаимодействуют с магнитным полем. В результате происходит его изменение, и могут наблюдаться преобразования в других физических явлениях:

• габаритные размеры;
• температура;
• проводимость;
• электрический потенциал.

Исходя из данного факта, к магнетикам можно отнести практически все материалы, что связано с их магнитной восприимчивостью, отличной от ноля. Вещества обладают определенным характером взаимодействия с магнитным полем. Этим объясняются их отличия:

1. Диамагнетики характеризуются небольшой отрицательной магнитной восприимчивостью, способны в определенной степени ослаблять магнитное поле.
2. Парамагнетики обладают небольшой положительной магнитной восприимчивостью, могут усиливать магнитное поле.
3. Ферромагнетики – редкий класс магнетических веществ с большой положительной магнитной восприимчивостью, способностью значительно усиливать магнитное поле.

11.4. Простейшая классификация магнетиков (почти по Фарадею).

В то время, как диэлектрик ослабевает
действующее поле
,
по сравнению с полем сторонних зарядов
(смотри рис.),
парамагнетик, напротив, усиливает
внешнее поле(смотри рис.).
Правда, усиление слабое.
У чистых металлов.
В этом случае,,.

Как ни странно, реакция вещества на
магнитное поле не ограничивается
парамагнетизмом. Существует класс
диамагнетиков.
,.

Магнитостатика – не совсем статика:
ток – это движение зарядов, и реакция
на внешнее магнитное поле подчиняется
закону электромагнитной индукции.
Поэтому диамагнетизм присущ всем
веществам без исключения. Если же
вещество оказывается парамагнетиком,
то это означает, что собственный
магнитный момент частиц магнетика
достаточно велик.

3. Ферромагнетики.

Характеризуются следующими свойствами:

1)
— видна разница по сравнению с
диамагнетиками и парамагнетиками.

2) Зависимость
нелинейна
и неоднозначна.

3) Могут существовать в виде постоянных
магнитов.

В отличие от диа- и парамагнетиков
теория ферромагнетизма чисто квантовая.

По поводу квантовой теории отметим
следующее:

1911г. Нильс Бор

1919г. Ван Лёвен

1932г. Ван Флек

Теорема Бора-Ван Лёвена.(относится к любой системе, состоящей
из классических нерелятивистских
электронов).

При любой конечной температуре и любом
конечном электрическом или магнитном
поле истинная намагниченность системы
электронов в тепловом равновесии равна
0.

Таким образом, вычисления показывают,
что ток и магнитный момент, индуцированные
внешним полем, в классической
статистической механике равны 0.
Классическая теория не способна
объяснить.

Физическая
величина, показывающая, во сколько раз
индукция  магнитного
поля
в однородной среде отличается по модулю
от индукции магнитного
поля в вакууме, называется магнитной
проницаемостью:

Магнитные
свойства веществ определяются магнитными
свойствами атомов или элементарных
частиц (электронов, протонов и нейтронов),
входящих в состав атомов. В настоящее
время установлено, что магнитные
свойства протонов и нейтронов почти в
1000 раз слабее магнитных свойств
электронов. Поэтому магнитные свойства
веществ в основном определяются
электронами, входящими в состав атомов.

Одним из
важнейших свойств электрона является
наличие у него не только электрического,
но и собственного магнитного поля.
Собственное магнитное поле электрона
называют спиновым
(spin – вращение). Электрон создает
магнитное поле также и за счет орбитального
движения вокруг ядра, которое можно
уподобить круговому микротоку. Спиновые
поля электронов и магнитные поля,
обусловленные их орбитальными движениями,
и определяют широкий спектр магнитных
свойств веществ.

Вещества
крайне разнообразны по своим магнитным
свойствам. У большинства веществ эти
свойства выражены слабо. Слабо-магнитные
вещества
делятся на две большие группы –
парамагнетики
и диамагнетики.
Они отличаются тем, что при внесении
во внешнее магнитное поле парамагнитные
образцы намагничиваются так, что их
собственное магнитное поле оказывается
направленным по внешнему полю, а
диамагнитные образцы намагничиваются
против внешнего поля. Поэтому у
парамагнетиков μ > 1, а у
диамагнетиков μ < 1. Отличие μ от
единицы у пара- и диамагнетиков
чрезвычайно мало. Например, у алюминия,
который относится к парамагнетикам,
μ – 1 ≈ 2,1·10^–5,
у хлористого железа (FeCl₃)
μ – 1 ≈ 2,5·10^–3.
К парамагнетикам относятся также
платина, воздух и многие другие вещества.
К диамагнетикам относятся медь
(μ – 1 ≈ –3·10^–6),
вода (μ – 1 ≈ –9·10^–6),
висмут (μ – 1 ≈ –1,7·10^–3)
и другие вещества. Образцы из пара- и
диамагнетика, помещенные в неоднородное
магнитное поле между полюсами
электромагнита, ведут себя по-разному
– парамагнетики втягиваются в область
сильного поля, диамагнетики –
выталкиваются (рис. 1.1).

Пара- и
диамагнетизм объясняется поведением
электронных орбит во внешнем магнитном
поле. У атомов диамагнитных веществ в
отсутствие внешнего поля собственные
магнитные поля электронов и поля,
создаваемые их орбитальным движением,
полностью скомпенсированы. Возникновение
диамагнетизма связано с действием силы
Лоренца на электронные орбиты. Под
действием этой силы изменяется характер
орбитального движения электронов и
нарушается компенсация магнитных
полей. Возникающее при этом собственное
магнитное поле атома оказывается
направленным против
направления индукции внешнего поля.

В атомах
парамагнитных веществ магнитные поля
электронов скомпенсированы не полностью,
и атом оказывается подобным маленькому
круговому току. В отсутствие внешнего
поля эти круговые микротоки ориентированы
произвольно, так что суммарная магнитная
индукция равна нулю. Внешнее магнитное
поле оказывает ориентирующее действие
– микротоки стремятся сориентироваться
так, чтобы их собственные магнитные
поля оказались направленными по
направлению индукции внешнего поля.
Из-за теплового движения атомов
ориентация микротоков никогда не бывает
полной. При усилении внешнего поля
ориентационный эффект возрастает, так
что индукция собственного магнитного
поля парамагнитного образца растет
прямо пропорционально индукции внешнего
магнитного поля. Полная индукция
магнитного поля в образце складывается
из индукции внешнего магнитного поля
и индукции собственного магнитного
поля, возникшего в процессе намагничивания.
Механизм намагничивания парамагнетиков
очень похож на механизм поляризации
полярных диэлектриков.
Диамагнетизм не имеет аналога среди
электрических свойств вещества.

Следует
отметить, что диамагнитными свойствами
обладают атомы любых веществ. Однако
во многих случаях диамагнетизм атомов
маскируется более сильным парамагнитным
эффектом. Явление диамагнетизма было
открыто М. Фарадеем
в 1845 г.

Вещества,
способные сильно намагничиваться в
магнитном поле, называются ферромагнетиками.
Магнитная проницаемость ферромагнетиков
по порядку величины лежит в пределах
10²–10⁵.
Например, у стали μ ≈ 8000, у сплава
железа с никелем магнитная проницаемость
достигает значений 250000.

К рассматриваемой группе
относятся четыре химических элемента:
железо, никель, кобальт, гадолиний. Из
них наибольшей магнитной проницаемостью
обладает железо. Поэтому вся эта группа
получила название ферромагнетиков.

Ферромагнетиками могут
быть различные сплавы, содержащие
ферромагнитные элементы. Широкое
применение в технике получили керамические
ферромагнитные материалы – ферриты.

Для каждого
ферромагнетика существует определенная
температура (так называемая температура
или точка Кюри),
выше которой ферромагнитные свойства
исчезают, и вещество становится
парамагнетиком. У железа, например,
температура Кюри равна 770 °C, у кобальта
1130 °C, у никеля 360 °C.

Ферромагнитные
материалы делятся на две большие группы
– на магнито-мягкие
и магнито-жесткие
материалы. Магнито-мягкие ферромагнитные
материалы почти полностью размагничиваются,
когда внешнее магнитное поле становится
равным нулю. К магнито-мягким материалам
относится, например, чистое железо,
электротехническая сталь и некоторые
сплавы. Эти материалы применяются в
приборах переменного тока, в которых
происходит непрерывное перемагничивание,
то есть изменение направления магнитного
поля (трансформаторы, электродвигатели
и т. п.).

Магнито-жесткие
материалы в значительной мере сохраняют
свою намагниченность и после удаления
их из магнитного поля. Примерами
магнито-жестких материалов могут
служить углеродистая сталь и ряд
специальных сплавов. Магнито-жесткие
материалы используются в основном для
изготовления постоянных
магнитов.

Магнитная
проницаемость μ ферромагнетиков не
является постоянной величиной;
она сильно зависит от индукции B₀
внешнего поля. Типичная зависимость
μ (B₀)
приведена на рис.  1.2. В таблицах обычно
приводятся значения максимальной
магнитной проницаемости.

Непостоянство
магнитной проницаемости приводит к
сложной нелинейной зависимости индукции
B
магнитного поля в ферромагнетике от
индукции B₀
внешнего магнитного поля. Характерной
особенностью процесса намагничивания
ферромагнетиков является так называетмый
гистерезис,
то есть зависимость намагничивания от
предыстории образца. Кривая намагничивания
B (B₀)
ферромагнитного образца представляет
собой петлю сложной формы, которая
называется петлей
гистерезиса
(рис. 1.3).

Из рис. 1.3
видно, что при наступает
магнитное насыщение – намагниченность
образца достигает максимального
значения.

Если теперь
уменьшать магнитную индукцию B₀
внешнего поля и довести ее вновь до
нулевого значения, то ферромагнетик
сохранит остаточную
намагниченность
– поле внутри образца будет равно B_r.
Остаточная намагниченность образцов
позволяет создавать постоянные магниты.
Для того, чтобы полностью размагнитить
образец, необходимо, изменив знак
внешнего поля, довести магнитную
индукцию B₀
до значения –B_0c,
которое принято называть коэрцитивной
силой.
Далее процесс перемагничивания может
быть продолжен, как это указано стрелками
на рис.  1.3.

У магнито-мягких
материалов значения коэрцитивной силы
B_0c
невелико – петля гистерезиса таких
материалов достаточно узкая. Материалы
с большим значением коэрцитивной силы,
то есть имеющие широкую петлю гистерезиса,
относятся к магнито-жестким.

Природа
ферромагнетизма может быть до конца
понята только на основе квантовых
представлений. Качественно ферромагнетизм
объясняется наличием собственных
(спиновых) магнитных полей у электронов.
В кристаллах ферромагнитных материалов
возникают условия, при которых, вследствие
сильного взаимодействия спиновых
магнитных полей соседних электронов,
энергетически выгодной становится их
параллельная ориентация. В результате
такого взаимодействия внутри кристалла
ферромагнетика возникают самопроизвольно
намагниченные области размером порядка
10^–2–10^–4 см.
Эти области называются доменами.
Каждый домен представляет из себя
небольшой постоянный магнит.

В отсутствие
внешнего магнитного поля направления
векторов индукции магнитных полей в
различных доменах ориентированы в
большом кристалле хаотически. Такой
кристалл в среднем оказывается
ненамагниченным. При наложении внешнего
магнитного поля происходит
смещение границ доменов так, что объем
доменов, ориентированных по внешнему
полю, увеличивается. С увеличением
индукции внешнего поля возрастает
магнитная индукция намагниченного
вещества. В очень сильном внешнем поле
домены, в которых собственное магнитное
поле совпадает по направлению с внешним
полем, поглощают все остальные домены,
и наступает магнитное насыщение.
Рис. 1.4 может служить качественной
иллюстрацией процесса намагничивания
ферромагнитного образца.

46.

Магнетики. Их классификация. Природа магнетизма. Структура магнетиков.

Магнетик
— это вещество, основным свойством
которого является способность
намагничиваться.

Магнитные
свойства вещества зависят от магнитных
свойств атомов. Электрон, движущийся
вокруг ядра, обладает орбитальным и
спиновым магнитными моментами, которые,
геометрически складываясь, создают
результирующий момент атома.

Суммарный
магнитный момент всех атомов в единице
объёма называется намагниченностью
(J). Если вещество ненамагничено, то J=0.
При помещении вещества в магнитное поле
напряжённостью H происходит ориентация
магнитных моментов атомов и намагниченность
определяется:

J=k_μ*H
, где k_μ—
магнитная восприимчивость, H — напряжённость.

Способность
вещества намагничиваться характеризуется
магнитной проницаемостью μ. Чем больше
μ, тем сильнее намагничивается материал.

Классификация
магнетиков.
В зависимости от величины μ магнетики
делятся на следующие виды: 1)Диамагнетики
— это вещества, обладающие отрицательной
магнитной восприимчивостью (μ<1), т.е.
их магнитный момент направлен
противоположно направлению внешнего
магнитного поля и гони ослабляют его.
К ним относятся: водород, кислород,
инертные газы, цветные благородные
металлы — медь, алюминий, серебро, золото.

2)
Парамагнетики — намагничиваются во
внешнем магнитном поле в направлении
поля, но очень слабо. К ним относятся:
щелочные и щелочноземельные металлы
(μ>1) : кальций, калий, литий.

3)
Ферромагнетики — вещества, в которых
даже в отсутствии внешнего поля существует
ферромагнитный атомный порядок, т.е.
они находятся в состоянии самопроизвольного
намагничивания, и если их внести во
внешнее магнитное поле, то они его
усиливают (μ>>1). К ним относятся:
железо, никель, кобальт, кадмий, их
соединения и сплавы, а также некоторые
сплавы марганца, серебра и алюминия.

Ферромагнетики
характеризуются: 1)кристаллическим
строением доменной структурой
2)Нелинейной зависимостью μ от напряжённости
внешнего поля H и от температуры
3)Способностью даже в слабых полях
намагничиваться до насыщения 4)Магнитным
гистерезисом, т.е. отставание в
намагниченности от внешнего поля
напряженностью H. 5)Температурой Кюри,
выше которой теряются магнитные свойства,
т.е. разрушается ферромагнитный атомный
порядок.

Особенностью
всех магнитных материалов является их
доменная структура. Домен
— микрокристалл,
в котором все элементарные магнитные
поля складываются и образуют значительное
магнитное поле домена. Домен — это
элементарный магнитик вещества.

Домены
отделены друг от друга переходными
слоями, называемыми стенками. В этих
переходных слоях ориентация магнитных
моментов постепенно меняется от одного
направления к другому, соответствующему
соседнему домену.

Размеры
домена: от 10^-2
до 10^-6
мм³
(0,1 мм по ширине и от 1 до 10мм по длине). В
отсутствие внешнего поля домены
расположены хаотически. Их моменты
взаимокомпенсированы и результирующий
магнитный момент равен нулю.

47. Кривая намагничивания магнетика.

Домены
отделены друг от друга переходными
слоями, называемыми стенками. В этих
переходных слоях ориентация магнитных
моментов постепенно меняется от одного
направления к другому, соответствующему
соседнему домену.

Размеры
домена: от 10^-2
до 10^-6
мм³
(0,1 мм по ширине и от 1 до 10мм по длине). В
отсутствие внешнего поля домены
расположены хаотически. Их моменты
взаимокомпенсированы и результирующий
магнитный момент равен нулю.

Если
магнетик поместить во внешнее магнитное
поле, то он намагнитится. Кривая
намагничивания показана на рисунке.

1.
Участок I — при слабых внешних полях
намагничивание происходит за счёт
ориентации доменов, имеющих минимальный
угол с направлением внешнего поля. На
этом участке процесс намагничивания
обратимый, т.е. при снятии внешнего поля
домены возвращаются в исходное состояние.

2.
Участок II — все домены ориентируются в
направлении поля. После снятия внешнего
поля часть доменов вернётся в исходное
состояние, а те домены, у которых
отклонение от внешнего поля было большим,
не могут вернуться в исходное состояние,
что характеризует остаточную
намагниченность.

3.
Участок II — на этому участке наступает
насыщение, т.е. все домены повернулись
в направлении поля и после снятия
внешнего поля остаются в этом положении
(направление поля).

Презентация по физике на тему: «Магнитные свойства вещества»

Слайд 1

Магнитные свойства вещества Презентация подготовлена учеником 11 класса ГБОУ СОШ №1465 Бабушкиным Дмитрием Учитель физики: Л.Ю. Круглова

Слайд 2

Оглавление: Классификация магнетиков Диамагнетики Парамагнетики Ферромагнетики Источники информации

Слайд 3

Классификация магнетиков Магнетиками называются все вещества, способные намагничиваться во внешнем магнитном поле, т. е. создавать собственное (внутренне) магнитное поле самого вещества. Магнетики подразделяются по своим магнитным свойствам на: слабомагнитные вещества( парамагнетики и диамагнетики ) сильномагнитные вещества(ферромагнетики) Слабо- и сильномагнитные вещества отличаются величиной относительной магнитной проницаемости.

Слайд 4

Диамагнетики Графит Медь Вода Золото Каменная соль

Слайд 5

Диамагнетики Диамагнетики называются вещества, у которых атомы или молекулы в отсутствие внешнего магнитного поля не имеют магнитных моментов . Атомы таких веществ называются диамагнитными атомами. Диамагнетизм является универсальным свойством всех веществ, так как а атомах (молекулах) любых веществ, помещенных в магнитное поле, наводятся индукционные токи. Однако диамагнетизм является очень слабым эффектом. Поэтому диамагнитные свойства наблюдаются только у тех веществ, у которых эти свойства являются единственными и не маскируются другими, более сильными магнитными свойствами.

Слайд 6

Диамагнетики Возникновение диамагнетизма связано с действием силы Лоренца на электронные орбиты. Под действием этой силы изменяется характер орбитального движения электронов и нарушается компенсация магнитных полей. Возникающее при этом собственное магнитное поле атома оказывается направленным против индукции внешнего поля.

Слайд 7

Диамагнитная левитация Диамагнитная левитация имеет ту же природу что и эффект Мейснера (полное вытеснение магнитного поля из материала), она наблюдается при гораздо более сильных полях, но зато не требует предварительного охлаждения. Некоторые опыты доступны любителям. Например, редкоземельный магнит с индукцией около 1 Тл может висеть между двух пластин висмута.

Слайд 8

Парамагнетики Платина Вольфрам Эбонит Алюминий

Слайд 9

Парамагнетики Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H) и имеют положительную магнитную восприимчивость. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы. Атомы (молекулы или ионы) парамагнетика обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле. В отсутствии внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движения собственные магнитные моменты атомов ориентированы совершенно беспорядочно.

Слайд 10

Парамагнетики Атом парамагнитных веществ оказывается подобным маленькому круговому току. Эти круговые микротоки ориентированы произвольно, так что суммарная магнитная индукция равна нулю. Внешнее магнитное поле оказывает ориентирующее действие так, чтобы их собственные магнитные поля оказались направленными по индукции внешнего поля.

Слайд 11

Парамагнетики в отсутствие магнитного поля Парамагнетики в присутствии сильного магнитного поля

Слайд 12

Ферромагнетики Железо Кобальт Никель

Слайд 13

Ферромагнетики Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля. Упорядочивание магнитных моментов

Слайд 14

Точка Кюри Для каждого ферромагнетика существует определенная температура, выше которой ферромагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком. У железа температура Кюри равна 770 ° C У кобальта 1130 ° C У никеля 360 ° C

Слайд 15

Петля гистерезиса Гистере́зис — свойство систем ( физических, биологических и т. д.), мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией. Для гистерезиса характерно явление «насыщения», а также неодинаковость траекторий между крайними состояниями (отсюда наличие остроугольной петли на графиках). Петля гистерезиса. Подобная зависимость величин характерна для всех видов гистерезиса

Слайд 16

Петля Гистерезиса Стрелками указано направление процессов намагничивания и размагничивания ферромагнитного образца при изменении индукции внешнего магнитного поля.

Слайд 17

Источники информации: http:// ru.wikipedia.org http:// www.en.edu.ru http:// knowledge.allbest.ru http://scask.ru / http:// images.yandex.ru

Классификация магнетиков

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 8

3. Диамагнетики— по закону Фарадея-Ленца при внесении в магнитное поле любого вещества в атомах вещества возникают внутренние токи, создающие магнитное поле , направленное навстречу внешнему полю . В результате поле в веществе ослабляется. Если в веществе кроме этого отсутствуют другие магнитные эффекты, то оно будет диамагнетиком. Диамагнетизм проявляется у вещества, атомы которых не имеют собственного магнитного момента

4. Парамагнетизмпроявляется у веществ, атомы которых имеют собственный магнитный момент. Магнитные моменты атомов выстраиваются по полю .

5. Ферромагнетизм— объясняется самопроизвольным упорядочением спиновых магнитных моментов электронов в пределах областей спонтанного намагничивания (доменов).
В пределах одного домена магнитные моменты электронов ориентированы в одном направлении. Магнитные моменты разных доменов в отсутствии внешнего поля ориентированы по разному, так, чтобы энергия созданного ими поля была минимальная:

При включении внешнего поля расширяются за счет соседей те домены, которые ориентированы по полю:

Затем переориентируются оставшиеся домены, и ферромагнетик намагничивается до насыщения:

В результате этого зависимость поля в ферромагнетике от переменного внешнего поля имеет вид петли гистерезиса, которую изображают в осях B-H.

Вектор называется вектором напряженности магнитного поля. Он носит вспомогательный характер, силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции . Связь между векторами и записывается следующим образом:

.

©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.

классификаций магнитов | Sciencing

Магниты делятся на три основных класса: постоянные искусственные, временные искусственные и естественные. Они классифицируются по способу достижения магнетизма и по тому, как долго они остаются магнитными. Природные магниты встречаются в природе и, как правило, намного слабее искусственных магнитов, но сохраняют свои магнитные способности на неопределенный срок. Люди создают искусственные магниты для многих целей. Некоторые из этих магнитов постоянно сохраняют свои магнитные свойства, другие — только при определенных условиях.

Natural

Природные магниты — это магниты, которые встречаются в природе. Эти твердые черные породы, впервые обнаруженные в провинции в Азии под названием Магнетия, сначала назвали «магнитом», а затем «магнетитом». В конце концов название было сокращено до «магнит». Натуральный магнит обладает двумя уникальными свойствами, первое из которых заключается в том, что к нему прилипают железные опилки. Когда ему позволено свободно качаться, этот камень будет проявлять второе свойство, а именно выравнивание с землей и направление своего северного полюса на географический север.Любое вещество, которое проявляет эти два свойства без искусственного изменения, является естественным магнитом.

Постоянные искусственные

••• Магниты из нескольких стран мира. Идеально подходит для туристической тематики. изображение Коновалова Павла с Fotolia.com

Постоянные искусственные магниты — это те, с которыми люди знакомы больше всего. Эти магниты созданы людьми. Постоянные магниты имеют относительно сильные магнитные поля, которые не затухают. Вероятно, некоторые из этих магнитов висят на дверце холодильника, на которых держатся произведения искусства или фотографии.Они могут быть разных форм для разных целей и используются для всего, от украшения до аудиоколонок. Эти магниты также могут быть намагничены своим северным и южным полюсами во многих различных конфигурациях для соответствия конкретным приложениям. Например, круглый кольцевой магнит может иметь север внутри и юг снаружи, юг внутри и север снаружи или север на одной половине круга и юг на другой половине.

Временные искусственные

Магниты считаются временными, если магнитное поле зависит от других факторов.Электромагниты всегда временны, потому что они не могут работать без электричества. Электромагниты, сделанные из проволоки, плотно намотанной на металлический сердечник, являются самым сильным типом магнита. Магнитное поле активируется, когда ток проходит через катушку, но как только ток прекращается, магнитное поле прекращается, что делает эти магниты очень гибкими. Электромагниты находят множество промышленных применений. Они используются для подъема автомобилей на свалки и звонка в школьные колокола. Другие типы временных магнитов — это те, которые активируются при контакте с другим магнитом.Если, например, прикоснуться к магниту скрепкой для бумаг, скрепка намагнитится и станет временным искусственным магнитом. Он теряет свой магнетизм, как только перестает касаться другого магнита.

Типы магнитов — Урок научного центра HST

Какие типы магнитов существуют в мире?

Во-первых, определение. Магниты — это твердые предметы, притягивающие железо или сталь. Магниты делают это за счет явления, называемого магнетизмом, при котором они создают силу, которая распространяется в (магнитное) поле (т.е., область вокруг магнита).

Магнит может иметь способность делать это естественным образом, например, магнитный камень, или он может приобретать способность в сочетании с другими элементами (например, самарий, кобальтом).

Типы магнитов

Три типа магнитов: временные, постоянные и электромагниты.

Магниты классифицируются по источнику магнетизма.

Временные магниты намагничиваются в присутствии магнитного поля.При снятии магнитного поля они постепенно теряют свой магнетизм. Некоторые утюги и железные сплавы, а также скрепки и гвозди действуют как временные магниты.

отвертки можно временно намагнитить

Постоянные магниты не теряют свой магнетизм легко. Эти магниты могут быть природными («редкоземельными») элементами или химическими соединениями.

Примеры постоянных магнитов включают Alnico (сплав алюминия, никеля и кобальта) и ферриты (керамический материал, сделанный из смеси оксидов железа с никелем, стронцием или кобальтом).

Электромагниты создаются путем пропускания электрического тока через катушку с металлическим сердечником. Катушка под напряжением создает магнитное поле. Когда ток отключается, магнитное поле исчезает.

Электромагниты

предпочтительнее для применений, требующих прочности, включая рельсовые пути, моторные двигатели, аппараты МРТ и краны. Они также используются в компьютерном и телевизионном оборудовании.

краны используют электромагниты

Магниты в экспериментах

Постоянные магниты обычно изготавливают из керамики, альнико и неодима.Керамические магниты сильны и подходят для большинства экспериментов. Магниты Alnico прочнее и дороже, и они очень хорошо подходят для научных экспериментов. Неодимовые магниты — самые сильные и дорогие из трех.

Другие проекты по физике:

Классификация постоянных магнитов — Magnet Blog

Постоянные магниты — это определенные тела, которые непрерывно
генерировать магнитное поле без необходимости использования внешнего источника, такого как
электрический ток. Это имеет то преимущество, что магнитное поле
константа и что для ее создания не требуется никаких дополнительных элементов, как
корпус с электромагнитами.

Однако магнитной силой нельзя управлять, как с
последний, или он может быть полностью отключен на определенный период времени,
а затем специально реактивировать магнитное поле. Отсюда и название
постоянные магниты, потому что они постоянно магнитные.

Какие типы постоянных магнитов существуют?

Постоянные магниты различаются по основным материалам. Есть
обычно два разных типа:

• Постоянные керамические магниты.

• Постоянные металлические магниты.

Когда мы говорим о постоянном керамическом магните, он состоит из
феррит. Металлы могут быть смесью самария и кобальта, алюминия, никеля и
кобальт (альнико) или неодим, железо и бор. Если вы уже знаете, какой
свойства важны для предполагаемого использования перед изготовлением магнита,
вы можете соответствующим образом адаптировать комбинацию этих элементов. Форма
постоянные магниты также можно регулировать индивидуально. Сама намагниченность
происходит в конце.

В этом контексте нам также необходимо уточнить термины
«Изотропный» и «анизотропный». В этом смысл
намагниченность. Вещества называются изотропными, если они могут намагничиваться в
любое направление. Они анизотропны, если есть только одно направление, называемое
предпочтительный адрес, по которому материал может быть намагничен. Анизотропный
вещества обычно имеют более высокие магнитные свойства, чем изотропные вещества.

В чем разница между разными материалами
постоянные магниты?

Неодим: Этот материал обладает высокой плотностью энергии и чрезвычайно устойчив к размагничиванию.Однако это материал, чувствительный к окислению, поэтому они не подходят для использования на открытом воздухе или во влажной среде.

Sam arium: Магниты из этого материала имеют плотность энергии, аналогичную неодимовым магнитам, но могут использоваться без какого-либо дополнительного защитного покрытия при воздействии влаги. Также они устойчивы к высоким температурам.

Феррит: Этот магнитный материал часто используется, потому что он самый дешевый. Если особо сильная магнитная сила не требуется, они используются в самых разных областях.Не менее важно, потому что, хотя они очень дешевые, они остаются относительно нечувствительными к температуре и устойчивыми к размагничиванию.

Alnico: магниты Alnico, вероятно, самые старые постоянные
магниты на рынке. Хотя они легко размагничиваются, они могут
выдерживают температуру до 550 ° C.

Как используются постоянные магниты?

Постоянные магниты используются очень часто. Даже в нашей повседневной жизни
они, вероятно, сопровождают нас, а мы этого не осознаем. Они делают свою работу в широком
разнообразие направлений.Будь то классический в гараже или на кухне, как
функция удержания для других объектов в электронных устройствах, где мы не
даже увидеть их, или в наших машинах, где они обеспечивают нормальную работу, из
двигатель к стеклоподъемникам.

Они также используются в промышленном секторе, например:
чистящий элемент для сборочных линий при производстве продукции, а также в
аэронавтика, медицина и в области возобновляемых источников энергии.

Если вам нужна дополнительная информация о постоянных магнитах или есть
вопросы, вы можете связаться с нашими специалистами в любое время.

Классификации магнитных материалов Рона Куртуса

SfC Home> Физика> Магнетизм>

, автор: Рон Куртус (от 23 марта 2012 г.)

Материалы по-разному реагируют на силу магнитного поля. Существует три основных классификации магнитных материалов . Магнит будет сильно притягивать ферромагнитные материалы, слабо притягивать парамагнитные материалы и слабо отталкивать диамагнитные материалы.

Ориентация спина электронов в атоме, ориентация атомов в молекуле или сплаве и способность доменов атомов или молекул выстраиваться в линию — это факторы, которые определяют, как материал реагирует на магнитное поле.Ферромагнитные материалы имеют самое магнитное применение. Диамагнитные материалы в основном используются в магнитной левитации.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• Что такое ферромагнитные материалы?
• Что такое парамагнитные материалы?
• Что такое диамагнитные материалы?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Конвертация единиц

Материалы ферромагнитные

Ферромагнитные материалы сильно притягиваются магнитной силой.Такими материалами являются элементы железо ( Fe ), никель ( Ni ), кобальт ( Co ) и гадолиний ( Gd ).

( См. Периодическую таблицу в разделе Химия для получения дополнительной информации об элементах. )

Причины сильного притяжения этих металлов заключаются в том, что их отдельные атомы обладают немного более высокой степенью магнетизма из-за их конфигурации электронов, их атомы легко выстраиваются в одном магнитном направлении, а магнитные домены или группы атомов выстраиваются более легко.

( См. Дополнительные сведения о факторах, определяющих магнитные свойства. )

Чугун и сталь

Железо — это наиболее распространенный элемент, связанный с притяжением к магниту. Сталь также является ферромагнитным материалом. Это сплав или комбинация железа и нескольких других металлов, что придает ему большую твердость, чем железо, а также другие специальные свойства. Из-за своей твердости сталь сохраняет магнетизм дольше, чем железо.

Постоянные магниты

Сплавы железа, никеля, кобальта, гадолиния и некоторых керамических материалов могут стать «постоянными» магнитами, так что они сохраняют свой магнетизм в течение длительного времени.

Температурный эффект

Сильно магнитные ферромагнитные материалы, такие как никель или сталь, теряют все свои магнитные свойства, если их нагреть до достаточно высокой температуры. Атомы становятся слишком возбужденными от тепла, чтобы оставаться направленными в одном направлении в течение длительного времени.

Температура, при которой металл теряет свой магнетизм, называется температурой Кюри, и она различна для каждого металла. Например, температура Кюри для никеля составляет около 350 ° C.

Парамагнитные материалы

Парамагнитные материалы — это металлы, которые слабо притягиваются к магнитам. Такими металлами являются алюминий и медь. Эти материалы могут стать очень слабыми магнитами, но их силу притяжения можно измерить только с помощью чувствительных инструментов.

Температура может влиять на магнитные свойства материала. Парамагнитные материалы, такие как алюминий, уран и платина, становятся более магнитными, когда они очень холодные.

Сила ферромагнитного магнита примерно в миллион раз больше силы магнита, сделанного из парамагнитного материала. Поскольку сила притяжения настолько мала, парамагнитные материалы обычно считаются немагнитными.

Материалы диамагнитные

Некоторые материалы являются диамагнитными, что означает, что при воздействии на них сильного магнитного поля они создают слабое магнитное поле в направлении , противоположном направлению . Другими словами, они слабо отталкивают сильный магнит. Некоторые из них использовались в простых демонстрациях левитации.

Самый сильный

Висмут и угольный графит — самые прочные диамагнитные материалы. Они примерно в восемь раз сильнее ртути и серебра.Другие более слабые диамагнитные материалы включают воду, алмазы, дерево и живые ткани. Обратите внимание, что последние три элемента основаны на углероде.

Электроны в диамагнитном материале слегка меняют свои орбиты, создавая небольшие постоянные токи, которые противодействуют внешнему магнитному полю.

использует

Хотя силы, создаваемые диамагнетизмом, чрезвычайно слабы — в миллионы раз меньше, чем силы между магнитами и ферромагнитными материалами, такими как железо, у этих материалов есть несколько интересных применений.

Изгиб воды

Тонкий слой воды, лежащий на верхней поверхности очень мощного магнита, будет слегка отталкиваться магнитным полем. В этом можно убедиться, посмотрев отражение от поверхности воды и увидев небольшую ямочку на поверхности.

Используется в левитации

Самым популярным применением диамагнитных материалов является магнитная левитация, при которой объект будет плавать над сильным магнитом. Хотя в большинстве экспериментов используются инертные объекты, исследователи из Университета Неймегена в Нидерландах продемонстрировали левитацию маленькой лягушки в мощном магнитном поле.

Левитирующая лягушка

Сводка

Магниты сильно притягивают ферромагнитные материалы, слабо притягивают парамагнитные материалы и слабо отталкивают диамагнитные материалы. Ферромагнитные материалы имеют самое магнитное применение. Основное практическое использование диамагнитных материалов — это магнитная левитация.

Всегда старайся

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Типы магнетизма

Магнитные свойства стали и железа — TutorVista.com

Диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные материалы — Ресурсный центр по неразрушающему контролю (NDT)

Диамагнитная левитация — — Исследование UCLA

Ресурсы магнетизма

Книги

Книги по магнетизму с самым высоким рейтингом

Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если это так, отправьте свой отзыв по электронной почте. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
Magnetic_materials.htm

Пожалуйста, включите это как ссылку на свой веб-сайт или как ссылку в своем отчете, документе или диссертации.

Авторские права © Ограничения

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Магнетизм темы

Классификация магнитных материалов

Магнетизм — типы магнетизма — магнитный, поле, температура и моменты

Пять основных типов магнетизма были обнаружены и классифицированы на основе магнитного поведения материалов в ответ на магнитные поля при различных температурах. Эти типы магнетизма: ферромагнетизм, ферримагнетизм, антиферромагнетизм, парамагнетизм и диамагнетизм.

Ферромагнетизм и ферримагнетизм возникают, когда магнитные моменты в магнитном материале спонтанно выстраиваются в линию при температуре ниже так называемой температуры Кюри, чтобы произвести чистую намагниченность. Магнитные моменты выровнены на случайным образом при температурах выше точки Кюри, но становятся упорядоченными, обычно в вертикальном или, в особых случаях, в спиральном (спиральном) массиве ниже этой температуры.В ферромагнетике равные по величине магнитные моменты располагаются на параллельно друг другу. Напротив, в ферримагнетике моменты неравны по величине и порядку в антипараллельном расположении. Когда моменты равны по величине и упорядочение происходит при температуре, называемой температурой Нееля, в антипараллельном массиве, чтобы не было суммарной намагниченности, это явление называется антиферромагнетизмом. Эти переходы от беспорядка к порядку представляют собой классические примеры фазовых переходов. Другой пример фазового перехода — замерзание неупорядоченных молекул воды при критической температуре 32 ° F (0 ° C) с образованием упорядоченной структуры льда . Магнитные моменты, называемые спинами, локализованы на крошечных электронных магнитах внутри атомов твердого тела. Математически электронные спины равны угловому моменту (скорость вращения , умноженная на момент инерции, ) вращающихся электронов. Спины в ферромагнетике или ферримагнитном одиночном кристалле подвергаются самопроизвольной ориентации, образуя макроскопический (крупномасштабный) намагниченный объект.Однако большинство магнитных твердых тел не являются монокристаллами, а состоят из монокристаллических доменов, разделенных доменными стенками. Спины выравниваются в пределах области ниже температуры Кюри, независимо от любого внешнего магнитного поля, но домены должны быть выровнены в магнитном поле, чтобы создать макроскопический намагниченный объект. Этот процесс осуществляется за счет поворота направления спинов в доменной стенке под действием магнитного поля, что приводит к смещению стенки и, в конечном итоге, к созданию единого большого домена с той же ориентацией спина.

Парамагнетизм — это слабая форма магнетизма, наблюдаемая в веществах, которые проявляют положительную реакцию на приложенное магнитное поле. Этот отклик описывается его магнитной восприимчивостью на единицу объема , которая является безразмерной величиной, определяемой отношением магнитного момента к напряженности магнитного поля. Парамагнетизм наблюдается, например, в атомах и молекулах с нечетным числом электронов, так как здесь чистый магнитный момент не может быть ноль .Диамагнетизм связан с материалами, которые имеют отрицательную магнитную восприимчивость . Он встречается в немагнитных веществах, таких как графит, , медь, , серебро и золото, а также в сверхпроводящем состоянии некоторых элементарных и сложных металлов. Отрицательная магнитная восприимчивость в этих материалах является результатом тока, индуцированного на электронных орбитах атомов приложенным магнитным полем. Электронный ток индуцирует магнитный момент, противоположный знаку приложенного поля. Конечным результатом этих взаимодействий является то, что материал защищен от проникновения приложенного магнитного поля.

Типы магнитных материалов • Продвинутый источник магнитов

Материалы, которые не сильно притягиваются к магниту, известны как парамагнитные материалы. Например: алюминий, олово, магний и др. Их относительная проницаемость небольшая, но положительная. Например: проницаемость алюминия: 1.00000065. Такие материалы намагничиваются только тогда, когда они помещены в сверхсильное магнитное поле и действуют в направлении магнитного поля.

Парамагнетики имеют отдельные атомные диполи, ориентированные случайным образом, как показано ниже:

Таким образом, результирующая магнитная сила равна нулю. Когда прикладывается сильное внешнее магнитное поле, диполи постоянного магнитного поля ориентируют их параллельно приложенному магнитному полю и создают положительную намагниченность. Поскольку ориентация диполей параллельно приложенному магнитному полю не является полной, намагниченность очень мала.

2.Диамагнитные материалы

Материалы, отталкиваемые магнитом, например цинк. ртуть, свинец, сера, медь, серебро, висмут, дерево и т. д. известны как диамагнитные материалы. Их проницаемость чуть меньше единицы. Например, относительная проницаемость висмута составляет 0,00083, меди — 0,000005, а древесины — 0,9999995. Они слегка намагничиваются, когда помещаются в очень сильное магнитное поле, и действуют в направлении, противоположном направлению приложенного магнитного поля.

В диамагнитных материалах два относительно слабых магнитных поля, вызванные орбитальным вращением и осевым вращением электронов вокруг ядра, имеют противоположные направления и нейтрализуют друг друга.В них отсутствуют постоянные магнитные диполи. Диамагнитные материалы практически не применяются в электротехнике.

3. Ферромагнитные материалы

Материалы, которые сильно притягиваются магнитным полем или магнитом, известны как ферромагнитные материалы, например: железо, сталь, никель, кобальт и т. Д. Проницаемость этих материалов очень очень высока (до нескольких сотен или тысяч).

Противоположные магнитные эффекты орбитального движения электрона и его спина не устраняют друг друга в атоме из такого материала.Каждый атом вносит относительно большой вклад, который помогает в создании внутреннего магнитного поля, так что, когда материал помещается в магнитное поле, его значение увеличивается во много раз по сравнению с тем значением, которое было в свободном пространстве до материала. был размещен там.

Для целей электротехники будет достаточно классифицировать материалы как просто ферромагнитные и неферромагнитные. Последние включают материал с относительной проницаемостью, практически равной единице, тогда как первые имеют относительную проницаемость, во много раз превышающую единицу.Парамагнетики и диамагнетики попадают в неферромагнитные материалы.

а. Мягкие ферромагнитные материалы

Они имеют высокую относительную проницаемость, низкую коэрцитивную силу, легко намагничиваются и размагничиваются, а также имеют чрезвычайно малый гистерезис. Мягкие ферромагнитные материалы — это железо и различные сплавы с такими материалами, как никель, кобальт, вольфрам и алюминий. простота намагничивания и размагничивания делает их очень подходящими для приложений, связанных с изменением магнитного потока, таких как электромагниты, электродвигатели, генераторы, трансформаторы, индукторы, телефонные приемники, реле и т. д.Они также полезны для магнитного экранирования. Их свойства могут быть значительно улучшены за счет тщательного изготовления, а также путем нагрева и медленного отжига для достижения высокой степени чистоты кристаллов. Большой магнитный момент при комнатной температуре делает мягкие ферромагнитные материалы чрезвычайно полезными для магнитных цепей, но ферромагнетики являются очень хорошими проводниками и несут потери энергии из-за возникающих в них вихревых токов. Имеются дополнительные потери энергии из-за того, что намагничивание происходит не плавно, а с небольшими скачками.Эти потери называются магнитными остаточными потерями и зависят исключительно от частоты изменения плотности потока, а не от ее величины.

г. Твердые ферромагнитные материалы

Они имеют относительно низкую проницаемость и очень высокую коэрцитивную силу. Их трудно намагнитить и размагнитить. Типичные твердые ферромагнитные материалы включают кобальтовую сталь и различные ферромагнитные сплавы кобальта, алюминия и никеля. Они сохраняют высокий процент своей намагниченности и имеют относительно высокие гистерезисные потери.Они отлично подходят для использования в качестве постоянного магнита в качестве динамиков, измерительных приборов и т. Д.

4. Ферриты

Ферриты представляют собой особую группу ферромагнитных материалов, занимающих промежуточное положение между ферромагнитными и неферромагнитными материалами. Они состоят из очень мелких частиц ферромагнитного материала, обладающего высокой проницаемостью, и удерживаются вместе связующей смолой. Намагниченность ферритов достаточно велика, чтобы иметь коммерческую ценность, но их магнитное насыщение не так велико, как у ферромагнитных материалов. 9 Ом-см.Таким образом, вихревые токи, возникающие из-за переменных полей, сводятся к минимуму, а диапазон применения этих магнитных материалов расширяется до высоких частот, даже до микроволн. Ферриты тщательно производятся путем смешивания порошковых оксидов, прессования и спекания при высокой температуре. Высокочастотные трансформаторы в телевизорах и приемниках с частотной модуляцией почти всегда изготавливаются с ферритовыми сердечниками.

г. Твердые ферриты

Это керамические постоянные магниты.Наиболее важное семейство твердых ферритов имеет основной состав MO.Fe2O3, где M — ион бария (Ba) или ион стронция (Sr). Эти материалы имеют гексагональную структуру, невысоки по стоимости и плотности. Жесткие ферриты используются в генераторах, реле и двигателях. Электронные приложения включают магниты для громкоговорителей, звонков и приемников. Они также используются в удерживающих устройствах для дверных доводчиков, уплотнителей, защелок и в некоторых игрушечных конструкциях.

Первоисточник: https: // electronicspani.ru / типы-магнитные-материалы /

Berlet Magnetics — Применения — Типы магнитов

Типы магнитов

Существуют различные типы магнитов в зависимости от их свойств.
Некоторые из наиболее известных перечислены ниже.

Постоянные магниты

Это наиболее распространенный тип магнитов, с которыми мы взаимодействуем в повседневной жизни.
Например: магниты на наших холодильниках. Эти магниты постоянны в том смысле, что когда-то
они намагничены, они сохраняют определенную степень магнетизма.Постоянные магниты
обычно из ферромагнитного материала. Такой материал состоит из атомов и молекул, которые
каждый из них имеет магнитное поле и может усиливать друг друга.

Классификация

Постоянные магниты можно разделить на четыре типа в зависимости от их состава:

1. Неодим Железо Бор (NdFeB или NIB)
2. Самарий Кобальт (SmCo)
3. Алнико
4. Керамика или феррит

NIB и SmCo — это самые сильные типы магнитов, которые очень трудно размагнитить. Они есть
также известный как Редкая Земля или серия Латаноид элементов в периодической таблице. 1970-е и
В 80-е годы появились эти магниты.

Alnico — это соединение, изготовленное из алюминия, никеля и кобальта. Обычно используются магниты алнико
магниты и впервые стали популярными примерно в 1940-х годах. Магниты Alnico не такие сильные, как NIB и
SmCo и легко размагничиваются. Однако этот магнит меньше всего подвержен влиянию температуры.
Это также причина того, что стержневые магниты и подковообразные магниты должны быть осторожны, чтобы предотвратить
им от потери своих магнитных свойств.

Последний тип постоянных магнитов, керамические или ферритовые магниты сегодня наиболее популярны.
Впервые они были разработаны в 1960-х годах. Это довольно сильные магниты, но их магнитные
прочность сильно меняется в зависимости от температуры.

Постоянные магниты также можно разделить на литые под давлением и гибкие магниты.

1. Отлитые под давлением магниты представляют собой смесь различных типов смол и магнитных порошков,
   позволяет изготавливать детали сложной формы методом литья под давлением. Физические и
   магнитные свойства продукта зависят от сырья, но обычно ниже
   магнитная прочность и по своим физическим свойствам напоминают пластмассы.
2. Гибкие магниты похожи на магниты, полученные литьем под давлением, с использованием гибкой смолы или связующего.
   например, винил, и выпускается в виде плоских полос или листов. Эти магниты имеют меньшую магнитную
   прочность, но может быть очень гибким, в зависимости от используемого связующего.

Форма и конфигурация

Постоянным магнитам можно придать любую форму.Их можно сделать круглыми прутками,
прямоугольники, подковы, пончики, кольца, диски и другие нестандартные формы. Хотя форма
магнит важен с эстетической точки зрения, а иногда и для экспериментов, как магнит
намагниченный не менее важен. Например: кольцевой магнит можно намагнитить на юг
внутри и на север снаружи, или на север на одном краю и на юг на другом, или на север на
верхняя сторона и юг снизу. В зависимости от конечного использования форма и конфигурация меняются.

Размагничивание

Постоянные магниты можно размагнитить следующими способами:

1. Нагрев — Нагревание магнита до докрасна заставляет его терять свои магнитные свойства.
2. Контакт с другим магнитом — поглаживание одного магнита другим случайным образом приведет к
   размагнитить прикосновенный магнит.
3. Удары молотком или сотрясения освободят атомы магнита от их магнитного притяжения.

Временные магниты

Временные магниты — это магниты, которые просто действуют как постоянные магниты, когда находятся в пределах
сильное магнитное поле. Однако, в отличие от постоянных магнитов, они теряют свой магнетизм, когда
поле исчезает. Скрепки, железные гвозди и другие подобные предметы являются примерами временных
магниты.Временные магниты используются, помимо прочего, в телефонах и электродвигателях.

Электромагниты

Если бы не электромагниты, мы были бы лишены многих предметов роскоши и предметов первой необходимости.
в жизни, включая компьютеры, телевидение и телефоны. Электромагниты очень сильные
магниты. Их производят путем помещения металлического сердечника (обычно из сплава железа) внутрь катушки из
провод, по которому проходит электрический ток. Электричество в токе создает магнитное поле.Сила магнита прямо пропорциональна силе тока и силы тока.
Количество витков провода его полярность зависит от направления протекания тока. В то время
ток течет, сердечник ведет себя как магнит. Однако, как только ток прекращается, ядро
размагничивается.

Электромагниты наиболее полезны, когда магнит должен быть включен и выключен, как в больших
краны, используемые для подъема тросов и стержней в строительстве.

Сверхпроводники

Это самые сильные магниты.Им совсем не нужен металлический сердечник, они сделаны из катушек
проволока из специальных металлических сплавов, которые становятся сверхпроводниками при очень низком охлаждении
температуры.

.