Фізика 11 клас

ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

 

Розділ 2 Електромагнітне поле

 

15. МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИНИ. МАГНІТНИЙ ЗАПИС ІНФОРМАЦІЇ

 

Магнітне поле створюється не тільки електричними струмами, а й постійними магнітами. Постійні магніти можна виготовити тільки з небагатьох речовин, але всі ті речовини, вміщені в магнітне поле, намагнічуються, тобто самі створюють магнітне поле. Тому вектор магнітної індукції в однорідному магнітному середовищі відрізняється від вектора у тій самій точці простору у вакуумі.

Для характеристики впливу середовища на магнітну взаємодію струмів (тобто магнітних властивостей речовин) вводять поняття відносної магнітної проникності речовини. Якщо магнітна індукція в середовищ і дорівнює В, а у вакуумі цей самий струм створює індукцію Bq, то відношення

яке показує, у скільки разів магнітна індукція в речовині більша за магнітну індукцію, створювану цим самим струмом у вакуумі, називають відносною магнітною

Природно, що відносна магнітна проникність речовини є величиною безрозмірною .

Залежно від значення відносної магнітної проникності всі речовини можна поділити надві групи: 1) парамагнетики, для яких ;2) діамагнетики, для яких  1. Згідно з різними значеннями відносної магнітної проникності речовини по-різному поводяться в магнітному полі.

Молекули парамагнетиків мають відмінні від нуля власні магнітні моменти. Магнітний момент — векторна величина, що характеризує взаємодію тіла з магнітним полем. Якщо магнітне поле відсутнє, то ці моменти розміщені хаотично, тому вектор намагнічення дорівнює нулю.

Якщо в магнітне поле внести парамагнетик, то магнітні моменти окремих атомів або молекул орієнтуються за напрямом поля так, що власне поле парамагнетика буде підсилювати зовнішнє магнітне поле, тобто зовнішнє магнітне поле буде підсилюватися. Якщо такий ефект існує, то він має велике значення і перевагу над діамагнетизмом. Тепловий рух атомів і молекул руйнує взаємну орієнтацію магнітних моментів молекул, тому намагніченість парамагнетика залежить від

 

 

Мал. 71

 

температури, і відносна магнітна проникність парамагнетиків спадає із збільшенням температури. Відносна магнітна проникність парамагнетиків, як і діамагнетиків, не залежить від індукції зовнішнього магнітного поля. Парамагнетиками є лужні метали, кисень, алюміній, платина. Діамагнетики, вміщені в магнітне поле, навпаки, послаблюють його. Це послаблення можна пояснити виникненням у діамагнетику внутрішнього магнітного поля, напрямленого проти зовнішнього магнітного поля. До діамагнетиків належать майже всі гази, мідь, золото, срібло, алмаз, графіт тощо.

Різницю у намагнічуванні парамагнетиків і діамагнетиків легко виявити якісно, спостерігаючи поведінку речовин у сильному магнітному полі. Підвісимо, наприклад, між полюсами сильного електромагніту стержень із графіту і зорієнтуємо його вздовж поля (мал. 71).

Увімкнемо електромагніт в електромережу. Графітовий стержень повернеться в магнітному полі і встановиться перпендикулярно до його ліній індукції. Це можна пояснити тим, що під час намагнічення стержня на його кінцях виникають магнітні полюси, однойменні з ближчими полюсами зовнішнього електромагніту, і стержень виштовхується з магнітного поля. Особливо чітко видно виштовхування діамагнетика з магнітного поля, якщо між полюсами електромагніту запалити свічку. Гази полум'я мають діамагнітні властивості, і тому полум'я виштовхується магнітним полем.

Граничним випадком парамагнетизму є феромагнетизм. Магнітна проникність більшості феромагнетиків за звичайних температур вимірюється сотнями й тисячами одиниць, а деяких спеціально виготовлених феромагнетиків — може досягати одного мільйона. Це означає, що у феромагнетиках внутрішнє магнітне поле може в сотні й тисячі разів перевищувати зовнішнє магнітне поле. Наприклад, якщо в котушку вставити сталеве осердя, то за такої самої сили струму в котушці магнітна індукція поля зросте в сотні разів. До феромагнетиків, крім заліза, належать нікель, кобальт, гадоліній, деякі сплави і хімічні сполуки.

Феромагнетики мають ще ряд властивостей, які істотно відрізняють їх від діа- і парамагнетиків. Характерною особливістю феромагнетиків є складна залежність індукції внутрішнього поля намагніченого феромагнетику від індукції зовнішнього поля намагнічуючих струмів.

Для феромагнетиків характерна властивість, яку називають гістерезисом. Суть її полягає в тому, що процеси намагнічення і розмагнічення проходять неоднаково. Феромагнетик, який перебував у магнітному полі, зберігає певне намагнічення навіть у разі відсутності поля. Прикладом цього можуть бути постійні магніти.

Важко уявити сучасну радіоелектроніку без елементів із штучних феромагнетиків — феритів. З них виготовляються антени, осердя коливальних контурів та трансформаторів. Широко використовують феритові постійні магніти.

Без магнітних матеріалів не можна уявити сучасні методи запису інформації. Типовим прикладом пристрою для запису на магнітній плівці є магнітофон. У цьому апараті використовується спеціальна плівка, покрита тонким шаром феромагнітного матеріалу. Змінний електричний струм від підсилювача надходить у спеціальну записуючу головку, що має котушку з феромагнітним осердям, в якому є вузька щілина. При проходженні струму котушкою в щілині головки з'являється магнітне поле, магнітна індукція якого змінюється. Коли плівка проходить над головкою, на ній залишається низка намагнічених ділянок, відповідних змінному струму, який подається в головку. При відтворенні звуку відбувається зворотний процес: намагнічена стрічка збуджує в магнітній головці електричні сигнали, які після підсилення надходять на динамік. Подібний фізичний процес відбувається під час запису інформації на диску вінчестера в сучасному комп'ютері.

Відомо, що як Земля породжує магнітне поле, так і кожен живий організм утворює таке поле. Існування магнітного поля впливає на організм людини, а саме, викликає збудження атомів і молекул і значні зміни на атомному рівні, збільшує активність молекул і прискорює метаболізм клітин. Крім того, розширює кровоносні судини, знижує згортання крові, підтримує здатність тромбоцитів триматися разом і збільшує споживання кисню. Можна сказати, що за відсутності магнітного поля тіло людини та інших живих організмів буде мати серйозні проблеми з правильної роботи.

Кожна клітина, тканина, орган нашого тіла генерує електромагнітне поле, що перебуває в гармонії з магнітним полем Землі і взаємодіє з космосом. Сьогодні на магнітне поле нашої планети впливає величезна кількість штучних полів. Це спотворює наше біополе, і воно перестає нормально функціонувати.

Це цікаво знати

Дослідження взаємодії речовини і магнітного поля. У 1837 р. М. Фарадей показав, що не лише залізо і сталь виявляють магнітні властивості: подібні властивості, хоч і в значно меншій мірі, характерні для всіх речовин. Підвішуючи на тонких нитках між полюсами сильного магніту невеликі стерженьки різних речовин, учений побачив, що стерженьки, виготовлені з одних речовин, розміщуються в напрямі від полюса до полюса. Ці тіла Фарадей назвав парамагнітними (з грец. пара — уздовж). Такі, наприклад, метали, як алюміній, манган, платина. Стерженьки ж з інших речовин розміщувались перпендикулярно до лінії, що сполучає магнітні полюси. Фарадей назвав їх діамагнітними (з грец. діа — упоперек). Такими виявились мідь, срібло, золото, вода, вісмут й інші. Ці самі властивості мають яблуко, хліб, м'ясо.

Речовини, які здатні сильно намагнічуватися, Фарадей назвав феромагнітними (буквально — залізомагнітними). Це — залізо, сталь, чавун, нікель, кобальт й інші.

Досліджуючи магнітні властивості різних речовин, Фарадей дійшов висновку, що вони мають неоднакову «магнітну проникність». Виявляючи одну за одною приховані таємниці природи, він все більше і більше схилявся до такої думки: «Всі сили природи можуть перетворюватися одна в одну».

Давня суперечка між ученими про причину виникнення електрики в гальванічних батареях закінчилася прийняттям точки зору Фарадея: «Хімічна дія розчинів на метал, а не лише просте стикання або контакт металів, викликає електричний струм. У гальванічних батареях хімічна енергія перетворюється в електричну».





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити