Ферромагнетики (стр. 3 из 8)

Рух парамагнітних і діамагнітних тіл у магнітному полі. Досліди Фарадея. Притягання залізних предметів до магнітів є найбільш простим і кидається в очі проявом магнітного поля й історично послужило основою всього розвитку навчання про магнетизм. Воно зводиться до впливу магнітного поле на орієнтовані молекулярні струми заліза, що намагнітилося. Так само, але тільки значно слабкіше повинне діяти магнітне поле і на парамагнітні тіла, тому що й у парамагнітних тілах орієнтація елементарних струмів відбувається так само, як у феромагнітних: магнітний потік елементарних струмів підсилює, хоча і незначно, магнітний потік що орієнтує поле і, отже, парамагнітні тіла притягаються до магніту (мал. 2, а).

Мал. 2. а) При намагнічуванні парамагнітного чи феромагнітного тіла на найближчому до магніту кінці виникає полюс, різнойменний з полюсом магніту, що намагнічує. Парамагнітне тіло притягається до магніту,

б) У тих же умовах на найближчому до магніту кінці діамагнітного тіла виникає полюс однойменний. Діамагнітне тіло відштовхується від магніту.

На відміну від тіл парамагнітних діамагнітні тіла зменшують магнітний потік котушки. Це означає, що в діамагнітному тілі під дією зовнішнього поле виникають елементарні колові струми такого напрямку, що їхнє магнітне поле протилежне напрямку зовнішнього магнітного поле. Отже, і дія зовнішнього магнітного поле на діамагнітні тіла протилежно по напрямку дії його на тіла ферро-и парамагнітні, тобто діамагнітні тіла відштовхуються від магніту (мал. 2, б).

Мал.3

Ми можемо виразити цей факт і трохи інакше. Коли ми підносимо до магніту яке-небудь залізне тіло, то воно намагнічується так, що на тій стороні його, що звернена до магніту, виникає полюс, різнойменний з полюсом магніту; те ж має місце й у випадку парамагнітного тіла (мал. 2, а). Навпроти, у випадку діамагнітного тіла на стороні, найближчої до полюса магніту, що намагнічує, виникає полюс, однойменний з цим полюсом магніту (мал. 2, б). Мал. 3 пояснює, чому парамагнітні тіла притягаються до магніту, а діамагнітні відштовхуються від нього.

Саме такі дії і були виявлені Фарадеєм. У 1845 р., викомалтовувавши сильний електромагніт, Фарадей установив здатність усіх тіл намагнічуватися і відкрив, що одні тіла притягаються до магніту, а інші відштовхуються від нього. Він запропонував для перших назва парамагнітних, для других назва діамагнітних. Індукційні досліди з пари- і діамагнітними тілами, були зроблені значно пізніше, коли магнітні властивості діамагнітних і парамагнітних тіл були уже встановлені на підставі досліджень Фарадея.

По силі чи притягання відштовхування можна судити і кількісно про здатність тіла намагнічуватися, тобто можна визначити величину магнітної проникності для даної речовини. Цей метод виміру величини , заснований на вивченні чи притягання відштовхування маленького тіла з даної речовини, теоретично більш складний, чим описаний раніше метод, заснований на вимірі э.д. с. індукції. Але зате він набагато дошкульніше і, крім того, придатний для виміру , у маленькому зразку речовини, тоді як для виміру М по індукційному способі потрібно заповнити досліджуваною речовиною усю внутрішність котушки.

У тих випадках, коли удається вимірити і тим і іншому способу, виходять результати, що погодяться.

Приклад 1: Полюса сильного електромагніта на мал. 3 зрізані не паралельно один одному, так що унизу відстань між ними значно менше, ніж нагорі. Між ними підвішується на нитці кулька з різних випробуваних матеріалів. Верхній кінець нитки прикріплений до спіральної пружинки, розтягання якої дозволяє вимірити силу, що діє з боку магнітного поле на кульку (пружинні ваги). Виявляється, що якщо кулька виготовлена з алюмінію, чи вольфраму платины, те ця сила спрямована вниз (пружинка розтягується), а у випадку срібла, золота, чи міді вісмуту вона спрямована нагору (пружинка скорочується).

Приклад 2: При дослідженні магнітної проникності рідких тіл часто надходять так. Рідину наливають у колінчату трубку й одне з колін поміщають між полюсами сильного електромагніта (мал 4).Рідина в цьому коліні чи піднімається опускається в залежності від того, чи є вона парамагнітної чи діамагнітний.

Молекулярна теорія магнетизму. Теорія, що пояснює розходження в магнітних властивостях речовин на основі вивчення будівлі окремих часток цих речовин - їхніх чи атомів молекул,- одержала назву молекулярної теорії магнетизму. Ця теорія дуже складна і багато в чому ще не довершена. Тому тут ми не можемо розбирати її скільки-небудь докладно. Укажемо лише на основні причини розходження між властивостями парамагнітних і діамагнітних тел.

Кожне тіло, і парамагнітне і діамагнітне, представляється нам у цілому ненамагніченим доти, поки на нього не діє зовнішнє магнітне поле. Але обумовлюється це в тілах парамагнітних і в тілах діамагнітних різними причинами. Діамагнітними є тіла, кожна частка яких - чи атом молекула - знаходячись поза магнітним поле, не має магнітні властивості.

Тільки зовнішнє магнітне поле перетворює їх в елементарні магніти (викликає елементарні струми), певним чином спрямовані. Навпроти, частки парамагнітних речовин уже самі по собі, ще до того, як на них початок діяти зовнішнє поле, являють собою елементарні магніти (елементарні струми). Тут роль зовнішнього магнітного поле зводиться до визначеної орієнтації, упорядкуванню розташування цих магнітиків. Поки поле не діяло, усі вони були розташовані безладно, хаотично, і речовина в цілому представлялося нам ненамагничеиным. У магнітному ж полі ці елементарні магніти вибудовуються в більшій чи меншій мері рівнобіжними ланцюжками і речовина в цілому намагнічується.

У чому ж складається розходження між будівлею часток діамагнітних і парамагнітних речовин? В атомах усіх тіл є велике число електронів, що рухаються. Кожний з них і являє собою амперів елементарний круговий струм. Але в атомах діамагнітних речовин до внесення їх у магнітне поле магнітні дії цих окремих струмів взаємно компенсують один одного, так що атом у цілому не є елементарним магнітом. Коли ми вносимо таку речовину в магнітне поле, то на кожен електрон, що рухається, діє сила Лоренца, і сукупна дія всіх цих сил, як показує розрахунок, приводить до того, що в атомі индуцируется визначений струм, тобто атом здобуває властивості елементарного магнітика. Тому що ці струми є індукованими, то напрямок їхній, відповідно до правила Ленца, повинне бути протилежно напрямку струму в котушці, що створює зовнішнє магнітне поле, тобто магнітний потік від цих струмів повинний послабляти потік зовнішнього поле, і діамагнітне тіло відштовхується від магніту.

В атомах парамагнітних речовин магнітні дії окремих електронів не цілком компенсують один одного, так що атом у цілому і сам по собі є елементарним магнітом. Дія зовнішнього магнітного поле упорядковує розташування цих елементарних струмів (магнітиків), причому струми орієнтуються так, що їхній напрямок переважно збігається з напрямком струму котушки, що створює зовнішнє магнітне поле. Тому магнітний потік від елементарних струмів у цьому випадку підсилює потік котушки, і парамагнітне тіло притягається до магніту.

Строго говорячи, діамагнетизм є загальною властивістю усіх речовин. Зовнішнє магнітне поле робить і на атоми парамагнітних речовин таке ж индуцирующее дія, як на атоми діамагнітних речовин. Але в парамагнітних речовинах ця дія перекривається більш сильною дією, що орієнтує, зовнішнього магнітного поле, що упорядковує власні елементарні струми атомів.

Зі сказаного ясно, що властивості парамагнітних тіл можна було б пояснити і за допомогою гіпотези Кулона про елементарні магнітики. Однак явища діамагнетизму показують неприйнятність цієї гіпотези, тому що зовнішнє поле не може орієнтувати елементарні магнітики назустріч полю, що потрібно б було допустити для пояснення діамагнетизму. Тільки теорія молекулярних струмів дозволяє, як ми бачили, за допомогою явищ індукції пояснити діамагнітні властивості речовини поряд з парамагнітними.

Ми бачимо, таким чином, що діамагнетизм і парамагнетизм порозуміваються розходженнями в будівлі самих чи атомів молекул речовини.

Магнітний захист. Саме собою зрозуміло, що. намагнічування феромагнітних, парамагнітних і діамагнітних тіл відбувається не тільки тоді, коли ми поміщаємо їх усередину соленоїда, але і взагалі завжди, коли речовина міститься в магнітне поле. В усіх цих випадках до магнітного поля, що існувало до внесення нашого тіла, додається магнітне поле, обумовлене намагнічуванням речовини, у результаті чого магнітне поле змінюється. Зі сказаного раніше ясно, що найбільш сильні зміни поле відбуваються при внесенні в нього феромагнітних тіл, зокрема заліза. Зміна магнітного поле навколо феромагнітних тіл дуже зручно спостерігати, комалтаючись картиною силових ліній, одержуваної за допомогою залізних обпилювань.