Парамагнетики – вещества (Pt, Al), намагничивающиеся во внешнем магнитном поле В0 по направлению В0.

В отсутствие внешнего магнитного поля у парамагнетиков магнитные моменты электронов взаимно не компенсируются, поэтому

Т.к. из-за теплового движения атомов (молекул) магнитные моменты атомов (молекул) ориентированы хаотично. Поэтому в отсутствие внешнего магнитного поля парамагнетики немагнитны.

Во внешнем магнитном поле у парамагнетика магнитные моменты атомов ориентируются по полю, следовательно, парамагнетик намагничивается, т.е. создает свое дополнительное магнитное поле, которое по направлению совпадает с внешним магнитным полем и усиливает его – это парамагнитный эффект.

Диамагнитный эффект возникает и в парамагнетиках, но он гораздо слабее парамагнитного эффекта.

Магнитная проницаемость μ , но всего лишь на доли процента, например, μ= 1,004

У диамагнетиков магнитный момент микротоков

У парамагнетиков магнитный момент микротоков

 

Диамагнетики: χ < 0, по правилу Ленца поле микротоков противоположно внешнему полю В ₀.

Парамагнетики: χ > 0, поле микротоков совпадает с внешним полем В ₀.

 

Тепловое движение препятствует достаточно «хорошему»

Упорядочению магнитных моментов у парамагнетиках – «разбрасывает» p mi по всем направлениям.

Экспериментально это проявляется в зависимости намагниченности

от температуры по закону Кюри:

J

Наведённый магнетизм (помеханизму намагничивания диамагнетиков, связанный с возникновением Ларморовой прецессии) характерен для всех атомов любых веществ.

Однако при наличии «спинового» магнетизма, преобладает последний – т.е. магнитное поле в парамагнетиках несколько больше, чем в вакууме.

 

Закон полного тока для магнитного поля в веществе.

Теорема о циркуляции вектора Н

Циркуляция вектора В:

Σ I – алгебраическая сумма макротоков (токов проводимости),

Σ I_микро – алгебраическая сумма молекулярных токов (микротоков).

 

 

Теорема о циркуляции вектора Н.

Циркуляция вектора напряженности магнитного поля по некоторому контуру равна алгебраической сумме макроскопических токов, охватываемых этим контуром.

 

 

Ферромагнетики

Способность к намагничиванию некоторых веществ больше,

чем у диа- и парамагнетиков в 10¹⁰ раз! Это сильные магнетики –

ферромагнетики. К таким веществам относятся, например, Fe, Ni,

Co, …, ферромагнитные полупроводники – ферриты. Сильномагнитные вещества, обладают спонтанной намагниченностью, т.е. намагниченностью без внешнего магнитного поля. Для них μ >> 1.

 

Большая величина намагниченности J ферромагнетиков объясняется сильным взаимодействием спиновых магнитных моментов электронов (p _ms), в результате которого происходит упорядочение ориентации p _ms атомов в решетке.

 

В опыте Эйнштейна – де Хааса было установлено, что

гиромагнитное отношение для железа равно

 

 

(т.н. g –фактор равен 2). Это свидетельствует, что механизм намагничивания ферромагнетиков связан именно со спиновым магнитным

моментом атомов. Почему же этот магнетизм намного ярче

выражен (μ >> 1), чем у обычных парамагнетиков? Оказывается

это проявление «коллективных» процессов намагничивания – в

ферромагнетиках возникают области спонтанной намагниченности

макроскопических размеров (10^-6 – 10^-5 м) – «домены».

Функциональная зависимость -

нелинейная с насыщением.

Насыщение возникает, когда

все молекулярные магнитные

моменты сориентируются по

внешнему магнитному полю

 

Весь ферромагнетик разбивается на области самопроизвольной намагниченности до полного насыщения намагниченности J в них. Эти области называются доменами. Их линейные размеры порядка 10^-2 см.

 

 

В отсутствие внешнего магнитного поля намагниченность доменов J направлена хаотично, поэтому

 

 

При внесении ферромагнетика во внешнее магнитное поле происходит:

1) изменение направлений спонтанной намагниченности отдельных доменов и всего магнетика в целом в результате поворота векторов магнитного момента p _m внутри доменов по полю,

2) смещение границ доменов, что приводит к росту объема доменов, у которых намагниченность ориентирована наиболее близко к направлению внешнего магнитного поля, за счет соседних доменов.

Объяснение возможности такого механизма намагничивания

дает только квантовая механика. Отметим, что

отличия от случая слабых магнетиков не только количественные.

Оказывается, намагниченность ферромагнетиков зависит помимо

величины поля сторонних токов ещё и от «предыстории»

процесса намагничивания – наблюдается «гистерезис». Магнитное

поле в ферромагнетике нарастает при намагничивании

нелинейно, достигая насыщения. Затем при уменьшении

внешнего поля намагниченность убывает медленнее, чем она

росла и, при «снятии» внешнего поля не обращается в ноль

– это «остаточная намагниченность». Она-то и объясняет существование постоянных магнитов хорошо знакомых нам с детства.

 

В процессе перемагничивания ферромагнитного вещества в нём происходит перестройка границ доменов. Это макроскопический процесс! Он сопровождается возникновением значительных механических напряжений и, как следствие, порождает звук – «шумы Баркгаузена», используемые, обычно, для яркой демонстрации эффекта.

Ферромагнетики обладают точкой Кюри – при определенной температуре теряют свои магнитные свойства.

Рассмотрим подробнее намагничивание ферромагнетиков во внешнем магнитном поле. Явление гистерезиса.

 

1. Намагниченность ферромагнетика растет от 0 до насыщения В _нас.

2. При уменьшении внешнего магнитного поля Н до нуля ферромагнетик остается намагниченным – В _{ост. намагниченность}.

 

С наличием В _ост. связано существование

постоянных магнитов.

3. Для того чтобы размагнитить ферромагнетик, необходимо

поместить его в магнитное поле противоположной

полярности.

Намагниченность обращается в ноль

под действием поля Н _с – называемого

коэрцетивной силой.

Н _с – мала, магнетик магнитомягкий,

Н _с – велика, магнетик жесткий.

4. При дальнейшем увеличении противоположного

поля ферромагнетик перемагничивается

и при Н _нас достигает насыщения.

Затем ферромагнетик можно опять размагнитить,

т.о. при действии на ферромагнетик

переменного магнитного поля его намагниченность J и индукция В изменяются в соответствии с замкнутой кривой – петля гистерезиса.

 

• Площадь петли пропорциональна работе, совершенной при перемагничивании.

 

• Эта работа определяет потери энергии на гистерезис, так как во внешнем магнитном поле внутри ферромагнетика происходит перестройка его структуры (смещение и поворот границ доменов), следовательно, это приводит к изменению его размеров.

 

• Явление магнитострикции – изменение формы и объёма ферромагнетика при его намагничивании. Обратный эффект – изменение намагниченности при деформации ферромагнетика.

Зависимость магнитной проницаемости μ от величины внешнего магнитного поля Н нелинейная:

В слабых полях μ растет с

ростом Н, достигает максимума,

затем начинает уменьшаться и

в сильных полях стремится к 1.

- кривая Столетова.