« 28 »  08  20 15 г.




Действующий каталог магнит

МАГНИТЫ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА. Простейшие проявления магнетизма известны очень давно и знакомы большинству из нас. Однако объяснить эти, казалось бы, простые явления на основе фундаментальных принципов физики удалось лишь сравнительно недавно. Существуют магниты двух разных видов. Одни — так называемые постоянные магниты, изготовляемые из «магнитно-твердых» материалов. Их магнитные свойства не связаны с использованием внешних источников или токов. К другому виду относятся так действующий каталог магнит электромагниты с сердечником из «магнитно-мягкого» железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, охватывающей сердечник, проходит электрический ток. Магнитные свойства стержневого магнита наиболее заметны вблизи его концов. Если такой магнит подвесить за среднюю часть так, чтобы он мог свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости, то он займет положение, примерно соответствующее направлению действующий каталог магнит севера на юг. Конец стержня, указывающий на север, действующий каталог магнит северным полюсом, а противоположный конец — южным полюсом. Разноименные полюса двух действующий каталог магнит притягиваются друг к другу, а одноименные взаимно отталкиваются. Если к одному из полюсов магнита приблизить брусок ненамагниченного железа, то последний временно действующий каталог магнит. При этом ближний к полюсу магнита полюс действующий каталог магнит бруска будет противоположным по наименованию, а дальний — одноименным. Притяжением между полюсом магнита индуцированным им в бруске противоположным действующий каталог магнит и объясняется действие магнита. Некоторые материалы например, сталь сами становятся слабыми постоянными магнитами после того, как побывают около постоянного магнита или электромагнита. Стальной стержень можно намагнитить, просто проведя по его торцу концом стержневого постоянного магнита. Итак, магнит притягивает другие магниты и предметы из магнитных материалов, не находясь в соприкосновении с ними. Такое действие на расстоянии объясняется существованием в пространстве вокруг магнита магнитного поля. Некоторое представление об интенсивности и направлении этого магнитного поля можно получить, насыпав на лист картона или стекла, положенный на магнит, железные опилки. Опилки выстроятся цепочками в направлении поля, а густота линий из опилок будет соответствовать интенсивности этого действующий каталог магнит. Гуще всего они у концов магнита, где интенсивность магнитного поля наибольшая. Фарадей 1791 — 1867 ввел для магнитов понятие замкнутых линий индукции. Линии индукции выходят в окружающее пространство из магнита у его северного полюса, входят в магнит у южного полюса и проходят внутри материала магнита от южного полюса обратно к северному, образуя замкнутую петлю. Полное число линий индукции, выходящих из магнита, называется магнитным потоком. Плотность магнитного потока, или магнитная индукция Вравна числу линий индукции, проходящих по нормали через элементарную площадку единичной величины. Магнитной индукцией определяется сила, с которой магнитное поле действует на находящийся в нем проводник с током. Если проводник, по которому проходит ток Iрасположен перпендикулярно линиям индукции, то по закону Ампера сила Fдействующая на проводник, перпендикулярна и полю, и проводнику и пропорциональна магнитной индукции, силе тока и длине проводника. Таким образом, для магнитной индукции B можно действующий каталог магнит выражение где F — сила в ньютонах, I — ток в амперах, l — длина в метрах. Единицей измерения магнитной индукции является тесла Тл см. Гальванометр — чувствительный прибор для измерения слабых токов. В гальванометре используется вращающий момент, возникающий при взаимодействии подковообразного постоянного магнита с небольшой токонесущей катушкой слабым электромагнитомподвешенной в зазоре между полюсами магнита. Вращающий момент, а следовательно, и отклонение катушки пропорциональны току и полной магнитной индукции в воздушном зазоре, так что шкала прибора при небольших отклонениях катушки почти линейна. Далее следует ввести еще одну величину, характеризующую магнитное действие электрического тока. Предположим, что ток проходит по проводу длинной катушки, внутри которой расположен намагничиваемый материал. Намагничивающей силой называется произведение электрического тока в катушке на число ее витков эта сила измеряется в амперах, так как число витков — величина безразмерная. Напряженность магнитного поля Н равна намагничивающей силе, приходящейся на единицу длины катушки. Таким образом, величина Н измеряется в амперах на метр; ею определяется намагниченность, приобретаемая материалом внутри катушки. В вакууме магнитная индукция B пропорциональна напряженности магнитного поля Н : где m 0 — т. Во многих материалах величина B приблизительно пропорциональна Однако в ферромагнитных материалах соотношение между B и Н несколько сложнее о чем будет сказано ниже. Источником энергии служит аккумуляторная батарея постоянного тока. На рисунке показаны также силовые линии поля электромагнита, которые можно выявить обычным методом железных опилок. Крупные электромагниты с железными сердечниками и очень большим числом ампер-витков, работающие в непрерывном режиме, обладают большой намагничивающей силой. Они создают магнитную индукцию до 6 Тл в промежутке между полюсами; эта индукция ограничивается действующий каталог магнит механическими напряжениями, нагреванием катушек и магнитным насыщением сердечника. Действующий каталог магнит гигантских электромагнитов без сердечника с водяным охлаждением, а также установок для создания импульсных магнитных полей был сконструирован Капицей 1894—1984 в Кембридже и в Институте физических проблем АН СССР и Биттером 1902—1967 в Массачусетском технологическом институте. На таких магнитах удавалось достичь индукции до 50 Тл. Сравнительно небольшой электромагнит, создающий поля до 6,2 Тл, потребляющий электрическую мощность 15 кВт и охлаждаемый жидким водородом, был разработан в Лосаламосской национальной лаборатории. Подобные поля получают при криогенных температурах. Магнитная проницаемость m — это величина, характеризующая магнитные свойства материала. Ферромагнитные металлы FeNiCo их сплавы обладают очень высокими максимальными проницаемостями — от 5000 для Fe до 800 000 для супермаллоя. В таких материалах при сравнительно малых напряженностях поля H возникают большие индукции Bдействующий каталог магнит связь между этими величинами, вообще говоря, нелинейна из-за действующий каталог магнит насыщения и гистерезиса, о которых говорится действующий каталог магнит. Ферромагнитные материалы сильно притягиваются магнитами. Они теряют свои магнитные свойства при температурах выше точки Кюри 770 ° С для Fe358 ° С для Ni1120 ° С для Co и ведут себя как парамагнетики, для которых индукция B вплоть до очень высоких значений напряженности H пропорциональна ей — в точности так же, как это имеет место в вакууме. Многие элементы действующий каталог магнит соединения являются парамагнитными при всех температурах. Парамагнитные вещества характеризуются тем, что намагничиваются во внешнем магнитном поле; если же это поле выключить, парамагнетики возвращаются в ненамагниченное состояние. Намагниченность в ферромагнетиках сохраняется и после выключения внешнего поля. Она характеризует неоднозначную действующий каталог магнит намагниченности магнитоупорядоченного материала от напряженности намагничивающего поля. С увеличением напряженности магнитного поля от исходной нулевой точки 1 намагничивание идет по штриховой линии 1 — 2причем величина m существенно изменяется по мере того, как возрастает намагниченность образца. В точке 2 достигается насыщение, т. Если теперь постепенно уменьшать величину H до нуля, то кривая B H уже не следует по прежнему пути, а проходит через точку 3обнаруживая как бы «память» материала о «прошлой истории», откуда и название «гистерезис». Очевидно, что при этом сохраняется некоторая остаточная намагниченность отрезок 1 — 3. После изменения направления намагничивающего поля на обратное кривая В Действующий каталог магнит проходит точку 4причем отрезок 1 — 4 соответствует коэрцитивной силе, препятствующей размагничиванию. Дальнейший рост значений - H приводит кривую гистерезиса в третий квадрант — участок 4 — 5. Следующее за этим уменьшение величины - H до нуля и затем возрастание положительных значений H приведет к замыканию петли гистерезиса через точки 67 и 2. Магнитно-твердые материалы характеризуются широкой петлей гистерезиса, охватывающей значительную площадь на диаграмме и потому соответствующей большим действующий каталог магнит остаточной намагниченности магнитной индукции и коэрцитивной силы. Узкая петля гистерезиса действующий каталог магнит. Такие сплавы и были созданы с целью снижения обусловленных гистерезисом энергетических потерь. Большинство подобных специальных сплавов, как и ферриты, обладают высоким электрическим сопротивлением, благодаря чему уменьшаются не только магнитные потери, но и электрические, обусловленные вихревыми токами. Магнитные материалы с высокой проницаемостью изготовляются путем отжига, осуществляемого выдерживанием при температуре около 1000 ° С, с последующим отпуском постепенным охлаждением до комнатной температуры. При этом очень существенны предварительная механическая и термическая действующий каталог магнит, а также отсутствие в образце примесей. Для сердечников трансформаторов в начале 20 в. Между 1915 и 1920 появились действующий каталог магнит сплавы Ni с Fe с характерной для них узкой и почти прямоугольной петлей гистерезиса. Особенно высокими значениями магнитной проницаемости m при малых значениях H отличаются сплавы действующий каталог магнит 50% Ni действующий каталог магнит, 50% Fe и му-металл 75% Ni18% Fe5% Cu2% Crтогда как действующий каталог магнит перминваре 45% Ni30% Fe25% Co величина m практически постоянна в широких пределах изменения напряженности поля. Среди современных магнитных материалов следует упомянуть супермаллой — сплав с наивысшей магнитной проницаемостью в его состав входит 79% Ni15% Fe и 5% Mo. Впервые догадка о том, что магнитные явления в конечном счете сводятся к электрическим, возникла у Ампера в 1825, когда он высказал идею замкнутых внутренних микротоков, циркулирующих в каждом атоме магнита. Однако без какого-либо опытного подтверждения наличия в веществе таких токов электрон был открыт Дж. Томсоном лишь в 1897, действующий каталог магнит описание структуры атома было дано Резерфордом и Бором в 1913 эта теория «увяла». Вебер высказал предположение, что каждый атом магнитного вещества представляет собой крошечный магнит, или магнитный диполь, так что полная намагниченность вещества достигается, когда все отдельные атомные магниты оказываются выстроенными в определенном порядке рис. Вебер полагал, что сохранять свое упорядочение вопреки возмущающему влиянию тепловых колебаний этим элементарным магнитам помогает молекулярное или атомное «трение». Его теория смогла объяснить намагничивание тел при соприкосновении с магнитом, а также их размагничивание при ударе или нагреве; наконец, объяснялось и «размножение» магнитов при разрезании намагниченной иглы или магнитного стержня на части. И все же эта теория не объясняла ни происхождения самих элементарных магнитов, ни явлений насыщения и гистерезиса. Теория Вебера была усовершенствована в 1890 Дж. Эвингом, заменившим его гипотезу атомного трения идеей межатомных ограничивающих сил, помогающих поддерживать упорядочение элементарных диполей, которые составляют постоянный магнит. Подход к проблеме, предложенный когда-то Ампером, получил вторую жизнь в 1905, когда Ланжевен объяснил поведение парамагнитных материалов, приписав каждому атому внутренний нескомпенсированный электронный ток. Согласно Ланжевену, действующий каталог магнит эти токи образуют крошечные магниты, хаотически ориентированные, когда внешнее поле отсутствует, но приобретающие упорядоченную ориентацию после его приложения. При этом приближение к полной упорядоченности соответствует насыщению намагниченности. Кроме того, Ланжевен ввел понятие магнитного момента, равного для отдельного атомного магнита произведению «магнитного заряда» полюса на расстояние между полюсами. Таким образом, слабый магнетизм парамагнитных материалов обусловлен суммарным магнитным моментом, создаваемым нескомпенсированными электронными токами. Вейс ввел понятие «домена», ставшее важным вкладом в современную теорию магнетизма. Вейс представлял домены в виде небольших «колоний» атомов, в пределах которых магнитные моменты всех атомов в силу каких-то причин вынуждены сохранять одинаковую ориентацию, так что каждый домен намагничен до насыщения. Отдельный домен может иметь линейные размеры порядка 0,01 мм и соответственно объем порядка 10 —6 мм действующий каталог магнит. Домены разделены так называемыми блоховскими стенками, толщина которых не превышает 1000 атомных размеров. «Стенка» и два противоположно ориентированных домена схематически изображены на рис. Такие стенки представляют собой «переходные слои», в которых происходит изменение направления намагниченности доменов. В общем случае на кривой первоначального намагничивания можно выделить три участка рис. На начальном участке стенка под действием внешнего поля движется сквозь толщу вещества, пока не встретит дефект кристаллической решетки, который ее останавливает. Увеличив напряженность поля, можно заставить стенку двигаться дальше, через средний участок между штриховыми линиями. Если после этого напряженность поля вновь уменьшить действующий каталог магнит нуля, то стенки уже не вернутся в исходное положение, так что образец останется действующий каталог магнит намагниченным. Этим объясняется гистерезис магнита. На конечном участке действующий каталог магнит процесс завершается насыщением намагниченности образца за счет упорядочения намагниченности внутри последних неупорядоченных доменов. Такой процесс почти полностью обратим. Магнитную твердость проявляют те материалы, у которых атомная решетка содержит много дефектов, препятствующих движению междоменных стенок. Этого можно достичь механической и термической обработкой, например путем сжатия и последующего спекания порошкообразного материала. В сплавах алнико их аналогах тот же результат достигается путем сплавления металлов в сложную структуру. Кроме парамагнитных и ферромагнитных материалов, существуют материалы с так действующий каталог магнит антиферромагнитными и ферримагнитными свойствами. Различие между этими видами магнетизма поясняется на рис. Исходя из представления о доменах, парамагнетизм можно рассматривать как явление, обусловленное наличием в материале небольших групп магнитных диполей, в которых отдельные диполи очень слабо взаимодействуют друг с другом или вообще не взаимодействуют и потому в отсутствие внешнего поля принимают лишь случайные ориентации рис. В действующий каталог магнит же материалах в пределах каждого домена существует сильное взаимодействие между отдельными диполями, приводящее к их упорядоченному параллельному выстраиванию рис. В антиферромагнитных материалах, напротив, взаимодействие между отдельными диполями приводит к действующий каталог магнит антипараллельному упорядоченному выстраиванию, так что полный магнитный момент каждого домена равен нулю рис. Наконец, в ферримагнитных материалах например, ферритах имеется как параллельное, так и антипараллельное упорядочение рис. Имеются два убедительных экспериментальных подтверждения существования доменов. Первое из них — так называемый эффект Баркгаузена, второе — метод порошковых фигур. Действующий каталог магнит установил, что при наложении внешнего поля на образец из ферромагнитного материала его намагниченность изменяется небольшими дискретными порциями. С точки зрения доменной теории это не что иное, как скачкообразное продвижение междоменной стенки, встречающей на своем пути отдельные задерживающие ее дефекты. Данный эффект обычно обнаруживается с помощью катушки, в которую помещается ферромагнитный стерженек или проволока. Если поочередно подносить к образцу и удалять от него сильный магнит, образец будет намагничиваться и перемагничиваться. Скачкообразные изменения намагниченности образца изменяют магнитный поток через катушку, и в ней возбуждается индукционный ток. Напряжение, возникающее при этом в катушке, усиливается и подается на вход пары акустических наушников. Щелчки, воспринимаемые через наушники, свидетельствует о скачкообразном изменении намагниченности. Для выявления доменной структуры магнита методом порошковых фигур на хорошо отполированную поверхность намагниченного материала наносят каплю коллоидной суспензии ферромагнитного порошка обычно Fe 3 O 4. Частицы порошка оседают в основном в местах максимальной неоднородности магнитного поля — на границах доменов. Такую структуру можно изучать под микроскопом. Был предложен также метод, основанный на прохождении поляризованного света сквозь прозрачный ферромагнитный материал. Первоначальная теория магнетизма Вейса в своих основных чертах сохранила свое значение до настоящего времени, действующий каталог магнит, однако, обновленную интерпретацию на основе представления о нескомпенсированных электронных спинах как факторе, определяющем атомный магнетизм. Гипотеза о существовании собственного момента у электрона была выдвинута в 1926 Уленбеком, и в настоящее время в качестве «элементарных магнитов» рассматриваются именно электроны как носители спина. Для пояснения этой концепции рассмотрим действующий каталог магнит. Две его оболочки K и Lближайшие к ядру, заполнены электронами, причем на первой из них размещены действующий каталог магнит, а на второй — восемь электронов. В K -оболочке спин одного из электронов положителен, а другого — отрицателен. В L -оболочке точнее, в двух ее подоболочках у четырех из восьми электронов положительные, а у других четырех — отрицательные спины. В обоих случаях спины электронов в пределах одной оболочки полностью компенсируются, так что полный магнитный момент равен нулю. Действующий каталог магнит M -оболочке ситуация иная, поскольку из шести электронов, находящихся в третьей подоболочке, пять электронов имеют спины, направленные в одну сторону, и лишь шестой — в другую. В результате остаются четыре нескомпенсированных спина, чем и обусловлены магнитные свойства атома железа. Во внешней N -оболочке всего два валентных электрона, которые не дают вклада в магнетизм атома железа. Сходным образом объясняется магнетизм и других ферромагнетиков, например никеля и кобальта. Поскольку соседние атомы в образце железа сильно взаимодействуют друг с другом, причем их электроны частично коллективизируются, такое объяснение следует рассматривать лишь как наглядную, но весьма упрощенную схему реальной ситуации. Теорию атомного магнетизма, основанную на учете спина электрона, подкрепляют два интересных гиромагнитных эксперимента, один из которых был проведен В первом из этих экспериментов цилиндрик из ферромагнитного материала подвешивался так, как показано на рис. Если по проводу обмотки пропустить ток, то цилиндрик поворачивается вокруг своей действующий каталог магнит. При изменении направления тока а следовательно, и магнитного поля он поворачивается в обратном направлении. В обоих случаях вращение цилиндрика обусловлено упорядочением электронных спинов. В эксперименте Барнетта, наоборот, так же подвешенный цилиндрик, резко приведенный в состояние вращения, в отсутствие магнитного поля намагничивается. Этот эффект объясняется тем, что при вращении магнетика создается гироскопический момент, стремящийся повернуть спиновые моменты по направлению собственной оси вращения. За более полным объяснением природы и происхождения короткодействующих сил, упорядочивающих соседние атомные магнитики и противодействующих разупорядочивающему влиянию теплового движения, следует обратиться к квантовой механике. Квантово-механическое объяснение природы действующий каталог магнит сил было предложено в 1928 Гейзенбергом, который постулировал существование обменных взаимодействий между соседними атомами. Слэтер показали, что обменные силы существенно возрастают с уменьшением расстояния между атомами, но по достижении некоторого минимального межатомного расстояния падают до нуля. Одно из первых обширных и систематических исследований магнитных свойств вещества было предпринято Он установил, что по своим магнитным свойствам все вещества можно разделить на три класса. К первому относятся вещества с резко выраженными магнитными свойствами, подобными свойствам железа. Такие действующий каталог магнит называются ферромагнитными; их магнитное поле заметно на значительных расстояниях см. Во второй класс попадают вещества, называемые парамагнитными; действующий каталог магнит свойства их в общем аналогичны свойствам ферромагнитных материалов, но гораздо слабее. Например, сила притяжения к полюсам мощного электромагнита может вырвать из ваших рук железный молоток, а чтобы обнаружить притяжение парамагнитного вещества к тому же магниту, нужны, как правило, очень чувствительные аналитические весы. К последнему, третьему классу относятся так называемые диамагнитные вещества. Они отталкиваются электромагнитом, т. При изучении магнитных свойств наиболее важное значение имеют измерения двух типов. Первый из них —измерения силы, действующей на образец вблизи магнита; так определяется намагниченность образца. Ко второму относятся измерения «резонансных» частот, связанных с намагничением вещества. Атомы представляют собой крошечные «гироскопы» и в магнитном поле прецессируют как обычный волчок под влиянием вращающего момента, создаваемого силой тяжести с частотой, которая может быть измерена. Кроме того, на свободные заряженные частицы, движущиеся под прямым действующий каталог магнит к линиям магнитной индукции, действует сила, как и на электронный ток в проводнике. Частота такого кругового движения равна где f измеряется в герцах, e — в кулонах, m — в килограммах, B — в теслах. Эта частота характеризует движение заряженных частиц в веществе, находящемся в магнитном поле. Оба типа движений прецессию и движение по круговым орбитам можно возбудить переменными полями с резонансными частотами, равными «естественным» частотам, характерным для данного материала. В первом случае резонанс называется магнитным, а во втором — циклотронным ввиду сходства с циклическим движением субатомной частицы в циклотроне. Говоря о магнитных свойствах атомов, необходимо особо остановиться на их моменте импульса. Магнитное поле действует на вращающийся атомный диполь, стремясь повернуть его и установить параллельно полю. Вместо этого атом начинает прецессировать действующий каталог магнит направления поля рис. Прецессия атомов не поддается непосредственному наблюдению, поскольку все атомы образца прецессируют в разной фазе. Если же приложить небольшое переменное поле, направленное перпендикулярно постоянному упорядочивающему полю, то между прецессирующими атомами устанавливается определенное фазовое соотношение их суммарный магнитный момент начинает прецессировать с частотой, равной частоте прецессии отдельных магнитных моментов. Важное значение имеет угловая скорость прецессии. Принципиальная схема установки для наблюдения ядерного магнитного резонанса ЯМР представлена на рис. В однородное постоянное поле между полюсами вводится изучаемое вещество. Если затем с помощью небольшой катушки, действующий каталог магнит пробирку, возбудить радиочастотное поле, то можно добиться резонанса на определенной частоте, равной частоте прецессии всех ядерных «гироскопов» образца. Измерения сходны с настройкой радиоприемника на частоту определенной станции. Методы магнитного резонанса позволяют исследовать не только магнитные свойства конкретных атомов и ядер, но и свойства их окружения. Дело в том, что магнитные поля в твердых телах и молекулах неоднородны, поскольку искажены атомными зарядами, и детали хода экспериментальной действующий каталог магнит кривой определяются локальным полем в области расположения прецессирующего ядра. Это и дает возможность изучать особенности структуры конкретного образца резонансными методами. Магнитная индукция действующий каталог магнит Земли составляет 0,5 Ч 10 —4 Тл, тогда как поле между полюсами сильного электромагнита — порядка 2 Тл и более. Магнитное поле, создаваемое какой-либо конфигурацией токов, можно вычислить, пользуясь формулой Био — Савара — Лапласа для магнитной индукции поля, создаваемого элементом тока. Расчет поля, создаваемого контурами разной формы и цилиндрическими катушками, во многих случаях весьма сложен. Ниже приводятся формулы для ряда простых случаев. Магнитная индукция в теслах поля, создаваемого длинным прямым проводом с током I амперна расстоянии r метров от провода равна Индукция в центре кругового витка радиуса R с током I равна в тех же единицах : Плотно намотанная катушка провода без железного сердечника называется соленоидом. Во всех случаях магнитное поле тока направлено перпендикулярно этому току, а сила, действующая на ток в магнитном поле, перпендикулярна и току, и магнитному полю. Поле намагниченного железного стержня сходно с внешним полем длинного соленоида с числом ампер-витков на действующий каталог магнит длины, соответствующим току в атомах на поверхности намагниченного стержня, поскольку токи внутри стержня взаимно компенсируются рис. По имени Ампера такой поверхностный ток называется амперовским. Напряженность магнитного поля H aсоздаваемая амперовским током, равна магнитному моменту единицы объема стержня Если в соленоид вставлен железный стержень, то кроме того, что ток соленоида создает магнитное поле Hупорядочение атомных диполей в намагниченном материале стержня создает намагниченность В ферромагнитных веществах величина c может иметь очень большие значения —до 10 4 ё 10 6. Величина c у парамагнитных материалов немного больше действующий каталог магнит, а у диамагнитных — немного меньше. Лишь в вакууме и в очень слабых полях величины c и m постоянны и действующий каталог магнит зависят от внешнего поля. Зависимость индукции B от H обычно нелинейна, а ее графики, т. Магнитные свойства вещества весьма сложны, и для их глубокого понимания необходим тщательный анализ строения атомов, их взаимодействий в молекулах, их столкновений в газах их взаимного влияния в твердых телах и жидкостях; магнитные свойства жидкостей пока наименее изучены. Магнит за три тысячелетия. Электрические и магнитные явления. Киев, 1981 Мишин Магнетизм действующий каталог магнит Земле и в космосе.




Наташа Беличук

Собеседование можно пройти 14 января в пос. Каталог не содержит списка разновидностей.