Нажмите клавишу «Enter», чтобы перейти к содержанию

Магнитные Свойства Вещества скачать

Содержание

Магнитные Свойства Вещества скачать.rar
Закачек 1929
Средняя скорость 8895 Kb/s
Скачать

Магнитные Свойства Вещества скачать

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Костанайский Государственный Университет им. Ахмета Байтурсынова

Реферат по теме:

«Магнитные свойства вещества»

Выполнил: студент группы 08-101-31

Специальности 050718

Литвиненко Р.В.

Проверил: Сапа В.Ю.

Костанай 2009-2010год.

1) Классификация веществ по магнитным свойствам.

2) Классификация магнитных материалов.

3) Основные требования к материалам.

4) Ферромагнетики.

5) Диамагнетики и парамагнетики в магнитном поле.

6) Литература.

Классификация веществ по магнитным свойствам

По реакции на внешнее магнитное поле и характеру внутреннего магнитного упорядочения все вещества в природе можно подразделить на пять групп: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики, антиферромагнетики и ферримагнетики. Перечисленным видам магнетиков соответствуют пять различных видов магнитного состояния вещества: диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм, антиферромагнетизм и ферримагнетизм.

К диамагнетикам относят вещества, у которых магнитная восприимчивость отрицательна и не зависит от напряженности внешнего магнитного поля. К диамагнетикам относятся инертные газы, водород, азот, многие жидкости (вода, нефть и ее производные), ряд металлов (медь, серебро, золото, цинк, ртуть, галлий и др.), большинство полупроводников (кремний, германий, соединения АЗ В5 , А2 В6 ) и органических соединений, щелочно-галоидные кристаллы, неорганические стекла и др. Диамагнетиками являются все вещества с ковалентной химической связью и вещества в сверхпроводящем состоянии.

К парамагнетикам относят вещества с положительной магнитной восприимчивостью, не зависящей от напряженности внешнего магнитного поля. К числу парамагнетиков относят кислород, окись азота, щелочные и щелочноземельные металлы, некоторые переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля и редкоземельных элементов.

К ферромагнетикам относят вещества с большой положительной магнитной восприимчивостью (до 10 6 ), которая сильно зависит от напряженности магнитного поля и температуры.

Антиферромагнетиками являются вещества, в которых ниже некоторой температуры спонтанно возникает антипараллельная ориентация элементарных магнитных моментов одинаковых атомов или ионов кристаллической решетки. При нагревании антиферромагнетик испытывает фазовый переход в парамагнитное состояние. Антиферромагнетизм обнаружен у хрома, марганца и ряда редкоземельных элементов (Се, Nd, Sm, Тm и др.). Типичными антиферромагнетиками являются простейшие химические соединения на основе металлов переходной группы типа окислов, галогенидов, сульфидов, карбонатов и т.п.

К ферримагнетикам относят вещества, магнитные свойства которых обусловлены нескомпенсированным антиферромагнетизмом. Подобно ферромагнетикам они обладают высокой магнитной восприимчивостью, которая существенно зависит от напряженности магнитного поля и температуры. Наряду с этим ферримагнетики характеризуются и рядом существенных отличий от ферромагнитных материалов.

Свойствами ферримагнетиков обладают некоторые упорядоченные металлические сплавы, но, главным образом,- различные оксидные соединения, среди которых наибольший практический интерес представляют ферриты.

Классификация магнитных материалов

Применяемые в электронной технике магнитные материалы подразделяют на две основные группы: магнитотвердые и магнитомягкие . В отдельную группу выделяют материалы специального назначения .

К магнитотвердым относят материалы с большой коэрцитивной силой Нс . Они перемагничиваются лишь в очень сильных магнитных полях и служат для изготовления постоянных магнитов.

К магнитомягким относят материалы с малой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью. Они обладают способностью намагничиваться до насыщения в слабых магнитных полях, характеризуются узкой петлей гистерезиса и малыми потерями на перемагничивание. Магнитомягкие материалы используются в основном в качестве различных магнитопроводов: сердечников дросселей, трансформаторов, электромагнитов, магнитных систем электроизмерительных приборов и т. п.

Условно магнитомягкими считают материалы, у которых Нс 4 кА/м. Необходимо, однако, отметить, что у лучших магнитомягких материалов коэрцитивная сила может составлять менее 1 А/м, а лучших магнитотвердых материалах ее значение превышает 500 кА/м. По масштабам применения в электронной технике среди материалов специального назначения следует выделить материалы с прямоугольной петлей гистерезиса (ППГ), ферриты для устройств сверхвысокочастотного диапазона и магнитострикционные материалы.

Внутри каждой группы деление магнитных материалов по родам и видам отражает различия в их строении и химическом составе, учитывает технологические особенности и некоторые специфические свойства.

Свойства магнитных материалов определяются формой кривой намагничивания и петли гистерезиса. Магнитомягкие материалы применяются для получения больших значений магнитного потока. Величина магнитного потока ограничена магнитным насыщением материала, а потому основным требованием к магнитным материалам сильноточной электротехники и электроники является высокая индукция насыщения. Свойства магнитных материалов зависят от их химического состава, от чистоты используемого исходного сырья и технологии производства. В зависимости от исходного сырья и технологии производства магнитомягкие материалы делятся на три группы: монолитные металлические материалы, порошковые металлические материалы (магнитодиэлектрические) и оксидные магнитные материалы, кратко называемые ферритами.

Основные требования к материалам

Помимо высокой магнитной проницаемости и малой коэрцитивной силы магнитомягкие материалы должны обладать большой индукцией насыщения, т.е. пропускать максимальный магнитный поток через заданную площадь поперечного сечения магнитопровода. Выполнение этого требования позволяет уменьшить габаритные размеры и массу магнитной системы.

Магнитный материал, используемый в переменных полях, должен иметь, возможно, меньшие потери на перемагничивание, которые складываются в основном из потерь на гистерезис и вихревые токи.

Для уменьшения потерь на вихревые токи в трансформаторах выбирают магнитомягкие материалы с повышенным удельным сопротивлением. Обычно магнитопроводы собирают из отдельных изолированных друг от друга тонких листов. Широкое применение получили ленточные сердечники, навиваемые из тонкой ленты с межвитковой изоляцией из диэлектрического лака. К листовым и ленточным материалам предъявляется требование высокой пластичности, благодаря которой облегчается процесс изготовления изделий из них.

Важным требованием к магнитомягким материалам является обеспечение стабильности их свойств, как во времени, так и по отношению к внешним воздействиям, таким, как температура и механические напряжения. Из всех магнитных характеристик наибольшим изменениям в процессе эксплуатации материала подвержены магнитная проницаемость (особенно в слабых полях) и коэрцитивная сила.

Ферромагнетики.

Разделение веществ на диа-, пара- и ферромагнетики носит в значительной степени условный характер, т.к. первые два вида веществ отличаются по магнитным свойствам от вакуума менее чем на 0,05%. На практике все вещества обычно разделяют на ферромагнитные (ферромагнетики) и неферромагнитные, для которых относительная магнитная проницаемость m может быть принятой равной 1,0.

К ферромагнетикам относятся железо, кобальт, никель и сплавы на их основе. Они имеют магнитную проницаемость, превышающую проницаемость вакуума в несколько тысяч раз. Поэтому все электротехнические устройства, использующие магнитные поля для преобразования энергии, обязательно имеют конструктивные элементы, изготовленные из ферромагнитного материала и предназначенные для проведения магнитного потока . Такие элементы называются магнитопроводы .

Кроме высокой магнитной проницаемости ферромагнетики обладают сильно выраженной нелинейной зависимостью индукции B от напряженности магнитного поля H , а при перемагничивании связь между B и H становится неоднозначной. Функции B (H ) имеют особое значение, т.к. только с их помощью можно исследовать электромагнитные процессы в цепях, содержащих элементы, в которых магнитный поток проходит в ферромагнитной среде. Эти функции бывают двух видов: кривые намагничивания и петли гистерезиса .

Рассмотрим процесс перемагничивания ферромагнетика. Пусть первоначально он был полностью размагничен. Сначала индукция быстро возрастает за счет того, что магнитные диполи ориентируются по силовым линиям поля, добавляя свой магнитный поток к внешнему. Затем ее рост замедляется по мере того, как количество неориентированных диполей уменьшается и, наконец, когда практически все они ориентируются по внешнему полю рост индукции прекращается и наступает режим насыщения (рис. 1).

Если в процессе намагничивания довести напряженность поля до некоторого значения, а затем начать уменьшать, то уменьшение индукции будет происходить медленнее, чем при намагничивании и новая кривая будет отличаться от первоначальной. Кривая изменения индукции при увеличении напряженности поля для предварительно полностью размагниченного вещества называется начальной кривой намагничивания . На рис. 1 она показана утолщенной линией.

После нескольких (около 10) циклов изменения напряженности от положительного до отрицательного максимальных значений зависимость B =f (H ) начнет повторяться и приобретет характерный вид симметричной замкнутой кривой, называемой петлей гистерезиса . Гистерезисом называют отставание изменения индукции от напряженности магнитного поля . Явление гистерезиса характерно вообще для всех процессов, в которых наблюдается зависимость какой-либо величины от значения другой не только в текущем, но и в предыдущем состоянии, т.е. B 2 =f (H 2 , H 1 ) — где H 2 и H 1 — соответственно текущее и предыдущее значения напряженности.

Петли гистерезиса можно получить при различных значениях максимальной напряженности внешнего поля H m (рис. 2). Геометрическое место точек вершин симметричных циклов гистерезиса называется основной кривой намагничивания . Основная кривая намагничивания практически совпадает с начальной кривой.

Симметричная петля гистерезиса, полученная при максимальной напряженности поля H m (рис. 2), соответствующей насыщению ферромагнетика , называется предельным циклом .

Для предельного цикла устанавливают также значения индукции B r при H = 0, которое называется остаточной индукцией , и значение H c при B = 0, называемое коэрцитивной силой . Коэрцитивная (удерживающая) сила показывает, какую напряженность внешнего поля следует приложить к веществу, чтобы уменьшить остаточную индукцию до нуля.

Форма и характерные точки предельного цикла определяют свойства ферромагнетика. Вещества с большой остаточной индукцией, коэрцитивной силой и площадью петли гистерезиса (кривая 1 рис. 3) называются магнитнотвердыми . Они используются для изготовления постоянных магнитов. Вещества с малой остаточной индукцией и площадью петли гистерезиса (кривая 2 рис. 3) называются магнитномягкими и используются для изготовления магнитопроводов электротехнических устройств, в особенности работающих при периодически изменяющемся магнитном потоке.

При перемагничивании ферромагнетика в нем происходят необратимые преобразования энергии в тепло.

Пусть магнитное поле создается обмоткой, по которой протекает ток i . Тогда работа источника питания обмотки, затрачиваемая на элементарное изменение магнитного потока равна

Презентация была опубликована 5 лет назад пользователемdist-tutor.info

Похожие презентации

Презентация на тему: » Магнитные свойства вещества. Индукция магнитного поля в веществе отличается от индукции магнитного поля, в вакууме. Индукция магнитного поля в веществе.» — Транскрипт:

1 Магнитные свойства вещества

2 Индукция магнитного поля в веществе отличается от индукции магнитного поля, в вакууме. Индукция магнитного поля в веществе отличается от индукции магнитного поля, в вакууме. Физическая величина, показывающая, во сколько раз В в однородной среде отличается от В 0 в вакууме, называется магнитной проницаемостью: Физическая величина, показывающая, во сколько раз В в однородной среде отличается от В 0 в вакууме, называется магнитной проницаемостью: В0В0В0В0 В

4 Диамагнетики Золото Медь Серебро Висмут

5 Диамагнетики При внесении во внешнее магнитное поле диамагнитные образцы намагничиваются против внешнего поля. При внесении во внешнее магнитное поле диамагнитные образцы намагничиваются против внешнего поля. µ

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

7 Парамагнетики АлюминийВольфрам ЛитийПлатина

8 Парамагнетики При внесении во внешнее магнитное поле парамагнитные образцы намагничиваются так, что их собственное магнитное поле оказывается направленным по внешнему полю. При внесении во внешнее магнитное поле парамагнитные образцы намагничиваются так, что их собственное магнитное поле оказывается направленным по внешнему полю. µ >1 1″>

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

>1″ title=»Ферромагнетики Железо Никель Кобальт µ >>1″ class=»link_thumb»> 10 Ферромагнетики Железо Никель Кобальт µ >>1 >1″> >1″> >1″ title=»Ферромагнетики Железо Никель Кобальт µ >>1″>

11 Петля гистерезиса Кривая намагничивания B (B 0 ) ферромагнитного образца представляет собой петлю сложной формы, которая называется петлей гистерезиса. Кривая намагничивания B (B 0 ) ферромагнитного образца представляет собой петлю сложной формы, которая называется петлей гистерезиса.

12 Петля гистерезиса Стрелками указано направление процессов намагничивания и размагничивания ферромагнитного образца при изменении индукции B 0 внешнего магнитного поля. Стрелками указано направление процессов намагничивания и размагничивания ферромагнитного образца при изменении индукции B 0 внешнего магнитного поля.

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

вода, висмут, медь, золото, сера, ртуть, хлор, инертные газы и практически все органические соединения. вода, висмут, медь, золото, сера, ртуть, хлор, инертные газы и практически все органические соединения. Если стержень из диамагнетика подвесить в вакууме в однородном магнитном поле, то в положении равновесия он установится перпендикулярно линиям магнитной индукции

Диамагнетик не усиливает, а ослабляет внешнее магнитное поле. μ < 1 (например для золота μ = 0,999961) . Собственное магнитное поле, созданное диамагнетиком, направлено противоположно внешнему, и индукция внутри диамагнетика В меньше индукции В0 при отсутствии поля. Диамагнетик не усиливает, а ослабляет внешнее магнитное поле. μ < 1 (например для золота μ = 0,999961) . Собственное магнитное поле, созданное диамагнетиком, направлено противоположно внешнему, и индукция внутри диамагнетика В меньше индукции В0 при отсутствии поля. Магнитное поле внутри диамагнитных веществ несколько слабее, чем снаружи. Внешнее поле вблизи диамагнетика искажается; силовые линии поля как бы выталкиваются из диамагнитного тела.

Если диамагнетик поднести к определенному полюсу магнита, то он будет отталкиваться. Например, так как продуктами сгорания свечи являются диамагнитные частицы, то пламя свечи в магнитном поле будет отклоняться Если диамагнетик поднести к определенному полюсу магнита, то он будет отталкиваться. Например, так как продуктами сгорания свечи являются диамагнитные частицы, то пламя свечи в магнитном поле будет отклоняться

алюминий, кислород, молибден, платина, кальций, хром, соли железа, никеля, марганец алюминий, кислород, молибден, платина, кальций, хром, соли железа, никеля, марганец Если стержень из парамагнетика подвесить в вакууме в однородном магнитном поле, то он установится вдоль линий магнитной индукции Парамагнитные вещества не имеют остаточного магнетизма и после выключения намагничивающего поля, они теряют свои магнитные свойства.

При намагничивании парамагнетика его молекулярные токи располагаются так, что общее магнитное поле частиц оказывается направленным вдоль внешнего поля, намагничивающего парамагнетик. Действительно, каждая частица парамагнетика является элементарным магнитиком. Внешнее магнитное поле заставляет северные полюсы частиц поворачиваться в направлении внешнего поля. Магнитное поле, созданное парамагнетиком, усиливает, хотя и незначительно внешнее магнитное поле, поэтому индукция В результирующего поля больше магнитной индукции В0 поля при отсутствии парамагнетика При намагничивании парамагнетика его молекулярные токи располагаются так, что общее магнитное поле частиц оказывается направленным вдоль внешнего поля, намагничивающего парамагнетик. Действительно, каждая частица парамагнетика является элементарным магнитиком. Внешнее магнитное поле заставляет северные полюсы частиц поворачиваться в направлении внешнего поля. Магнитное поле, созданное парамагнетиком, усиливает, хотя и незначительно внешнее магнитное поле, поэтому индукция В результирующего поля больше магнитной индукции В0 поля при отсутствии парамагнетика

кристаллическое железо, никель, кобальт, многие сплавы этих элементов между собой и с другими неферромагнитными соединениями, а также сплавы и соединения хрома и марганца с неферромагнитными элементами кристаллическое железо, никель, кобальт, многие сплавы этих элементов между собой и с другими неферромагнитными соединениями, а также сплавы и соединения хрома и марганца с неферромагнитными элементами Намагниченность в ферромагнетиках сохраняется и после выключения внешнего поля.

Ферромагнетики во внешнем магнитном поле намагничиваются подобно парамагнетикам, они создают собственное магнитное поле. Это вещества, которые имеют самостоятельно намагниченные области (домены — от франц. domaine — владение). Понятие домена было введено П. Вейсом в 1907 г. 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 мм3. Домены разделены так называемыми блоховскими стенками, толщина которых не превышает 1000 атомных размеров. Такие стенки представляют собой «переходные слои», в которых происходит изменение направления намагниченности доменов. Ферромагнетики во внешнем магнитном поле намагничиваются подобно парамагнетикам, они создают собственное магнитное поле. Это вещества, которые имеют самостоятельно намагниченные области (домены — от франц. domaine — владение). Понятие домена было введено П. Вейсом в 1907 г. 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 мм3. Домены разделены так называемыми блоховскими стенками, толщина которых не превышает 1000 атомных размеров. Такие стенки представляют собой «переходные слои», в которых происходит изменение направления намагниченности доменов.

В 1907 высказал гипотезу о существовании в ферромагнетиках внутреннего взаимодействия, приводящего к самопроизвольной намагниченности, развил феноменологическую теорию Ферромагнетизма, теоретически предсказал и экспериментально изучил аномалию теплоёмкости и магнитокалорический эффект у ферромагнетиков и открыл закон температурной зависимости восприимчивости ферромагнетиков выше точки Кюри (Кюри — Вейса закон). В 1911 пришёл к выводу о существовании магнитного момента атома, который он назвал Магнетоном. Сконструировал мощные электромагниты и ряд приборов для магнитных и электрических измерений. В 1907 высказал гипотезу о существовании в ферромагнетиках внутреннего взаимодействия, приводящего к самопроизвольной намагниченности, развил феноменологическую теорию Ферромагнетизма, теоретически предсказал и экспериментально изучил аномалию теплоёмкости и магнитокалорический эффект у ферромагнетиков и открыл закон температурной зависимости восприимчивости ферромагнетиков выше точки Кюри (Кюри — Вейса закон). В 1911 пришёл к выводу о существовании магнитного момента атома, который он назвал Магнетоном. Сконструировал мощные электромагниты и ряд приборов для магнитных и электрических измерений.

Магнетизм Земли вызван токами внутри Магнетизм Земли вызван токами внутри

В ненамагниченном веществе оси доменов ориентированы хаотично. Общий магнитный эффект весьма мал или равен нулю ( Рис. б) Когда же все домены ориентируются в одном направлении, то вещество намагничивается, имея полюсы возле концов ( Рис. в). В ненамагниченном веществе оси доменов ориентированы хаотично. Общий магнитный эффект весьма мал или равен нулю ( Рис. б) Когда же все домены ориентируются в одном направлении, то вещество намагничивается, имея полюсы возле концов ( Рис. в).

Если все домены в ферромагнетике перемагнитятся в направлении внешнего поля, то дальнейшее усиление этого поля уже не вызовет дополнительного намагничивания ферромагнетика. Состояние наибольшего намагничивания ферромагнетика называется магнитным насыщением. Впервые с большим успехом это явление исследовал русский ученый А. Г. Столетов Если все домены в ферромагнетике перемагнитятся в направлении внешнего поля, то дальнейшее усиление этого поля уже не вызовет дополнительного намагничивания ферромагнетика. Состояние наибольшего намагничивания ферромагнетика называется магнитным насыщением. Впервые с большим успехом это явление исследовал русский ученый А. Г. Столетов Магнитное поле внутри ферромагнитных веществ во много раз сильнее, чем в парамагнетиках

Ферромагнитными веществами или ферромагнетиками являются вещества, магнитная проницаемость которых значительно превышает единицу, μ >> 1 (например, для чистого железа μ = 104) от 5000 (для Fe) до 800 000 (для супермаллоя). Ферромагнитными веществами или ферромагнетиками являются вещества, магнитная проницаемость которых значительно превышает единицу, μ >> 1 (например, для чистого железа μ = 104) от 5000 (для Fe) до 800 000 (для супермаллоя). Внешнее поле вокруг ферромагнетика оказывается значительно более искаженным, чем в случае парамагнетика, и имеет такой вид, как если бы его силовые линии оказались втянутыми и ферромагнетик

Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов.


Статьи по теме