• Вітчизняна наука та медицина в XIX – початку XX ст Хімія 19 століття
• Що таке пептиди? Типи та види пептидів. Все про пептиди та антивікова косметика з пептидами Додаткові пептиди не утворюються
• Токсична дія на людину небезпечних хімічних речовин
• Радіоавтографія Метод авторадіографії у цитології
• Ідентифікація бактерій за антигенною структурою
• Органічні речовини у стічній воді Що таке органічні сполуки у воді
• Водневий показник (pH-фактор)
• Що таке pH води і чому важливо його знати
• Окисно-відновлювальний потенціал Окисно-відновлювальні системи
• Оборотна окислювально-відновна система Оборотні окислювально-відновлювальні системи

З багаторічної технічної практики нам відомо, що індуктивність котушки залежить від характеристик середовища, де ця котушка знаходиться. Якщо в котушку з мідного дроту, що володіє відомою індуктивністю L0, додати феромагнітний сердечник, то за інших колишніх обставин струми самоіндукції (екстратоки замикання та розмикання) в даній котушці багаторазово збільшаться, експеримент це підтвердить, що і означатиме раз зросла в кілька дорівнюватиме L.

Експериментальне спостереження

Припустимо, що навколишнє середовище, речовина, що заповнює простір усередині і навколо описаної котушки, однорідно, і породжується струмом, що поточним по її проводу, локалізовано тільки в цій позначеній області, не виходячи за її межі.

Якщо котушка має тороїдальну форму, форму замкнутого кільця, то дане середовище разом з полем виявиться зосереджена тільки всередині об'єму котушки, бо зовні тороїда практично повністю відсутнє магнітне поле. Справедливо це положення і для довгої котушки - соленоїда, у якого всі магнітні лінії так само зосереджені всередині - по осі.

Для прикладу припустимо, що індуктивність деякого контуру або котушки без сердечника у вакуумі дорівнює L0. Тоді для такої ж котушки, але вже в однорідній речовині, яка заповнює простір, де присутні магнітні силові лінії даної котушки, індуктивність нехай дорівнюватиме L. У цьому випадку вийде, що відношення L/L0 – це ні що інше, як відносна магнітна проникність названої речовини (іноді говорять просто "магнітна проникність").

Стає очевидно: магнітна проникність - це величина, що характеризує магнітні властивості цієї речовини.Вона часто залежить від стану речовини (і від умов навколишнього середовища, таких як температура і тиск) і від його роду.

Розуміння терміна

Введення терміну «магнітна проникність», стосовно речовини, розміщеної в магнітному полі, аналогічно введенню терміну «діелектрична проникність» для речовини, що знаходиться в полі електричному.

Значення магнітної проникності, що визначається за наведеною вище формулою L/L0, може бути виражена як відношення абсолютних магнітних проникностей даної речовини і абсолютної порожнечі (вакууму).

Легко помітити: відносна магнітна проникність (вона ж - магнітна проникність) - це величина безрозмірна. А ось абсолютна магнітна проникність - має розмірність Гн/м, ту саму, що у магнітної проникності (абсолютної!) вакууму (вона ж - магнітна постійна).

Фактично бачимо, що середовище (магнетик) впливає індуктивність контуру, і це однозначно свідчить про те, що зміна середовища призводить до зміни магнітного потоку Ф, що пронизує контур, а значить і до зміни індукції, стосовно будь-якої точки магнітного поля.

Фізичний зміст даного спостереження полягає в тому, що при тому самому струмі котушки (при одній і тій же магнітній напруженості H), індукція її магнітного поля виявиться в певну кількість разів більше (у деяких випадках - менше) в речовині з магнітною проникністю мю ніж у повному вакуумі.

Це відбувається тому, що , і сама починає мати магнітне поле. Речовини, здатні таким чином намагнічуватись, називають магнетиками.

Одиниця виміру абсолютної магнітної проникності - 1 Гн/м (генрі на метр або ньютон на ампер у квадраті), тобто це магнітна проникність такого середовища, де за напруженості Н магнітного поля, що дорівнює 1 А/м - виникає магнітна індукція величиною 1 Тл.

Фізична картина явища

З вищевикладеного стає ясно, що різні речовини (магнетики) під дією магнітного поля контуру зі струмом намагнічуються, і в результаті виходить магнітне поле, що є сумою магнітних полів - магнітного поля від намагніченого середовища плюс від контуру зі струмом, тому воно відрізняється за величиною від поля тільки контуру зі струмом без середовища. Причина намагнічування магнетиків криється у існуванні дрібних струмів усередині кожного їхнього атома.

За значенням магнітної проникності, речовини класифікуються на діамагнетики (менше одиниці - намагнічуються проти прикладеного поля), парамагнетики (більше одиниці - намагнічуються у напрямку прикладеного поля) і феромагнетики (сильніше більше одиниці - намагнічуються, і мають намагніченість після відключення.

Феромагнетикам властивий , тому поняття «магнітна проникність» у чистому вигляді до феромагнетикам не застосовується, але в деякому діапазоні намагнічування, в деякому наближенні, можна виділити лінійну ділянку кривої намагнічування, для якого вдасться оцінити магнітну проникність.

У надпровідників магнітна проникність - 0 (оскільки магнітне поле повністю витісняється з їх обсягу), а абсолютна магнітна проникність повітря майже дорівнює мю вакууму (читай магнітною постійною). У повітря мю відносна трохи більше 1.

Магнітна проникність різна для різних середовищ і залежить від її властивостей, тому прийнято говорити про магнітну проникність конкретного середовища (маючи на увазі її склад, стан, температуру тощо).

У разі однорідного ізотропного середовища магнітна проникність μ:

μ = В/(μ o Н),

В анізотропних кристалах магнітна проникність – тензор.

Більшість речовин за значенням магнітної проникності поділяються на три класи:

• діамагнетики ( μ < 1 ),
• парамагнетики ( μ > 1 )
• феромагнетики (що мають більш виражені магнітні властивості, наприклад залізо).

Магнітна проникність надпровідників дорівнює нулю.

Абсолютна магнітна проникність повітря приблизно дорівнює магнітній проникності вакууму і в технічних розрахунках приймається рівною 4π · 10 -7 Гн/м

μ = 1 + χ (В одиницях СІ);

μ = 1 + 4πχ (В одиницях СГС).

Магнітна проникність фізичного вакууму μ =1, оскільки χ=0.

Магнітна проникність показує, у скільки разів абсолютна магнітна проникність даного матеріалу більша за магнітну постійну, тобто, у скільки разів магнітне поле макрострумів Нпосилюється за рахунок поля мікрострумів середовища. Магнітна проникність повітря та більшості речовин, за винятком феромагнітних матеріалів, близька до одиниці.

У техніці використовують кілька видів магнітної проникності залежно від конкретних застосувань магнітного матеріалу. Відносна магнітна проникність показує, у скільки разів у цьому середовищі сила взаємодії між проводами зі струмом змінюється порівняно з вакуумом. Чисельно дорівнює відношенню абсолютної магнітної проникності до постійної магнітної. Абсолютна магнітна проникність дорівнює добутку магнітної проникності на постійну магнітну.

У діамагнетиків χμχ>0 і μ > 1. Залежно від того, чи вимірюється μ феромагнетиків у статичному або змінному магнітному полі, її називають відповідно статичною або динамічною магнітною проникністю.

Магнітна проникність феромагнетиків складним чином залежить від Н . З кривої намагнічування феромагнетика можна побудувати залежність магнітної проникності від н.

Магнітну проникність, визначену за формулою:

μ = В/(μ o Н),

називають статичною магнітною проникністю.

Вона пропорційна тангенсу кута нахилу січної, проведеної з початку координат через відповідну точку на основній кривій намагнічування. Граничне значення магнітної проникності μ н при напруженості магнітного поля, що прагне нуля, називають початковою магнітною проникністю. Ця характеристика має найважливіше значення за технічному використанні багатьох магнітних матеріалів. Експериментально її визначають у слабких магнітних полях із напруженістю близько 0, 1 А/м.

Діелектрична проникність речовин

Примітка. Електрична стала ԑ o (діелектрична проникність вакууму) рівна: ԑ o = 1\4πс 2 * 10 7 Ф/м ≈ 8,85 * 10 -12 Ф/м

Магнітна проникність речовини

Примітка. Магнітна стала μ o (магнітна проникність вакууму) дорівнює: μ o = 4π * 10 -7 Гн/м ≈ 1,257 * 10 -6 Гн/м

Магнітна проникність феромагнетиків

У таблиці наведено значення магнітної проникності деяких феромагнетиків (речовин з μ > 1). Магнітна принижність для феромагнетиків (залізо, чавун, сталь, нікель та ін) не постійна. У таблиці наведено максимальні значення.

1 Пермаллою-68- сплав із 68% нікелю та 325 заліза; цей сплав застосовують виготовлення серцевиків трансформаторів.

Температура Кюрі

Питомий електричний опір матеріалів

Сплави високого опору

Температурні коефіцієнти електричного опору провідників

Надпровідність провідників

Примітки.
1. Надпровідністьвиявлена ​​у більш ніж 25 металевих елементів та у великої кількості сплавів та з'єднань.
2. Надпровідником з найбільш високою температурою переходу в надпровідний стан -23,2 К (-250,0 o C) - донедавна був германід ніобію (Nb 3 Ge). Наприкінці 1986 р. був отриманий надпровідник з температурою переходу 30 К (≈ -243 o С). Повідомляється про синтез нових високотемпературних надпровідників: керамік (виготовляється шляхом спікання оксидів барію, міді та лантану) з температурою переходу 90-120 К.

Питомий електричний опір деяких напівпровідників та діелектриків

Електричні властивості пластмас

Питомий електричний опір електролітів (при t=18 o З та 10-відсоткової концентрації розчину)

Примчання. Питома опір електролітів залежить від температури та концентрації, тобто. від відношення маси розчиненої кислоти, лугу або солі до маси води, що розчиняє. При зазначеній концентрації розчинів збільшення температури на 1 o З зменшує питомий опір розчину, взятого при 18 o С, на 0,012 гідроксиду натрію, на 0,022 - для мідного купоросу, на 0,021 - для хлориду натрію, на 0,013 для сірчаної кислоти і на 0, для 100 – процентної сірчаної кислоти.

Питоме електричне опір рідин

Магнітні властивості речовин

Подібно до того, як електричні властивості речовини характеризуються діелектричною проникністю, магнітні властивості речовини характеризуються магнітною проникністю.

Завдяки тому, що всі речовини, що знаходяться в магнітному полі, створюють власне магнітне поле, вектор магнітної індукції в однорідному середовищі відрізняється від вектора в тій же точці простору без середовища, тобто у вакуумі.

Ставлення називається магнітної проникністю середовища.

Отже, в однорідному середовищі магнітна індукція дорівнює:

Величина m у заліза дуже велика. У цьому можна переконатись на досвіді. Якщо вставити в довгу котушку залізний сердечник, магнітна індукція, згідно з формулою (12.1), збільшиться в m разів. Отже, в стільки разів збільшиться потік магнітної індукції. При розмиканні ланцюга, що живить котушку, що намагнічує, постійним струмом, у другій, невеликій котушці, намотаній поверх основний, виникає індукційний струм, що реєструється гальванометром (рис. 12.1).

Якщо в котушку вставлений металевий сердечник, то відхилення стрілки гальванометра при розмиканні ланцюга буде в m разів більше. Вимірювання показують, що магнітний потік при внесенні в котушку залізного сердечника може збільшитись у тисячі разів. Отже, магнітна проникність заліза величезна.

Існує три основні класи речовин з магнітними властивостями, що різко розрізняються: феромагнетики, парамагнетики та діамагнетики.

Феромагнетики

Речовини, у яких, подібно до заліза, m >> 1, називаються феромагнетиками. Крім заліза, феромагнетиками є кобальт і нікель, а також ряд рідкісноземельних елементів і багато сплавів. Найважливіша властивість феромагнетиків – існування вони залишкового магнетизму. Ферромагнітна речовина може знаходитися в намагніченому стані і без зовнішнього поля, що намагнічує.

Залізний предмет (наприклад, стрижень), як відомо, втягується в магнітне поле, тобто переміщається в область, де магнітна індукція більша. Відповідно, він притягується до магніту чи електромагніту. Це відбувається тому, що елементарні струми в залозі орієнтуються так, що напрямок магнітної індукції їхнього поля збігається з напрямком індукції поля, що намагнічує. В результаті залізний стрижень перетворюється на магніт, найближчий полюс якого протилежний полюс електромагніта. Протилежні полюси магнітів притягуються (рис. 12.2).

Рис. 12.2

СТОП! Вирішіть самостійно: А1-А3, В1, В3.

Парамагнетики

Існують речовини, які поводяться подібно до заліза, тобто втягуються в магнітне поле. Ці речовини називаються парамагнітними. До них відносяться деякі метали (алюміній, натрій, калій, марганець, платина та ін), кисень та багато інших елементів, а також різні розчини електролітів.

Так як парамагнетики втягуються в поле, то лінії індукції створюваного ними власного магнітного поля і поля, що намагнічує, спрямовані однаково, тому поле посилюється. Таким чином, у них m> 1. Але від одиниці m відрізняється вкрай незначно, всього на величину порядку 10 -5 ... 10 -6. Тож спостереження парамагнитных явищ потрібні потужні магнітні поля.

Діамагнетики

Особливий клас речовин є діамагнетикивідкриті Фарадеєм. Вони виштовхуються із магнітного поля. Якщо підвісити діамагнітний стрижень біля полюса сильного електромагніта, то він відштовхуватиметься від нього. Отже, лінії індукції створеного ним поля спрямовані протилежно лініям індукції поля, що намагнічує, тобто поле послаблюється (рис. 12.3). Відповідно у діамагнетиків m< 1, причем отличается от единицы на вели­чину порядка 10 –6 . Магнитные свойства у диамагнетиков вы­ражены слабее, чем у парамагнетиков.

Рис. 12.3

Рис. 12.4

До діамагнетиків відносяться вісмут, мідь, сірка, ртуть, хлор, інертні гази та практично всі органічні сполуки. Діамагнітним є полум'я, наприклад, полум'я свічки (головним чином за рахунок вуглекислого газу). Тому полум'я виштовхується із магнітного поля (рис. 12.4) .

Магнітне поле котушки визначається струмом і напруженістю цього поля, а індукція поля. Тобто. індукція поля у вакуумі пропорційна величині струму. Якщо ж магнітне поле створюється в певному середовищі або речовині, то поле впливає на речовину, а воно своєю чергою певним чином змінює магнітне поле.

Речовина, що знаходиться у зовнішньому магнітному полі, намагнічується і в ньому виникає додаткове внутрішнє магнітне поле. Воно пов'язане з рухом електронів внутрішньоатомними орбітами, а також навколо власної осі. Рух електронів і ядер атомів можна як елементарні кругові струми.

Магнітні властивості елементарного кругового струму характеризуються магнітним моментом.

За відсутності зовнішнього магнітного поля елементарні струми всередині речовини орієнтовані безладно (хаотично) і тому загальний або сумарний магнітний момент дорівнює нулю і в навколишньому просторі магнітне поле елементарних внутрішніх струмів не виявляється.

Вплив зовнішнього магнітного поля на елементарні струми в речовині полягає в тому, що змінюється орієнтація осей обертання заряджених частинок так, що їх магнітні моменти виявляються спрямованими в один бік. (У бік зовнішнього магнітного поля). Інтенсивність та характер намагнічування у різних речовин у однаковому зовнішньому магнітному полі значно відрізняються. Величину, що характеризує властивості середовища та вплив середовища на щільність магнітного поля, називають абсолютною магнітною проникністюабо магнітною проникністю середовища (μ з ) . Це ставлення = . Вимірюється [ μ з ]=Гн/м.

Абсолютна магнітна проникність вакууму називається магнітною постійною μ о =4? 10 -7 Гн/м.

Відношення абсолютної магнітної проникності до магнітної постійної називають відносною магнітною проникністюμ c / μ 0 = μ. Тобто. відносна магнітна проникність - це величина, що показує, у скільки разів абсолютна магнітна проникність середовища більша або менша за абсолютну проникність вакууму. μ - величина безрозмірна, що змінюється в широких межах. Ця величина покладена основою розподілу всіх матеріалів і середовищ на три групи.

Діамагнетики . У цих речовин μ< 1. К ним относятся - медь, серебро, цинк, ртуть, свинец, сера, хлор, вода и др. Например, у меди μ Cu = 0,999995. Эти вещества слабо взаимодействуют с магнитом.

Парамагнетики . У цих речовин μ > 1. До них відносяться - алюміній, магній, олово, платина, марганець, кисень, повітря та ін У повітря = 1,0000031. . Ці речовини, як і діамагнетики, слабо взаємодіють з магнітом.

Для технічних розрахунків діамагнітних і парамагнітних тіл приймається рівною одиниці.

Феромагнетики . Це особлива група речовин, які грають величезну роль електротехніці. У цих речовин μ >> 1. До них відносяться залізо, сталь, чавун, нікель, кобальт, гадоліній та сплави металів. Ці речовини дуже притягаються до магніту. У цих речовин μ = 600-10 000. У деяких сплавів μ досягає рекордних значень до 100 000. Слід зазначити, що μ для феромагнітних матеріалів непостійна і залежить від напруженості магнітного поля, виду матеріалу та температури.

Велике значення µ у феромагнетиках пояснюється тим, що в них є області мимовільного намагнічування (домени), в межах яких елементарні магнітні моменти однаково спрямовані. Складаючись, вони утворюють загальні магнітні моменти доменів.

Без магнітного поля магнітні моменти доменів орієнтовані хаотично і сумарний магнітний момент тіла або речовини дорівнює нулю. Під дією зовнішнього поля магнітні моменти доменів орієнтуються в один бік і утворюють загальний магнітний момент тіла, спрямований у той самий бік, що й зовнішнє магнітне поле.

Цю важливу особливість використовують на практиці, застосовуючи феромагнітні осердя в котушках, що дозволяє різко посилити магнітну індукцію і магнітний потік при тих же значеннях струмів і числа витків або, інакше кажучи, концентрувати магнітне поле відносно малому обсязі.

• Діяльність та педагогічні погляди вона амоса коменського
• Константа швидкості обчислюється за формулою Значення константи швидкості
• Фазові діаграми двокомпонентних систем "полімер - розчинник" Фазові діаграми двокомпонентних систем "полімер - розчинник"
• Тонка та надтонка структура оптичних спектрів
• Як вивчити хімію самостійно з нуля: ефективні способи
• Властивості та характеристика алкенів
• Характеристика студента з місця проходження практики
• Характеристика на студента, який проходив практику на підприємстві: правила написання
• Біографія фарадея. Великі вчені. Майкл Фарадей. відкриття електромагнітного обертання
• Сучасні інновації в освіті

• Заступники у бензольному кільці поділяються на дві групи Реакції бензольного кільця
• Типи хімічних реакцій в органічній хімії Реакції електрофільного приєднання
• Способи поділу неоднорідних сумішей
• Поліметакрилова кислота
• Загальна характеристика елементів підгрупи VI A Елементи 6 а підгрупи
• Теоретичні основи фізики
• Теорія графів у хімії. Граф теорія. Основні визначення та теореми теорії графів
• Алгебра та гармонія у хімічних додатках
• Тести з курсу «Екологія та природокористування
• Директор WWF Росії Ігор Честін: Якутія серед лідерів Я знаю, що Ви багато подорожуєте… Навіщо Вам це