Магнитный гистерезис. Точка Кюри

Гистерезис означает запаздывание.

Столетов изучал свойства ферромагнетиков, в частности, процесс их намагничивания.

Процесс намагничивания можно схематически изобразить так:

Рис. 3.11

Рис. 3.12

Если напряженность магнитного поля равна нулю, вещество не вернется в прежнее состояние. Ордината В₀ — остаточная намагниченность.

Остаточная намагниченность В₀ — значение магнитной индукции вещества в отсутствие внешнего магнитного поля.

С помощью коммутатора меняли направление тока в соленоиде. Увеличим ток соленоида в противоположном направлении. При некотором значении напряженности магнитного поля вещество размагнитится полностью.

Коэрцитивная сила Н_с — это значение напряженности м.п., при которой вещество полностью размагнитится.

Изменение индукции внутреннего поля все время запаздывает в отношении индукции внешнего поля.

Ферромагнетик— такой материал, который обладает “памятью”. Все процессы зависят от того, что было с ним раньше.

Точка Кюри - это температура, при которой ферромагнетик теряет свои ферромагнитные свойства, при этом области спонтанного намагничивания (домены) разрушаются.

Магнитные материалы и их применение

• сильные электромагниты для поднятия грузов,

• слабые электромагниты используются в электромагнитных реле,

• магнитная очистка воды,

• устройства из ферромагнетиков применяют в вычислительной технике для записи, хранения и считывания информации.

Вопросы для самоподготовки

1. Что такое вектор намагниченности.

2. Магнитная проницаемость вещества.

3. Диамагнетики. Их строение.

4. Парамагнетики. Их строение.

5. Ферромагнетики. Их строение.

6. Петля гистерезиса.

7. Точка Кюри.

ЛЕКЦИЯ № 18

Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции было обнаружено опытным путем в 1831 г. английским физиком М. Фарадеем. Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом электропроводящем контуре при изменении магнитного потока через площадь, ограниченную этим контуром. Этот ток называется индукционным.

Изменение магнитного потока можно производить разными способами:

1) изменять модуль вектора магнитной индукции B;

2) изменять направление вектора B (т. е. изменять угол α );

3) перемещать проводники, составляющие контур (т. е. изменять площадь контура S).

Основываясь на законе сохранения энергии, петербургский профессор Э.Х. Ленц предложил правило, по которому определяется направление индукционного тока.

Согласно правилу Ленца, индукционный ток имеет такое направление, при котором его магнитное поле противодействует изменениям внешнего магнитного потока.

Поясним правило Ленца на следующей модели.

Пусть имеется два контура, по одному из которых течет ток i₁.

Рис. 3.13

При приближении первого контура ко второму, индукция поля в области второго контура увеличивается, поэтому направление магнитного поля , связанного с индукционным током i₂, должно быть таково, чтобы препятствовать этому увеличению, т. е. , отсюда определим направление i₂ (рис. 3.14,а,б).

Рис. 3.14,а,б.

Опыты по изучению электромагнитной индукции показали, что чем быстрее изменяется магнитный поток, тем большая сила тока возникает в контуре. Известно, что в проводнике появляется электрический ток в том случае, когда на свободные заряды проводника действуют сторонние силы. Работу этих сил по перемещению единичного положительного заряда называют электродвижущей силой (ЭДС).

Закон электромагнитной индукции, закон Фарадея - Ленца, формулируется следующим образом:

ЭДС индукции в контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего поверхность, охваченную контуром, взятой с обратным знаком, т. е.

(3.17)

Знак минус отражает соответствие направления индукционного тока правилу Ленца. Формула (3.17) справедлива для всех возможных случаев изменения магнитного потока, так как вывод этой формулы основан на универсальном законе природы - законе сохранения энергии. При изучении явления электромагнитной индукции установлена теснейшая взаимосвязь между электрическими и магнитными полями. Изменяющееся по времени магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле порождает магнитное. Это открытие послужило базой для создания единой теории электромагнитного поля и впоследствии стало одной из основ электротехники.

В электромагнетизме для характеристики свойств проводника возбуждать вокруг себя то или иное магнитное поле вводится понятие индуктивности проводника (в некотором смысле это аналогично введению понятия электроемкости в электростатике).

Ф = Li, следовательно L = Ф/i– индуктивность проводника.

Индуктивностью называется физическая величина, которая численно равна магнитному потоку при силе тока в проводнике в 1 Ампер.

Вычислим индуктивность соленоида. Возьмем соленоид такой длины, чтобы его можно было практически считать бесконечным. При протекании по нему тока I внутри соленоида возбуждается однородное поле, индукция которого равна Поток через каждый из витков равен =BS, а полный магнитный поток, сцепленный с соленоидом,

где l – длина соленоида (которая предполагается очень большой), S – площадь поперечного сечения, n – число витков на единицу длины (произведение nl дает полное число витков N).

Итак, для индуктивности очень длинного соленоида имеем

(3.18)

где V=lS – объем соленоида.

Токи Фуко.

Индукционные токи, возникающие в сплошных массивных проводниках. Это вихревые токи. По правилу Ленца они будут иметь такое направление, чтобы своим действием препятствовать причине, их вызывающей. Поэтому движущиеся проводники в магнитном поле испытывают сильное торможение. При этом они сильно нагреваются.

Применение: для успокаивания стрелки гальванометра, индукционные печи, сердечники трансформатора набирают из отдельных листов стали.