Магнетизм

Благодаря различию свойств на уровне атомно-молекулярного строения все вещества по своим магнитным свойствам подразделяются на три класса — ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики.

Согласно закону Ампера, электрический ток производит магнитное поле. Электрон, вращающийся вокруг атома, можно рассматривать как циклический электрический ток очень малой силы и радиуса. Однако магнитное поле он, и это не удивительно, всё равно индуцирует. Фактически же, все электроны, вращаясь вокруг атомов, производят свое магнитное поле, и каждый атом, как следствие, обладает собственным магнитным полем, которое представляет собой суммарное поле, или суперпозицию магнитных полей отдельных электронов.

Теперь мы подходим к главному. В некоторых атомах равное число электронов вращается во всевозможных направлениях, и их магнитные поля взаимно гасятся. Однако в атомах некоторых элементов орбиты электронов могут быть ориентированы таким образом, что часть электронов производит магнитные поля, остающиеся некомпенсированными за счет полей электронов, обращающихся в противоположном направлении. И когда такие магнитные поля, связанные с вращением электронов по орбите, к тому же оказываются одинаково направленными у всех атомов кристаллической структуры вещества, он, в целом, создает вокруг себя стабильное и достаточно сильное магнитное поле. Любой фрагмент такого вещества представляет собой маленький магнит с четко выраженными северным и южным полюсами.

Именно совокупное поведение таких мини-магнитов атомов кристаллической решетки и определяет магнитные свойства вещества. По своим магнитным свойствам вещества делятся на три основных класса: ферромагнетики, парамагнетики и диамагнетики. Имеется также два обособленных подкласса материалов, выделенных из общего класса ферромагнетиков — антиферромагнетики и ферримагнетики. В обоих случаях эти вещества относятся к классу ферромагнетиков, но обладают особыми свойствами при низких температурах: магнитные поля соседних атомов выстраиваются строго параллельно, но в противоположных направлениях. Антиферромагнетики состоят из атомов одного элемента и, как следствие, их магнитное поле становится равным нулю. Ферримагнетики представляют собой сплав двух и более веществ, и результатом суперпозиции противоположно направленных полей становится макроскопическое магнитное поле, присущее материалу в целом.

Ферромагнетики

Некоторые вещества и сплавы (прежде всего, следует отметить железо, никель и кобальт) при температуре ниже точки Кюри приобретают свойство выстраивать свою кристаллическую решетку таким образом, что магнитные поля атомов оказываются однонаправленными и усиливают друг друга, благодаря чему возникает макроскопическое магнитное поле за пределами материла. Из таких материалов получаются постоянные магниты. На самом деле магнитное выравнивание атомов обычно не распространяется на неограниченный объем ферромагнитного материала: намагничивание ограничивается объемом, содержащим от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч атомов, и такой объем вещества принято называть доменом (от английского domain — «область»). При остывании железа ниже точки Кюри формируется множество доменов, в каждом из которых магнитное поле ориентировано по-своему. Поэтому в обычном состоянии твердое железо не намагничено, хотя внутри него образованы домены, каждый из которых представляет собой готовый мини-магнит. Однако под воздействием внешних условий (например, при застывании выплавленного железа в присутствии мощного магнитного поля) домены выстраиваются упорядоченно и их магнитные поля взаимно усиливаются. Тогда мы получаем настоящий магнит — тело, обладающее ярко выраженным внешним магнитным полем. Именно так устроены постоянные магниты.

Парамагнетики

В большинстве материалов внутренние силы выравнивания магнитной ориентации атомов отсутствуют, домены не образуются, и магнитные поля отдельных атомов направлены случайным образом. Из-за этого поля отдельных атомов-магнитов взаимно гасятся, и внешнего магнитного поля у таких материалов нет. Однако при помещении такого материала в сильное внешнее поле (например, между полюсами мощного магнита) магнитные поля атомов ориентируются в направлении, совпадающем с направлением внешнего магнитного поля, и мы наблюдаем эффект усиления магнитного поля в присутствии такого материла. Материалы, обладающие подобными свойствами, называются парамагнетиками. Стоит, однако убрать внешнее магнитное поле, как парамагнетик тут же размагничивается, поскольку атомы снова выстраиваются хаотично. То есть, парамагнетики характеризуются способностью к временному намагничиванию.

Диамагнетики

В веществах, атомы которых не обладают собственным магнитным моментом (то есть в таких, где магнитные поля гасятся еще в зародыше — на уровне электронов), может возникнуть магнетизм иной природы. Согласно второму закону электромагнитной индукции Фарадея, при увеличении потока магнитного поля, проходящего через токопроводящий контур, изменение электрического тока в контуре противодействует увеличению магнитного потока. Вследствие этого, если вещество, не обладающее собственными магнитными свойствами, ввести в сильное магнитное поле, электроны на атомных орбитах, представляющие собой микроскопические контуры с током, изменят характер своего движения таким образом, чтобы воспрепятствовать увеличению магнитного потока, то есть, создадут собственное магнитное поле, направленное в противоположную по сравнению с внешним полем сторону. Такие материалы принято называть диамагнетиками.

  

В отношении магнитных свойств вещества важно усвоить, что они зависят от конфигурации электронных орбит атомов. Даже после разбиения на отдельные атомы железо, например, сохранит свои ферромагнитные свойства. А вот при дальнейшем дроблении вы получите лишь элементарные частицы, которые собственными магнитными свойствами не обладают, и описать природу магнетизма будет уже нельзя. Итак, магнитные свойства вещества зависят исключительно от конфигурации элементарных частиц в составе атома и организации кристаллических доменов, но никак ни от свойства заряженных частиц атомной структуры.


10
Показать комментарии (10)
Свернуть комментарии (10)

  • sarapulov.yura  | 25.07.2007 | 22:25 Ответить
    интересно до атаса:
    если подвесить железо к магниту оно висит тоесть продиводействует силе гравитации при весе хотябы в 1кг должна тратится уйма энергии а он висит ну очень долго
    ВОПРОС
    откуда берется энергия??????????????????????
    Ответить
    • nesergeyan > sarapulov.yura | 15.08.2007 | 13:24 Ответить
      Задам глупее вопрос. А что такое Энергия ?
      Ответить
      • desteny_ > nesergeyan | 03.02.2008 | 17:29 Ответить
        Интеграл двжения
        Ответить
    • desteny_ > sarapulov.yura | 03.02.2008 | 17:38 Ответить
      потому что электрон всегда движеться вокруг атома
      Ответить
    • pmagnet > sarapulov.yura | 11.04.2009 | 01:20 Ответить
      Потенциальная энергия запасена в системе магнит-железка. Чтобы оторвать железку от магнита нужно совершить работу по преодолению сил притяжения.
      То же самое когда груз на наклонной плоскости не скатывается так как сила трения больше силы тяжести(вы ведь не удивляетесь откуда берется энергия в этом случае).

      магнит
      Ответить
    • Володя > sarapulov.yura | 31.12.2009 | 13:13 Ответить
      так магнит то кто-то держит, преодолевая силу тяжести ;)
      Ответить
  • $БLONDINKA$  | 12.04.2008 | 17:11 Ответить
    а где применяют парамагнетики и диамагнетики???
    Ответить
    • Vovanium > $БLONDINKA$ | 01.04.2009 | 14:20 Ответить
      Парамагнетики и диамагнетики - довольно широко в электротехнике и электроники. Например, они используются в качестве сердечников катушек индуктивности: парамагнетики увеличивают индуктивность, диамагнетики уменьшают. Из парамагнетиков с высокой магнитной проницаемостью делаются магнитопроводы (например, для электродвигателей) - магнитное поле 'втягивается' в них почти полностью, и позволяет его направить куда угодно.
      Ответить
      • pmagnet > Vovanium | 11.04.2009 | 01:35 Ответить
        VOVANIUM вы перепутали парамагнетик с ферромагнетиком.
        из элементов ферромагнетиками являются железо кобальт и никель а также некоторые редкоземельные элементы самарий неодим прозеодим и др.

        парамагнетиков гораздо больше это практически все элементы с нескомпенсированной внешней электронной оболочкой - водород литий бериллий кислород алюминий магний кальций натрий калий хром ванадий цирконий вольфрам молибден и прочие
        диамагнетики это вещества со скомпенсированным магнитным моментом (электроны движуться симметрично в разные стороны) - инертные газы гелий аргон криптон, металлы первой побочной группы медь серебро золото
        Такие материалы как медь и алюминий очень широко используются в электронике и электротехнике, но в основном из-зи того что они хорошое проводники электричества и тепла а не из-зи пара и диамагнитных свойств

        диа и парамагнитные свойства веществ находят крайне редкое применение в отличие от ферромагнетиков, так как восприимчивость к магнитному полю(ответная реакция) как у диа так и у парамагнетиков очень мала.

        диамагнетики во внешнем магнитном поле создают магнитный момент противоположный направлению внешнего поля и поэтому выталкиваются из него. на этом основано явление диамагнитной левитации. например диамагнитные вода и графит в очень сильном магнитном поле(более 5 Тл) начинают парить. Еще 100 лет назад ученые заставляли летать лягушек над полюсом сильного электромагнита.
        Ответить
  • aiana  | 02.02.2010 | 19:42 Ответить
    vse o4en' korotko i yasno! Spasibo!;-)
    Ответить
Написать комментарий

1600
Магнетизм
1820
1895
1895
1931
Железные стружки притягиваются к этому подковообразному магниту. Железо — ферромагнетик, следовательно сами стружки превращаются в мини-магниты

Железные стружки притягиваются к этому подковообразному магниту. Железо — ферромагнетик, следовательно сами стружки превращаются в мини-магниты

Элементы

© 2005-2017 «Элементы»