Нужно составить конспект

Краткий ответ: магнитные свойства вещества объясняются движением электронов и их собственным магнитным моментом — спином. При намагничивании магнитные моменты частиц ориентируются преимущественно одинаково. Особенно сильно это происходит в ферромагнетиках благодаря доменам.

Конспект § 6 «Магнитные свойства вещества»

1. Намагничивание вещества

Намагничивание — изменение магнитного состояния вещества под действием внешнего магнитного поля.

Все вещества, помещённые во внешнее магнитное поле, в некоторой степени намагничиваются и сами становятся источниками магнитного поля. Поэтому магнитная индукция в веществе отличается от магнитной индукции в вакууме.

2. Гипотеза Ампера

Согласно гипотезе Ампера:

• внутри атомов и молекул существуют элементарные электрические токи;
• они связаны с движением электронов;
• каждый такой ток создаёт магнитное поле.

Если элементарные токи ориентированы хаотично, их магнитные поля компенсируют друг друга:

\[ \vec B_{\text{сум}} \approx 0. \]

Поэтому тело не проявляет заметных магнитных свойств.

При намагничивании элементарные токи ориентируются более упорядоченно. Их магнитные поля складываются, и тело создаёт собственное магнитное поле. Действие множества элементарных токов можно представить как действие тока, текущего по поверхности тела.

Общее с поляризацией диэлектрика: внешнее поле приводит к упорядочиванию микроскопических электрических или магнитных диполей.

3. Магнитные моменты электронов

Магнитное поле электрона возникает благодаря:

1. его движению вокруг ядра;
2. собственному магнитному моменту электрона.

Спин — собственный момент импульса электрона. В упрощённой модели его можно представить как собственное вращение электрона.

Магнитную стрелку или рамку с током можно рассматривать как совокупность маленьких контуров с током, ориентированных одинаково.

4. Ферромагнетики и домены

Ферромагнетики — вещества, которые способны создавать наиболее сильные магнитные поля и сильно намагничиваться.

Примеры:

• железо;
• никель;
• кобальт;
• некоторые сплавы.

В ферромагнетиках существуют небольшие области — домены. Внутри домена магнитные моменты электронов ориентированы параллельно. Размер домена — примерно \(0{,}5\) мкм.

Состояние ферромагнетика без внешнего поля

Домены ориентированы хаотично, поэтому их магнитные поля взаимно компенсируются. Суммарное магнитное поле тела близко к нулю.

Действие внешнего поля

Под действием внешнего магнитного поля домены поворачиваются и ориентируются преимущественно вдоль линий магнитной индукции. Их поля складываются, поэтому магнитная индукция внутри ферромагнетика значительно увеличивается — в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с внешним полем.

После выключения внешнего поля домены не полностью возвращаются в исходное положение. Часть их ориентации сохраняется, поэтому ферромагнетик остаётся намагниченным. Так создаются постоянные магниты.

5. Виды магнитных материалов

Вид вещества	Поведение во внешнем поле
Диамагнетики	Ослабляют магнитное поле внутри себя. Индуцированное поле направлено противоположно внешнему.
Парамагнетики	Немного усиливают магнитное поле. Их магнитные моменты ориентируются по внешнему полю.
Ферромагнетики	Очень сильно усиливают поле благодаря упорядочиванию доменов. Могут сохранять намагниченность.

У диамагнетиков магнитные поля электронов без внешнего поля почти полностью компенсированы. У парамагнетиков компенсация неполная, поэтому атомы ведут себя как маленькие постоянные магниты.

6. Температура Кюри

Точка Кюри — температура, выше которой ферромагнитные свойства вещества исчезают.

Примеры:

• железо — около \(753^\circ\text{C}\);
• никель — около \(365^\circ\text{C}\);
• кобальт — около \(1000^\circ\text{C}\).

При нагревании выше точки Кюри ферромагнетик теряет способность сильно намагничиваться.

7. Применение ферромагнетиков

Ферромагнитные материалы используют:

• для изготовления сердечников катушек;
• в трансформаторах, генераторах и электродвигателях;
• в постоянных магнитах;
• в электроизмерительных приборах;
• в громкоговорителях и телефонах;
• в магнитных компасах;
• для записи и хранения информации.

Сердечник из ферромагнетика усиливает магнитное поле катушки, поэтому для получения нужного поля требуется меньшая сила тока и экономится электроэнергия.

Ферриты — ферромагнитные материалы, не проводящие электрический ток. Обычно это соединения оксидов железа с оксидами других веществ. Пример феррита — магнитный железняк.

8. Магнитная запись информации

Для записи информации используют магнитные ленты и тонкие магнитные плёнки.

Магнитная лента состоит из:

• гибкой основы, например полихлорвинила;
• рабочего слоя из очень мелких частиц ферромагнетика;
• связующего вещества.

Запись

1. Электрический сигнал поступает в обмотку электромагнита.
2. Электромагнит создаёт изменяющееся магнитное поле.
3. При движении ленты разные её участки намагничиваются по-разному.
4. Такое расположение намагниченных участков сохраняет информацию.

Воспроизведение

При движении намагниченной ленты около магнитной головки в ней возникает электрический сигнал. После усиления он поступает, например, на динамик.

В магнитной головке имеются:

1. сердечник электромагнита;
2. магнитная лента;
3. рабочий зазор;
4. обмотка электромагнита.

Тонкие магнитные плёнки применяют в запоминающих устройствах и на жёстких дисках. Запись и считывание выполняются магнитной головкой с очень узким зазором. Диск вращается, а головка перемещается над его поверхностью, не соприкасаясь с ней.

Проверка понимания

1. Почему ненамагниченный ферромагнетик почти не создаёт магнитного поля?
   Потому что его домены ориентированы хаотично, и их поля компенсируются.

2. Чем ферромагнетики отличаются от диа- и парамагнетиков?
   Они гораздо сильнее усиливают внешнее поле и могут сохранять намагниченность.

3. Что такое точка Кюри?
   Это температура, выше которой ферромагнитные свойства исчезают.

4. Как записывается информация на магнитный носитель?
   Изменяющееся поле электромагнита по-разному намагничивает отдельные участки ленты или диска.