Ферромагнетики и электромагниты

Физика > Ферромагниты и электромагниты

 

Ферромагнетики и электромагниты – описание, магнитные свойства, характеристика, сила намагничивания, применение, температура Кюри, магнитная проницаемость.

Есть два типа магнитов и ферромагнетиков, способных поддерживать постоянное магнитное поле, и электромагниты, сформированные потоком тока.

Задача обучения

• Разобраться в типах магнитов.

Основные пункты

• Мощные электромагнитных эффекты проявляются лишь в определенных материалах (никель, железо, кобальт и гадолиний). Их именуют ферромагнитными.
• Магнитные домены (участки с однородной формой) ориентированы беспорядочно в немагнитном ферромагнитном материале, но могут выровняться из-за влияния внешнего магнитного поля.
• Если ферромагнит нагреть до температуры Кюри, то он утратит магнетизм.
• В электромагните магнитное поле формируется потоком тока.
• Соленоид (мощный электромагнит) можно создать, обмотав катушку проводами.

Термины

• Соленоид – катушка с проводами, функционирующая в качестве магнита при проходе электрического поля.
• Температура Кюри – отметка, выше которой материал теряет магнетизм.
• Магнитный домен – участок в магнитном материале с равномерной намагниченностью.

Ферромагнетики и электромагнит

Очень часто за магнит принимают постоянный магнит, которыми можно украсить холодильник. Правильно подобные объекты именовать ферромагнетиками. Есть также электромагниты, где магнитное поле создается при проходе тока.

Ферромагнетики

Только определенные материалы (кобальт, никель, железо) обладают сильными магнитными свойствами. За это их именуют ферромагнетиками (от латинского ferrum – железо). Есть также и слабые материалы, чья чувствительность измеряется специальными приборами. Ферромагнетики не только активно реагируют на присутствие магнита, но и способны намагничиваться (можно превратить в магниты).

Если приблизить магнит в немагнитному феррамагниту, то первый создает локальную намагниченность. При создании током магнитного поля в микроскопическом масштабе, появляются участки в материале (магнитные домены). В пределах этих доменов полюса отдельных атомов выравниваются и каждый функционирует как миниатюрный магнит. Реагируя на внешнее магнитное поле, домены способны увеличиваться до миллиметрового размера и выравниваться. Подобная индуцированная намагниченность может стать стабильной, если материал нагреть и охладить.

Ток (I), протекающий сквозь магнитное поле (В). Поле ориентировано в соответствии с правилом правой руки

(а) – Немагнитная часть железа обладает случайно ориентированными участками. (b) – При намагничивании внешним полем домены демонстрируют серьезные выравнивания, а некоторые вырастают за счет других. Отдельные атомы выравниваются внутри доменов, и каждый атом функционирует как самостоятельный магнит

Постоянный магнит способен размагнититься при жестких ударах или нагреве в отсутствии другого магнита. Есть определенная температура для ферромагнитных материалов – температура Кюри. Если их нагреть выше этой отметки, то они потеряют намагниченность (1043 К или 770 °С для железа).

Электромагниты

Магнитное поле формируется из-за перемещения электрического тока. Оно выключится, как только ток исчезнет. Их активно применяют в электрических устройствах (генератор, двигатель, громкоговоритель, реле, жесткий диск).

Электрический ток в проводе формирует вокруг него магнитное поле. Чтобы сконцентрировать его, на катушку множество раз наматывают проволоку. Магнитное поле от каждого завитка проходит сквозь центр катушки, формируя внутри мощное магнитное поле. По форме катушка напоминает вытянутую трубу (спираль) – соленоид. Если внутри скрыта сердцевина (например, из мягкого железа), то мощность увеличивается.

Простой электромагнит, представленный изолированной проволокой катушкой с железным сердечником. Генерируемая магнитным полем сила выступает пропорциональной величине тока.

Направление магнитного поля сквозь катушку можно сравнить с правилом правой руки. Если пальцы имитируют скручивание катушки, то большой палец укажет на направление поля внутри нее. Сторона магнита, из которой появляются линии поля, определяется как северный полюс. Главное преимущество электромагнита в том, что он способен быстро создавать нужный диапазон поля. Но для этого требуется постоянно добавлять электрическую энергию.

---