Магнитные свойства материалов: пара-, диа- и ферромагнетики, сплавы и опыты

Свойства магнитных тел. Все вещества по своим магнитным свойствам делятся на две группы: на вещества парамагнитные и диамагнитные; ко второй группе относится большинство тел.

Из парамагнитных тел три первых вещества — железо, никель и кобальт — обладают очень сильно выраженными магнитными свойствами, в несравненно большей степени, чем все остальные; эти три тела выделены в особую группу тел, названных ферромагнитными (от латинского слова ferrum —железо).

Некоторые сплавы обладают почти такими же свойствами, как и железо, хотя составлены они из слабо магнитных тел, например, состав: 24% марганца, 15% алюминия и 61 % меди (сплав Гейслера) или 30% олова, 20% марганца и 50% меди. Известны также сплавы, по магнитным свойствам превосходящие железо, например: пермаллой (78% никеля, 21% железа, 1% приходится на кобальт, марганец и медь), перминвар (45% никеля, 25% кобальта и 30% железа), сплав Мишима (63 % железа, 25% никеля, 12% алюминия), альнико (51% железа, 24% кобальта, 14% никеля, 8% алюминия, 3% меди).

Чтобы дать представление об отличии парамагнитных тел от диамагнитных, надо указать следующие три свойства:

1) По сравнению с воздухом парамагнитные тела обладают большей магнитной проницаемостью, а диамагнитные — меньшей; поэтому, если в магнитное поле в воздухе поместить парамагнитное тело, то через него пройдут силовые линии в большем числе, чем они шли по воздуху (рис. 90); если же поместить диамагнитное тело, то через него прейдут силовые линии в меньшем числе, чем по воздуху (рис. 91).

Рис. 90-91. Магнитная проницаемость пара- и диамагнитных тел

2) Лёгкое подвешенное на нити тело из парамагнитного вещества притягивается полюсом магнита, из диамагнитного — отталкивается, т. е. парамагнитное тело стремится двигаться так, чтобы перейти в место магнитного поля с более густым расположением линий, с большей напряжённостью, а диамагнитное — в место с более редкими линиями.

2) Небольшой стерженёк, висящий на нити и помещённый между полюсами магнита, располагается вдоль силовых линий, если он сделан из парамагнитного вещества (рис. 92), и под прямым углом к силовым линиям, если он сделан из диамагнитного вещества, (рис. 93).

Рис. 92-93. Положение стерженька между полюсами магнита

Демонстрация опытов с пара- и диамагнитными телами встречает то затруднение, что у всех веществ (кроме группы ферромагнитных) магнитные свойства выражены крайне слабо; чтобы понять, в какой мере сказываются магнитные свойства, далее приведены числовые значения магнитной проницаемости для некоторых веществ (проницаемость воздуха принята за 1):

Чтобы обнаружить на опыте весьма слабые магнитные свойства пара- и диамагнитных тел, приходится выбрать один из двух путей: первый заключается в применении крайне сильных магнитных полей и весьма мощных электромагнитов, дающих при 40000 ампервитков магнитное поле более 30 000 эрстедов при мощности до 4 квт; кроме того, расстояние между полюсами доводят до 1 миллиметра при площади поперечного сечения полюсных наконечников в 30 мм². Электромагниты такой мощности для школы в большинстве случаев недоступны.

Рис. 94. Магнит Вейнгольда

Для школы остаётся выбрать второй путь: уменьшить, насколько возможно, размеры магнитных тел и опыты спроектировать на экран. В таком случае и сам электромагнит может иметь сравнительно небольшие размеры. Электромагнит изображён (в 1/3 натуральной величины) на рисунке 94. При токе от аккумулятора в 4 a подъёмная сила достигает 25 кГ.

Сведения об авторе и источнике:

Автор: Д. Д. Галанин, Е. Н. Горячкин, С. Н. Жарков, А. В. Павша, Д. И. Сахаров

Источник: Физический эксперимент в школе, том IV «Электричество»