Диамагнетизм, ферромагнетизм, парамагнетизм

     При ослаблении внешнего магнитного поля до нуля ферромагнетики сохраняют остаточное намагничение, так как тепловое движение не в состоянии быстро дезориентировать магнитные моменты столь крупных образований, какими являются домены. Поэтому и наблюдается явление магнитного гистерезиса (рис. 8). Для того чтобы ферромагнетик размагнитить, необходимо приложить коэрцитивную силу; размагничиванию способствуют также встряхивание и нагревание ферромагнетика. Точка Кюри оказывается той температурой, выше которой происходит разрушение доменной структуры.

     Существование доменов в ферромагнетиках доказано экспериментально. Прямым экспериментальным методом их наблюдения является метод порошковых фигур. На тщательно отполированную поверхность ферромагнетика наносится водная суспензия мелкого ферромагнитного порошка (например, магнетита). Частицы оседают преимущественно в местах максимальной неоднородности магнитного поля, т. е. на границах между доменами. Поэтому осевший порошок вчерчивает границы доменов и подобную картину можно сфотографировать под микроскопом. Линейные размеры доменов оказались равными

10^-4—10^-2 см.

     Дальнейшее  развитие теории ферромагнетизма Френкелем и Гейзенбергом, а также ряд экспериментальных фактов позволили выяснить природу элементарных носителей ферромагнетизма. В настоящее время установлено, что магнитные свойства ферромагнетиков определяются спиновыми магнитными моментами электронов. Установлено также, что ферромагнитными свойствами могут обладать только кристаллические вещества, в атомах которых имеются недостроенные внутренние электронные оболочки с не- скомпенсированными спинами. В подобных кристаллах могут возникать силы, которые вынуждают спиновые магнитные моменты электронов ориентироваться параллельно друг другу, что и приводит к возникновению областей спонтанного намагничения. Эти силы, называемые обменными силами, имеют квантовую природу — они обусловлены волновыми свойствами электронов.

     Так как ферромагнетизм наблюдается  только в кристаллах, а они обладают анизотропией, то в монокристаллах ферромагнетиков должна иметь место анизотропия магнитных свойств (их зависимость от направления в кристалле). Действительно, опыт показывает, что при одних направлениях в кристалле его намагниченность при данном значении напряженности магнитного поля наибольшая (направление легчайшего намагничения), в других — наименьшая (направление трудного намагничения). Из рассмотрения магнитных свойств ферромагнетиков следует, что они похожи на сегнетоэлектрики.

     Существуют  вещества, в которых обменные силы вызывают антипараллельную ориентацию спиновых магнитных моментов электронов. Такие тела называются антиферромагнетиками. Их существование теоретически было предсказано Л. Д. Ландау. Антиферромагнетиками являются некоторые соединения марганца (МnО, МnF₂), железа (FеО, FеС1₂) и многих других элементов. Для них также существует антиферромагнитная точка Кюри (точка Нееля*), при которой магнитное упорядочение спиновых магнитных моментов нарушается и антиферромагнетик превращается в парамагнетик, претерпевая фазовый переход II рода.

     В последнее время большое значение приобрели полупроводниковые ферромагнетики — ферриты, химические соединения типа МеО-Fе₂О₃, где Ме— ион двухвалентного металла (Мn, Со, Ni, Сu, Mg, Zn, Сd, Fе). Они отличаются заметными ферромагнитными свойствами и большим удельным электрическим сопротивлением (в миллиарды раз большим, чем у металлов). Ферриты применяются для изготовления постоянных магнитов, ферритовых антенн, сердечников радиочастотных контуров, элементов оперативной памяти в вычислительной технике, для покрытия пленок в магнитофонах и видеомагнитофонах и т. д. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

*Л. Неель (род. 1904) – французский физик.

      3. Применение в машиностроении

 

      Применение  магнетиков очень многообразно, в  частности в машиностроение. Вот  некоторые из них:

1.  Электромашинные генераторы и электродвигатели - машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила (ЭДС). Действие электродвигателей основано на том, что на провод с током, помещенный в поперечное магнитное поле, действует сила.

 

 

Рис. 9

 

2. Постоянные грузоподъёмные магниты ЭЛМ и СК-И (рис. 9)

Идеально  подходит для подъёма и транспортировки  плоских и круглых заготовок, также с чувствительной поверхностью, абсолютно надёжны, так как отрывная сила составляет 3,5-кратное рекомендованной грузоподъёмности, легко переключаемые, простые в обращении, так как небольшой вес, компактные и надёжные, максимальная рабочая температура +80° C

3. Магнитные  жидкости – это уникальный технологический искусственно синтезированный материал, обладающий жидкотекучими и магнитоуправляемыми свойствами с широкими перспективами применения. Встречающиеся в природе жидкости с магнитным полем взаимодействуют слабо. Тем не менее, возможность управления жидкостью при помощи магнитного поля привлекательна для решения различных технических задач. Для этого были созданы искусственные сильномагнитные жидкие среды – магнитные жидкости, представляющие собой коллоидные растворы высокодисперсных ферромагнетиков в жидкостях-носителях, таких как вода, жидкие углеводороды, кремний- и фторорганические жидкости. Это удивительные жидкости, поверхность которых зависит от геометрии магнитного поля и образует в нем что-то вроде ежа.

4. Ферромагнитная жидкость способна снижать трение. Нанесенная на поверхность достаточно сильного магнита, например неодимового, она позволяет магниту скользить по гладкой поверхности с минимальным сопротивлением.

5. Ferrari использует магнитореологические жидкости в некоторых моделях машин для улучшения возможностей подвески. Под воздействием электромагнита, контролируемого компьютером, подвеска может мгновенно стать более жесткой или более мягкой.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

      На  западе внедрение сильных магнитов в повседневную жизнь (вплоть до бытовых  магнитов, игрушек для детей и  даже украшений) произошло так же быстро, как на смену виниловым  грампластинкам пришли компакт-диски. К сожалению, отечественный потребитель, если воспользоваться этим же сравнением, продолжает слушать граммофон. Справедливости ради, нужно отметить, что некоторые  предприятия строительной, нефтегазовой, деревообрабатывающей промышленности уже успешно используют новую  технику на постоянных магнитах, но доля этих предприятий ничтожно мала по сравнению с общим количеством  нуждающихся в этой технике.

      И, что самое парадоксальное, дело здесь  не в конкурентоспособности этих устройств. Конкурентов у этих изделий, попросту, нет. Они компактней, безопасней, не требуют затрат электроэнергии, а главное, дешевле применяемых  сегодня электромагнитных систем. Те изделия, которые не требуют электропитания для вспомогательных блоков могут  работать в поле, под землей и  под водой, днем и ночью - постоянно! В связи с этим, даже возобновились  дискуссии о разного рода идеях  вечных двигателей, летательных аппаратах, использующих альтернативные принципы. Быть может, это уже не за горами. Но, оказывается, можно упорно отвергать  даже то, чем уже пользуется весь мир.

      Несмотря  на инертность отечественного рынка, смотреть в будущее нужно с оптимизмом. На самом деле в нашей стране существуют предпосылки развития техники на постоянных сильных магнитах. Есть предприятия как старые, сумевшие "выжить" в сложный переходный период, не растерять людей и накопленные  знания, так и новые, образованные на базе научных институтов, которые  разрабатывают и постоянно расширяют  круг производимых изделий на основе постоянных магнитов, оснащая нашу промышленность по последнему слову.

 
 
 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 
 

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. Пособие для  вузов.- 2-е изд., перераб. и 

доп. –  М.: Высш. Шк.., 1990. – 478 с.: ил.

2. Детлаф А. А., Яворский Б. М. "Курс общей физики". — М.: Высшая школа, 1989г. - 302с.

3. Иверонова В. И. "Физический практикум". — М.: Физико-математическая литература, 1962г. - 289 с.

4. Попов В. С. "Теоретическая электротехника". — М.: Энергоатомиздат, 1990г.

5. Джанколи Д. "Физика". Том II. — М.: Мир,1998 г. – 203с. 

6. Магниты: Справочник / А.Б. Альтман, А.Н. Герберг, П.А. Гладышев и др.; Под ред. Ю.М. Пятина. - М.: Энергия, 1980. - 488 с.

 7. Мишин Д.Д. Магнитные материалы. М.: Высш. шк., 1991. 384 с.

8. Харт У.Г. Тенденция развития и структура мирового рынка постоянных магнитов со связующими: Тез. докл. XI11 Междунар. Конф. 25-29 сентября 2000 г. Суздаль. М., 2000. С. 18-19.

9. Сергеев B.B., Булыгина Т.П. Магнитотвердые материалы. М.: Энергия, 1980. - 224 с.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

10. Магнитные_материалы http://ru.wikipedia.org/wiki/.

11. http://www.elemash.ru/ru/manufacture/product/magnet/

12. http://www.energosovet.su/book695.html

 
 

Описание электронного источника

Мирощенков, А.И. Анализ деформаций станины токарного  станка с компью-терным управлением / А.И. Мирощенков, П.Г. Мазеин // Известия ЧНЦ УрО РАН. – http://www/sci.urc.ac.ru/news/2003_2/. – С. 67–71.

Международные профессиональные стандарты внутреннего  аудита. – http://www/iia-ru.ru/goods/index.html#top.

www.hbuk.co.uk/ap/ijhcs/webusability/benyon/benjon.html.