Тема 4: Магнітні властивості речовини

Тема. Магнітні властивості речовини

 

Мета уроку: дати учням уявлення про магнітні властивості речовини.

Тип уроку: комбінований урок.

ПЛАН УРОКУ

Контроль знань

15 хв.

Самостійна робота № 5 «Магнітне поле. Індукція магнітного поля. Сила Ампера й сила Лоренца»

Вивчення нового матеріалу

25 хв.

1. Магнітна проникність речовини.

2. Діамагнетики й парамагнетики.

3. Феромагнетики

Закріплення вивченого матеріалу

5 хв.

1. Якісні питання.

2. Навчаємося розв’язувати задачі

 

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Магнітна проникність речовини

Досі ми розглядали магнітне поле, яке створювали провідники зі струмом або рухомі електричні заряди, що перебувають у вакуумі. Якщо ж магнітне поле створюється не у вакуумі, а в якомусь іншому середовищі, то магнітне поле змінюється. Це пояснюється тим, що різні речовини, поміщені в магнітне поле, намагнічуються й самі стають джерелами магнітного поля. Речовини, здатні намагнічуватися в магнітному полі, називаються магнетиками.

Нехай магнітна індукція усередині котушки зі струмом без сердечника дорівнює 0. Якщо в котушку ввести сердечник, то в ньому створюється додаткове магнітне поле з магнітною індукцією1.

Результуюча магнітна індукція в стрижні дорівнює:

Для сердечників з різних речовин (нікель, кобальт і ін.) додаткова магнітна індукція неоднакова, значить, їхні магнітні властивості різні. Тому можна увести фізичну величину, що характеризує ці властивості.

Відношення  яке характеризує магнітні властивості середовища, дістало назву магнітної проникності цього середовища.

Таким чином, в однорідному середовищі магнітна індукція дорівнює:

де μ — магнітна проникність цього середовища.

2. Діамагнетики й парамагнетики

Залежно від значення відносної магнітної проникності всі речовини можна розділити на дві групи:

1) діамагнетики, для яких μ трохи менше за одиницю (μ < 1);

2) парамагнетики, для яких ц більше за одиницю (μ > 1).

Наприклад, вісмут (μ = 0,999824), мідь (μ = 0,999912), вода (μ = 0,999991), вольфрам (μ = 1,000175), кисень (μ = 1,000017), ебоніт (μ = 1,000014).

Відповідно до різних значень ц речовини по-різному поводяться в магнітному полі.

Ø  Діамагнетики — речовини, що намагнічуються проти напрямку зовнішнього магнітного поля.

За відсутності зовнішнього магнітного поля діамагнетики немагнітні. Під дією зовнішнього магнітного поля кожний атом діамагнетика набуває магнітного моменту, пропорційного магнітній індукції В, й напрямлений назустріч полю. Діамагнетики, які вносять у магнітне поле, послабляють це поле. Це ослаблення можна пояснити виникненням у діамагнетику внутрішнього магнітного поля, напрямленого проти зовнішнього магнітного поля.

Ø  Парамагнетики — речовини, які намагнічуються в зовнішньому магнітному полі в напрямку зовнішнього магнітного поля. Парамагнетики належать до слабомагнітних речовин.

Атоми (молекули або іони) парамагнетика мають свої магнітні моменти, які під дією зовнішніх полів орієнтуються за полем й тим самим створюють результуюче поле, що перевищує зовнішнє. Парамагнетики втягуються в магнітне поле. За відсутності зовнішнього магнітного поля парамагнетик не намагнічений, оскільки через тепловий рух власні магнітні моменти атомів орієнтовані зовсім безладно.

3. Феромагнетики

Феромагнетики зазвичай виділяють в окремий клас речовин з низки міркувань:

·       їхня магнітна проникність μ » 1;

·       μ у складний спосіб залежить від магнітної індукції намагнічувального поля;

·       феромагнітні властивості проявляються не в окремих атомах, а в кристалах у цілому;

·       за певної для даного феромагнетика температури феромагнітні властивості його зникають.

Ø  Феромагнетики — матеріали, що мають значну магнітну проникність.

До феромагнетиків належать залізо, кобальт, нікель, деякі сплави й хімічні сполуки.

Магнітна проникність феромагнетиків непостійна. Вона залежить від вектора магнітної індукції. Після вимикання зовнішнього магнітного поля феромагнетик залишається намагніченим, тобто створює магнітне поле в навколишньому просторі.

Упорядкована орієнтація елементарних струмів не зникає після вимикання зовнішнього магнітного поля. Завдяки цьому існують постійні магніти.

Необхідно звернути увагу учнів на те, що самі атоми феромагнітної речовини, будучи ізольованими один від одного, не проявляють ніяких феромагнітних властивостей.

Ø  Феромагнітні властивості — властивості речовини, а не окремих ізольованих атомів.

Отже, для виникнення феромагнетизму в речовині необхідна особлива кристалічна структура феромагнітних тіл.

За температури, більшої за деяку певну для даного феромагнетика, феромагнітні властивості його зникають. Цю температуру називають температурою Кюрі.

Наприклад, температура Кюрі для заліза становить 753 °С, для нікелю — 365 °С , для кобальту — 1000 °С .

Легкі удари в торець сталевого стрижня, розташованого уздовж ліній індукції магнітного поля Землі, полегшують намагнічування стрижня. Сильні удари по постійному магніту можуть спричинити його розмагнічування.

Феромагнетики застосовують у різноманітних технічних пристроях: постійні магніти, ферити, порошкові магніти, магнітні підсилювачі, магнітний звукозапис, магнітна дефектоскопія, магнітні сепаратори.

Наприкінці уроку можна більш докладно зупинитися на магнітному записі інформації.

 

ПИТАННЯ ДО УЧНІВ У ХОДІ ВИКЛАДУ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

Перший рівень

1. Чому полум’я виштовхується з магнітного поля?

2. Яка величина характеризує магнітні властивості середовища?

3. Як змінюється магнітна проникність заліза під час охолодження?

Другий рівень

1. Магнітний момент атома деякої речовини дорівнює нулю. До якого класу належить ця речовина?

2. Чому на заводах для перенесення розпечених болванок не застосовують електромагнітні піднімальні крани?

3. Під час нагрівання вище від точки Кюрі магніт розмагнічується. У які види перетворюється при цьому енергія магнітного поля?

 

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

1). Якісні питання

1. У якому напрямку в неоднорідному магнітному полі рухається кулька, виготовлена з:

а) парамагнетика;

б) діамагнетика?

2. Які переваги дає застосування в магнітних пристроях нових сплавів зі збільшеним значенням ц?

2). Навчаємося розв'язувати задачі

1. У якій воді — холодній або гарячій — звичайний смуговий магніт може підняти більший вантаж?

2. Цвяхи у ящики іноді упаковують у сильному магнітному полі. Чим вигідний такий спосіб упакування?

3. Як розмагнітити сталь і як зберегти магнітні властивості магніту постійними?

 

ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ

·       Відношення  що характеризує магнітні властивості середовища, дістало назву магнітної проникності даного середовища.

·       Діамагнетики — речовини, що намагнічуються проти напрямку зовнішнього магнітного поля.

·       Парамагнетики — речовини, які намагнічуються в зовнішньому магнітному полі в напрямку зовнішнього магнітного поля.

·       Феромагнетики — матеріали, що мають велику магнітну проникність.

·       Феромагнітні властивості — властивості речовини, а не окремих ізольованих атомів.

 

Домашнє завдання

Підр.: § 16.


Comments