90. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

Магнитная проницаемость. Вы знаете, что магнитное поле создается не только электрическими токами, но и постоянными магнитами. Постоянные магниты могут быть изготовлены лишь из немногих веществ, но все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т. е. сами создают магнитное поле. Благодаря этому вектор магнитной индукции В в однородной среде отличается от вектора Во в той же точке пространства в вакууме.

Отношение характеризующее магнитные свойства среды, получило название магнитной проницаемости среды.

Итак, в однородной среде магнитная индукция равна:

где — магнитная проницаемость.

Гипотеза Ампера. Причина, вследствие которой тела обладают магнитными свойствами, была впервые найдена французским ученым Ампером. Сначала под непосредственным впечатлением от наблюдения поворачивающейся вблизи проводника с током магнитной стрелки в опытах Эрстеда Ампер предположил, что магнетизм Земли вызван токами, текущими внутри земного шара. Главный шаг был сделан: магнитные свойства тела можно объяснить циркулирующими внутри него токами. Далее Ампер пришел к общему заключению: магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него. Этот решающий шаг от возможности объяснения магнитных свойств тел токами к категорическому утверждению, что магнитные взаимодействия — это взаимодействия токов, — свидетельство большой научной смелости Ампера.

Рис. 232

Согласно гипотезе Ампера внутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи. (Теперь мы хорошо знаем, что эти токи образуются вследствие движения электронов в атомах.) Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены вследствие беспорядочного теплового движения молекул хаотически по отношению друг к другу (рис. 232, а), то их действие взаимно компенсируется и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает. В намагниченном состоянии элементарные токи в теле ориентированы так, что их действия складываются (рис. 232, б).

Гипотеза Ампера объясняет, почему магнитная стрелка и рамка (контур) с током в магнитном поле ведут себя одинаково (см. § 83). Стрелку можно рассматривать как совокупность маленьких контуров с током, ориентированных одинаково.

В телах с большой магнитной проницаемостью называемых ферромагнитными (железо, кобальт, никель, гадолиний и многие сплавы), магнитные поля, однако, создаются не вследствие вращательного движения электронов вокруг ядер, а вследствие «собственного вращения» Электрон всегда как бы вращается вокруг своей оси и, обладая зарядом, создает магнитное поле наряду с полем, появляющимся за счет орбитального движения.

Ферромагнетики и их применения. Хотя ферромагнитных тел в природе не так уж много, именно они имеют наибольшее практическое значение. Вставляя железный или стальной сердечник в катушку, можно во много раз усилить создаваемое ею магнитное поле, не увеличивая силу тока в катушке. Сердечники трансфор маторов, генераторов, электродвигателей и т. д. изготовляются из ферромагнетиков.

Магнитная проницаемость ферромагнетиков непостоянна. Она зависит от индукции магнитного поля.

При выключении внешнего магнитного поля ферромагнетик остается намагниченным, т. е. создает магнитное поле в окружающем пространстве. Упорядоченная ориентация элементарных токов не исчезает при выключении внешнего поля. Благодаря этому существуют постоянные магниты.

Постоянные магниты находят широкое применение в электроизмерительных приборах, громкоговорителях и телефонах, звукозаписывающих аппаратах, магнитных компасах и т. д.

Температура Кюри. При температурах, больших некоторой определенной для данного ферромагнетика температуры, его ферромагнитные свойства исчезают. Эту температуру называют температурой Кюри, по имени открывшего это явление французского ученого. Если сильно нагреть намагниченный гвоздь, то он потеряет способность притягивать к себе железные предметы. Температура Кюри для железа 753°С, для никеля 365°С, а для кобальта 1000°С. Существуют ферромагнитные сплавы, у которых температура Кюри меньше 100°С.

Первые детальные исследования магнитных свойств ферромагнетиков были выполнены выдающимся русским физиком А. Г. Столетовым (1839 1896).

1. Какая величина характеризует магнитные свойства среды? 2. В чем сущность гипотезы Ампера? 3. Какие тела называют ферромагнетиками?

4. Для каких целей применяют ферромагнитные материалы?