В сороковые годы XIX столетия Майкл Фарадей исследовал, как вещества влияют на магнитное поле. Он брал катушку, по которой шёл электрический ток, и создавал таким образом магнитное поле. Далее Фарадей помещал различные вещества внутрь катушки и измерял, насколько изменяется индукция магнитного поля.
Выяснилось, что почти все вещества можно отнести к одной из трех больших групп относительно того, как именно они изменяют магнитную индукцию:
– диамагнетики, которые незначительно ослабляют магнитное поле, в котором оказались. Это практически все газы, кроме кислорода, вода, графит, золото, серебро, висмут;
– парамагнетики, которые немного усиливают магнитное поле. Это алюминий, вольфрам, магний, платина;
– и третий класс веществ – ферромагнетики, которые, оказавшись во внешнем магнитном поле, создают своё поле, значительно, на несколько порядков более сильное. Самые известные ферромагнетики – это железо, кобальт, никель и их сплавы. Свойство таких сплавов, значительно усиливать магнитное поле, используется при изготовлении постоянных магнитов. И даже в вашем сувенире из Анапы на холодильнике.
Но как ферромагнетикам удаётся настолько усиливать магнитное поле? Чтобы объяснить загадочные свойства ферромагнетиков, одной классической физики недостаточно.
Нужно принять, что помимо орбитального магнитного момента электрона (то есть, связанного с движением “по орбите” вокруг ядра атома), у него есть ещё собственный магнитный момент. Он связан с собственным моментом импульса, называемым спином электрона. Наглядно представить его невозможно, поскольку квантовая механика не является наглядной. Однако для простоты можно считать, что электрон вращается и по орбите, и вокруг своей оси, подобно Земле, которая вращается вокруг Солнца.
Оказывается, что ферромагнетики обладают следующим свойством: электроны, расположенные в нём рядом, ориентируют свои магнитные моменты в одну сторону. В ту же сторону оказывается направлен и вектор суммарной намагниченности этого участка ферромагнетика.
Иными словами, вещество оказывается разбито на области, в которых магнитные поля всех электронов направлены в одну сторону. Такие области получили название домéны. Они настолько крупны, что их можно увидеть в микроскоп:
Если ферромагнетик поместить во внешнее магнитное поле, границы доменов начнут двигаться. Вектора намагниченности доменов станут поворачиваться, стремясь совпасть с вектором внешнего магнитного поля. Поэтому суммарное магнитное поле будет расти. Когда все вектора индукции окажутся ориентированными в одном направлении, все домены сольются вместе, и ферромагнетик намагнитится до насыщения. Магнитное поле перестанет увеличиваться.
Теория доменов позволяет объяснить и такую вполне практическую вещь: если магнит разбить на части, у каждой из частей всё равно окажутся северные и южные полюса.
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed
Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru или на ozon.ru