Магнитные свойства металлов таблица

Содержание

Магнитная восприимчивость веществ и элементов (Таблица)

Магнитные свойства металлов таблица

В справочных таблицах дана удельная магнитная восприимчивость χ некоторых пара- и диамагнитных тел, которая для изотропных тел определяется выражением:

χ = Y / H

где Y обозначает намагниченность 1г тела, а Н — напряженность внешнего намагничивающего поля.

Таблица магнитная восприимчивость χ для элементов

Твердые тела предполагаются в изотропном состоянии. Температуры (t °С) отвечают стоградусной шкале.

Элементы t (°С) χ-10β
Азот 18 -0,34
Алюминий 18 +0,65
Аргон 18 -0,48
Барий 20 +0,91
Висмут 18 -1,38
260 -1,02
Водород 18 -1,98
Вольфрам 16 +0,28
Гелий 18 -0,47
Золото 18 -0,15
-256,6 -0,13
Иридий 25 +0,14
200 +0,17
450 -0,20
850 -0,26
1150 +0,31
Кадмий 18 -0,18
Калий 20 +0,52
Кальций 20 +1.10
Кислород 20 +106,2
Кислород жидкий -195 +259,6
Кислород твердый -240 +60
Кремний 20 -0,13
Литий 16 +0,50
Магний 18 +0,55
Магний жидкий 700 +0,55
Марганец 22 +9,9
Медь 18 -0,085
Молибден 18 +0,04
Натрий 18 +0,51
Неон 18 -0,33
Олово 18 +0,025
Олово серое 18 -0,35
Олово жидкое 400 -0,036
Палладий 18 +5,4
200 +4,6
750 +2,6
1230 +1,7
Платина 18 -1,10
250 -0,66
700 -0,45
1220 +0,30
Ртуть 18 -0,19
Ртуть твердая —80 -0,15
Свинец 16 -0,11
Свинец жидкий 330 -0,08
Сера ромб 18 -0,49
Сера жидкая 113 -0,49
220 -0,49
Серебро 16 -0,20
Сурьма 16 -0,87
Сурьма жидкая 800 -0,49
Тантал 18 +0,87
820 +0,77
Углерод алмаз 18 -0,49
400 -0,51
1200 -0,56
Углерод графит 20 -3,5
-170 -6,0
600 -2,0
1000 -1,3
Фосфор белый 20 -0,90
Хлор жидкий -60 -0,57
Хром 18 +3,6
1100 +4,2
Цинк 18 -0,157
Цинк жидкий 450 -0,09
Эрбий 18 +22

Таблица магнитная восприимчивость χ для некоторых соединений, органических и неорганических

Твердые тела предполагаются в изотропном состоянии. Температуры (t °С) отвечают стоградусной шкале.

Вещество t (°С) χ-10β
Алюминий сернокислый 18 -0,48
Алюминий хлористый 19 -0,60
Аммиак (газ) 16 -1,1
Ацетон 15 -0,58
Барий сернокислый -0,306
Барий хлористый 15 -0,41
Бериллий хлористый 17 -0,60
Бензол 16,8 -0,71
Висмут йодистый 20 -0,49
Висмут бромистый 19 -0,33
Вода 10 -0,72
Водород хлористый 22 -0,66
Воздух 20 +24,2
Гадолиний хлористый 18 +91
Гадолиния окись 20 +130,1
Глицерин 20 -0,54
Железа окись 20 189,1
Железо бромное 18 +48
Железо сернокислое 19 +74,2
Железо хлористое 17 +101,2
Железо хлорное 20 +86,2
Калий бромистый -0,377
Калий железосинеродистый 21 +7,08
Калий марганцевокислый 21 +0,175
Калий хлористый 20 -0,52
Кварц 20 -0,49
Кислота уксусная 20 -0,53
Кислота азотная 22 -0,467
Кислота серная 22 -0,44
Кобальт хлористый 25 +90,5
Кобальт йодистый 18 +32,0
Кобальт сернокислый 22 59,6
Магний бромистый 20 -0,57
Магний хлористый 12 -0,58
Марганец сернокислый 24 88,5
Марганец хлористый 24 107,0
Натрий хлористый 18 -0,50
Натрий сернокислый 16 -0,86
Нефть 15-20 ок. -0,8
Никель бромистый 18 +19,0
Никеля закись +48,3
Никель сернокислый 15,9 +26,7
Никель хлористый 24 +44,7
Олово двуххлористое -0,34
Парафин 20 ок. -0,5
Свинец бромистый 20 -0,28
Свинец йодистый 19 -0,33
Свинец хлористый 15 -0,32
Спирт бутиловый -0,74
Спирт метиловый -3 -0,65
Спирт этиловый 19 -0,74
Стекло (крон) -0,90
Стекло (тяжелый флинт) -1,2
Сурьма треххлористая 15 -0,36
Сурьмы трехокись 14 -0,19
Углекислота 18 -0,42
Хлороформ 15 -0,49
Хром хлористый 19 +44,3
Хром сернокислый 21 +29,5
Хрома трехокись 17 +0,51
Цинк бромистый 19 -0,40
Цинк сернокислый -0,48
Цинк хлористый 22 -0,47
Шеллак -0,30
Эбонит 20 +0,6
Этилацетат 6 -0,607
Этилен 20 -1,6
Этилен хлористый -0,602
Эфир этиловый 20 -0,77

_______________

Источник информации: КРАТКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК/ Том 1, — М.: 1960.

Источник: http://infotables.ru/fizika/371-magnitnaya-vospriimchivost

Магнитные и немагнитные материалы

В магнитных цепях различных электрических машин, трансформаторов, приборов и аппаратов электротехники, радиотехники и других отраслей техники встречаются разнообразные магнитные и немагнитные материалы.

Магнитные свойства материалов характеризуются величинами напряженности магнитного поля, магнитного потока, магнитной индукции и магнитной проницаемости.

Зависимость между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля, выраженная графически, образует кривую, называемую петлей гистерезиса. Пользуясь этой кривой, можно получить ряд данных, характеризующих магнитные свойства материала.

Переменное магнитное поле вызывает появление в магнитных материалах вихревых токов. Эти токи нагревают сердечники (магнитопроводы), что приводит к затрате некоторой мощности.

Для характеристики материала, работающего в переменном магнитном поле, суммарное значение мощности, затрачиваемой на гистерезис и вихревые токи при частоте 50 Гц, относят к 1 кг веса материала. Эта величина называется удельными потерями и выражается в Вт/кг.

Магнитная индукция того или иного магнитного материала не должна превышать некоторой максимальной величины в зависимости от вида и качества данного материала. Попытки увеличить индукцию приводят к увеличению потерь энергии в данном материале и его нагреву.

Магнитные материалы классифицируются как магнитно-мягкие и магнитно-твердые.

Магнитно-мягкие материалы

Магнитно-мягкие материалы должны отвечать следующим требованиям:

  1. обладать большой относительной магнитной проницаемостью µ, позволяющей получать большую магнитную индукцию B при возможно малом числе ампер-витков;
  2. иметь возможно меньшие потери на гистерезис и вихревые токи;
  3. обладать стабильностью магнитных свойств.

Магнитно-мягкие материалы используются в качестве магнитопроводов электрических машин, сердечников трансформаторов, дросселей, электромагнитов реле, электроизмерительных приборов и тому подобном. Рассмотрим некоторые магнитно-мягкие материалы.

Электротехническое железо

получают путем электролиза сернистого или хлористого железа с последующей плавкой в вакууме продуктов электролиза. Измельченное в порошок электролитическое железо идет на изготовление магнитных деталей по типу изготовления керамики или пластмасс.

Читайте также  Каким клеем приклеить резину к металлу

Карбонильное железо

получается в виде порошка в результате термического разложения вещества, в состав которого входит железо, углерод и кислород [Fe(CO)5].

При температуре 1200 °С порошок карбонильного железа спекается и идет на изготовление таких же деталей, которые выполняются из электролитического железа. Карбонильное железо отличается высокой чистотой и пластичностью; применяется в электровакуумной промышленности, а также в приборостроении для изготовления лабораторных инструментов и приборов.

Рассмотренные нами два вида особо чистого железа (электролитическое и карбонильное) содержат не более 0,05 % примесей.

Листовая электротехническая сталь

является наиболее распространенным материалом в электромашиностроении и трансформаторостроении. Электротехническая сталь легируется кремнием для улучшения ее магнитных свойств и уменьшения потерь на гистерезис. Кроме того, в результате введения кремния в состав стали увеличивается ее удельное сопротивление, что приводит к уменьшению потерь на вихревые токи.

Толщина листа в зависимости от марки стали 0,3 и 0,5 мм. Электротехническая сталь, прокатанная в холодном состоянии с последующим отжигом в атмосфере водорода, имеет особо высокие магнитные свойства. Это объясняется тем, что кристаллы металла располагаются параллельно направлению прокатки. Такая сталь обозначается буквами ХВП (холоднокатаная высокой проницаемости, текстурированная).

Листы стали имеют размеры от 1000 × 700 до 2000 × 1000 мм.

Марки электротехнической стали раньше обозначались, например, так: Э3А, Э1АБ, Э4АА. Буква Э означает – электротехническая сталь; буква А – пониженные потери мощности в переменном магнитном поле; буквы АА – особо низкие потери; буква Б – повышенная магнитная индукция; цифры 1 – 4 показывают количество содержащегося в стали кремния в процентах.

Согласно ГОСТ 802-54, введены новые обозначения марок электротехнической стали, например: Э11, Э21, Э320, Э370, Э43. Здесь буква Э обозначает – электротехническая сталь; первые цифры: 1 – слаболегированная кремнием; 2 – среднелегированная кремнием; 3 – повышенолегированная кремнием и 4 – высоколегированная кремнием.

Вторые цифры в обозначении марок указывают на следующие гарантированные магнитные и электрические свойства сталей: 1, 2, 3 – удельные потери при перемагничивании сталей при частоте 50 Гц и магнитная индукция в сильных полях; 4 – удельные потери при перемагничивании сталей при частоте 400 Гц и магнитная индукция в средних полях; 5, 6 – магнитная проницаемость в слабых полях (H менее 0,01 А/см); 7, 8 – магнитная проницаемость в средних полях (H от 0,1 до 1 А/см). Третья цифра 0 указывает на то, что сталь холоднокатаная, текстурированная.

Пермаллой

сплав железа и никеля. Примерный состав пермаллоя: 30 – 80 % никеля, 10 – 18 % железа, остальное медь, молибден, марганец, хром. Пермаллой хорошо обрабатывается и выпускается в виде листов. Обладает очень высокой магнитной проницаемостью в слабых магнитных полях (до 200 000 Гн/см). Пермаллой применяется для изготовления деталей телефонной и радиотехнической связи, сердечников трансформаторов, катушек индуктивности, реле, деталей электроизмерительных приборов.

Альсифер

сплав алюминия, кремния и железа. Примерный состав альсифера: 9,5 % кремния, 5,6 % алюминия, остальное железо. Альсифер – твердый и хрупкий сплав, поэтому он обрабатывается с трудом. Преимущества альсифера – высокая магнитная проницаемость в слабых магнитных полях (до 110 000 Гн/см), большое удельное сопротивление (ρ = 0,81 Ом × мм²/м), отсутствие в его составе дефицитных металлов. Применяется для изготовления сердечников, работающих в высокочастотных установках.

Пермендюр

сплав железа с кобальтом и ванадием (50 % кобальта, 1,8 % ванадия, остальное железо). Пермендюр выпускается в виде листов, полос и лент. Применяется для изготовления сердечников электромагнитов, динамических репродукторов, мембран, телефонов, осциллографов и тому подобного.

Магнитодиэлектрики

Это магнитно-мягкие материалы, раздробленные в мелкие зерна (порошок), которые изолируются одно от другого смолами или другими связками. В качестве порошка магнитного материала применяется электротехническое железо, карбонильное железо, пермаллой, альсифер, магнетит (минерал FeO · Fe2O3).

Изолирующими связками являются: шеллак, фенолоформальдегидные смолы, полистирол, жидкое стекло и другие. Порошок магнитного материала смешивают с изолирующей связкой, тщательно перемешивают и из полученной массы прессуют под давлением сердечники трансформаторов, дросселей, деталей радиоаппаратуры.

Зернистое строение магнитодиэлектрических материалов обуславливает малые потери на вихревые токи при работе этих материалов в магнитных полях токов высокой частоты.

Магнитно-твердые материалы

Магнитно-твердые материалы применяются для изготовления постоянных магнитов. Эти материалы должны отвечать следующим требованиям:

  1. обладать большой остаточной индукцией;
  2. иметь большую максимальную магнитную энергию;
  3. обладать стабильностью магнитных свойств.

Самым дешевым материалом для постоянных магнитов является углеродистая сталь (0,4 – 1,7 % углерода, остальное – железо). Магниты, изготовленные из углеродистой стали, обладают невысокими магнитными свойствами и быстро теряют их под влиянием нагрева, ударов и сотрясений.

Легированные стали обладают лучшими магнитными свойствами и применяются для изготовления постоянных магнитов чаще, чем углеродистая сталь. К таким сталям относятся хромистая, вольфрамовая, кобальтовая и кобальто-молибденовая.

Для изготовления постоянных магнитов в технике разработаны сплавы на основе железа – никеля – алюминия. Эти сплавы отличаются высокой твердостью и хрупкостью, поэтому они могут обрабатываться только шлифованием. Сплавы обладают исключительно высокими магнитными свойствами и большой магнитной энергией в единице объема.

В таблице 1 приведены данные о составе некоторых магнитно-твердых материалов для изготовления постоянных магнитов.

Таблица 1

Химический состав магнитно-твердых материалов

Наименование материала Химический состав в весовых процентах Относительный вес на единицу магнитной энергии
Углеродистая сталь Хромистая сталь Вольфрамовая сталь Кобальтовая сталь Кобальто-молибденовая сталь Альни Альниси АльникоМагнико 0,45 C остальное Fe 2 – 3 Cr; 1 C 5 W; 1 C 5 – 30 Co; 5 – 8 Cr; 1,5 – 5 W 13 – 17 Mo; 10 – 12 Co 12,5 Al; 25 Ni; 5 Cн 14 Al; 34 Ni; 1 Si 10 Al; 17 Ni; 12 Co; 6 Cн24 Co; 13 Si; 8 Al; 3 Cн 26,7 17,2 15,8 5,1 – 12,6 3,8 3,6 3,4 3,11

Немагнитные материалы

В различных приборах и аппаратах, применяемых в электротехнике, необходимо иметь материал, не обладающий магнитными свойствами. Для таких целей пригодны пластмасса и цветные металлы (алюминий, латунь, бронза). Однако эти материалы обладают малой механической прочностью, а некоторые из них дефицитны. В связи с этим они заменяются немагнитной сталью и немагнитным чугуном.

Примерный состав немагнитной стали: 0,25 – 0,35 % углерода, 22 – 25 % никеля, 2 – 3 % хрома, остальное – железо. Немагнитная сталь применяется для стяжки и крепления трансформаторов, дросселей, катушек индуктивности и тому подобного.

Примерный состав немагнитного чугуна: 2,6 – 3 % углерода, 2,5 % кремния, 5,6 % марганца, 9 – 12 % никеля, остальное – железо.

Немагнитный чугун применяется для изготовления крышек, кожухов, втулок, масляных выключателей, кабельных муфт, кожухов сварочных трансформаторов.

Читайте также  Как снять позолоту с металла

Источник: Кузнецов М. И., «Основы электротехники» — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.

Источник: https://www.electromechanics.ru/electrical-engineering/basic-knowledge/633-magnetic-and-non-magnetic-materials.html

Свойства металлов

Металлы, это группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими, как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность, ковкость и металлический блеск. В данной статье все свойства металлов будут представлены в виде отдельных таблиц.

Свойства металлов делятся на физические, химические, механические и технологические.

Физические свойства металлов

К физическим свойствам относятся: цвет, удельный вес, плавкость, электропроводность, магнитные свойства, теплопроводность, теплоемкость, расширяемость при нагревании.

Удельный вес металла — это отношение веса однородного тела из металла к объему металла, т.е. это плотность в кг/м3 или г/см3.

Плавкость металла — это способность металла расплавляться при определенной температуре, называемой температурой плавления.

Электропроводность металлов — это способность металлов проводить электрический ток, это свойство тела или среды, определяющее возникновение в них электрического тока под воздействием электрического поля. Под электропроводностью подразумевается способность проводить прежде всего постоянный ток (под воздействием постоянного поля), в отличие от способности диэлектриков откликаться на переменное электрическое поле колебаниями связанных зарядов (переменной поляризацией), создающими переменный ток.

Магнитные свойства металлов характеризуются: остаточной индукцией, коэрцетивной силой и магнитной проницаемостью.

Теплопроводность металлов — это их способность передавать тепло от более нагретых частиц к менее нагретым. Теплопроводность металла определяется количеством теплоты, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1см2, длиной 1см в течение 1сек. при разности температур в 1°С.

Теплоемкость металлов — это количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус. Отношение количества теплоты, поглощаемой телом при бесконечно малом изменении его температуры, к этому изменению единицы массы вещества (г, кг) называется удельной теплоёмкостью, 1 моля вещества — мольной (молярной).

Расширяемость металлов при нагревании.Все металлы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Степень увеличения или уменьшения первоначального размера металла при изменении температуры на один градус характеризуется коэффициентом линейного расширения.

Химические свойства металлов

К химическим — окисляемость, растворимость и коррозионная стойкость.

Окисление металлов — это реакция соединения металла с кислородом, сопровождающаяся образованием окислов (оксидов). Если рассмотреть окисляемость шире, то это реакции, в которых атомы теряют электроны и образуются различные соединения, например, хлориды, сульфиды. В природе металлы находятся в основном в окисленном состоянии, в виде руд, поэтому их производство основано на процессах восстановления различных соединений.Растворимость металлов — это их способность образовывать с другими веществами однородные системы — растворы, в которых металл находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц. Металлы растворяются в растворителях, в качестве которых выступают сильные кислоты и едкие щелочи. В промышленности наиболее часто используются: серная, азотная и соляные кислоты, смесь азотной и соляной кислот (царская водка), а также щелочи — едкий натр и едкий калий.Коррозионная стойкость металлов — это их способность сопротивляться коррозии.

Механические свойства металлов

К механическим — прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность.

Прочностью металла называется его способность сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь.

Твердостью металлов называется способность тела противостоять проникновению в него другого, более твердого тела.

Упругость металлов — свойство металла восстанавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызвавших изменение формы (деформацию).

Вязкость металлов — это способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) внешним силам. Вязкость — свойство обратное хрупкости.

Пластичность металлов — это свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия сил. Пластичность—свойство обратное упругости.

Технологические свойства металлов

К технологическим — прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариваемость, обрабатываемость резанием.

Прокаливаемость металлов – это их способность получать закаленный слой определенной глубины.

Жидкотекучесть металлов — это свойство металла в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить ее очертания в отливке.

Ковкость металлов —это технологическое свойство, характеризующее их способность к обработке деформированием, например, ковкой, вальцеванием, штамповкой без разрушения.

Свариваемость металлов — это их свойство образовывать в процессе сварки неразъемное соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией производимого изделия.

Обрабатываемость металлов резанием — это их способность изменять геометрическую форму, размеры, качество поверхности за счет механического срезания материала заготовки режущим инструментом. Обрабатываемость металлов зависит от их механических свойств, в первую очередь прочности и твердости.

Современными методами испытания металлов являются механические испытания, химический анализ, спектральный анализ, металлографический и рентгенографический анализы, технологические пробы, дефектоскопия. Эти испытания дают возможность получить представление о природе металлов, их строении, составе и свойствах, а также определить качество готовых изделий.

Таблица «Свойства металлов: Чугун, Литая сталь, Сталь»

  1. Предел прочности на растяжение
  2. Предел текучести (или Rp 0,2);
  3. Относительное удлинение образца при разрыве;
  4. Предел прочности на изгиб;
  5. Предел прочности на изгиб приведен для образца из литой стали;
  6. Предел усталости всех типов чугуна, зависит массы и сечения образца;
  7. Модуль упругости;
  8. Для серого чугуна модуль упругости уменьшается с увеличением напряжения растяжения и остается практически постоянным с увеличением напряжения сжатия.

Таблица «Свойства пружинной стали»

  1. Предел прочности на растяжение,
  2. Относительное уменьшение поперечного сечения образца при разрыве,
  3. Предел прочности на изгиб;
  4. Предел прочности при знакопеременном циклическом нагружении при N ⩾ 107,
  5. Максимальное напряжение при температуре 30°С и относительном удлинении 1 2% в течение 10 ч; для более высоких температур см. раздел «Способы соединения деталей»,
  6. см. раздел «Способы соединения деталей»;
  7. 480 Н/мм2 для нагартованных пружин;
  8. Приблизительно на 40% больше для нагартованных пружин

Таблица «Свойства цветных металлов»

  1. Модуль упругости, справочные данные;
  2. Предел прочности на растяжение;
  3. Предел текучести, соответствующий пластической деформации 0,2%;
  4. Предел прочности на изгиб;
  5. Наибольшая величина;
  6. Для отдельных образцов

Таблица «Свойства легких сплавов»

  1. Предел прочности на растяжение;
  2. Предел текучести, соответствующий пластической деформации 0,2%;
  3. Предел прочности на изгиб;
  4. Наибольшая величина;
  5. Показатели прочности приведены для образцов и для отливок;
  6. Показатели предела прочности на изгиб приведены для случая плоского нагружения

Таблица «Металлокерамические материалы (PM)1) для подшипников скольжения»

  1. В соответствии со стандартом DIN 30 910,1990 г. издания;
  2. Применительно к подшипнику 10/16 г 10;
  3. Углерод содержится, главным образом, в виде свободного графита;
  4. Углерод содержится только в виде свободного графита

Таблица «Свойства металлокерамических материалов (РМ)1 для конструкционных деталей»

  1. В соответствии со стандартом DIN 30 910,1990 г. издания;
Читайте также  Вольфрам металл или неметалл

Таблица «Свойства магнитомягких материалов»

  1. Данные относятся только к магнитным кольцам.

Таблица «Свойства магнитомягких ферритов»

  1. Нормируемые величины;
  2. Потеря материалом магнитных свойств в зависимости от частоты при низкой плотности магнитного потока (В < 0,1 мТл);
  3. Потери магнитных свойств при высокой плотности магнитного потока; замеряются предпочтительно при f = 25 кГц, В = 200 мТл, Θ = 100°С;
  4. Магнитная проницаемость при строго синусоидальном магнитном поле; замеряется при f

Источник: http://press.ocenin.ru/svojstva-metallov/

Классификация магнитных материалов и требования к ним

Магнитными веществами, или магнетиками, называются вещества, обладающие магнитными свойствами. Под магнитными свойствами понимается способность вещества приобретать магнитный момент, т.е. намагничиваться при воздействии на него магнитного поля.

В этом смысле все вещества в природе являются магнетиками, так как при воздействии магнитного поля приобретают определенный магнитный момент.

Этот результирующий макроскопический магнитный момент М представляет собой сумму элементарных магнитных моментов mi — атомов данного вещества

(6.1)

Элементарные магнитные моменты могут быть либо наведены магнитным полем, либо существовать в веществе до наложения магнитного поля; в последнем случае магнитное поле вызывает их преимущественную ориентацию.

Магнитные свойства различных материалов объясняются движением электронов в атомах, а также тем, что электроны и атомы имеют постоянные магнитные моменты.

Вращательное движение электронов вокруг ядер атомов аналогично действию некоторого контура электрического тока и создает магнитное поле, которое на достаточном расстоянии представляется как поле магнитного диполя с магнитным моментом, значение которого определяется произведением тока и площади контура, который ток обтекает. Магнитный момент является векторной величиной и направлен от южного полюса к северному. Такой магнитный момент называется орбитальным.

Сам электрон имеет магнитный момент, который называется спиновым магнитным моментом.

Атом представляет собой сложную магнитную систему, магнитный момент которой является результирующей всех магнитных моментов электронов, протонов и нейтронов. Так как магнитные моменты протонов и нейтронов существенно меньше, чем магнитные моменты электронов, магнитные свойства атомов по существу определяются магнитными моментами электронов. У имеющих техническое значение материалов это прежде всего спиновые магнитные моменты.

Результирующий магнитный момент атома при этом определяется векторной суммой орбитальных и спиновых магнитных моментов отдельных электронов в электронной оболочке атомов. Эти два вида магнитных моментов могут быть частично или полностью взаимно скомпенсированы.

В соответствии с магнитными свойствами материалы делятся на следующие группы:

а) диамагнитные (диамагнетики),

б) парамагнитные (парамагнетики),

в) ферромагнитные (ферромагнетики),

г) антиферромагнитные (антиферромагнетики),

д) ферримагнитные (ферримагнетики),

е) метамагнитные (метамагнетики).

А) Диамагнетики

Диамагнетизм проявляется в намагничивании вещества навстречу направлению действующего на него внешнего магнитного поля.

Диамагнетизм свойствен всем веществам. При внесении какого-либо тела в магнитное поле в электронной оболочке каждого его атома, в силу закона электромагнитной индукции, возникают индуцированные круговые то­ки, т. е. добавочное круговое движение электронов вокруг направления магнитного поля.

Эти токи создают в каждом атоме индуцированный магнитный момент, направленный, согласно правилу Ленца, навстречу внешнему магнитному полю (независимо от того, имелся ли первоначально у атома собственный магнитный момент или нет и как он был ориентирован). У чисто диамагнитных веществ электронные оболочки атомов (молекул) не обладают постоянным маг­нитным моментом.

Магнитные моменты, создаваемые отдельными электронами в таких атомах, в отсутствие внешнего маг­нитного поля взаимно скомпенсированы. В частности, это имеет место в атомах, ионах и молекулах с целиком заполнен­ными электронными оболочками в атомах инертных газов, в молекулах водорода, азота.

Удлинённый образец диамагнетика в однородном магнитном поле ориентиру­ется перпендикулярно силовым линиям поля (вектору напряженности поля). Из неоднородного магнитного поля он вытал­кивается в направлении уменьшения напряжённости поля.

Индуцированный магнитный момент I, приобретаемый 1 молем диамагнитного вещества, пропорционален напряженности внешнего поля H, т.е. I=χН.

Коэффициент χ называется молярной диамагнитнойвосприимчивостью и имеет отрицательный знак (т.к. I и H направлены навстречу друг другу).

Обычно абсолютная величина χ мала (~10-6), например для 1 моля гелия χ = -1,9·10-6.

Классическими диамагнетиками являются так называемые инертные газы (He, Ne, Ar, Kr и Xe), атомы которых имеют замкнутые внешние электронные оболочки.

К диамагнетикам также относятся: инертные газы в жидком и кристаллическом состояниях; соединения, содержащие ионы, подобные атомам инертных газов (Li+, Be2+ , Al3+ , O2- и т.д.); галоиды в газообразном, жидком и твердом состояниях; некоторые металлы (Zn, Au, Hg и др.).

Диамагнетиками, точнее сверхдиамагнетиками, с χД = — (1/4) ≈ 0,1, являются сверхпроводники; у них диамагнитный эффект (выталкивание внешнего магнитного поля) обусловлен поверхностными макроскопическими токами.

К диамагнетикам относится большое число органических веществ, причём у многоатомных соединений, особенно у циклических (ароматических и др.), магнитная восприимчивость анизотропна (таблица 6.1).

Таблица 6.1 — Диамагнитная восприимчивость ряда материалов

Б) Парамагнетики

Парамагнетизм – свойство веществ (парамагнетиков) намагничиваться в направлении внешнего магнитного поля, и, в отличие от ферро-, ферри- и антиферромагнетизма, парамагнетизм не связан с магнитной атомной структурой, а в отсутствие внешнего магнитного поля намагниченность парамагнетика равна нулю.

Парамагнетизм обусловлен в основном ориентацией под действием внешнего магнитного поля Н собственных магнитных моментов µ частиц парамагнетического вещества (атомов, ионов, молекул). Природа этих моментов может быть связана с орбитальным движением электронов, их спином, а также (в меньшей степени) со спином атомных ядер.

При µН « , где Т – абсолютная температура, намагниченность парамагнетика М пропорциональна внешнему полю: М=χН, где χмагнитная восприимчивость.

В отличие от диамагнетизма, для которого χ < 0, при парамагнетизме восприимчивость положительна; её типичная величина при комнатной температуре (Т ≈ 293 К) составляет 10-7 – 10-4.

Парамагнетик – магнетик с преобладанием парамагнетизма и отсутствием магнитного атомного порядка. Парамагнетик намагничивается в направлении внешнего магнитного поля, т.е. имеет положительную магнитную восприимчивость, которая в слабом поле при не очень низкой температуре (т.е.

вдали от условий магнитного насыщения) не зависит от напряженности поля. Поскольку свободная энергия парамагнетика понижается в магнитном поле, при наличии градиента поля он втягивается в область с более высоким значением напряжённости магнитного поля.

Конкуренция диамагнетизма, появление дальнего магнитного порядка или сверхпроводимости ограничивают область существова­ния вещества в парамагнитном состоянии.

Парамагнетик содержит, по крайней мере, один из перечисленных ниже типов носителей парамагнетизма.

а) Атомы, молекулы или ионы с некомпенсированными магнитными моментами в основном или возбуждённом состояниях с энергией возбуждения Ei

Источник: http://xn----8sbnaarbiedfksmiphlmncm1d9b0i.xn--p1ai/electrotechnicheskye-materialy/225-klassifikacya-magnitnyh-materialov.html

Понравилась статья? Поделить с друзьями: