«Ферромагнетики, парамагнетики, диамагнетики»

  Все вещества, существующие в природе, обладают магнитными свойствами. Некоторые вещества обладают магнитными свойствами в большей степени, а некоторые в меньшей. Все вещества характеризуются магнитной проницаемостью.

К сильномагнитным веществам относятся ферромагнетики. Ферромагнетики – вещества,  сильно притягивающиеся к магниту. К ним принадлежат железо, сталь, чугун, никель, кобальт, редкоземельный элемент гадолиний и некоторые сплавы. У этих веществ относительная магнитная проницаемость μ ( величина характеризующая магнитные свойства магнетика)  имеет величину от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч. Например, для кобальта μ = 150, никеля μ = 300, железа μ = до 500, пермаллоя (сплав стали с никелем) μ = до 100 000. Из них делают постоянные магниты и сердечники трансформаторов, электромоторов и т.д.

Демонстрация 1. Поднесем постоянный магнит к железному предмету. Предмет притянется к магниту.

Проблема. Почему ?

Ответ. Железный предмет притягивается к магниту потому, что он сильно намагничивается в магнитном поле постоянного магнита. Если магнит подносим к железному предмету северным полюсом, то у ближайшей части железного предмета появляется южный полюс, а у противоположной – северный ( рис. 1).Так как разноименные полюса магнитов притягиваются, то и железный предмет притянется к магниту.   

       Рис.1.

   К слабомагнитным веществам относятся парамагнетики и диамагнетики.

·         Парамагнетики

Парамагнитные вещества, слабо притягиваются к магниту. К ним принадлежат алюминий, магний, олово, платина, марганец, кислород и другие. У этих веществ относительная магнитная проницаемость немного больше единицы. Например, у воздуха µ = 1,0000031.

Демонстрация 2. В магнитное поле, образованное двумя сильными магнитами слабо втягивается небольшой кусочек вещества ( рис.2).

        Рис.2.

Проблема. Почему ?

Ответ. Кусочек вещества слабо втягивается  в магнитное поле потому,                        

что он является парамагнетиком. Парамагнетик слабо намагничивается в магнитном поле так, что направление его линий магнитной индукции совпадает по направлению с линиями магнитной индукции внешнего магнитного поля.

·         Диамагнетики.

Диамагнитные вещества  слабо выталкиваются из магнитного поля. К ним принадлежат пламя, цинк, ртуть, свинец, сера, медь, хлор, серебро, вода и другие. У этих веществ относительная магнитная проницаемость немного меньше единицы. Например, у меди µ = 0,999995.

Демонстрация 3. Из магнитного поля, образованного двумя сильными магнитами, слабо выталкивается небольшой кусочек вещества ( рис.3).

                                   Рис.3.

Проблема. Почему ? 

Ответ. Кусочек вещества слабо выталкивается из магнитного поля                             

потому что он является диамагнетиком. Диамагнетик слабо выталкивается из                         магнитного поля потому что , направление его линий магнитной индукции противоположно направлению линиям магнитной индукции внешнего магнитного поля.

Демонстрация 3. Пламя свечи выталкивается из магнитного    поля  (рис.4).                                                                                        

Проблема. Почему ?                                                           

Ответ. Пламя слабо намагничивается против поля, поэтому является диамагнетиком.                           

                                                                                             Рис. 4.

 Магнитная левитация диамагнетика.  Диамагнетик намагничивается в магнитном поле против поля, т.е если диамагнетик поднести к северному полюсу магнита то на ближней части диамагнетика появится северный полюс, а на противоположной – южный. Значит диамагнетик, помещенный в магнитное поле будет отталкиваться от магнита.

  Нобелевский лауреат  Андрей Гейм, получивший. Нобелевскую премию вместе с Константином Новоселовым за открытие графена, в 2000 году получил Шнобелевскую премию за то, что впервые получил левитирующую лягушку. У него был в лаборатории очень сильный магнит и он как–то заметил, что над ним в сильном магнитном поле летают ( левитирут ) капли воды. Это происходит потому, что вода — диамагнетик и она намагничивается против поля магнита. А так как лягушка состоит в основном из воды ( диамагнетика), то она тоже будет левитировать  в магнитное поле мощного магнита ( рис.5).

                                   Рис. 5.

Проблема. Почему лягушка левитирует в сильном магнитном поле ?

Ответ. Лягушка левитирует потому, что она является диамагнетиком,  поэтому намагничивается против поля.

.Точка Кюри. Температура, выше которой исчезает самопроизвольная намагниченность ферромагнетиков и ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние.

 Демонстрация 4. Рассмотрим установку, состоящую из неодивомого магнита,  феррита,  прикрепленного нихромовой проволокой к штативу. Феррит является ферромагнетиком и поэтому притягивается к неодивому магниту ( рис. 6).

  Нагреем ферромагнетик пламенем свечи. Феррит перестанет притягиваться к неодивому магниту.

Проблема. Почему ?                                                                                                     

             Рис.6.

Ответ. При нагревании выше температуры Кюри ферромагнетик превращается в парамагнетик, который практически не притягивается  к магниту, а  так как сила тяжести, действующая на него со стороны Земли больше силы магнитного притяжения то он не притягивается к магниту и опускается вниз.