Что нужно знать
Магнитные свойства вещества определяются его способностью изменять магнитное поле внутри себя по сравнению с вакуумом. Эта способность характеризуется относительной магнитной проницаемостью μ, которая показывает, во сколько раз магнитная индукция в веществе отличается от магнитной индукции в вакууме при одинаковой напряжённости магнитного поля. Магнитная проницаемость связана с магнитной постоянной соотношением μ = μ₀μᵣ, где μ₀ — магнитная постоянная (Гн/м), а μᵣ — относительная магнитная проницаемость (безразмерная величина). Все вещества по своим магнитным свойствам делятся на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Диамагнетики слабо ослабляют внешнее магнитное поле, парамагнетики слабо усиливают его, а ферромагнетики способны усиливать магнитное поле очень значительно. К ферромагнетикам относятся железо, никель и кобальт; они могут сохранять намагниченность после прекращения действия внешнего магнитного поля. При нагревании выше определённой температуры, называемой точкой Кюри, ферромагнитные свойства вещества исчезают. Например, железный сердечник внутри катушки усиливает её магнитное поле, поэтому используется в электромагнитах. Типичная ошибка учеников — считать, что все вещества одинаково усиливают магнитное поле, хотя диамагнетики, наоборот, ослабляют его.
Тест: 11 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Какое свойство вещества характеризует его способность изменять магнитное поле внутри себя по сравнению с вакуумом?
- Электрическая проводимость
- Относительная магнитная проницаемость
- Относительная диэлектрическая проницаемость
- Удельное электрическое сопротивление
Относительная магнитная проницаемость показывает, как изменяется магнитная индукция в веществе по сравнению с вакуумом при одинаковой напряжённости магнитного поля.
2. Какие вещества относятся к ферромагнетикам?
- Вода, стекло, кварц
- Медь, серебро, золото
- Железо, никель, кобальт
- Алюминий, платина, кислород
Железо, никель и кобальт относятся к ферромагнетикам, которые способны сильно намагничиваться во внешнем магнитном поле.
3. Как ведут себя диамагнетики во внешнем магнитном поле?
- Не изменяют внешнее магнитное поле
- Сильно усиливают внешнее магнитное поле
- Полностью устраняют внешнее магнитное поле
- Слабо ослабляют внешнее магнитное поле
Диамагнетики намагничиваются так, что создаваемое ими магнитное поле направлено против внешнего поля, поэтому результирующее поле немного ослабляется.
4. Как ведут себя парамагнетики во внешнем магнитном поле?
- Слабо усиливают внешнее магнитное поле
- Слабо ослабляют внешнее магнитное поле
- Полностью экранируют внешнее магнитное поле
- Всегда создают постоянное магнитное поле без внешнего воздействия
Парамагнетики намагничиваются по направлению внешнего магнитного поля и немного увеличивают магнитную индукцию внутри вещества.
5. Какая единица измерения используется для относительной магнитной проницаемости?
- Тесла (Тл)
- Единица отсутствует, величина безразмерная
- Ампер на метр (А/м)
- Генри на метр (Гн/м)
Относительная магнитная проницаемость представляет собой отношение двух величин одинаковой размерности, поэтому является безразмерной.
6. Почему железный сердечник усиливает магнитное поле катушки с током?
- Железо полностью устраняет электрическое сопротивление катушки
- Железо уменьшает число витков катушки
- Железо является ферромагнетиком и сильно намагничивается
- Железо превращает электрический ток в постоянный магнит
Железо обладает ферромагнитными свойствами, поэтому при помещении в магнитное поле катушки сильно намагничивается и усиливает результирующее магнитное поле.
7. Что происходит с ферромагнитными свойствами вещества при нагревании выше точки Кюри?
- Вещество превращается в диамагнетик с постоянной магнитной проницаемостью
- Ферромагнитные свойства становятся неограниченно сильными
- Магнитная индукция становится равной нулю при любых условиях
- Ферромагнитные свойства исчезают
Выше точки Кюри ферромагнетик теряет способность к ферромагнитному упорядочению и перестаёт проявлять ферромагнитные свойства.
8. Относительная магнитная проницаемость некоторого вещества равна 5. Во сколько раз магнитная индукция в этом веществе больше магнитной индукции в вакууме при одинаковой напряжённости поля?
- В 5 раз
- В 2,5 раза
- В 10 раз
- В 25 раз
Используем соотношение B = μᵣB₀. При μᵣ = 5 получаем B = 5B₀, следовательно, магнитная индукция увеличивается в 5 раз.
9. Магнитная индукция в вакууме при определённой напряжённости поля равна 0,2 Тл. Какова магнитная индукция в веществе с относительной магнитной проницаемостью 3 при той же напряжённости поля?
- 0,067 Тл
- 0,6 Тл
- 0,8 Тл
- 0,2 Тл
Используем формулу B = μᵣB₀. Подставляем значения: B = 3 · 0,2 = 0,6 Тл.
10. Магнитная индукция в веществе равна 0,8 Тл, а в вакууме при той же напряжённости поля — 0,2 Тл. Чему равна относительная магнитная проницаемость вещества?
Используем формулу μᵣ = B / B₀. Подставляем значения: μᵣ = 0,8 / 0,2 = 4.
12. Какое из перечисленных применений ферромагнетиков основано на их способности значительно усиливать магнитное поле катушки с током?
- Изготовление нагревательных элементов из нихрома
- Изготовление стеклянных линз
- Изготовление изоляции электрических проводов
- Изготовление сердечников электромагнитов
Ферромагнитный сердечник сильно намагничивается под действием поля катушки и увеличивает магнитную индукцию электромагнита.