Номер 2, страница 355 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Как объясняются процессы намагничивания и размагничивания ферромагнитных материалов?

1. Какие вещества называются ферромагнетиками?

Ферромагнетики — это вещества, которые обладают способностью сильно намагничиваться даже в слабом внешнем магнитном поле и сохранять намагниченность после его снятия. Их главная особенность — очень большая магнитная проницаемость $μ$, которая может быть в сотни и тысячи раз больше единицы ($μ \gg 1$). Эта способность обусловлена наличием у них спонтанной (самопроизвольной) намагниченности, которая существует в отсутствие внешнего магнитного поля.
Атомы ферромагнетиков имеют собственные магнитные моменты, которые благодаря особому квантовомеханическому (обменному) взаимодействию оказываются ориентированными параллельно друг другу в пределах макроскопических областей, называемых магнитными доменами. В каждом домене вещество намагничено до насыщения.
К ферромагнетикам относятся такие химические элементы, как железо (Fe), никель (Ni), кобальт (Co), а также некоторые редкоземельные металлы (гадолиний Gd, диспрозий Dy) и их многочисленные сплавы и соединения.
Ферромагнитные свойства проявляются только при температурах ниже определенной критической температуры для каждого вещества, называемой точкой Кюри ($T_C$). Выше точки Кюри тепловое движение разрушает упорядоченную ориентацию магнитных моментов, домены исчезают, и ферромагнетик превращается в парамагнетик.

Ответ: Ферромагнетиками называют вещества, которые способны сильно намагничиваться во внешнем магнитном поле (их магнитная проницаемость $μ \gg 1$) и сохранять намагниченность после его снятия, что обусловлено наличием у них упорядоченной доменной структуры.

2. Как объясняются процессы намагничивания и размагничивания ферромагнитных материалов?

Процессы намагничивания и размагничивания ферромагнетиков объясняются поведением их внутренних микроскопических областей — магнитных доменов.
Процесс намагничивания:
В исходном состоянии, без внешнего магнитного поля, ферромагнитный материал разбит на множество доменов. Внутри каждого домена магнитные моменты атомов сонаправлены, но направления намагниченности самих доменов ориентированы хаотически. В результате их действия взаимно компенсируются, и суммарный магнитный момент всего образца равен нулю.
При внесении образца во внешнее магнитное поле происходят два основных процесса:
1. Смещение границ доменов: В слабых полях домены, чьи векторы намагниченности ориентированы по направлению поля, начинают расти за счёт соседних доменов с менее выгодной ориентацией. Это происходит путём смещения границ между доменами.
2. Поворот векторов намагниченности: В более сильных полях, когда смещение границ затрудняется, начинается поворот векторов намагниченности целых доменов по направлению внешнего поля. Когда все домены ориентируются вдоль поля, материал достигает состояния магнитного насыщения, и его намагниченность перестает расти.
Процесс размагничивания:
После снятия внешнего поля ферромагнетик не возвращается в исходное размагниченное состояние. Из-за необратимости процессов смещения границ и поворота доменов в материале сохраняется остаточная намагниченность. Это явление называется магнитным гистерезисом. Благодаря ему существуют постоянные магниты.
Для полного размагничивания образца (устранения остаточной намагниченности) можно применить один из следующих методов:
1. Нагрев выше точки Кюри: При нагреве до температуры выше точки Кюри интенсивное тепловое движение разрушает доменную структуру, и материал теряет свои ферромагнитные свойства. При последующем охлаждении без внешнего поля домены формируются вновь, но с хаотичной ориентацией, и образец оказывается размагниченным.
2. Воздействие переменным магнитным полем: Образец помещают в переменное магнитное поле, амплитуду которого плавно уменьшают до нуля. Это заставляет домены многократно переориентироваться, что в итоге приводит к их хаотичному расположению и размагничиванию образца.
3. Механическое воздействие: Сильные удары или вибрация могут нарушить упорядоченную ориентацию доменов и привести к частичному или полному размагничиванию.

Ответ: Намагничивание ферромагнетика объясняется ростом и ориентацией магнитных доменов по направлению внешнего поля. Размагничивание происходит при действиях, которые приводят к хаотической ориентации доменов, таких как нагрев выше точки Кюри или воздействие убывающим по амплитуде переменным магнитным полем.