Номер 4, страница 355 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

4. Какими магнитными свойствами обладают диамагнетики и парамагнетики?

3. Температура Кюри (или точка Кюри, $T_C$) — это критическая температура, при которой ферромагнитные и ферримагнитные материалы теряют свои спонтанные магнитные свойства и становятся парамагнетиками. При температурах ниже точки Кюри, магнитные моменты атомов в ферромагнетике самопроизвольно упорядочены в пределах макроскопических областей, называемых доменами, что приводит к сильному намагничиванию. Повышение температуры приводит к увеличению теплового движения атомов. Когда температура достигает точки Кюри, энергия теплового движения становится достаточной, чтобы преодолеть силы обменного взаимодействия, ответственные за упорядочение магнитных моментов. В результате этого упорядоченная структура разрушается, домены исчезают, и вещество переходит в парамагнитное состояние, в котором оно лишь слабо притягивается к внешнему магнитному полю. Этот процесс обратим: при охлаждении ниже температуры Кюри ферромагнитные свойства восстанавливаются. У каждого ферромагнетика своя температура Кюри. Например, для железа $T_C \approx 770^\circ\text{C}$, для никеля $T_C \approx 358^\circ\text{C}$, для кобальта $T_C \approx 1127^\circ\text{C}$.

Ответ: Температура Кюри – это температура, выше которой ферромагнитные вещества теряют свои сильные магнитные свойства и ведут себя как парамагнетики.

4. Диамагнетики и парамагнетики — это вещества, которые слабо взаимодействуют с магнитным полем. Их свойства описываются с помощью относительной магнитной проницаемости $\mu_r$ и магнитной восприимчивости $\chi$.

Диамагнетики — это вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению этого поля. В результате они слабо выталкиваются из магнитного поля. Относительная магнитная проницаемость диамагнетиков незначительно меньше единицы ($\mu_r < 1$), а магнитная восприимчивость отрицательна и очень мала по модулю ($\chi < 0$, $|\chi| \ll 1$). Диамагнетизм присущ всем веществам, так как он обусловлен изменением движения электронов в атомах под действием внешнего поля, но он проявляется только в тех материалах, где отсутствуют другие, более сильные виды магнетизма (парамагнетизм, ферромагнетизм). Примерами диамагнетиков являются вода, медь, золото, цинк, инертные газы.

Парамагнетики — это вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле по направлению поля, то есть слабо втягиваются в него. Это происходит из-за того, что атомы или молекулы парамагнетиков обладают собственными магнитными моментами, которые в отсутствие внешнего поля ориентированы хаотично, но во внешнем поле стремятся выстроиться вдоль его силовых линий. Относительная магнитная проницаемость парамагнетиков незначительно больше единицы ($\mu_r > 1$), а магнитная восприимчивость положительна и мала ($\chi > 0$, $\chi \ll 1$). Магнитные свойства парамагнетиков зависят от температуры: с ростом температуры их восприимчивость уменьшается (закон Кюри). Примерами парамагнетиков являются алюминий, платина, кислород, марганец.

Ответ: Диамагнетики слабо выталкиваются из магнитного поля (их относительная магнитная проницаемость $\mu_r < 1$), а парамагнетики слабо втягиваются в магнитное поле (их относительная магнитная проницаемость $\mu_r > 1$).

5. Выбор магнитного материала зависит от его предполагаемого применения, в частности, от того, должен ли он долго сохранять намагниченность или, наоборот, легко перемагничиваться. По этим свойствам материалы делят на магнитно-жесткие и магнитно-мягкие.

Для изготовления постоянных магнитов следует использовать магнитно-жесткие материалы. Эти материалы с трудом намагничиваются, но после снятия внешнего поля сохраняют высокую остаточную намагниченность в течение длительного времени. Они характеризуются большой коэрцитивной силой (силой, необходимой для полного размагничивания) и широкой петлей гистерезиса. Примерами таких материалов служат специальные сплавы, такие как альнико (сплав железа, алюминия, никеля, кобальта), ферриты (например, бариевый или стронциевый), а также самарий-кобальтовые и неодимовые магниты (сплавы на основе редкоземельных металлов).

Для изготовления сердечников электромагнитов, трансформаторов, генераторов и двигателей следует использовать магнитно-мягкие материалы. Основное требование к ним — способность легко намагничиваться и размагничиваться при минимальных потерях энергии. Эти материалы обладают высокой магнитной проницаемостью, низкой коэрцитивной силой и узкой петлей гистерезиса, что минимизирует потери на гистерезис при работе в переменных магнитных полях. К таким материалам относятся технически чистое железо, электротехническая сталь (сплав железа с кремнием) и пермаллои (сплавы железа с никелем).

Ответ: Постоянные магниты следует изготавливать из магнитно-жестких материалов (например, сплавов альнико, ферритов), а сердечники для электромагнитов и трансформаторов — из магнитно-мягких материалов (например, электротехнической стали, пермаллоя).