Номер 3.181, страница 83 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Основы электродинамики. Глава 3. Электромагнетизм. Магнитные свойства вещества - номер 3.181, страница 83.

Условие.

3.181. При нагревании выше точки Кюри магнит размагничивается. В какие виды энергии превращается при этом энергия магнитного поля?

Решение.

Решение

При нагревании ферромагнитного материала (постоянного магнита) выше определенной температуры, называемой точкой Кюри, происходит фазовый переход. Тепловая энергия, сообщаемая магниту, увеличивает интенсивность хаотического теплового движения атомов. В точке Кюри эта энергия становится достаточной для разрушения спонтанной упорядоченной ориентации магнитных моментов атомов (доменной структуры). В результате вещество теряет свои ферромагнитные свойства, и создаваемое им макроскопическое магнитное поле исчезает.

Согласно закону сохранения энергии, энергия, которая была запасена в магнитном поле, не может исчезнуть бесследно. Она преобразуется в другие виды энергии. Основной канал преобразования — это переход энергии магнитного поля во внутреннюю энергию самого вещества магнита.

Этот процесс можно разбить на две составляющие:

1. Увеличение потенциальной энергии взаимодействия атомных магнитных моментов. В намагниченном состоянии (ниже точки Кюри) магнитные моменты атомов ориентированы согласованно, что соответствует состоянию с минимальной потенциальной энергией. Разрушение этого порядка требует затрат энергии. Энергия исчезающего внешнего магнитного поля как раз и идет на преодоление сил обменного взаимодействия, удерживающих моменты в упорядоченном состоянии. В результате система переходит в состояние с более высокой потенциальной энергией, соответствующее хаотической ориентации магнитных моментов.

2. Увеличение кинетической энергии частиц (теплоты). Исчезновение магнитного поля означает изменение магнитного потока, пронизывающего сам магнит. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, это переменное магнитное поле индуцирует в объеме проводящего материала магнита вихревые электрические поля, которые, в свою очередь, создают вихревые токи (токи Фуко). Протекая через вещество, обладающее электрическим сопротивлением, эти токи вызывают его дополнительный нагрев в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Таким образом, часть энергии магнитного поля диссипирует (рассеивается) в виде тепла, увеличивая кинетическую энергию теплового движения атомов кристаллической решетки.

Теоретически, изменяющееся магнитное поле также излучает электромагнитные волны, которые уносят часть энергии. Однако при медленном нагреве и, соответственно, медленном размагничивании, мощность этого излучения пренебрежимо мала по сравнению с энергией, переходящей во внутреннюю энергию вещества.

Ответ: Энергия магнитного поля превращается преимущественно во внутреннюю энергию самого магнита, которая, в свою очередь, складывается из двух составляющих: потенциальной энергии взаимодействия хаотически ориентированных атомных магнитных моментов и кинетической энергии теплового движения атомов (теплоты), выделяющейся за счет диссипации индуцированных вихревых токов.