proprietăţile magnetiCe ale substanţei.
permeabilitatea relativă să ne amintim Pentru a studia tema dată, ne aducem aminte despre influenţa dielectricului asupra câm pului electric în care este introdus. Ne imagi năm un condensator plan cu vid (aer) încărcat cu sarcina electrică q0. Notăm cu 0 intensitatea câm pului electric dintre armă turi. Introdu cem în condensator un dielectric care umple tot spaţiul dintre armă turi. Toate sarcinile electrice ale dielec tricului sunt sarcini legate, ele se pot deplasa doar în limi tele moleculei (ale atomului). Sub influenţa câmpului electric exterior se produce o rearanjare a sarcini lor legate, ele se deplasează întrucâtva spre armă tu rile cu sarcini de semne opuse ale condensa torului. Acest feno men este cunoscut sub denumirea de polarizare a dielectricu lui. În consecinţă, pe feţele dielectricului se află sarcinile electrice legate de semne opuse celor de pe armă turile învecinate ale condensatorului și diminuează câmpul electric al acestora. Respectiv, intensitatea câmpului electric în die lectric E devine mai mică decât în vid (E0). Mărimea fizică εr care arată de câte ori intensi tatea câmpului electric în vid este mai mare decât intensitatea câmpului în același loc după introdu cerea die lec tricului în el se numește permitivitate relativă a substanţei εr = E0 E sau E = E0 εr . Sub formă vectorială . (1.11) Evident, mărimea adimensională εr >1. Să analizăm influenţa substanţei asupra câmpului magnetic în care este introdusă. Primul savant care a abordat această problemă a fost Ampère. El a pornit de la faptul că substanţa este formată din molecule (atomi) și a admis că în ele există curenţi electrici circulari, numiţi curenţi moleculari, ale căror câm puri magnetice sunt similare celor ale unor bare magnetice minuscule (fig. 1.3, pag. 6). Această ipoteză a lui Ampère a fost foarte îndrăz neaţă pentru timpul său, precedând cu circa 90 de ani stabilirea modelului planetar al atomului. În con formitate cu acest model, în centrul atomului se află nucleul în care este localizată practic toată masa atomului și este încărcat cu sarcină electrică pozitivă, iar în jurul lui se mișcă electronii. Din punct de vedere electric, această miș care este E0
14
echivalentă cu existenţa unor curenţi electrici circu lari elementari. Pentru simplitate, admitem existenţa în moleculă (atom) doar a unui curent circular al cărui câmp mag netic este echivalent cu câmpul creat de toţi electronii ce se mișcă în moleculă. Acest curent este curentul mole cular, a cărui intensitate se notează cu Imol. Având în vedere că în jurul nucleului se mișcă mai mulţi electroni, este posibilă situaţia în care in ten sitatea curentului molecular este nulă: Imol = 0. Substanţele formate din molecule (atomi) în care există curenţi mole culari (Imol ≠ 0) sunt numite paramagnetici, iar cele formate din molecule caracterizate de Imol = 0 sunt numite diamagnetici. Să analizăm influenţa acestor substanţe asupra câmpului magnetic în care sunt introduse. Ne imaginăm un solenoid prin ale cărui spire circulă un curent electric de intensitate I0. Notăm cu 0 inducţia câmpului magnetic din interiorul solenoi dului, al cărei sens se determină în conformitate cu regula burghi ului (v. fig. 1.4). Menţionăm că în partea centrală a solenoidului câmpul magnetic este aproximativ omogen (fig. 1.13). Introducem în interiorul solenoidului, coaxial cu el, un cilindru din substanţă paramagnetică. Câmpul magnetic al solenoidului orientează „magneţii” mole cu lelor în sensul inducţiei 0, iar curenţii moleculari Imol circulă în sensul curentului de intensitate I0 din spirele solenoidului (fig. 1.14). Distribuţia curenţilor într-o secţiune transversală a solenoi dului și a cilindru lui paramagnetic este reprezentată în figura 1.15. Observăm că în partea interioară a paramagneti cului curenţii mole culari vecini circulă în sensuri opuse, iar la suprafaţa lui toţi curenţii au unul și ace lași sens – cel al curentului din solenoid. Inducţiile magnetice ale câmpurilor respective au același sens, deci inducţia magnetică în paramagnetic este mai mare în modúl decât inducţia magnetică în
vid 0, adică , (1.12) unde μr μrpara > 1. Mărimea adimensională μr care arată de câte ori inducţia magnetică în substanţă este mai mare în modúl decât inducţia magnetică în vid, până la intro du cerea substanţei în locul dat, este numită permea bilitate relativă a substanţei. Paramagneticii amplifică câmpul magnetic în care sunt introduși. Cu totul alta este situaţia în cazul substanţelor dia mag netice. În lipsa câmpului magnetic exterior, curenţii moleculari sunt nuli: Imol = 0. La intro
ducerea acestor substanțe în câmp magnetic exterior, mișcarea elec tro nilor din molecule se modifică, astfel încât apar curenţi moleculari care circulă în sens contrar celui din spirele solenoidului. Ca rezultat, inducţia câmpului mag netic în diamagnetic este mai mică decât era în locul res pectiv până la introducerea în el a substanţei. Astfel, pentru diamagnetici permeabilitatea relativă μr μrdia < 1. În tabelul de mai jos sunt incluse valorile permeabi lităţii relative pentru câteva substanţe. permeabilitatea relativă Paramag neticul μr Diamag ne ticul μr Aluminiu Aer Oxigen Wolfram 1,000023 1,00000038 1,0000019 1,000176 Bismut Apă Cupru Sticlă 0,999824 0,999991 0,999990 0,999987 Din analiza tabelului constatăm că perme abi litatea relativă a acestor substanţe diferă foarte puţin de 1, prin urmare ele au proprietăţi magnetice nesemnifi cative. Există câteva metale – fierul (Fe), gadoliniul (Gd), cobaltul (Co), nichelul (Ni) – și aliajele acestora care sunt caracte rizate de proprietăţi magnetice deosebite. Ele poartă numele de feromagnetici, deoarece fierul este cel mai răspândit și posedă proprietăţi mai pro nunţate. Permeabilitatea relativă a lor are valori destul de mari, de până la µr = 8 000, adică de atâtea ori amplifică câmpul mag netic și acţiunile lui. Feromagneticii se utilizează pe larg în electromagneţi. Aceștia prezintă bobine de sârmă izolată înfășurată în unul sau mai multe straturi, în interiorul cărora se află un miez din sub stanţă feromagnetică. Substanţa se alege astfel încât la întreruperea curentului electric în bobine să dispară proprietatea de atracţie magnetică. Electromagneţii au un domeniu vast de aplicabilitate, inclusiv în relee electromagnetice. (Anumite aplicaţii ale electromagneţilor vă sunt cunoscute de la orele de fizică din clasa a VIII-a.) Unele substanţe (aliaje) feromagnetice rămân mag netizate și atunci când intensitatea curentului în bobină devine nulă, adică rămân magnetizate și în lipsa câmpului magnetic exterior. Această stare de magnetizare este numită remanentă. Ea este carac teristică pentru magneţii permanenţi. Drept exemplu sunt magneţii în formă de bară sau de potcoavă și ácele magnetice folosite în busole. Magneţii permanenţi sunt părţi componente ale unor aparate electrice de măsurat, de exemplu, ale celor magnetoelectrice. Ele reprezintă un magnet în formă
15
de potcoavă, între ai cărui poli se poate roti ușor un cadru (o bobină) parcurs(ă) de curentul măsu rat (fig. 1.16). La polii magnetului sunt fixate cape tele (1) prelucrate astfel încât între ele, cilindru (2) și bobină (3) să rămână spaţii înguste. Pe axul bobinei este întărit acul indicator (4) și cape tele unor arcuri spiralate (5) care menţin bobina astfel încât o pereche de laturi ale ei să fie paralele liniilor de inducţie magnetică. Atunci când prin bobină circulă curent electric, în conduc toarele din ea, situate paralel generatoarelor cilindrului, curen ţii au sensuri opuse. Forţele ce acţio nează asupra aces tor conductoare din partea câmpu lui magnetic la fel au sensuri opuse și rotesc bobina până în poziţia în care aceste forţe electro magnetice sunt echilibrate de forţele elas tice din arcu rile spiralate. La o intensi tate mai mare a curentului din bobină, forţele, deci și unghiul de rotaţie a acului indicator, vor fi mai mari. Aparatele de acest tip pot fi folosite numai la măsurători în curent continuu.
permeabilitatea relativă să ne amintim Pentru a studia tema dată, ne aducem aminte despre influenţa dielectricului asupra câm pului electric în care este introdus. Ne imagi năm un condensator plan cu vid (aer) încărcat cu sarcina electrică q0. Notăm cu 0 intensitatea câm pului electric dintre armă turi. Introdu cem în condensator un dielectric care umple tot spaţiul dintre armă turi. Toate sarcinile electrice ale dielec tricului sunt sarcini legate, ele se pot deplasa doar în limi tele moleculei (ale atomului). Sub influenţa câmpului electric exterior se produce o rearanjare a sarcini lor legate, ele se deplasează întrucâtva spre armă tu rile cu sarcini de semne opuse ale condensa torului. Acest feno men este cunoscut sub denumirea de polarizare a dielectricu lui. În consecinţă, pe feţele dielectricului se află sarcinile electrice legate de semne opuse celor de pe armă turile învecinate ale condensatorului și diminuează câmpul electric al acestora. Respectiv, intensitatea câmpului electric în die lectric E devine mai mică decât în vid (E0). Mărimea fizică εr care arată de câte ori intensi tatea câmpului electric în vid este mai mare decât intensitatea câmpului în același loc după introdu cerea die lec tricului în el se numește permitivitate relativă a substanţei εr = E0 E sau E = E0 εr . Sub formă vectorială . (1.11) Evident, mărimea adimensională εr >1. Să analizăm influenţa substanţei asupra câmpului magnetic în care este introdusă. Primul savant care a abordat această problemă a fost Ampère. El a pornit de la faptul că substanţa este formată din molecule (atomi) și a admis că în ele există curenţi electrici circulari, numiţi curenţi moleculari, ale căror câm puri magnetice sunt similare celor ale unor bare magnetice minuscule (fig. 1.3, pag. 6). Această ipoteză a lui Ampère a fost foarte îndrăz neaţă pentru timpul său, precedând cu circa 90 de ani stabilirea modelului planetar al atomului. În con formitate cu acest model, în centrul atomului se află nucleul în care este localizată practic toată masa atomului și este încărcat cu sarcină electrică pozitivă, iar în jurul lui se mișcă electronii. Din punct de vedere electric, această miș care este E0
14
echivalentă cu existenţa unor curenţi electrici circu lari elementari. Pentru simplitate, admitem existenţa în moleculă (atom) doar a unui curent circular al cărui câmp mag netic este echivalent cu câmpul creat de toţi electronii ce se mișcă în moleculă. Acest curent este curentul mole cular, a cărui intensitate se notează cu Imol. Având în vedere că în jurul nucleului se mișcă mai mulţi electroni, este posibilă situaţia în care in ten sitatea curentului molecular este nulă: Imol = 0. Substanţele formate din molecule (atomi) în care există curenţi mole culari (Imol ≠ 0) sunt numite paramagnetici, iar cele formate din molecule caracterizate de Imol = 0 sunt numite diamagnetici. Să analizăm influenţa acestor substanţe asupra câmpului magnetic în care sunt introduse. Ne imaginăm un solenoid prin ale cărui spire circulă un curent electric de intensitate I0. Notăm cu 0 inducţia câmpului magnetic din interiorul solenoi dului, al cărei sens se determină în conformitate cu regula burghi ului (v. fig. 1.4). Menţionăm că în partea centrală a solenoidului câmpul magnetic este aproximativ omogen (fig. 1.13). Introducem în interiorul solenoidului, coaxial cu el, un cilindru din substanţă paramagnetică. Câmpul magnetic al solenoidului orientează „magneţii” mole cu lelor în sensul inducţiei 0, iar curenţii moleculari Imol circulă în sensul curentului de intensitate I0 din spirele solenoidului (fig. 1.14). Distribuţia curenţilor într-o secţiune transversală a solenoi dului și a cilindru lui paramagnetic este reprezentată în figura 1.15. Observăm că în partea interioară a paramagneti cului curenţii mole culari vecini circulă în sensuri opuse, iar la suprafaţa lui toţi curenţii au unul și ace lași sens – cel al curentului din solenoid. Inducţiile magnetice ale câmpurilor respective au același sens, deci inducţia magnetică în paramagnetic este mai mare în modúl decât inducţia magnetică în
vid 0, adică , (1.12) unde μr μrpara > 1. Mărimea adimensională μr care arată de câte ori inducţia magnetică în substanţă este mai mare în modúl decât inducţia magnetică în vid, până la intro du cerea substanţei în locul dat, este numită permea bilitate relativă a substanţei. Paramagneticii amplifică câmpul magnetic în care sunt introduși. Cu totul alta este situaţia în cazul substanţelor dia mag netice. În lipsa câmpului magnetic exterior, curenţii moleculari sunt nuli: Imol = 0. La intro
ducerea acestor substanțe în câmp magnetic exterior, mișcarea elec tro nilor din molecule se modifică, astfel încât apar curenţi moleculari care circulă în sens contrar celui din spirele solenoidului. Ca rezultat, inducţia câmpului mag netic în diamagnetic este mai mică decât era în locul res pectiv până la introducerea în el a substanţei. Astfel, pentru diamagnetici permeabilitatea relativă μr μrdia < 1. În tabelul de mai jos sunt incluse valorile permeabi lităţii relative pentru câteva substanţe. permeabilitatea relativă Paramag neticul μr Diamag ne ticul μr Aluminiu Aer Oxigen Wolfram 1,000023 1,00000038 1,0000019 1,000176 Bismut Apă Cupru Sticlă 0,999824 0,999991 0,999990 0,999987 Din analiza tabelului constatăm că perme abi litatea relativă a acestor substanţe diferă foarte puţin de 1, prin urmare ele au proprietăţi magnetice nesemnifi cative. Există câteva metale – fierul (Fe), gadoliniul (Gd), cobaltul (Co), nichelul (Ni) – și aliajele acestora care sunt caracte rizate de proprietăţi magnetice deosebite. Ele poartă numele de feromagnetici, deoarece fierul este cel mai răspândit și posedă proprietăţi mai pro nunţate. Permeabilitatea relativă a lor are valori destul de mari, de până la µr = 8 000, adică de atâtea ori amplifică câmpul mag netic și acţiunile lui. Feromagneticii se utilizează pe larg în electromagneţi. Aceștia prezintă bobine de sârmă izolată înfășurată în unul sau mai multe straturi, în interiorul cărora se află un miez din sub stanţă feromagnetică. Substanţa se alege astfel încât la întreruperea curentului electric în bobine să dispară proprietatea de atracţie magnetică. Electromagneţii au un domeniu vast de aplicabilitate, inclusiv în relee electromagnetice. (Anumite aplicaţii ale electromagneţilor vă sunt cunoscute de la orele de fizică din clasa a VIII-a.) Unele substanţe (aliaje) feromagnetice rămân mag netizate și atunci când intensitatea curentului în bobină devine nulă, adică rămân magnetizate și în lipsa câmpului magnetic exterior. Această stare de magnetizare este numită remanentă. Ea este carac teristică pentru magneţii permanenţi. Drept exemplu sunt magneţii în formă de bară sau de potcoavă și ácele magnetice folosite în busole. Magneţii permanenţi sunt părţi componente ale unor aparate electrice de măsurat, de exemplu, ale celor magnetoelectrice. Ele reprezintă un magnet în formă
15
de potcoavă, între ai cărui poli se poate roti ușor un cadru (o bobină) parcurs(ă) de curentul măsu rat (fig. 1.16). La polii magnetului sunt fixate cape tele (1) prelucrate astfel încât între ele, cilindru (2) și bobină (3) să rămână spaţii înguste. Pe axul bobinei este întărit acul indicator (4) și cape tele unor arcuri spiralate (5) care menţin bobina astfel încât o pereche de laturi ale ei să fie paralele liniilor de inducţie magnetică. Atunci când prin bobină circulă curent electric, în conduc toarele din ea, situate paralel generatoarelor cilindrului, curen ţii au sensuri opuse. Forţele ce acţio nează asupra aces tor conductoare din partea câmpu lui magnetic la fel au sensuri opuse și rotesc bobina până în poziţia în care aceste forţe electro magnetice sunt echilibrate de forţele elas tice din arcu rile spiralate. La o intensi tate mai mare a curentului din bobină, forţele, deci și unghiul de rotaţie a acului indicator, vor fi mai mari. Aparatele de acest tip pot fi folosite numai la măsurători în curent continuu.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu