Движение парамагнитных и диамагнитных тел в магнитном поле. Опыты Фарадея

Притяжение железных предметов к магнитам является наиболее простым и бросающимся в глаза проявлением магнитного поля и исторически послужило основой всего развития учения о магнетизме. Оно сводится к воздействию магнитного поля на ориентированные молекулярные токи намагнитившегося железа. Так же, но только значительно слабее должно действовать магнитное поле и на парамагнитные тела, потому что, как мы могли судить по опытам, описанным в предыдущем параграфе, и в парамагнитных телах ориентация элементарных токов происходит так же, как в ферромагнитных: магнитный поток элементарных токов усиливает, хотя и незначительно, магнитный поток ориентирующего поля и, следовательно, парамагнитные тела притягиваются к магниту (рис. 278, а).

Рис. 278. а) При намагничивании парамагнитного или ферромагнитного тела на ближайшем к магниту конце возникает полюс, разноименный с полюсом намагничивающего магнита; парамагнитное тело притягивается к магниту. б) В тех же условиях на ближайшем к магниту конце диамагнитного тела возникает полюс одноименный; диамагнитное тело отталкивается от магнита

В отличие от тел парамагнитных, диамагнитные тела уменьшают магнитный поток катушки. Это означает, что в диамагнитном теле под действием внешнего поля возникают элементарные токи такого направления, что их магнитное поле противоположно направлению внешнего магнитного поля. Следовательно, и действие внешнего магнитного поля на диамагнитные тела противоположно по направлению действию его на тела ферро- и парамагнитные, т. е. диамагнитные тела отталкиваются от магнита (рис. 278, б).

Мы можем выразить этот факт и несколько иначе. Когда мы подносим к магниту какое-нибудь железное тело, то оно намагничивается так, что на той стороне его, которая обращена к магниту, возникает полюс, разноименный с полюсом магнита; то же имеет место и в случае парамагнитного тела (рис. 278, а). Напротив, в случае диамагнитного тела на стороне, ближайшей к полюсу намагничивающего магнита, возникает полюс, одноименный с этим полюсом магнита (рис. 278, б). Рис. 276 и 277 поясняют, почему парамагнитные тела притягиваются к магниту, а диамагнитные отталкиваются от него.

Именно такие действия и были обнаружены Фарадеем. В 1845 г., использовав сильный электромагнит, Фарадей установил способность всех тел намагничиваться и открыл, что одни тела, притягиваются к магниту, а другие отталкиваются от него. Он предложил для первых название парамагнитных, для вторых название диамагнитных. Индукционные опыты с пара- и диамагнитными телами, подобные описанным в § 144, были произведены значительно позже, когда магнитные свойства диамагнитных и парамагнитных тел были уже установлены на основании исследований Фарадея.

По силе притяжения или отталкивания можно судить и количественно о способности тела намагничиваться, т. е. можно определить магнитную проницаемость для данного вещества. Этот метод измерения , основанный на изучении притяжения или отталкивания маленького тела из данного вещества, теоретически более сложен, чем описанный нами в § 145 метод, основанный на измерении магнитного потока. Но зато он гораздо чувствительнее и, кроме того, пригоден для измерения в маленьком образчике вещества, тогда как для измерения по индукционному способу нужно заполнить изучаемым веществом всю полость катушки. В тех случаях, когда удается измерить и тем и другим способом, получаются согласующиеся результаты.

146.1. Полюсы сильного электромагнита на рис. 279 срезаны непараллельно друг другу, так что внизу расстояние между ними значительно меньше, чем наверху. Между ними подвешивается на нити шарик из различных испытуемых материалов. Верхний конец нити прикреплен к спиральной пружинке, растяжение которой позволяет измерить силу, действующую со стороны магнитного поля на шарик (пружинные весы). Оказывается, что если шарик изготовлен из алюминия, вольфрама или платины, то эта сила направлена вниз (пружинка растягивается), а в случае серебра, золота, меди или висмута она направлена вверх (пружинка сокращается). Объясните этот опыт.

Рис. 279. К упражнению 146.1

146.2. При исследовании магнитной проницаемости жидких веществ часто поступают так. Жидкость наливают в коленчатую трубку и одно из колен помещают между полюсами сильного электромагнита (рис. 280). Жидкость в этом колене поднимается или опускается в зависимости от того, является ли она парамагнитной или диамагнитной. Объясните это явление.