lection 9 (Презентации лекций)

Лекция 9. Внешняя память в ЭВМВнешняя память в ЭВМ (I)МагнетизмМагнитные материалы: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетикиКривая намагниченности ферромагнетиков: мягкие и жесткие ферромагнетикиТемпература КюриДоменная структураПринципы записи и считывания информации на магнитных носителяхТипы магнитных носителей и магнитных головокПредельная плотность записи и скорость доступа к записанной информацииПродольная и поперечная запись информацииФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВММагнетизмМагнетизм - форма взаимодействия движущихся электрических зарядов, котораяосуществляется на расстоянии (дальнодействие) посредством магнитного поля.Как и электричество, магнетизм является проявлением т.н.

электромагнитноговзаимодействия. С точки зрения квантовой теории э/м взаимодействие переноситсяфотоном - частицей, которая описывает квантовое возбуждение э/м поляПервые упоминания о применении магнитныхматериалов относятся к III-му тысячелетию дон.э., когда китайский император Хуан-Дииспользовал компас во время одной из битвКитайские мореплаватели конца второго тысячелетия до н.э. использовали такойкомпас для морской навигацииФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВММагнетизмФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВММагнетизм1820 г. - А.М. Ампер - гипотеза молекулярных токов(альтернатива гипотезе элементарных магнитных диполейВ.Э. Вебера)1831 г. – Майкл Фарадей – открытие закона электромагнитнойиндукции и введение термина «магнитное поле»1834 г. – Э.Х. Ленц - правило о направлении индукционноготока и связанного с ним магнитного поля1873 г. – Дж.К.

Максвелл - «Трактат об электричестве имагнетизме»1888 г. – Г.Р. Герц - экспериментальное обнаружениеэлектромагнитных волн1896 г. – Х.А. Лоренц – электронная теория магнитных свойстви объяснение эффекта Зеемана1905 г. – П. Ланжевен - классическая трактовка теории диа- ипарамагнетизмаФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВММагнетизмЗакон э/м индукции Фарадея использует понятие магнитногопотока ΦB через замкнутую поверхность Σ, который определѐнчерез поверхностный интеграл:где dA - площадь элемента движущейся поверхности Σ(t), B магнитное поле.Когда ΦB меняется, работа e по перемещению пробного зарядавокруг замкнутой кривой ∂Σ(t) производится силой, называемойЭДС, величина которой определяется по формуле:где направление ЭДС определяется законом (правилом) Ленца:Индукционный ток имеет такое направление, что собственныймагнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитногопотока, вызвавшего этот ток (1833 г.)Физические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВММагнетизмСила Лоренца (1892 г.) - сила, с которой э/м поледействует на точечный заряд. Силой Лоренцаиногда называют силу, действующую на заряд q,движущийся со скоростью v, лишь со сторонымагнитного поля, но чаще полную силу - т.е. силу,действующую на заряд со стороны электрическогоE и магнитного полей HЧастным случаем силы Лоренца является силаАмпераФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВММагнетизмЗакон Ампера (1820 г.) - описывает магнитноевзаимодействие постоянных токов. Из законаследует, что два параллельных проводника стоками, протекающими в одном направлении,притягиваются, а в противоположных - отталкиваются.Законом Ампера называют также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током.Сила, с которой магнитное поле действуетна элементпроводника с током I, находящегося в магнитном поле с индукциейФизические основы современных ЭВМ. ВМиК.

http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВММагнитные материалы:диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетикиДиамагнетики - вещества, намагничивающиеся противнаправления внешнего магнитного поля. Без внешнегополя они немагнитны, а под его действием каждый атомприобретает магнитный момент I, пропорциональныймагнитной индукции H и направленный навстречу полю.Поэтому магнитная восприимчивость χ = I/H у диамагнетиков мала, отрицательна и слабо зависит от напряжѐнности магнитного поля и температурыЛягушка левитирует вмагнитном поле ~16 Т1778 г. - С. Дж.

Бергман обнаружил, что висмут и сурьмаотталкиваются магнитным полем1845 г. – Майкл Фарадей вводит термин «диамагнетизм»К диамагнетикам относятся инертные газы, азот, водород, кремний, фосфор, висмут,цинк, медь, золото, серебро, а также многие соединения, как органические, так и неорганическиеФизические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВММагнитные материалы:диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетикиПарамагнетики - вещества, которые намагничиваются вовнешнем поле в направлении этого поля.

Их магнитнаявосприимчивость χ = I/H положительна и мала.Термин «парамагнетизм» ввел в 1845 г. Майкл Фарадей,который разделил все вещества (кроме ферромагнитных)на диа- и парамагнитные.Атомы (молеклы) парамагнетика обладают собственными магнитными моментами,которые под действием внешнего поля ориентируются и создают результирующееполе, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле.

Безвнешнего поля парамагнетик не намагничен, т.к. из-за теплового движения магнитные моменты атомов ориентированы беспорядочно.Парамагнетиками являются Al, Pt, щелочные и щелочно-земельные металлы, сплавы этих металлов, О2, NO, MnO, FeCl2 и др.Парамагнетиками становятся ферро- и антиферромагнетики при температурах,превышающих Tc и TN, соответственно.Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВММагнитные материалы:диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетикиФерромагнетики - вещества, в которых ниже критическойтемпературы (точка Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов / ионов(в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлах). Т.е. ферромагнетик такое вещество, которое ниже точки Кюри, может обладатьнамагниченностью в отсутствие внешнего поляМагнитная восприимчивость χ = I/H у ферромагнетиков положительна и значительно больше единицыФерромагнетками являются переходные элементы Fe, Co и Ni (3d-металлы), а такжередкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Ho, ErФерромагнитны многие бинарные и многокомпонентные сплавы перечисленных металлов, сплавы и соединения Cr и Mn с неферромагнитными элементами, а такженекоторые соединения металлов группы актиноидов (например, UH3)Физические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВМТемпература КюриМатериалTc (K)Co1388Fe1043Fe2B1015Температура Кюри - температура фазовогоперехода, связанного со скачком магнитныхсвойств ферромагнетиковМатериалTc (K)MnOFe2O3573Y3Fe5O12560Cu2MnIn500CrO2386FeOFe2O3858MnAs318NiOFe2O3858Gd292CuOFe2O3728Au2MnAl200MgOFe2O3713MnBi630Cu2MnAl630Ni627При T < Tc в ферромагнетиках наблюдаетсяспонтанная намагниченность и магнитнокристаллическая симметрия.Dy88EuO69CrBr337При T = Tc тепла становится достаточно дляразрушения «магнитного порядка» и изменения симметрии.

Ферромагнетик становитсяпарамагнетикомEuSGdCl3Физические основы современных ЭВМ. ВМиК. http://comp.ilc.edu.ru16,52,2Лекция 9. Внешняя память в ЭВММагнитные материалы:диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетикиАнтиферромагнетик - вещество, в которомустановился антиферромагнитный порядокмагнитных моментов атомов или ионовСреди элементов антиферромагнетиками являются твердый кислород, Cr, а такжеряд редкоземельных металлов (Dy, Ho, Er, Tm, Tb).Аналогично ферромагнетикам при T = TN (в т.н. точке Нееля) у антиферромагнетиковпроисходит разрушение магнитной структуры (магнитных подрешѐток), и они такжекак ферромагнетики становятся парамагнетикамиФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВМКривая намагниченности ферромагнетиков:мягкие и жесткие ферромагнетикиМагнитный гистерезис - явление, обуславливающее зависимость вектора намагниченности М и вектора напряженности магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках - Fe, Co, Ni и сплавах на их основе.Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитовФизические основы современных ЭВМ. ВМиК.

http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВМКривая намагниченности ферромагнетиков:мягкие и жесткие ферромагнетикиBR характеризует остаточную намагниченностьЕсли BR велико, ферромагнетикназывают «жестким», а если мало– «мягким»При записи информации мягкиемагнитные материалы используют в магнитных головках, а жесткие - для создания носителейинформацииФизические основы современных ЭВМ.

ВМиК. http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВМДоменная структураДомены - макроскопические области в магнитныхкристаллах, в которых существует определеннаяориентация вектора спонтанной однородной намагниченности (ферромагнетики) либо вектора антиферромагнетизма (при температуре ниже точек Кюри иНееля, соответственно) и эта ориентация отличаетсяот ориентации соответствующего вектора в соседнихдоменахДомены существуют в ферромагнитных и антиферромагнитных кристаллах, а также других веществах,обладающих спонтанным дальним порядком (например, сегнетоэлектриках)Физические основы современных ЭВМ. ВМиК.

http://comp.ilc.edu.ruЛекция 9. Внешняя память в ЭВММагнитная запись информации1888 г. - Оберлайн Смит – магнитная запись настальную проволоку1896 г. - Вальдеммар Поульсен - первое работающее устройство (телеграфон)1920 г. - Шуллер - кольцевая магнитная головка1925 г. - Курт Штилле - запись речи1927 г. - Фриц Пфлеймер - магнитная лента1934 г. - BASF - выпуск магнитной ленты (карбонильное железо на диацетатной основе)1945 г.