Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Внешнее магнитное поле ори. ентирует по паню магнитные моменты пе отдельных атомов, как это имеет место в случае парвмвгнетиков, а целых областей спонтанной намагниченности. Поэтому с ростом Н намагниченность 1 (см. рнс. !92) и магнитная индукции В (см, рис. !93) уже и довольно слабых полях растут очень быстро. Этим объясняется также увеличение р ферромагнетинов до максимального значения в слабых полях (си. рнс. !94). Эксперименты показали, что зависимость В от Н не является такой плавной, как показано на рис. 193, а имеет ступенчатый вид. Это свидетельствует о том, что внутри ферромагнетика домены поворачиваются по полю скачком. Прн ослаблении внешнего магнитного поля до нуля ферромагнетики сохраняют остаточное намагниченне, так как тепловое движение не в состоянии быстро дезориентировать магнитные моменты столь крупных образований, какими являются домены. Поэтому и наблюдается явление магнитного гистерезиса (рис. 195).
Для того чтобы ферромагнетик размагнитить, необходимо приложить коэрцнтнвную силу; размагничиванию способствуют также встряхивание и нагревание ферромагнетика. Точка Кюри оказывается той температурой, выше которой происходит разрушение доменной структуры.
Существование доменов в ферромагнетиках доказано экспериментально. Прямым экспериментальным методом их наблюдения является метод порошковых фигур. На тщательно отполированную поверхность ферромагнетика наносится водная суспензия мелкого ферромагнитного порошка (например, магнетита). Частицы оседают преимущественно в местах максимальной неоднородности магнитного поля, т, е.
на границах между доменами. Поэтому осевший порошок очерчивает границы доменов и подобную картину можно сфотографировать под микроскопом. Линейные размеры доменов оказались равнымн 10 4 10 т см Дальнейшее развитие теории ферромагнетизма Френкелем и Гейзенбергом, а также ряд экспериментальных фактов позвавнли выяснить природу элементарных носителей ферромагнетнзма. В настоящее время установлено, что магнитные свойства ферромагнетиков определяются сливовыми магнитными моментами электроноч !прямым экспериментальным указанием этого служит опыт Эйнштейна и де ч/ч Нгг«1ри ит1г ~ и .ью ~ г1ь чио~ Контрольные вопросы Почему орбитальные магнитный и механический моменты электрона и атоме противоположно направлены? Что иизыиают гиромзгиитиым отношением? Йз иаких магнитных моментов силидывгетси магнитный момент атома? Что такое лиамагиетики? парамагиетики? В чем различие их магнитных свойств? Что такое намагниченность? Кикин величина может служить ее аналогам в электростатике? Запишите и объясните с~ютиои|еиии между магнитными проиияаеиогтью и восприимчивостью Лля пиримггиетикз, дли диамагиетикг.
Выиедите связь между векторами магнитной иидукиии, напряженности магнитного пали и на- магниченности. Объясните физический смысл циркуляпии по произвольному замкнутому контуру векторов: 1) В! 2) Н; 3) 3. Выведите и прокомментируйте условия аля векторов В и Н иа границе раздела двух магнети- ков. Объясните петлю гистсрезисг ферромигиетика.
Что такое мзгиитострикияя? и Гааза, см. $ 131). Установлено также, что феррома|'нитными свойствами могут обладать только кристаллические вещества, в атомах которых имеются недостроенные внутренние электронные оболочки с иескомпенсированными спинами. В подобных кристаллах могут возникать силы, которые вынуждают спиновые магнитные моменты электронов ориентироваться параллельно друг другу, что и приводит к возникновению областей спонтанного намагничения. Эти силы, называемые обменными силами, имеют квантовую природу — они обусловлены волновыми свойствамя электронов.
Так как ферромагнетнзм наблюдается только в кристаллах, а они обладают аннзотропией (см.$70), то в монокристаллах ферромагнетиков должна иметь место анизотропия магнитных свойств (их зависимость от направления в кристалле). Действительно, опыт показывает, что при одних направлениях в кристалле его намагниченность прн данном значении напряженности магнитного поля наибольшая (направление легчайшего намагничеиия), в других — наименьшая (направление трудного намагничения), Из рассмотрения магнитных свойстн ферромагиетнков следует, что они похожи иа сегнетоэлектрнки (см.
б 91). Существуют вещества, в которых обменные силы вызывают ангииараллгльную ориентапию спнновых магнитных момен- тов электронов. Такие тела называются антиферромагнетнками. Их существование теоретически было предсказано Л. Д. Ландау. Антиферромагнетиками являются некоторые соединения марганца (МпО, Морг), железа (ГеО, геС1э) и многих других элементов. Для них также сушествует антиферромагнитнан точка Кюри (точка Нееля *), при которой магнитное упорядочение спиновых магнитных моментов нарушается и антиферромагнетик превращается в парамагнетнк, претерпевая фазовый переход !! рода (см. $75).
В последнее время болыпое значение приобрели полупроводниковые ферромагнетики — ферриты, химические соединения типа МеО РеэОэ, где Ме — ион двухвалентного металла (Мп, Со, %, Сп, Мп, Хп, Сб, Ге). Они отличаются заметными ферромагнитными свойствами и большим удельным электрическим сопротивлением (в миллиарды раз большим, чем у металлов). Ферриты применяются для изготовления постоянных магнитов, ферритовых антенн, сердечников радиочастотных контуров, элементов оперативной памяти в вычислительной технике, для покрытия пленок в магнитофонах и видеомагнитофонах и т. д. * Л.
Неель !род. 1904) — фриииуэский физик ~ и» н 1, П нови»~с тегюии Мэм неь11 ъ и ° Какие ферромагнетики яаляютсн магнитомнгкимиэ магинтожесткимгл Где их иримеияютэ ° Каков механизм иамагиичеиия ферромагиетнконз н Какую температуру для ферромагнетниа называют тсчкон Кюри? Задачи 1й,!.
Напряженность однородного магнитного наля а меди равна 1О А/м Определить магнитную индукцию поля, создаваемого молекулярными токами, сели диамагнитиан аосприиччиность меди Ы=8 8 !О '. [1,1! пТл [ 18.2. По круговому контуру радиусом 50 см, погруженному в жидкий кислород, течет ток 1,5 А. Определить намагниченность з центре этого контура, с«ли магнитная аоспринмчкиосгь жидкого кислорода 3,4 1О '. [5,1 мА/м[ 18.3. По обмотке соленоида нндуктивностью ! мГн, находящегося а диамашгитной среде, течет ток 2 А. Соленоид имеет длину 20 см, площадь поперечного сечения 10 см' и 400 витков.
Определить внутри соленоида: !) магнитную индукцию; 2) намагниченность. [1) 5 мТл; 2) 20 А/м] !6.4. Алюминиевый шарик радиусам 0,5 см помещен в однородное магнитное поле (В«=0,! Тл) Определить магнитный момент, приобретенный шариком, если магнитная восприимчивость алюминия 2,! ° 1О '. [8,75 мкА ° и ) Глава 17 Основы теории Максвелла для электромагнитного поля 2 137. Вихревое электрическое поле Из закона Фарадея (см. (123.2) ) дФ 'й,= — — следует, что любое изменение й! сцепленного с контуром потока магнитной индукции приводит к возникновеннкэ электродвижушей силы индукции н вследствие этого появляется индукционный ток. Следовательно, возникновение э.д.с. электромагнитной индукции возможно и в неподвижном контуре, находящемся в переменном магнитном поле. Однако э.д.с, в любой цепи возникает только тогда, когда в ней на носители тока действуют сторонние силы — силы неэлектростатнческого происхождения (см.
$97). Поэтому возникает вопрос о природе сторонних сил в данном случае. Опыт показывает, что этн сторонние силы не связаны ни с тепловыми, ни с химическими процессами в контуре; их возникновение также нельзя объяснить силами Лоренца, так как они на неподвижные заряды не действуют. Максвелл высказал гипотезу, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причинои возникновения ин- дукционного тока в контуре. Согласно представлениям Максвелла, контур, в ко- тором появляется э.д.с., играет второсте- пеннунэ роль, являясь своего рода лишь «прибором», обнаруживающим эта иоле. Итак, по Максвеллу, изменяющееся во времени магнитное поле порождает элек- трическое поле Еа, цпркуляи,ия которого, по ( ! 23.3), Ф ° = Еа б!=$ Егчб)=— ОФ (137.!) где Е,и — проекция вектора Еа на направ- ление 51.
Подставив в формулу (137.!) выраже- ние Ф=) В ОЬ (сч, !120.2) ), получим ф Еа д1= — — ~ В 55. э Если поверхность и контур неподвиж- ны, то операции дифференцирования и ин- тегрнэования можно поменять местами. Следовательно, ф Ез 01= — ~ — дЬ, (137.2) ° дВ д! 3 214 3. Злектркчесше к эеектрочы пегкзч где символ частной производной подчеркивает тот факт, что интеграл ) Вс(8 является функцией только от времени. Согласно (83.3), циркуляция вектора напряженности электростатического поля (обозначим его Ео) вдоль любого замкнутого контура равна нулю: ф Ео д(=ф Ео, Ж=О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
