А.В. Зотеев, А.А. Склянкин - Лекции по курсу общей физики (1106108), страница 34

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 34)

Первые два класса веществ являются слабымимагнетиками – их магнитная проницаемость очень малоотличается от единицы (всего лишь на доли процента).18.4.1. ДиамагнетикиК ним относятся, например, Au, Cu, Pb. Для этих веществ < 1. Это означает, что результирующее поле молекулярныхтоков B  направлено навстречу полю B0 и ослабляет его.Несмотрянакрайнююнезначительностьэффекта,макроскопические проявления диамагнетизма в сильных магнитныхполях можно наблюдать. Например, диамагнетики выталкиваютсяиз области сильного магнитного поля – это есть следствие“противонаправленности” результирующего магнитного моментамолекулярных токов в этих веществах (  pm  B0 ).- 232 -§ 18.

Магнитное поле в веществеКаков механизм диамагнетизма? Суммарные магнитныемоменты атомов таких веществ в отсутствии внешнего магнитногополя равны нулю. Действие магнитного поляВвызываетпрецессиюорбитальныхpmмагнитных моментов электронов атомов с  B . Поведениеугловой скоростьюvэлектронной орбитали при этом подобно-e волчку под действием момента внешнейrNмоментсилы N . Такая прецессия получила названиеMсилыЛарморовой. Она эквивалентна появлениюдополнительного движения электрона (см.dMрис. 18.3), в результате которого атомыIприобретают слабый индуцированный магнитныйpm , направленный против вектора полямомент pmРис.

18.3B0 . Такой механизм намагничивания –«наведённый магнетизм» – характерен для всех атомов любых веществ.18.4.2. ПарамагнетикиК ним относятся, например, Al, Pt, FeCl3. Магнитные моментыpm атомов парамагнитных веществ отличны от нуля в отсутствиивнешнего поля. Спиновый магнитный момент электронов такихатомов нескомпенсирован, поскольку в них есть неспаренныеэлектроны. Однако в отсутствие внешнего поля магнитные моментыотдельных атомов pmi разупорядочены за счёт теплового движения и pmi  0 .

Во внешнем поле появляется некоторая преимущественнаяiориентация pmi , причём J  B0 и B  B0 (см. рис.18.4). ТакимВне поляВ магнитном полеJВ0pmipmi0Рис. 18.4pmiii- 233 -0Электричество и магнетизмобразом, результирующее поле B  B0  B несколько больше, чемB0 . Тепловое движение препятствует достаточно «хорошему»упорядочению – «разбрасывает» pmi по всем направлениям.Экспериментально это проявляется в зависимости намагниченностиот температуры по закону Кюриpm2 *)J.T(18.7)Итак, результирующее поле молекулярных токов B  впарамагнетиках направлено в ту же сторону, что и внешнее полеB0 . Макроскопические проявления парамагнетизма в сильныхмагнитных полях противоположны диамагнетикам – онивтягиваются в область сильного магнитного поля (вспомнитеповедение магнитного диполя в однородном и неоднородноммагнитных поля).

Это есть следствие сонаправленностирезультирующего магнитного момента молекулярных токов в этихвеществах ( B  B0 ).Ранее мы отмечали, что «наведённый магнетизм» (помеханизмунамагничиваниядиамагнетиков,связанныйсвозникновением Ларморовой прецессии) характерен для всехатомов любых веществ. Однако при наличии «спинового»магнетизма, преобладает последний – т.е. магнитное поле впарамагнетиках несколько больше, чем в вакууме.18.4.3.

ФерромагнетикиСпособность к намагничиванию некоторых веществ больше,чем у диа- и парамагнетиков в 1010 раз! Это сильные магнетики –ферромагнетики. К таким веществам относятся, например, Fe, Ni,Co, …, ферромагнитные полупроводники – ферриты. Для них*)Количественная теория парамагнетизма с обоснованием закона Кюри была развита П. Ланжевеном- 234 -§ 18. Магнитное поле в веществе >> 1. В опыте Эйнштейна – де Хааса было установлено, чтогиромагнитное отношение для железа равно e(т.н. g–факторmeравен 2).

Это свидетельствует, что механизм намагничиванияферромагнетиковсвязанименнососпиновыммагнитныммоментом атомов. Почему же этот магнетизм намного ярчевыражен ( >> 1), чем у обычных парамагнетиков? Оказываетсяэто проявление «коллективных» процессов намагничивания – вферромагнетиках возникают области спонтанной намагниченностимакроскопических размеров (10-6 – 10-5 м) – «домены»!Объяснение возможности такого механизма намагничиваниядает только квантовая механика.*) Мы же отметим здесь лишь, чтоотличия от случая слабых магнетиков не только количественные.Оказывается, намагниченность ферромагнетиков зависит помимовеличины поля сторонних токов ещё и от «предыстории»процесса намагничивания – наблюдается «гистерезис» Магнитноеполе в ферромагнетике нарастает при намагничиваниинелинейно, достигая насыщения. Затем при уменьшениивнешнего поля намагниченность убывает медленнее, чем онаросла и, при «снятии» внешнего поля не обращается в ноль (см.рис.18.5) – это «остаточная намагниченность».

Она-то иобъясняет существование постоянных магнитов хорошо знакомыхнам с детства. В процессе перемагничивания ферромагнитноговещества в нём происходит перестройкаJграниц доменов. Это макроскопическийпроцесс! Он сопровождается возникновениемзначительных механических напряжений и, как0В0следствие, порождает звук – «шумыБаркгаузена», используемые, обычно, дляяркой демонстрации эффекта.Рис. 18.5*)Теория ферромагнетизма была впервые разработана Френкелем и Гейзенбергом в 1928 г.- 235 -Электричество и магнетизм§ 19. Элементы теории магнитного поляМаксвелла“В науке необходимо воображение.

Она не исчерпывается целиком ниматематикой, ни логикой, в ней есть что-то от красоты и поэзии” –М. Митчелл (американский астроном)19.1. Трактовка Максвелла явления электромагнитнойиндукцииBВ завершение параграфа 16 мы поставиливопрос: что толкает электроны проводимости,Iindобеспечивая индукционный ток, в неподвижномконтуре, помещённом в переменное магнитноеРис. 19.1поле? Воспроизведём ещё раз соответствующийрисунок (рис.

19.1). Какая сила действует наэлектроны проводимости?*) Сила Лоренца на эту роль явно негодится! Отталкиваясь от подобных вопросов, Максвелл пришёл кконцепции «вихревого электрического поля» – его силовые линиизамкнуты. Источником такого поля является не системаэлектрических зарядов, его порождает переменное магнитноеполе! Поскольку действие этих сил приводит к разделениюзарядов в проводниках, именно они играют роль сторонних сил,обеспечивающихпоявлениевнихЭДСАст iq–ЭДСэлектромагнитнойиндукциивпокоящихсяпроводниках,находящихся в переменном магнитном поле.

Это вихревоеэлектрическое поле удобно характеризовать, как и полеэлектрических зарядов, вектором наряжённости E * . Максвеллформализовал всё это и закон ЭМИ цепочкой следующихсоотношений: i   El*dl;(ЭДС равна удельной работе сторонних сил – сил вихревого электрического поля);C*)Заметим, что закон ЭМИ Фарадея лишь констатирует при каких обстоятельствах появляетсяиндукционный ток.- 236 -§ 19. Теория Максвеллаid; (напомним, что закон ЭМИ мы уже записывали в таком виде);dtУчитывая определение магнитного потока:    Bn dS , приходим(вслед за Максвеллом) к следующему уравнению:d El dl   dt  Bn dSC(19.1)Если поменять теперь последовательность выполнения операцийинтегрированияидифференциированиявправойчастиравенства*), то придём к той форме представления законаэлектромагнитной индукции, которая войдёт позже в системууравнений Максвелла.19.2. Ток смещенияИз только что проведённого анализа следует, чтоизменяющееся во времени магнитное поле порождает вихревоеэлектрическое – появляется электрический ток! В то же время доработ Максвелла считалось, что источником магнитного полямогут служить лишь направленно движущиеся заряды –электрические токи.Помимо ощущаемой несимметрии Максвелл стремилсяпреодолеть и проблемы, возникающие с применением теоремы оциркуляции за пределами магнитостатики – к переменным токам(т.е.

к «динамическому случаю»). В чём же тут проблема? Покамы имеем дело с протеканием в цепи тока постоянного приприменении теоремы о циркуляции нет1необходимости заботиться о выбореC2конкретной поверхности , ограниченнойIконтуром С, охватывающим проводник сIтоком – любая годится! На рисунке 19.2,Рис. 19.2*)С математической точки зрения это вполне допустимо для неизменной по форме и положениюповерхности , охваченной контуром С.- 237 -Электричество и магнетизмдля примера, показаны две из них 1 и 2 – через обе переносятсянаправленно движущиесяодинаковой силы I.заряды–электрическийтокТеперь представим себе ситуацию при протеканиипеременного тока, например, в колебательном контуре – рис. 19.3и 19.4.

Характеристики

Список файлов лекций