А.Н. Матвеев - Электричество и магнетизм (1115536), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Это явление называется парамагнетнзчом электронов провопимости. Как показывают расчеты, парамагнитная восприимчивость электронов проводимости в лабораторных условиях практически нс зависит от температуры. Наиболее сильно пара- магнетизм электронов проводимости проявляезся у переходных металлов. В лабораторных условиях диамагиитная восприимчивость электронов проводимости практически всегда ченьше их парачагиитной восприимчивости (примерно в трн раза) и поэтому их суммарная восприимчивосгь оказывается положительной (парамагиитной). Дарамагнитвый резонанс. Представим себе, что в парамагнстике, помещеннози в магнитное иоле, создается дополнительное периодическое магнитное поле„ вектор индукции которого перпендикулярен вектору индукции постоянного поля.
За счет постоянного ма~нитного поля (рис. )63,6) магнитные моменты атомов совершают ларморову процессию. В результате взаимодействия ма~нитного момента р атома с иидукцией В дополнительного переменного магнитного поля создается момент снл М, стремящийся изменить угол между р и В.
Если частота переменного магнитного поля отличается от частоты ларморовой прецессии, то часть времени этот момент стремится увеличить угол между р и В, а часгь времени — уменьшить, и в среднем никакого эффекта не наблюдается. Если же частоты переменного магнитного поля и ларморовой прецессии совпадают, го созданный переменным магнитным полем момент сил либо все время увеличивасг угол между моментом атома и индукцией постоянного магнитноз о поля, либо уменьшает, в зависимости от соотношения фаз ларморовой прецессии и индукции псремсниого мазнитного поля.
В резулыиате такого сравнительно длительного действия .ио,иенто сил нроисхооят персориеитииия магнитного иомента отомо и из.иенение угли между вил~ и веки~ором ипдукиии постоянного,иогнитного ловя. Это явление называется парамагивтныч резонансом. Переориентация магнитного момента в соответствии с формулой (4!.!) связана с изменением энергии магнитного мпмснта в постоянном магнитном поле, что по закону сохранения энергии сопровождается обменом энергией с переменным магнитным полем. Это поле осуществляется в виде стоячих электромагнитных волн, магнитный вектор которых перпендикулярен вектору индукции постоянного магнитного поля.
Таким образом, обмен энергией происходит с электромагнитной волной. В результате этого создаются группы атомов с ориентировкой магнитных моментов, параллельной индукции магнитного поля и анти- $ 4!. Парамагнетнкн 297 параллельной, т. е. обладающих согласно (41.1) различной энергией взаимодействия с магнитным полем. Энергии атомов с антнпараллсльной ориентацией болыпе, чем с параллельной. Кроме механизма переориентировки магнитных моментов переменным электромагнитным полем постоянно действует механизм переориентировки магнитных момензов тепловым движением н взаимодействием между атомами.
В условиях одновременного действия этих механизмов тепловое движение и взаимодействие атомов производит преимущественно переориентировку магнитных моментов, антипараллсльных вектору индукции. Выделяющаяся при этом энергия превращается в тезшоту, Переориентировка параллельных индукции поля магнитных моментов осуществляется преимущественно в результате поглощения энергии электромагнитной волны.
Поэтому наблюдение нара чигнитного резонанса сводится к изиерению интенсивности электроиагнннн~ой волны, прошедшей через парагнагнетик, находящийся в магниннзо.и ноле. С экспериментальной точки зрения проще использовать электромазннтную волну постоянной частоты, а резонанса добиваться изменением индукции магнитного поля. В тот момент, когда соответсгвующая индукции ноля ларморова частота будет равна частоте электромагнитной волны, наблюдается резкое ослабление ее интенсивности, свидетельствующее о наступлении парамагнитного резонанса.
Парамагнитный резонанс позволяет получить большую и разнообразную информацию о свойствах парамагнетнка н широко используется в научных исследованиях. Эта классическая картина возникновении парамагниз ваго резонанса имеет лишь качественный характер. Более сгро~ ий цолхол возможен в рамках квантовой теории, которая основана на представлении о поглощении н испускании квантов элеитроьзагг~итного излучения атомными системами с соответствующей скачкообразной переориснтировкой магнитных моментов, обеспечивающих соблюдение закона сохранения энергии.
В рамках этих представлений удается получить количественные соотношения, характеризующие парамагннтный резонанс. Из формулы (40.13) следует, что при индукции магнитного поля 1 Тл часюта парамагнитного резонанса имеет порядок 10'о Гщ а при уменьшении индукции эта частота соответственно уменьшается и можно надеяться наблюдать парамагнитный резонанс при сравнительно низких частотах.
Однако его не удается наблюдать на частотах ниже 10' Гц, т. е. при индукции постоянного поля, равной примерно 001 Тл. Это находится в соответствии с квантовой теорией парамагнитного резонанса, предсказывающей значительное уменьшение поглощения электромагнитных волн прн уменьшении их частоты, благодаря чему резонанс на сравнительно низких частотах вырахсен очень слабо. Наиболее используемыми в исследованиях являются частоты порядка 1О'о Гц (длина волны 3 см). 298 7.
Магнетики 9 42. Ферромагнетнкн Обсуждаются основные экспериментальные факты ферромагнетизмо и дается их элементарная теоретическал трактовки. Вводится общее представление об антиферромагнеяшзме, ферримагненшзлш и ферромагнитном резонансе. Определение. Магнетики, магнитная пронипаемость которых достигает больших значений и зависиьн от внешнего магнитного ноля и предшествующей игншрни, называются ферромагнетиками. Онн обладают остаточной намагниченностью, т.е.
нх намагниченность может быть отличной от нуля при отсутствии внешнего магнитного поля. В этом случае онн являются постоянными магнитами. Таким образом, по своим формальным проявлениям ферромагиетпки аналогичны сегнетоэлектрнкам (см. 9 23). Следует замегитьч что ферромагнстизм был открыт и изучен значгпельно рапыпе сетьетоэлектричества. Намагничивание ферромагнетиков было исслеловано А.
Г. Столетовым (1839 — 1896) в 1878 г, Им была построена кривая магнитной проницаемости (рис. 168), названная позже кривой Столетова. Гистерезис был открыт в 1880 г. Варбургом (1846 — 1931), ]~ривая намагничивания и петля гистсрезиса. Магнитная восприимчивость фсрромагнстиков является функцией напряженности внешнего поля, а зависимость л(Н) имеет вид, показанный па рис. 165.
Намагниченность не увеличиваетсл безгранично при увеличении напряженности, а имеепь предел, называемый намагниченностью насыщения. Ее существование по аналогии с парамагнстиками указывает, что намагниченность ферромагнетиков обусловливается также переориентировкой некоторых элементарных магпигных моментов. Поскольку В=НоН ЬНол кривая зависимости В(Н) не выходит на насыщение, хотя 1 испытывает насьпценне. График этой зависимости называется кривой намагничивания (рис. 166). Если производить перемагннчивание образца в периодическом магнитном поле, то в полной аналогии с сегнетоэлектрикамн кривая зависимости В(Н) имеет вид петли, называемой петлей гистерезиса (рис. 167). Участок ОА является кривой намагничивания, поскольху включение поля производится при нулевом значении индукции, т.
е. при отсутствии постоянной наллагпичеиности. Замкнутая кривая АСОРОКА является петлей гистерезнса. Ее демонстрация производится по схеме, аналогичной схеме демонстрации петли гистерезиса сегнетоэлектриков с заменой конденсаторов на катушки (см. 9 23). 1бб Кривая намагничивания 167 Петля гистерсзнеа При уменьшении напряженности Н магнитного поля от некоторого значения (точка А) до нуля индукция В поля уменьшается лишь немного, до значения индукции, описываемой отрезком ОС. Эта индукцня называется остаточной.
Ферромагнетик в этом состоянии называется постоянным магнитом. Для того побы ликвидировать остаточное поле, необходимо приложить обратное поле, напряженность которого задается отрезком 00. Эта напряженность называет'ся задерживаницей или коэрцитивиой силой фер)юмаптетнка. Форма петли гистерезиса, остаточная индукции и козрцитивная сила зависят от материала феррома~ нетика и изменяюгся для различных материалов в широких пределах.
кривая магнитной проницаемости. Относительная магнитная проницаемость р„ = = ргро = Вг(роН) как функция от Н может быть построена по данным кривой намагничивания (рис. 166) и имеет вил, показанный на рнс. 168. При росте Н значение р, достигает максимума и атем при достижении насыщения намагниченности быстро спадает. У ферромагнетиков р„порядка 104 в максимуме не являются редкостью, $~лассификация ферромагнитных материалов.
Ферромагнитные материалы можно разделить на две группы: !) мягкие в магнитном отношении материалы с большой магнитной проницаемосгью, легко намагничивающиеся и размагпичивающиеся, с малой коэршгтивной силой; 2) жесткие в магнитном отношении материалы с относительно низкой магнитной проницаемостью, очень трудно намагничивающиеся и размагничивающнеся, с большой коэрцитивной силой. Материалы первой группы используются главным образом в элекгротсхнике переменных полей, в частности в трансформаторах, а второй группы — для создания постоянных магнитов.
6 42. Ферромагнетики 299 !65 Насвнцение намагвнчениости 168 Кривая магнитной лроинцаеяг~ стн (кривая Столетова) ЗОО 7, Магнетики Нзаимодействие электронов. Ферромаянетизм может быль рассмотрен только в рамках квантовой теории. В рамках классической теории магнетизма мовена лиияь описать свойства 4еррохяагнетиков и аб«удигль качегн1вгвно механизм его ваэникнавьчтн, Экспериментально было установлено впервые в опытах Эйнштейна и де Гааз, что ферромагнетпзм обусловлен спинами электронов.
Ферромагнетнки облалают свойством спонтанной намагниченности, когда при отсутствии внешних магнитных полей под действием внутренних причин спины электронов стремятся ориентироваться в одном общем направлении. Однако образцу в целом быть намагниченным энергетически невыгодно, Поэтому он разбивается на малые намагниченные обласзи — домены. Каждый домен намагничеп в определенном направлении, но направление вектора намагниченности в соседних доменах различно и поэтому магнитный момспг малых физических обьемов оказывается равным нулю, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
