Г.С. Кринчик - Физика магнитных явлений (1127398), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Первую монографию по магнетизму написал Гильберт [21. Он изложил все известные до него факты по изучению магнетизма, а также результаты собственных обширных исследований. Он повторил опыты Перегрина с терреллой и понял, что террелла является моделью Земли, т. е, что Земля есть большой магнит, но объяснение магнитному притяжению находил в существовании у магнита души. Материалистическую точку зрения на магнитные явления противопоставил Гнльберту Декарт.
Магнитные «винтики» Декарта входят в единственные известные к тому времени магнит- ные материалы — магнитный железняк, железо и сталь, происшедшие, по его мнению, из самых глубин Земли — через нарезные каналы в один полюс и выходят цз другого. Голландец Бургманс открыл в 1778 г. притяжение парамагнетиков н отталкивание днам агнетиков. Начало интенсивных и, можно сказать, современных исследований магнетизма можно отнести к 1820 г.; затем эти исследования расширялись в нарастали вплоть до наших дней, Разобьем для удобства этот интервал на трн полувековых периода: 1820— 1870 гг., 1870 — 1920 гг.
и 1920 — 19?О гг. Первый период начался с открытия Эрстедом связи между электричеством и магнетизмом; он обнаружил влияние постоянного тока на магнитную стрелку. Ампер в докладе Французской Академии, прочитанном через семь дней после сообщения об открытии Эрстеда, высказал знаменитую идею о молекулярных токах как причине происхождения магнетизма и доказал теорему об эквивалентности токов и магнитов, В 1831 г. Фарадей открыл закон электромагнитной индукцяи, затем он повторил опыты Бургманса и ввел понятия дна- и парамагнетизма. В связи с исследованием диамагнетиков он также ввел понятие магнитного поля и в том же 1845 г, «намагнитил» свет, т. е. открыл эффект вращения плоскости поляризации света в стекле, помещенном в магнитное поле.
Первьш период достойно увенчалп уравнения Максвелла. Второй период начался с первой экспериментальной работы по количественному изучению необычайно больших полей и нелинейных магнитных свойств ферромагнетнков. В работе «О функции намагничивания железа» Столетов измерил кривую зависимости магнитной проницаемости железа от поля (с максимумом). В 90-х годах оыл открыт и «утвержден в правах» электрон. В 1896 г. Зееман обнаружил эффект расщепления спектральных линий в магнитном поле, а затем Лоренц создал электронную теорию эффекта Зеемана. В 189? г. Лармор доказал теорему о прецессии электрона в магнитном поле.
В этп жс годы Пьер Кюри установил температурную независимость дпамагнитной восприимчивости и обратную пропорциональность температуре магнитной восприимчивости парамагнетиков. Ланжевен в 1905 г., используя представление об амперовых молекулярных токах, теорему Лармора и электронную теорию Лоренца, построил классическую теорию диа- и парамагнетизма.
Вейсс в !907 г, создал первую современную теорию ферромагнетизма, основанную на гипотезах о существовании внутреннего молекулярного поля, приводящего к появлению спонтанной намагниченности у ферромагнетика, и о разбиении ферромагнетика на домены, каждый из которых намагничен до насыщения. В эти же годы Аркадьев изучает поведение ферромагнетиков в переменных магнитных полях с целью обнаружения резонансного поглощения высокочастотного электромагнитного излучения — ферромагнитного резонанса.
Начало третьего периода ознаменовалось введением Паули в Г920 г. магнетона Бора — электронного кванта магнетизма. В (925 г. Гаудсмнт н Уленбек открыли спин электрона, и дальнейшее развитие квантовой механики привело Гейзенберга, Френкеля и Блоха к созданию квантовой теоРии феРРомагнетизма, основанной на учете обменного взаимодействия. Параллельно с этим начали формироваться и современные представления о процессах технического намагничивания ферромагнетиков, основы которых заложили теоретические работы Акулова. Мы не будем далее перечислять конкретные иден н результаты третьего периода — основного этапа в развитии учения о магнетизме, потому что конкретное изложение содержательной часги этих идей н результатов как раз и является главной задачей данной книги.
Обратим внимание только на основные линии развития магнитных исследований этого этапа и причины, нх определяющие. Можно выделить два главных направления, два периода длительного чбумаь в магнетизме, обусловленных практическими потребностями в усовершенствовании существующих н создании новых магнитных материалов и состоявших в концентрации усилий огромного числа физиков-исследователей н физнков-инженеров на решении одной широкой проблемы. Первый из ннх начался в 20 — 30-е гг., он состоял в изучении магнитных свойств металлических сплавов и был обусловлен потребностями в магнитно-мягких материалах с рекордно большнми значениями магнитной проницаемости, магнитно-жестких материалах для постоянных магнитов, магнитных сплава'.
ннварного типа с температурно независимыми магнитными характеристиками, магнитно-стрикционных материалах. Лля достижения этой цели оказалось необходимым детально изучить маюштные явления в чистых ферромагнитных Зд-металлах, на основе которы:; создавались сплавы, причем особенно детально были изучены монокристальные образцы, так как нх свойства можно бьщо объяснить теоретически наиболее простымц н надежнымн способами, Были Развиты конкретныс представления о магнитной структуре ферромагнетиков (домены и доменные границы), создана теория технической кривой намагничивания (процессы вра|цения вектора намагничснностц, процессы смешения доменных границ, парапроцесс), получены теоретические формулы для магнитных характеристик материалов (магнитная восприимчивость, коэрцитнвная сила, остаточная намагниченность).
Развивалась квантовая теория ферРомагнетизма (теория прямого обменного взаимодействия, теория спиновых волн, зонная теория ферромагнетизма Зн'-металлов) В результате был достигнут огромный прогресс в общем развитии физики магнитных явлений. Второй «бум» начался к концу второй мировой войны, когда были получены методом спекания порошка первые оксидные ферродиэлектрики — ферриты-шпинелн типа ИеО Ге,О,. Уменьшение электропроводносзн в этих материалах по сравнению с мсталли- ческнмн ферромагнетпкамн привело к резкому уменьшению джоулевых потерь, при этом удалось сохранить хорошие магнитные характеристики материала.
На их основе были созданы новые магнитные материалы с замечательными свойствами для радио- диапазона, для диапазона СВЧ и даже для лазерных применений, а также миниатюрные кольца для матричных запоминаюших устройств ЗВМ. Снова понадобились широкие физические исследования монокристаллов ферритов, многие из которых, кстати, нашли самостоятельное практическое применение. Была создана теория косвенного обменного взаимодействия через немагнитные ионы, экспериментально и теоретически изучено поведение ферромагнетиков в переменных магнитных полях различных частот, развиты представления о многоподрешеточных магнитоупорядоченных кристаллах — от простейших двухподрсшеточных антиферромагнетиков до сложнейших гелшсоидальных структур. Интенсивнейшее развитие этой области исследований снова преобразило весь облик физики магнитных явлений. Каково будет содержание следуюшего «бумагу Или он уже пачалсяу На эти вопросы ответ даст будугцее.
Пока можно только назвать некоторых претендентов на эту роль — тонкие ферромагнитные пленки (с включением поверхностных слоев и монокпистальных пластинок); редкоземельные, аморфные, жидкие и органические магнетики; биомагнетизм; магнитохимию, Возможно также, что решаюшпе новости придут из исследований микромира (монополн Дирака), слабых взаимодействий, из астрофизики и т.
д, Во всяком случае в виде шутки можно сказать, что открытие нейтральных слабых токов, сделанное совсем недавно, в начале семидесятых годов, полностью укладывается в предложеннук1 выше периодизацию. Зто обнаружение связи, а может быть и единства слабых и электромагнитных взапмодеиствий, вполне может стать аналогом упоминавшихся опытов Эрстеда !820 г„в которых была установлена связь между электричеством и магнетизмом. 5 П2. МАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Долгое время считалось, что источниками магнитного поля являются особые магнитные заряды, Однако все экспериментальные попытки найти эти заряды (с современной точки зрения, монополи Дирака) пока не увенчались успехом, Опыт показывает, что всякий постоянный естественный или созданный искусственный магнит, как бы мал он ни был, всегда в равной степени обладает зарядами обоих знаков, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
