Конспект лекций_ФИЗИКА_2сем (1175198), страница 16

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

Текст из файла (страница 16)

Он связан с магнитнойпроницаемостью соотношением.132ЛЕКЦИЯ 172.2.26. Диамагнетики и парамагнетики в магнитном полеМикроскопические плотности токов в намагниченном веществе чрезвычайно сложны исильно изменяются даже в пределах одного атома. Но во многих практических задачахстоль детальное описание является излишним, и нас интересуют средние магнитные поля,созданные большим числом атомов.Как мы уже говорили, магнетики можно разделить на три основные группы:диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.Диамагнетизм (от греч.

dia – расхождение и магнетизм) - свойство веществнамагничиваться навстречу приложенному магнитному полю.Диамагнетиками называются вещества, магнитные моменты атомов которых вотсутствии внешнего поля равны нулю, т.к. магнитные моменты всех электронов атомавзаимно скомпенсированы (например инертные газы, водород, азот, NaCl и др.).При внесении диамагнитного вещества в магнитное поле его атомы приобретаютнаведенные магнитные моменты.

В пределах малого объема ΔV изотропногодиамагнетика наведенные магнитные моментывсех атомов одинаковы и направленыпротивоположно вектору B .Вектор намагниченности диамагнетика равен:(2.2.84),гдеn0–концентрацияатомов,–магнитнаяпостоянная,–магнитнаявосприимчивость среды.Для всех диамагнетиковТаким образом, вектормагнитной индукциисобственного магнитного поля, создаваемого диамагнетиком при его намагничивании вовнешнем поленаправлен в сторону, противоположную. (В отличие отдиэлектрика в электрическом поле).У диамагнетиковПарамагнетизм (от греч. para – возле, рядом и магнетизм) - свойство веществ вовнешнем магнитном поле намагничиваться в направлении этого поля, поэтому внутрипарамагнетика к действию внешнего поля прибавляется действие наведенноговнутреннего поля.Парамагнетиками называются вещества, атомы которых имеют, в отсутствиевнешнего магнитного поля, отличный от нуля магнитный момент.133Эти вещества намагничиваются в направлении вектора.К парамагнетикам относятся многие щелочные металлы, кислородNO, хлорное железои др., оксид азотаВ отсутствие внешнего магнитного поля намагниченность парамагнетикакак векторыразных атомов ориентированы беспорядочно.Привнесениипарамагнетикавовнешнеемагнитноеполе, такпроисходитпреимущественная ориентация собственных магнитных моментов атомовнаправлению поля, так что парамагнетик намагничивается.

Значенияпарамагнетиков положительны (примерно как и у диамагнетиков.) и находятся в пределахподля, то есть2.2.27. ФерромагнетикиК ферромагнетикам (ferrum – железо) относятся вещества, магнитная восприимчивостькоторых положительна и достигает значений. Намагниченностьи растутсувеличениеммагнитнаяиндукцияB = H + J µ 0 ферромагнетиковнапряженности магнитного поля H нелинейно, и в поляхнамагниченность()ферромагнетиков достигает предельного значениярастет линейно с H :, а вектор магнитной индукцииФерромагнитные свойства материалов проявляются только у веществ в твердомсостоянии, атомы которых обладают постоянным спиновым, или орбитальным,магнитным моментом, в частности у атомов с недостроенными внутреннимиэлектронными оболочками.

Типичными ферромагнетиками являются переходныеметаллы. В ферромагнетиках происходит резкое усиление внешних магнитных полей.Причем для ферромагнетиковсложным образом зависит от величины магнитного поля.Типичными ферромагнетиками являются Fe, Co, Ni, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, а такжесоединения ферромагнитных материалов с неферромагнитными:,,и др.Существенным отличием ферромагнетиков от диа- и парамагнетиков является наличиеу ферромагнетиков самопроизвольной (спонтанной) намагниченности в отсутствиевнешнего магнитного поля. Наличие у ферромагнетиков самопроизвольного магнитногомомента J в отсутствие внешнего магнитного поля означает, что электронные спины имагнитные моменты атомных носителей магнетизма ориентированы в веществеупорядоченным образом.Ферромагнетики – это вещества, обладающие самопроизвольной намагниченностью,которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля,деформации, температуры.134Ферромагнетики, в отличие от слабо магнитных диа- и парамагнетиков, являютсясильно магнитными веществами: внутреннее магнитное поле в них может в сотни разпревосходить внешнее поле.Основные отличия магнитных свойств ферромагнетиков.1.Нелинейная зависимость намагниченности от напряженностимагнитного поля Н (рис.

2.2.43).Как видно из рис. 2.2.43, при2. Принаблюдается магнитное насыщение.зависимость магнитной индукции В от Н нелинейная, а при–линейная (рис. 2.2.44).Рис. 2.2.43Рис. 2.2.443. Зависимость относительной магнитной проницаемости от Н имеет сложныйхарактер (рис. 2.2.45), причем максимальные значения μ очень велики (Рис. 2.2.45).Рис.

2.2.46Впервые систематические исследования μ от Н были проведены в 1872 г. А.Г.Столетовым (1839–1896) – выдающимся русским физиком, организатором физическойлаборатории в Московском университете. На рис. 2.2.46 изображена зависимостьмагнитной проницаемости некоторых ферромагнетиков от напряженности магнитногополя – кривая Столетова.1354. У каждого ферромагнетика имеется такая температура, называемая точкой Кюри (TK ), выше которой это вещество теряет свои особые магнитные свойства.Наличие температуры Кюри связано с разрушением приупорядоченногосостояния в магнитной подсистеме кристалла – параллельной ориентации магнитныхмоментов. Для никеля температура Кюри равна 360 °С. Если подвесить образец никелявблизи пламени горелки так, чтобы он находился в поле сильного постоянного магнита, тоне нагретый образец может располагаться горизонтально, сильно притягиваясь к магниту(рис.

2.2.47). По мере нагрева образца и достижения температурыферромагнитныесвойства у никеля исчезают и образец никеля падает. Остыв до температуры ниже точкиКюри, образец вновь притянется к магниту. Нагревшись, вновь падает и т.д., колебаниябудут продолжаться все время, пока горит свеча.Рис. 2.2.475. Существование магнитного гистерезиса.На рисунке 2.2.48 показана петля гистерезиса –намагниченности вещества от напряженности магнитного поля Н.графикзависимостиРис. 2.2.48. Петля гистерезисаНамагниченностьНамагниченностьприприназывается намагниченностью насыщения.называется остаточной намагниченностью (чтонеобходимо для создания постоянных магнитов).136Напряженностьмагнитногополя,полностьюразмагниченногоферромагнетика, называется коэрцитивной силой.

Она характеризует способностьферромагнетика сохранять намагниченное состояние.Большой коэрцитивной силой (широкой петлей гистерезиса) обладаютмагнитотвердые материалы. Малую коэрцитивную силу имеют магнитомягкиематериалы.Измерение гиромагнитного отношения для ферромагнетиков показали, чтоэлементарными носителями магнетизма в них являются спиновые магнитные моментыэлектронов.Самопроизвольно, при T < TK , намагничиваются лишь очень маленькиемонокристаллы ферромагнитных материалов, например никеля или железа.

Для тогочтобы постоянным магнитом стал большой кусок железа, необходимо его намагнитить,т.е. поместить в сильное магнитное поле, а затем это поле убрать. Оказывается, что приT < TK большой исходный кусок железа разбит на множество очень маленьких (), полностью намагниченных областей – доменов. Векторы намагниченностидоменов в отсутствие внешнего магнитного поля ориентированы таким образом, чтополный магнитный момент ферромагнитного материала равен нулю. Если бы в отсутствиеполя кристалл железа был бы единым доменом, то это привело бы к возникновениюзначительного внешнего магнитного поля, содержащего значительную энергию (рис.2.2.49, a).

Разбиваясь на домены, ферромагнитный кристалл уменьшает энергиюмагнитного поля. При этом, разбиваясь на косоугольные области (рис. 2.2.49, г), можнолегко получить состояние ферромагнитного кристалла, из которого магнитное полевообще не выходит. В целом в монокристалле реализуется такое разбиение на доменныеструктуры, которое соответствует минимуму свободной энергии ферромагнетика. Еслипоместить ферромагнетик, разбитый на домены, во внешнее магнитное поле, то в немначинается движение доменных стенок. Они перемещаются таким образом, чтобыобластей с ориентацией вектора намагниченности по полю стало больше, чем областей спротивоположной ориентацией (рис. 2.2.49, б, в, г). Такое движение доменных стенокпонижает энергию ферромагнетика во внешнем магнитном поле. По мере нарастаниямагнитного поля весь кристалл превращается в один большой домен с магнитныммоментом, ориентированным по полю (рис.

6.11, а).Рис. 2.2.49137Ферромагнитные материалы играют огромную роль в самых различных областяхсовременной техники. Магнитомягкие материалы используются в электротехнике приизготовлении трансформаторов, электромоторов, генераторов, в слаботочной техникесвязи и радиотехнике; магнитожесткие материалы применяют при изготовлениипостоянных магнитов.2.2.28. Закон полного токаЕсли в каком – либо проводнике течет переменный ток – ток проводимости, то внутриесть и переменное электрическое поле, т.е. ток смещения.Магнитное поле проводника определяется полным током:(2.2.85),В зависимости от электропроводности среды и частоты (поля) оба слагаемых играютразную роль:·в металлах и на низких частотах(в скин-эффектене играетзаметной роли);·в диэлектриках и на высоких частотахОба члена в уравнениипротивоположные.

Поэтомуиграет основную роль.полного тока могут иметь одинаковые знаки иможет быть как больше, так и меньше токапроводимости или равен нулю.Если мы имеем разомкнутый проводник, то на его концах обрывается лишь токпроводимости. Поэтому если под током понимать полный ток, то окажется, что в природевсе переменные электрические токи – замкнуты. Этот вывод сделан Дж. Максвеллом.Максвелл Джеймс Клерк (1831–1879) – величайший английскийфизик. Его работы посвящены электродинамике, молекулярной физике,общей статике, оптике, механике, теории упругости. Установилстатистический закон, описывающий распределение молекул газа поскоростям.

Самым большим достижением Максвелла является теорияэлектромагнитного поля, которую он сформулировал в виде системынескольких уравнений, выражающих все основные закономерностиэлектромагнитных явлений.138ЛЕКЦИЯ 182.2.29. Ток смещенияЕсли замкнуть ключ (рис. 2.2.50), то лампа при постоянном токе гореть не будет: емкостьC – разрывает цепь постоянного тока. Но вот в моменты включения лампа будетвспыхивать.Рис.

Характеристики

Список файлов учебной работы