Borovik-ES-Eremenko-VV-Milner-AS-Lektsii-po-magnetizmu (1239152), страница 9
Текст из файла (страница 9)
На сегодняшний день найден ряд сплавов и соединений с существенно большими критическими полями. На практике наиболее широко применяются сплав ХЬ вЂ” Хг и соединение 14ЬзВгь Из них изготавливаются соленоиды, дающие поля до 120 кЭ [36). Препятствием к широкому распространению этих соленоидов является высокая цена материала. Таким образом, достигнутый в настоящее время предел величины стационарных магнитных полей составляет !00000 Э. В 1924 г. Капица [125) указал, что если создавать магнитные поля в течение короткого промежутка времени, то даже при очень большой мощности общая величина энергии, выделяющейся в катушке в виде джоулева тепла, окажется невелика и теплоемкости катушки будет достаточно для того, чтобы ее температура за время импульса не превысила допустимого предела.
При таком импульсном режиме основная часть энергии источника переходит непосредственно в энергию магнитного поля в объеме катушки. При продолжительности импульса т 1О з с Капице удалось получить поля до 3 !Оз Э. Основными проблемами при получении столь мощных импульсных магнитных полей являются создание источников энергии, обладающих достаточным запасом энергии и способностью отдавать ее в короткое время, и конструирование катушки, способной выдержать механические напряжения, которые возникают в ней в столь мощных полях. Капица применял три источника энергии: конденсаторы, специально 42 Рл. 3. Энсп.
методы исследования магнитной восприимчивости сконструированные аккумуляторы и динамомашину. Им было установлено, что наиболее удачным источником энергии для импульсов продолжительностью !О з с являются динамомашины со специально сконструированной обмоткой с малым внутренним сопротивлением (так называемый ударный генератор). Якорь ударного генератора при разомкнутой цепи раскручивается мотором и по достижении нужного числа оборотов замыкается на катушку.
При замыкании цепи ротор резко тормозит и 10те его кинетической энергии используется для создания поля в катушке. В последнее время в качестве источника энергии чаще всего применяют конденсаторы. Уже удалось получить поле 1Ое Э в импульсе продолжительностью т 10 ' с (19б]. Следует отметить, что и по отношению к импульсным полям охлаждение до низких температур дает существенные преимущества. При низких температурах возрастают прочность чистых металлов и отношение с,гр их теплоемкости к удельному сопротивлению.
Рост величины с,Гр (для чистой меди с,Гр при 20 К в 30 раз больше, чем при 300 К) позволяет увеличить длительность импульса. Таким образом были получены поля в несколько сот килоэрстед с длительностью импульса в несколько десятых секунды в катушках из простой медной проволоки [99]. 9 3.2. Макроскопические характеристики магнитных свойств вещества и основные методы их измерения При изучении магнитных свойств тела в стационарных магнитных полях задача сводится к определению его магнитного момента и зависимости последнего от величины магнитного поля, температуры и т.д.
При заданных внешних параметрах следует определить вид функции (3.8) 1 = Д(Н) где 1 — магнитный момент единицы объема. В изотропном случае 1 ]]Н, поэтому можно, опуская знаки вектора, записать (3.9) Т=мН. Коэффициент и называется объемной магнитной восприимчивостью или просто магнитной восприимчивостью; в общем случае м является функцией поля. В качестве примера на рис. 3.3 приведена зависимость м = у(Н) для ферромагнетиков.
Соотношение между макроскопическими величинами, характеризующими состояние изотропного тела, имеет вид В = Н+ 4яТ = (1+ 4ям)Н = РН, (3.10) где  — индукция, определяющая среднюю величину сил, действующих на движущийся в намагниченном теле заряд; р = 1+ 4ям— магнитная проницаемость.
(В анизотропном случае формулу (3.10) 3.2. Микроскопические хириктеристики мигнитных свойств вещества 43 600 500 400 300 200 !00 0 0 2 3 4 5 6 7 Х 9 П,Э Рис. З.З. Зависимость магнитной восприимчивости ферромагнетика ат поля надо писать в векторном виде, а величины р, и яс -- тензоры второго ранга). В абсолютной системе единиц размерности В, Н и 1 одинаковы: (Н] (Н) У) (А1г/2Š— 021 — 1) (3.1 1) а яс и (4 безразмерны. Однако единицы измерения носят различные наименования; Н измеряется в эрстедах, В и 1 — в гауссах, Как известно, система единиц, в которой В, Н и 1 были выражены выше, называется системой ССгЯМ. Мы как правило будем пользоваться так называемой симметричной гауссовой системой единиц, в которой магнитные величины выражаются в ССгЯМ, а электрические в ССгЯЕ. Отклонения (как в начале этой главы) будут каждый раз отдельно оговариваться.
Теперь в уравнениях, связывающих электрические и магнитные величины, появится электродинамическая постоянная — скорость с света в вакууме. Например, закон электромагнитной индукции примет вид Е = — — —. с г(С В настоящее время международным соглашением принята единая система единиц СИ. В ней, наряду с массой Л1, длиной Х и временем й в число основных величин входит сила тока ~,. В СИ индукция В измеряется в единицах, носящих название тесла (1 Т = 1О Гс), а магнитное поле и намагниченность -- в амперах на метр (1 А/м = 1779,5775 Э). Таким образом, в этой системе единиц размерности магнитной индукции и магнитного поля не одинаковы: В результате приходится ввести не имеющее физического смысла понятие магнитной проницаемости вакуума -- ро.
Величина ро имеет размерность (р ', = (1411 21 я) 44 Рл. д. Эксп. методы исследования маенитной восприимчивости и измеряется в единицах генри на метр: ро = 4я 10 т Гн/м = 1,256637 10 вГн,1м. Уравнения, связывающие индукцию и поле, в этом случае приобретают вид В = рарН = 1*256637. !О зрН = 1,256637 10 в(Н+ 4яЕ). 1 яр — — — яг, Р (3.12) где р — плотность вещества. При сравнении магнитных свойств разных тел целесообразно сравнивать магнитные моменты, приходящиеся на 1 г моль вещества.
Соответственно вводят малярную восприимчивость: мм — гпма — ~-' — ! тм 1; Р (3. 13) где гп — молекулярный вес; Ът — молярный объем. По значениям м вещества можно разделить на три группы: 1 яг < О (м! « 1 (диамагнетики) П м>0 )аг) « 1 (парамагнетики) П1 м>0 яс~>1 (ферромагнетики) Конечно, подобная характеристика только по знаку и абсолютной величине восприимчивости груба; она не указывает на физическую сущность явлений. Величина р, = род носит название абсолютной магнитной проницаемости, а величина р, совпадающая с р, в формуле (3.10), называется относительной магнитной проннцаемостью.
В уравнения, описывающие электрические величины, войдет диэлектрическая проницаемость вакуума ео. В результате из уравнений электромагнитного поля в некоторых случаях выпадет скорость света с, однако в них войдут две новые константы, рв и ео, не имеющие физического смысла. Таким образом, система СИ в применении к учению о магнетизме имеет ряд недостатков по сравнению с симметричной гауссовой системой, и мы ограничимся указанием связи величин в системе СИ с гауссовой, которой пользуются в подавляющем большинстве монографий.
В практике измерений, кроме основного понятия безразмерной величины магнитной восприимчивости единицы объема, пользуются и несколько измененными понятиями. Поскольку определить с большой точностью массу тела легче, чем объем, результаты измерений часто выражают не в виде объемной (яг), а в виде массовой (мр) восприимчивости: 3.2. Макроекопикеекие характеристики магнитных свойегвв вещества 45 С точки зрения измерительной техники вещества можно еще более грубо разделить на два класса: слабомагнитные, у которых ~гг << 1, и вещества с большей восприимчивостью — хг ) 1.
При исследовании первой группы веществ основной трудностью является измерение малой величины магнитного момента. Почти все методы, применяемые для изучения свойств слабомагнитных тел, основаны на измерении силы, действующей на тело в неоднородном магнитном поле (см. э 3.3). При большой восприимчивости магнитный момент тела достаточно велик и его можно измерить более грубыми методами. Для этого используют или явление электромагнит- ной индукпии (баллистический метод), или взаимодействие магнитного момента тела с магнитной стрелкой (магнитометрический метод). При исследовании свойств тел с боль- Нг Н (3.14) Н=Н,+Н Поле, созданное поверхностными зарядами, тем больше, чем больше намагниченность тела, и направлено против вектора его магнитного момента (рис. 3.4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
