Krinchik-GS-Fizika-magnitnyh-yavlenii (1239154), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В 1925 г. Гаудсмвт н Уленбек открыли спин электрона, и дальней,пее развитие квантовой механики привело Гейзенберга, Френкеля и ло Блоха к созданию квантовой теории ферромагнетизма, основанной н н на учете обменного взаимодействия. Параллельно с зтнм паали формироваться и современные представления о процессах чали технического намагничивания ферромагнетпков, основы которы х заложили теоретические работы Акулова.
Мы не будем далее перечислять конкретные иден и 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, их определяющие. Можно выделить два главных направления, два периода длительного «бума» в магнетизме, обусловленных практическими потребностями в усовершенствовании существующих и создании новых магнитных материалов и состоявших в концентрации усилий огромного числа физиков-исследователей и физиков-инженеров на решении одной широкой проблемы.
Первый из нях начался в 20 — 30-е гг., он состоял в изучении магнитных свойств металлических сплавов и был обусловлен потребностями в магнитно-мягких материалах с рекордно большими значениями магнитной проницаемости. магнитно-жестки: материалах для постоянных магнитов, магнитных снлавахннварного тина с температурно независимымн магнитными характеристиками, магнитно-стрикционных материалах Лля достижения этоп цели оказалось необходимым детально пз)чить магнитные явления в чистых ферромагнитных Зд-металлах, на основе которых создавались сплавы, причем особенно детально были изучены монокристальные образцы, так как нх свойства можно бьшо ооъяснить теоретически наиболее простыни н надсжнымн способами. Бьшн развиты конкретныс представления о магннтнон структуре ферромагпстиков (домены и доменные границы), создана теория технической кривой намагничпвання (процессы вращения векгора намагниченности, процессы смешения доменных границ, парапроцесс), получены теоретические формулы для магнитных характеристик материалов (магнитная восприимчивость, коэрпнтивная сила, остаточная намагниченность).
Развивалась квантовая теория ферромагнетизма (теория прямого обменного взаимодействия, теория спиновых волн, зонная теория ферромагнетизма Зд-металлов). В результате был достигнут огромный прогресс в общем развитии физики магнитных явлений. Второй «бум» начался к концу второн мировой войны, когда были получены методом спекання порошка первые оксндные ферродиэлектрики — феррнты-шпннелн типа МеО.Ре»0» Умецыиенис электропроводнос~н в этих материалах по сравнению с металлы Г / е1'т1 гз (1,2.1) О=— ~о г2 (1.2.2) (1.2.3) (1.2.4) (1.2.5) Е=- (НР) 1 = —.
Р др (1. 2дт) (1.2.8) о.= 1и, 10 1! ческнмн ферромагнетнками 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 запоминающих устройств ЭВМ. 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 двухподрешеточных антиферромагнетиков до сложнейших гелисоидальных структур, Интенсивнейшее развитие этой области исследований снова преобразило весь облик физики магнитных явлений.
Каково будет содержание следуюшего «бума»2 Или он уже начался'. На эти вопросы ответ даст будущее. Пока можно только назвать некоторых претендентов на эту роль — тонкие ферромагнитные пленки (с вклоченисм поверхностных слоев н монокристальных пластинок); редкоземельные, аморфные, жидкие и органические магнетики; биомагнстпзм; магнитохимню. Возможно также, что решающие 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 предложенную выше периодизацию. Это обнаружение связи, а может быть и единства слабых и электромагнитных взаимодеиствий, вполне может стать аналогом упоминавшихся опытов Эрстеда 1820 г., в которых была установлена связь между электричеством в магнетизмом. й К2. МАГНИТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Долгое время считалось, что источниками магнитного поля являются особые магнитные заряды.
Однако все эксперяментальные 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. е. существуют только магнитные диполи. Однако, пользуясь понятием магнитных зарядов и аналогией с электростатикой, можно сразу же написать ряд простых и ваэкных формул. Например, кулоновскую силу притяжения или отталкивания двух зарядов в магнитостатике можно записать так: где гиь гпз — величины магнитных зарядов, г — расстояние между ними, й — коэффициент пропорциональности, равный единице в системе СОЬ.
Напряженность магнитного поля есть сила, действующая на единичный положительный заряд: прп этом сила, действующая на заряд и в поле Н, В= тН. Магнитный момент диполя определяется так: где! — вектор, связывающий точечные магнитные заряды гп и — и. Магнитный дипольный момент !г может иметь либо орбитальное происхождение (гипотеза Ампера), либо спиновое. На магнитный момент, помещенный в однородное магнитное поле Н, действует момент сил: На магнитный момент, помещенный в неоднородное магнитное поле, действует сила В=(цт)Н.
(1.2.6) Для магнитных материалов вводится понятие намагниченности 1, определяемое как отношение магнитного момента малого объема к этому объему Для однородно намагниченного магнитного материала намагниченность ! есть магнитный момент единицы объема. Плотность магнитных зарядов на поверхности образца с намагниченностью! будет равна Коэффициент пропорциональности между ! и Н называется магнитной восприимчивостью вещества 1 = хН. (1.2.9) Магнитная восприимчивость может быть и тензором.
Для характеристики намагниченного образца часто использучот величину  — магнитную индукцию (плотность магнитного потока), причем В == Н з-4х!. (1.2.!0) (1.2,1!) р =. 1 4пх. (1.2.1 2) 1 — и Н . -= гтНе, 1 вп !3 Коэффициент пропорциональности между В и Н называется маг- ннтнон нроннцаемостью вещества Из предыдущих формул следует соотношение Классичссквмн характеристиками магнитного материала являются кривая намагничивания и петля гпстерезиса.
Измерение нулевой кривой намагничивания осуществляется прп монотонном возрастании напряженности магнитного поля Н, действующего на образец, намагниченность которого вначале равнялась нушо, т. е. измерения производятся па образцах, предварительно подвергшихся размагнпчнваншо, например в знакопеременноч поле с постепенно убывагопгей амплптудон. Характерная для ферромагнетика нелинейная кривая намагничивания изображена на пвс, 1.!. Кривую намагничивания можно разделить на ряд участков, соответствующих различным физическим процессам, обт слов.тнваю~цитг изменение намагниченности.
Область 1 может быть определена как область обратимых процессов намагнпчивания. Прн возрастании и прп убывании на)тряжеиностп магнитного поля Н изменение намагниченности прямо пропорционально изменению напряженности поля 1=х,Н, где х, носит название начальноп воспрггимчивостгг. Изменение намагниченности! в эгон области обусловлено, как правило, упругим смешением границ между магнитными областями, но если процессы смсгцсния границ исключены, то начальная восприимчивость обусловлена поворотом вектора 1, на небольшой угол Область 11 была исследована Релесм, здесь Вклад процессов необратимого намагничивания (в основном за счет необратимого смещения доменных границ) определяется вторым слагаемым, Область П! — область максимальной крутизны кривой намагничивания, максимальной проницаемости материала — характеризуется наиболее интенсивным протеканием процесса необратимого смещения доменных границ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
