Вопрос №7.Квантовая природа ферромагнетизма. Механизм намагничивания ферромагнетика
Для ферромагнетиков гистерезис свойств объясняется наличием магнитных доменов (см. рис.), которые при отсутствии внешнего магнитного поля возникают самопроизвольно (спонтанно) в ферромагнитном состоянии вещества за счет упорядочения спиновых магнитных моментов молекул. Это упорядочение определяется специфическими (квантово-механическими) взаимодействиями спинов молекул ферромагнитных веществ. При повышении температуры петля гистерезиса сужается, и при достаточно высокой температуре, называемой точкой Кюри, ферромагнитное состояние исчезает, а вещество ведет себя как парамагнетик. Это объясняется тем, что тепловое движение молекул (магнитных диполей) при подходе к точке Кюри становится достаточно интенсивным, чтобы разрушить домены (исчезает спонтанная намагниченность). Процесс, связанный переходом через точку Кюри, не сопровождается выделением или поглощением теплоты (∆Q =0), что указывает на фазовый переход второго рода.
В некоторых кристаллах под действием квантово-механических взаимодействий в определенном температурном интервале образуются домены, в пределах которых спины ориентированы антипараллельно. Такие вещества, называемые антиферромагнетиками, обладают очень малой намагниченностью в отсутствие внешнего поля и приобретают слабую намагниченность под действием внешнего поля. К ним относятся твердый кислород (а-модификация, существующая при Т< 24 К), хром, ряд редкоземельных элементов и около 1000 соединений металлов ( FeO, NiO, MnO, FeF2, NiF2, MnF2 и т.д.). В результате нагревания до некоторой температуры, называемой антиферромагнитной точкой Кюри или точкой Нееля1, магнитное упорядочение спинов в доменах разрушается и антиферромагнетик превращается в парамагнетик (фазовый переход второго ряда).
Вопрос №8. Эффекты взаимодействия магнетиков с внешним полем: гиромагнитный и магнитострикционный эффекты
Прямой эффект был открыт в 1909 г. американским физиком С. Барнеттом (1873-1956), который обнаружил изменение намагниченности J железного стержня, когда его предварительно приводили во вращательное движение относительно оси, параллельной напряженности Н магнитного поля.
Обратный эффект в 1915 г. обнаружили А. Эйнштейн и В. де Хааз (1878-1960) во время опытов по намагничиванию железного сердечника, подвешенного в соленоиде на тонкой кварцевой нити. В процессе намагничивания за счет изменения момента импульсов всех электронов железный сердечник приобретал соответствующий механический момент
(1.8)
(I — момент инерции; ω — угловая скорость), т.е. стержень поворачивался и закручивал нить.
Магнитострикционный эффект. При намагничивании ферромагнетиков наблюдается явление магнитострикции (от «магнит» и лат. strictio — сжатие, натягивание), которое состоит в изменении формы и объема образца. Этот эффект используется в магнитострикционных датчиках, а также в магнитострикционных источниках ультразвука.
Условия для поля на границе раздела двух однородных магнетиков. При переходе через границу раздела двух однородных магнетиков характеристики магнитного поля (В и Н) испытывают изменения. Условия для В и Н при переходе границы раздела двух магнетиков можно получить, используя интегральные уравнения
и 
(1,9)
для магнитного поля, т.е. теорему Гаусса для вектора В и закон полного тока для Н. Вычисления позволяют получить соотношения (см. аналогичные условия на границе двух диэлектриков):
(1,10)
Литература:
1. И.И.Ларкевич, З.И.Волмянский., С.И.Лобко. Физика.- Мн.ЮОО «Новое знание»,2004.
2. Б.М. Яворский, А.А.Пинский. Основы физики. - М.:Физматлит,т. 1,2003.