Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ГОС / 19

.doc
Скачиваний:
44
Добавлен:
22.03.2015
Размер:
129.54 Кб
Скачать

19. Магнитный момент. Магнитные моменты атомов тела. Магнитная восприимчивость, проницаемость, намагниченность. Индукция и напряженность магнитного поля в магнетиках, уравнения Максвелла. Диа-, пара- и ферромагнетизм, их природа.

Поле кругового тока Поле кругового тока

I

Можно показать, что магнитная индукция поля, создан­ного круговым током радиуса R, на расстоянии r0 вдоль перпендикуляра, восстановленного из центра контура, (см. рис.5), будет (11)

В частности, в центре кругового тока ,

Рис. 5

. (12)

Для плоской катушки, состоящей из N, витков магнитная индукция на оси катушки

. (13)

При больших расстояниях от контура, (рис. 5), т. е. при r0 >> R из (11) получим

(14)

Магнитные моменты атомов

О

I e

пыт показывает, что все вещества, помешенные в магнитное поле, намагничиваются. Классическая физика это объясняет сушествованием в веществе микротоков, обусловленных движением электронов в атомах и молекулах.

Д

ействительно, электрон, движущийся по круговой орбите вокруг

я

Рис. 1

дра своего атома эквивалентен круговому току, (см.рис.1), поэтому он обладает орбитальным магнитным моментом

, (1)

который по модулю равен

, (2)

где T - период вращения, v = 1 / T - частота вращения электрона на орбите.

Кроме того, электрон обладает собственным или спиновым магнитным моментом

(spin - верчение; о нем подробнее будем говорить в следующем семестре).

Общий магнитный момент атома равен сумме орбитальных и спиновых магнитных мо­ментов, входящих в атом электронов: . (3)

Магнитные моменты ядер в тысячи раз меньше и ими обычно пренебрегают.

Намагниченность и напряженность магнитного поля

Всякое вещество является магнетиком, оно спосбно под действием внешнего магнит­ного поля приобретать магнитный момент, т.е. намагничиваться. Для количественного описания намагничивания вводят вектор намагниченности, равный магнитному моменту единицы объема магнетика, т. е. , (4)

Магнитный момент может быть ориентирован как по направлению поля так и против направления поля. В процессе усреднения быстроменяющегося поля в веществе наряду с вектором индукции магнитного поля вводят в рвссмотрение вектор напряженности магнитного поля

Из экспериментальных данных известно, что вектор намагничения связан с вектором напряженности магнитного поля. Где - коэффициент пропорциональности- магнитная восприимчивость.

Намагниченность, как следует из (4), в СИ измеряется в А/м. Оказывается, для несильных полей , (5)

здесь c - (хи) безразмерная величина, называемая магнитной восприимчивостью вещества; для вакуума и, практически, для воздуха c= 0; Н - напряженность магнитного поля, кото­рая описывает магнитное поле макротоков (макро - большой). Макротоки, обычно, мы называли просто токи. Для вакуума

, (6) она измеряется в СИ в А / м.

Вектор магнитной индукции в веществе характеризует результирующее магнитное поле в веществе, создаваемое всеми макротоками и микротоками, т. е. (7)

С учетом (5) получаем , (8)

где (9)

называется магнитной проницаемостью вещества, - безразмерная величина. Она показывает во сколько раз усиливается магнитное поле в веществе. Напомним, что - диэлектрическая проницаемость показывает во сколько раз элек­трическое поле ослабляется в веществе.

Виды магнетиков

В зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости все магнетики под­разделяются на три группы:

  1. диамагнетики, у которых c отрицательна и мала (1010); для них несколько мень­ше единицы; диамагнетиками являются Zn, Au, Hg, Si, P, С (графит), Bi (висмут)... Диамагнетики незначительно ослабляют внешнее магнитное поле.

2) парамагнетики, у которых c положительна и мала (1010); и с ростом температуры уменьшается по закону Кюри: c ~ 1/T, для них несколько больше единицы; диамагнстиками являются щелочные металлы, кислород... Парамагнетики незначительно усиливают внешнее магнитное поле.

3) ферромагнетики, у которых c положительна и очень велика: может достигать, например, у супермалоя 800000; для Fe магнитная проницаемость = 5000. Таким образом, ферромагнетики являются сильномагнитными веществами.

Магнитная проницаемость для них зависит от H , (рис. 2) и для каж­дого ферромагнетика имеется определенная температура, называемая точкой Кюри, при которой он теряет магнитные свойства, т. к. области спонтанного намагничивания (домены) распадаются и ферромагнетик становится парамагнетиком - это фазовый переход II рода. Для железа или .

m

1

Рис. 2 Н

Природа ферромагнетизма.

У ферромагнетиков имеются области спонтанной намагниченности они называются доменами. Однако в целом кусок ферромагнетика магнитным моментом не обладает. (т к намагниченности соседних доменов противоположны). При включении магнитного поля число доменов имеющие магнитные моменты направленные по полю увеличивается, т е происходит изменение ориентации намагниченности доменов. Долгое время не могли понять в ферромагнетиков причину выстраивания элементарных магнитных моментов в домены. Сначала предполагалось что магнитные моменты выстраиваются вследствии взаимодействия магнитных моментов. В частности Вейс предположил что ориентированные магнитные моменты создают внутреннее поле, которое и выстраивает магнитные моменты по направлению этого поля. Теоретически такое поле было рассчитано и предполагалось что индукция такого поля . Однако Дорфман показал в своих опытах по пропусканию электронов через феромагнетические пленки отсутствие такого большого магнитного поля. Квантовая физика показала, что энергия электрона с параллельными спинами меньше чем с противоположными. При этом параллельно ориентируются и магнитные моменты что и приводит к образованию областей спонтанной намагниченности.

Уравнения Максвелла для постоянного магнитного поля в веществе в локальной и интегральной формах.

1.

2.

3.

4.

Соседние файлы в папке ГОС