Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ѕоле в среде




ћагнитна€ проницаемость. ≈сли в область с магнитным полем , которое образовано в вакууме токами проводимости (например, внутрь соленоида), ввести вещество (по отношению к магнитному полю будем называть любое вещество магнетиком), то структура пол€ и его индукци€ в каждой точке изменитс€. Ёто св€зано, во-первых, с тем, что каждый атом или молекула вещества в общем случае имеет свое микроскопическое электромагнитное поле; во-вторых, и это поле может измен€тьс€ под воздействием внешнего пол€. ¬ итоге результирующее поле (усредненное по физически бесконечно малому объему вещества) складываетс€ из первичного пол€ и результирующего (макроскопического) внутреннего пол€ , созданного веществом: . ¬ажно отметить, что поле , в свою очередь, создаетс€ под вли€нием возникающего результирующего пол€, и в простейшем линейном приближении оказываетс€ пропорциональным именно этому результирующему полю (а не полю ). ¬ результате расчет самосогласованного пол€ в веществе составл€ет сложную задачу.

ƒл€ дальнейшего напомним, что каждый атом, как микроскопический контур с током, может быть охарактеризован своим магнитным моментом , а дл€ удельной характеристики всего объема вещества ввод€т вектор намагниченности . Ёта физическа€ величина характеризует поле и может измен€тьс€ под воздействием внешнего пол€. ¬ теории показываетс€, что если магнетик однородный изотропный и бесконечным образом заполн€ет все пространство и не €вл€етс€ посто€нным магнитом, то ситуаци€ с расчетом самосогласованного пол€ упрощаетс€. —тановитс€ возможной скал€рна€ пропорциональность[3] , и более того, она оказываетс€ совсем простой (c Ц магнитна€ восприимчивость вещества). ¬ этом случае учет вли€ни€ среды сводитс€ к введению скал€рного коэффициента магнитной проницаемости:

.

ƒобавим, что дл€ обхода возникающих математических сложностей, возникающих в более сложных случа€х, ввод€т вспомогательный вектор , который исторически получил название вектора напр€женности магнитного пол€. ¬ современной литературе его называют просто "вектор Ќ". Ќе каса€сь неуместного здесь изложени€ общей теории магнетиков, скажем, что если среду можно считать однородной и изотропной, его св€зь напр€женности с вектором магнитной индукции оказываетс€ скал€рной .

ƒл€ важных приложений, которые будут использованы в данном практикуме, заметим, что при упом€нутых здесь упрощени€х вектор Ќ приобретает простой и очень удобный физический смысл: он пропорционален полю , создаваемому токами проводимости в пустоте, до внесени€ магнетика. “очнее Ц он равен индукции этого пол€ в пустоте, деленной на . ƒл€ пустого соленоида, например, его значение пропорционально значению тока , где n Ц плотность намотки. “огда индукци€ этого пол€ , а если внести магнетик, то поле усиливаетс€ (или ослабл€етс€) . “ак внесение ферромагнитного сердечника усиливает индукцию пол€ в несколько сотен (тыс€ч) раз. «начени€ вектора H измер€ютс€ в ј/м. »спользуютс€ и дополнительные единицы: это единица системы —√— Ёрстед (1ј/м= 1,26×10-2Ё) и более мелка€ единица "гамма", употребл€ема€ при исследовани€х межпланетного пространства (1g = 1×10-5Ё, 1ј/м = 1,26×103g). “ак, индукции 1“л (10 тыс. √аусс) в воздухе соответствует напр€женность 800 кј/м, а индукции 1√с соответствует напр€женность 1мЁ=100g.

ƒл€ измерени€ индукции используют эффекты, в которых про€вл€етс€ суммарное полное поле токов и вещества, например, эффект электромагнитной индукции в катушке с сердечником из данного вещества. ясно что, провод€ измерени€ значений ¬ и Ќ, можно определить магнитную проницаемость.

¬озможные значени€ магнитной проницаемости обусловлены конкуренцией в веществе физических механизмов, важнейшие из которых:

1. парамагнетизм Ц главным образом, вращение движущегос€ св€занного электрона во внешнем магнитном поле. ¬ результате магнитный момент начинает прецессировать, стрем€сь в среднем установитьс€ по направлению внешнего пол€ и усилить его. ѕроцесс происходит на фоне хаотического теплового движени€, которое преп€тствует ориентированию.

2. диамагнетизм Ц механизм возникновени€ наведенных магнитных моментов токов самоиндукции в движущихс€ микроскопических контурах каждого атома. Ёти магнитные моменты стрем€тс€ ориентироватьс€ против внешнего магнитного пол€, ослабл€€ его.

3. ферромагнетизм[4] Ц действует в посто€нных магнитах, и исторически был первым магнитным €влением, с которым познакомилс€ человек в практической де€тельности. «начительно позже вы€снилось, что в р€ду других это Ц самый сложный эффект, дл€ объ€снени€ которого классических представлений совершенно недостаточно. ¬ 1892г возникла теори€ доменной структуры естественных магнитов (Ѕ.Ћ. –озинг, –осси€), согласно которой микрокристаллики этих металлов должны быть в свою очередь разбиты на множество очень маленьких по-разному намагниченных объемов (до 10-14см3) Ц так называемых доменов. «а счет механизма специфического взаимодействи€ атомов (так называемые обменные силы) домены самопроизвольно (спонтанно) намагничены в соседних област€х по взаимноперпендикул€рным или антипараллельным направлени€м. √раница, раздел€юща€ ферромагнитные домены[5] между собой имеет толщину в несколько атомных диаметров. “акое разделение до определенного размера доменов, действительно, энергетически устойчиво и более выгодно, чем существование монолитной атомной структуры целого магнита с двум€ полюсами. ¬ этом случае магнитный поток полностью замыкаетс€ внутри кристалла так, что результирующа€ намагниченность образца равна нулю и энерги€ практически не тратитс€ на создание внешнего пол€ (см. рис.). —тремление к энергетически более устойчивой конфигурации можно видеть, если свободно положить р€дом два или несколько магнитиков. ќднако, большой размер доменов, таких, например, как показано на приведенном рисунке, где образец разделен всего на четыре части, невыгоден из-за энергетических затрат на поддержание формы границ. ѕоэтому обычно размеры доменов устанавливаютс€ в пределах дес€тка-сотни микрометров. ѕри наложении внешнего пол€ и по мере его увеличени€, домены постепенно ориентируютс€ в направлении этого пол€[6], создава€ в ферромагнетике намагничивание, которое может остатьс€ и после сн€ти€ внешнего пол€, если тепловое движение не достаточно интенсивно дл€ разрушени€ организованной в образце структуры. ѕозже (после 1928, ¬. √ейзенберг, я.». ‘ренкель, я.√. ƒорфман, ѕ. ¬ейсс и др.) было показано, что ферромагнетизм имеет квантовую природу и, действительно, возникает не в любых кристаллах, а лишь в тех, где параметр решетки превышает диаметр орбиты внешнего электрона более чем в 1,5 раза. Ёто условие выполн€етс€ дл€ Fe, Co, Ni, Gd Ц в них и про€вл€етс€ ферромагнетизм.

ѕреобладание одного из перечисленных механизмов в данном веществе определ€ет его соответствующее название в классификации магнетиков:

парамагнетики ,

диамагнетики ,

ферромагнетики и т.д.

—ложность расчета характеристик магнетиков состоит, прежде всего, в том, что в намагниченности необходимо учитывать не только сумму орбитальных магнитных моментов электронов в атоме, но и внутренних (т. наз. спиновых) магнитных моментов электронов. —войство спина €вл€етс€ изначальным, специфическим Ц оно не сводитс€ к более простому, также, как и зар€д или масса, то есть не имеет механизма и дополн€ет орбитальное движение частиц в атоме. ќриентаци€ спиновых моментов в атоме элемента определ€етс€ дл€ каждого электрона законами распределени€ энергии микрочастиц по возможным квантовым состо€ни€м.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-09-20; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 616 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

ѕобеда - это еще не все, все - это посто€нное желание побеждать. © ¬инс Ћомбарди
==> читать все изречени€...

2022 - | 1877 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.008 с.