|
|
Ответы на вопросы в экзаменационных билетах. Физика. 2 курс. Электрический ток и его характерстики
Измерения показывают, что для большинства веществ магнитная проницаемость m близка к единице и не зависит от величины магнитного поля. Все такие вещества могут быть разбиты на 3 класса: 1) m>1 – парамагнетики, в которых намагниченность вещества увеличивает суммарное магнитное поле; парамагнетики втягиваются в область сильного неоднородного магнитного поля 2) m<1 – диамагнетики, в которых намагниченность уменьшает суммарное поле; диамагнетики выталкиваются из области сильного неоднородного поля 3) класс веществ, в которых величина магнитной проницаемости (и магнитной восприимчивости) может быть очень большой и сильно зависит от величины магнитного поля, а также от температуры вещества. Это, так называемые, ферромагнетики.
Магнитные моменты атомов векторно складываются из магнитных моментов входящих в них частиц. При этом определяющим является суммарный магнитный момент электронной оболочки.
Д
иамагнетизм. Если рассматривать электронную оболочку как контур с током, то при наложении внешнего магнитного поля H в соответствии с правилом Ленца в контуре должна индуцироваться электродвижущая сила (ЭДС) и возникать индукционный ток. Магнитный момент Dpm индукционного тока независимо от направления магнитного момента pm контура всегда направлен против напряженности внешнего поля H (см. рис. 4.5.3.). Возникающее при этом магнитное поле индукционного тока также направлено против внешнего поля. Внутри материала суммарное магнитное поле будет при этом уменьшаться. Его относительное уменьшение порядка 10-8 . Диамагнетизмом обладают все вещества, его величина не зависит от температуры. Если атом не имеет собственного магнитного момента, диамагнитный эффект - определяющий, и вещество является диамагнетиком. Индуцированный магнитный момент направлен против внешнего магнитного поля, и атомы такого вещества выталкиваются из области сильного поля.Парамагнетизм. В общем случае атом вещества может иметь собственный результирующий магнитный момент, например, если число электронов нечетно. В отсутствии внешнего поля магнитный момент макроскопического тела равен нулю из-за беспорядочного распределения по направлениям атомных магнитных моментов (см. рис. 4.5.4а). Под действием внешнего магнитного поля атомные магнитные моменты ориентируются в направлении приложенного поля. За счет полей атомных моментов магнитное поле внутри вещества увеличивается. Сами атомы стремятся переместится в область более сильного поля. Вещество является парамагнетиком. Поскольку тепловое движение мешает упорядочению направлений атомных моментов парамагнетика, его магнитная восприимчивость уменьшается с температурой. Магнитная восприимчивость парамагнетиков имеет величину порядка 10 – 4 – 10–6. (4.5.1)
Ферромагнетизм. Среди твердых тел есть такие, которые самопроизвольно под действием внутренних сил намагничены. В них, не зависимо от внешнего поля, магнитные моменты спинов электронов выстроены параллельно.Наличие внутри ферромагнетика магнитного поля не всегда проявляется внешне по следующей причине. Ферромагнетик внутри обычно разбивается на макроскопически малые (размером 10–4 ¸ 10–6 м) области – домéны, внутри которых атомные магнитные моменты сонаправлены и намагниченность велика. Но если векторы намагниченности доменов ориентированы по отношению друг к другу под разными углами, то средняя намагниченность может быть равна нулю, и магнитное поле вещества будет незаметно (например, железо с малым содержанием примесей .
При наложении даже относительно слабого поля атомные магнитные моменты стремятся выстроиться вдоль поля. При этом границы между доменами смещаются так, что увеличиваются те домены, магнитный момент которых направлен вдоль поля. В результате весь объем материала намагничивается, достигая магнитного насыщения Js, когда все атомные моменты всех доменов выстроены вдоль поля.
Если после намагничивания уменьшить до нуля напряженность внешнего магнитного поля, не все домены вернутся к прежней ориентации, некоторые останутся ориентированными близко к направлению «выключенного» внешнего поля, материал будет иметь остаточную намагниченность Jr. Остаточная намагниченность особенно велика у сплавов магния, никеля, кобальта, из которых делают постоянные магниты.
Д
ля того чтобы сделать намагниченность ферромагнетика нулевой необходимо приложить магнитное поле противоположного направления. Напряженность такого поля называют коэрцитивной силой Hc. Увеличивая обратное поле, затем, уменьшая его и накладывая в первоначальном направлении, т.е. изменяя его величину и направление периодически, можно получить в координатах J-Hпетлю гистерезиса (рис. 4.5.5).
Упорядоченное выстраивание спинов электронов в объеме каждого атома есть результат взаимодействия электронов. В атомах ферромагнетика энергетически выгодным оказывается такое взаимное расположение электронов, когда они находятся на максимальном расстоянии друг от друга со спинами (и спиновыми магнитными моментами), ориентированными в одну сторону.
К
ачественные зависимости намагниченности от напряженности магнитного поля для разных типов магнетиков приведены на рисунке 4.5.6.
|
|
|
Скачать 1.44 Mb.