Материал: Конспект лекций по общей физики (1-4 семестр)

При ларморовой прецессии атом приобретает добавочный магнитный момент

Получается, что все электроны в атомах вещества, магнитные моменты которых ориентированы беспорядочно, если поместить это вещество в магнитное поле, приобретут дополнительные магнитные моменты, направленные одинаково – против поля. Соответственно вещество намагнитится против внешнего магнитного поля. Этот эффект называется диамагнитным и присущ все веществам без исключения.

где Z – число электронов в атоме, n – концентрация вещества; с учётом (28.8)

Найдём магнитную восприимчивость диамагнетика. Так как µ ≈ 1, B μ0 H ; для изотропных слабомагнитных веществ J χH ;

228

3.11.8. Парамагнетизм

Парамагнетиками являются вещества, для которых магнитные моменты атомов (т. е. суммарные магнитные моменты всех электронов, входящих в атом) в отсутствие внешнего магнитного поля отличны от нуля.

Парамагнитный эффект на несколько порядков сильнее диамагнитного и «перебивает» последний.

Зависимость магнитной восприимчивости парамагнетика от абсолютной температуры

χC T

– закон Кюри-Вейсса (опытный закон); C – константа – характеристика конкретного вещества. Качественное объяснение: с ростом температуры магнитная восприимчивость падает из-за усиления теплового движения молекул. Можно показать, что

3.11.9. Ферромагнетизм

3.Нелинейная зависимость μ H

4.Остаточное намагничивание: вещество сохраняет намагниченность при отключении внешнего магнитного поля.

5.Зависимость µ(T): при T > TК (точка Кюри) ферромагнетик теряет ферромагнитные свойства и превращается в парамагнетик.

2. Кривые гистерезиса

На РИС. 28.3А показана зависимость проекции намагниченности на какое-либо направление от проекции напряжённости магнитного поля на это направление. На РИС. 28.3Б показана зависимость проекции магнитной индукции внутри ферромагнетика на какое-либо направление от проекции напряжённости магнитного поля на это направление. На РИС. 28.3Б изображён полный цикл (максимальная петля гистерезиса) – зависимость Bz(Hz) в случае, если в ходе процесса намагничивания намагниченность образца достигает насыщения, а также один из бесконечного множества возможных частных циклов – зависимость Bz(Hz) в случае, если насыщение не достигается.

Кривая 0-1 на РИС. 28.3Б – кривая первичного намагничивания – зависимость B(H)

при увеличении напряжённости магнитного поля от нуля в случае, если образец до этого не был намагничен.

229

Определения обозначений на рис. 28.3 – характерных параметров ферромагнетика – даны в ТАБЛ. 28.1.

Рис. 28.3. Петли гистерезиса

Таблица 28.1

Параметры петель гистерезиса

3. Кривая первичного намагничивания

Объясним ход кривой первичного намагничивания B(H). По определению напряжённости магнитного поля

ля без учёта поля ферромагнетика. В процессе первичного намагничивания все силовые характеристики магнитного поля сонаправлены,

230

J B B Jr

4. Энергия перемагничивания ферромагнетика

Энергия магнитного поля

так как объёмная плотность энергии магнитного поля w BH2 ; V – объём образца.

Будем считать поле внутри ферромагнетика однородным, тогда

W wV Bz Hz V . 2

При изменении напряжённости магнитного поля на dHz изменение энергии магнитного поля

Работа внешних сил по полному перемагничиванию образца (при изменении проекции напряжённости магнитного поля от Hs до –Hs)

231

Эта величина пропорциональна площади петли гистерезиса Bz(Hz).

Соответственно, чем больше площадь петли гистерезиса, тем больше потери энергии на перемагничивание образца при изменении направления напряжённости магнитного поля, т. е. изменении направления тока, создающего магнитное поле. По этому признаку (сравнительно большая или малая площадь петли гистерезиса) магнитные материалы делятся на жёсткие и мягкие, имеющие разное назначение.

Демонстрации: 1) Перемагничивание магнита

2)Эффект Баркгаузена

3)Точка Кюри

5.Толкование свойств ферромагнетиков

Магнитные свойства ферромагнетиков обусловлены спином электрона. Намагничивание ферромагнетика – коллективный квантовый эффект, обусловленный

обменными силами68.

В отсутствие внешнего магнитного поля внутри ферромагнетика имеются области, в пределах которых ферромагнетик спонтанно намагничен до насыщения – домены. В целом ферромагнетик не намагничен, так как направления намагниченности различных доменов различны (РИС. 28.6А).

страиваются вдоль этого поля и образец намагничивается (РИС. 28.6Б). Этот процесс протекает в три этапа, обозначенные на кривой первичного намагничивания на РИС. 28.7:

68 Обменные силы – это не силы в смысле определения, данного нами, т. е. не мера какого-либо взаимодействия объектов. Происхождение обменных сил можно разъяснить только в рамках формализма квантовой механики; это выходит за рамки курса общей физики.