Материал: Справочное пособие по магнитным явлениям

ББК 31.21 Б97

УДК 621.3.013(035.5)

Н. Е. В1ЖКЕ

НА№ ВООК ОР МАС№Т1С РНЕ1ЧОМЕ1ЧА

Уап №з(гапс1 КетНоШ Сошрапу 1пс., 1986

Бэрк Г. Ю.

Б97 Справочное пособие по магнитным явлениям: Пержс англ.— М-.Энергоатомиздат, 1991.— 384 с.

15ВЫ 5-283-02483-0

Дано систематизированное изложение вопросов происхож­ дения магнитного поля и электромагнитного взаимодействия. Объяснение основных понятий и эффектов электромагнитного взаимодействия дается на качественном физическом уровне, доступном широкому кругу читателей. Рассмотрены многочис­ ленные физические явления, положенные в основу практиче­ ских приборов и устройств, которые применяются в физическом эксперименте и в различных областях техники.

Для инженерно-техниняскик рвботников.

Общая теория магнетизма и широкий круг относящихся к нему явлений уже рассматривались в многочисленных книгах. Специалисты вряд ли нуждаются в помощи при поисках путей в лабиринте опубликованной информации. В то же время те, кто не являются специалистами в данной области, могут быть обес­ куражены этим обилием материалов. Большинство публикаций ограничиваются рассмотрением определенных вопросов, и изло­ женные в них концепции вполне могут показаться не связанными между собой, если читатели без соответствующей подготовки попытаются постичь их во всей полноте. Поскольку эта дисцип­ лина уже достаточно глубоко изучена и с каждым годом к ней добавляется очень мало новой информации, такое положение нельзя считать удовлетворительным. В настоящее время любой читатель даже с минимальными техническими познаниями дол­ жен иметь возможность усвоить основные принципы магнетизма

исвободно в них ориентироваться.

Впредлагаемой книге главным фактором, способствующим достижению поставленной цели, является предельная простота в последовательности изложения материала и обсуждении его деталей. Используется схема логической классификации явлений, базирующаяся на описании характера электронных процессов, возникающих при взаимодействии любых форм вещества с лю­ быми видами энергии. Здесь предпринята попытка представить каждое вызывающее интерес явление в возможно более нагляд­ ной графической форме и одновременно свести словесное его описание к минимуму, достаточному для пояснения иллюстраций. Такой подход можно было бы назвать принципом журнала «Лайф», где каждое сообщение обязательно сопровождается иллюстрацией. На наших рисунках часто используются следую­ щие два условных -обозначения. Во-первых, мелкими точками изображаются медленно движущиеся (холодные), а крупными — быстро движущиеся (горячие) электронные носители. Это разли­ чие в размерах помогает достаточно выразительно показать взаимосвязь между тепловыми и электронными явлениями. Во-вторых, стрелками изображены малые заряженные частицы со спином, образующие намагниченные тела — микроминиатюрные магниты, которые называются магнетонами (спином обладают все субмолекулярные частицы, как заряженные электрически, так

и не заряженные). В основе многих магнитных явлений лежит именно характер взаимодействий между магйетонами, обуслов­ ленных как их электрическим зарядом, так и магнитной поля­ ризацией.

Прежде всего будет показано, что все без исключения магнит­ ные явления представляют собой следствия закона Ампера, уста­ навливающего взаимосвязь между магнитным полем и движу­ щимся электрическим зарядом, затем обсуждаются поля Био — Савара, окружающие прямолинейные траектории всех электри­ ческих токов, и, наконец, рассматриваются тороидальные поля, образующиеся около токонесущих катушек и электрических заря­ дов со спином. Токонесущие катушки используются в конструк­ циях электромагнитов, тогда как вращающиеся заряженные тела порождают явления постоянного магнетизма.

Весь представленный здесь материал содержит подробное описание различных магнитных явлений, число которых более чем вчетверо превышает число явлений, описанных в любо \ дру­ гой из известных автору публикаций на эту тему.

Справочник подразделяется на пять частей. В первой части рассматриваются соотношения между движущимися электриче­ ски заряженными частицами и различными энергетическими со­ ставляющими физической среды, через которую движутся эти частицы. Во второй части обсуждается влияние изменений маг­ нитного поля на движущиеся заряженные частицы. Следующие три части посвящены магнитным явлениям, возникающим при движении магнетонов. В третьей части рассмотрены условия и ожидаемые следствия движения магнетонов при наличии жест­ ких ограничений, например, в твердом теле или в жидкости, а в четвертой части — следствия их движения в тех случаях, когда они не испытывают значительной интерференции с другими час­ тицами, находящимися в той же среде, и не вступают во взаимо­ действие с этими частицами (таковы условия в вакууме или газе). Наконец, в пятой части описаны явления совершенно иного типа, происходящие при движении магнетонов через кристалли­ ческие структуры без значительного взаимного обмена энергией.

Г Ю. Бэрк

Как ни странно, современная литература, посвященная маг­ нетизму и его различным приложениям, по крайней мере как источник основных инженерно-технических знаний часто явля­ ется неполной, неточной и, конечно, недостаточно четко органи­ зованной. Предлагаемое обсуждение направлено на то, чтобы исправить сложившееся здесь положение, в первую очередь для облегчения работы инженеров по электронике.

Дан ответ на фундаментальный вопрос: какие электронные явления могут происходить при взаимодействии вещества и энер­ гии в присутствии магнитных полей? Для описания возможных результатов такого взаимодействия введен термин магнитопреобразование (та^пеМ гапздисВоп), причем для представления структур вещества используется модель с дискретными частицами. Это самая удобная модель для пояснения наибольшего числа магнитных явлений наиболее широкому кругу читателей. Хотя модель с дискретными частицами является весьма полезным средством для изложения материала, она не всегда оказывается обоснованной. В частности, она не годится для объяснения явле­ ний, происходящих при температурах, близких к температуре абсолютного нуля. Таких трудностей можно было бы ожидать, поскольку ни одна модель не дает совершенно точного описания системы, для которой она предназначается.

Возможно, некоторые читатели предпочли бы энергетическую модель, так как именно такую модель используют в большинстве университетов при преподавании науки о строении вещества. Однако при таком подходе круг читателей ограничился бы не­ большим числом специалистов, которые уже приложили значи­ тельные усилия для постижения рассматриваемого здесь пред­ мета и найдут немного нового на страницах этой книги. Кроме того, модель с дискретными частицами и энергетическая модель дополняют одна другую, и тот, кто стремится к более глубокому и исчерпывающему пониманию, может с пользой для себя срав­ нить приведенные здесь объяснения с изложенным в других работах.

Коротко говоря, книга построена таким образом, чтобы чи­ татель со средним уровнем технических знаний, работающий с конкретным устройством, смог понять, каким образом его ис-