Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики (Электричество и магнетизм. Ч.2) - 21 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВГУ | Воронеж

Составители: 

Рубрика: 

21
Диамагнитными веществами являются висмут , ртуть, фосфор, сера, медь,
серебро, большинство органических соединений (в том числе вода ).
У атомов парамагнитных веществ орбитальные, спиновые и ядерные
магнитные моменты атомов не компенсируют друг друга. Поэтому атомы
парамагнетика всегда обладают магнитным моментом. Однако атомные
магнитные моменты расположены беспорядочно и поэтому в отсутствии
внешнего магнитного поля парамагнитная среда в целом не обнаруживает
магнитных свойств. Внешнее магнитное поле поворачивает атомы парамагнетика
так , что их магнитные моменты устанавливаются преимущественно в
направлении этого поля. При этом полной их ориентации в указанном
направлении препятствует тепловое движение атомов. В результате парамагнетик
намагничивается и создает собственное магнитное поле , всегда совпадающее по
направлению с внешним и потому усиливающее его . При выключении внешнего
магнитного поля тепловое движение атомов разрушает ориентацию атомных
магнитных моментов и парамагнетик размагничивается. Поэтому с повышением
температуры у этих веществ намагниченность уменьшается. В парамагнетике,
конечно , имеет место и диамагнитный эффект - появление индуцированных
магнитных моментов, ослабляющих внешнее магнитное поле . Однако здесь
диамагнитный эффект не заметен на фоне сильного парамагнитного эффекта. К
парамагнетикам относятся некоторые газы (кислород, азот), металлы (алюминий,
вольфрам , платина), щелочные и щелочноземельные металлы.
В ферромагнетиках особенно сильно взаимодействие магнитных моментов
атомов между собой. В результате ниже определенной температуры (она
называется точкой Кюри ферромагнетика) магнитные моменты атомов уже в
отсутствии внешнего магнитного поля принимают упорядоченную ориентацию,
которая сохраняется одинаковой в пределах макроскопических областей,
называемых доменами. Однако ориентация магнитных моментов отлична друг от
друга, и ферромагнетик в целом не обладает магнитным моментом. Во внешнем
магнитном поле за счет движения границ доменов происходит
преимущественный рост тех доменов, которые своим магнитным моментом
ориентированы в направлении этого поля, и ферромагнетик намагничивается до
насыщения. При выключении внешнего магнитного поля ферромагнетик в
отличие от диа- и парамагнетиков полностью не размагничивается, а сохраняет
некоторую остаточную магнитную индукцию, т .к . тепловое движение не в
состоянии дезориентировать столь крупные совокупности атомов, какими
являются домены. К ферромагнетикам относятся железо , никель, кобальт ,
гадолиний, диспрозий, некоторые сплавы и окислы этих металлов, а также ряд
сплавов марганца и хрома.
Для всех рассмотренных типов магнетиков при помещении их в магнитное
поле результирующую магнитную индукцию
B
r
можно записать как
,
.0 собст
BBB
r
r
r
+=
(1) 
                                                     21
Д и ам агни т ны м и ве щ е с т вам и являют с я ви с м ут , р т ут ь, фо с фо р , с е р а, м е дь,
с е р е бр о , бо льши нс т во о р гани че с к и х с о е ди не ни й (в т о м чи с ле во да).
          У ат о м о в пар ам агни т ны х ве щ е с т в о р би т альны е , с пи но вы е и яде р ны е
м агни т ны е м о м е нт ы ат о м о в не к о м пе нс и р уют др уг др уга. По эт о м у ат о м ы
пар ам агне т и к а вс е гда о бладают м агни т ны м м о м е нт о м . Однак о ат о м ны е
м агни т ны е м о м е нт ы р ас по ло ж е ны бе с по р ядо чно и по эт о м у в о т с ут с т ви и
вне шне го м агни т но го по ля пар ам агни т ная с р е да в це ло м не о бнар уж и вае т
м агни т ны х с во йс т в. Вне шне е м агни т но е по ле по во р ачи вае т ат о м ы пар ам агне т и к а
т ак , чт о и х м агни т ны е м о м е нт ы ус т анавли вают с я пр е и м ущ е с т ве нно в
напр авле ни и эт о го по ля. Пр и эт о м по лно й и х о р и е нт аци и в ук азанно м
напр авле ни и пр е пят с т вуе т т е пло во е дви ж е ни е ат о м о в. В р е зульт ат е пар ам агне т и к
нам агни чи вае т с я и с о здае т с о бс т ве нно е м агни т но е по ле , вс е гда с о впадающ е е по
напр авле ни ю с вне шни м и по т о м у ус и ли вающ е е е го . Пр и вы к люче ни и вне шне го
м агни т но го по ля т е пло во е дви ж е ни е ат о м о в р азр ушае т о р и е нт аци ю ат о м ны х
м агни т ны х м о м е нт о в и пар ам агне т и к р азм агни чи вае т с я. По эт о м у с по вы ше ни е м
т е м пе р ат ур ы у эт и х ве щ е с т в нам агни че нно с т ь ум е ньшае т с я. В пар ам агне т и к е ,
к о не чно , и м е е т м е с т о и ди ам агни т ны й эффе к т - по явле ни е и ндуци р о ванны х
м агни т ны х м о м е нт о в, о с лабляющ и х вне шне е м агни т но е по ле . Однак о зде с ь
ди ам агни т ны й эффе к т не зам е т е н на фо не с и льно го пар ам агни т но го эффе к т а. К
пар ам агне т и к ам о т но с ят с я не к о т о р ы е газы (к и с ло р о д, азо т ), м е т аллы (алюм и ни й,
во льфр ам , плат и на), щ е ло чны е и щ е ло чно зе м е льны е м е т аллы .
          В фе р р о м агне т и к ах о с о бе нно с и льно взаи м о де йс т ви е м агни т ны х м о м е нт о в
ат о м о в м е ж ду с о бо й. В р е зульт ат е ни ж е о пр е де ле нно й т е м пе р ат ур ы (о на
назы вае т с я т о чк о й К юр и фе р р о м агне т и к а) м агни т ны е м о м е нт ы ат о м о в уж е в
о т с ут с т ви и вне шне го м агни т но го по ля пр и ни м ают упо р ядо че нную о р и е нт аци ю,
к о т о р ая с о х р аняе т с я о ди нак о во й в пр е де лах м ак р о с к о пи че с к и х о блас т е й,
назы вае м ы х до м е нам и . Однак о о р и е нт аци я м агни т ны х м о м е нт о в о т ли чна др уг о т
др уга, и фе р р о м агне т и к в це ло м не о бладае т м агни т ны м м о м е нт о м . Во вне шне м
м агни т но м        по ле       за с че т        дви ж е ни я гр ани ц до м е но в пр о и с х о ди т
пр е и м ущ е с т ве нны й р о с т т е х до м е но в, к о т о р ы е с во и м м агни т ны м м о м е нт о м
о р и е нт и р о ваны в напр авле ни и эт о го по ля, и фе р р о м агне т и к нам агни чи вае т с я до
нас ы щ е ни я. Пр и вы к люче ни и вне шне го м агни т но го по ля фе р р о м агне т и к в
о т ли чи е о т ди а- и пар ам агне т и к о в по лно с т ью не р азм агни чи вае т с я, а с о х р аняе т
не к о т о р ую о с т ат о чную м агни т ную и ндук ци ю, т .к . т е пло во е дви ж е ни е не в
с о с т о яни и де зо р и е нт и р о ват ь с т о ль к р упны е с о во к упно с т и ат о м о в, к ак и м и
являют с я до м е ны . К фе р р о м агне т и к ам о т но с ят с я ж е ле зо , ни к е ль, к о бальт ,
гадо ли ни й, ди с пр о зи й, не к о т о р ы е с плавы и о к и с лы эт и х м е т алло в, а т ак ж е р яд
с плаво в м ар ганца и х р о м а.
          Д ля вс е х р ас с м о т р е нны х т и по в м агне т и кrо в пр и по м е щ е ни и и х в м агни т но е
по ле р е зульт и р ующ ую м агни т ную и ндук ци ю B м о ж но запи с ат ьк ак
                                      r r      r
                                      B = B0 + Bс обс т . ,                                               (1)

Страницы