Методические указания к лабораторным работам по курсу общей физики (Электричество и магнетизм. Ч.3). Миловидова С.Д - 18 стр.

UptoLike

18
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)
где
0
B
r
- магнитная индукция внешнего магнитного поля. Таким образом , у
парамагнетиков и ферромагнетиков векторы
0
B
r
и
.
собст
B
r
направлены в одну
сторону, а у диамагнетиков - в разные стороны.
                                              18
         У       ат ом ов     п арам агнит ных в е щ е ст в орбит альные , сп инов ые и
яде рные м агнит ные м ом е нт ы ат ом ов не к ом п е нсирую т друг друга. П оэт ом у
ат ом ы п арам агне т ик а в се гда обладаю т м агнит ным м ом е нт ом . О днак оат ом ные
м агнит ные м ом е нт ы расп оложе ны бе сп орядочно и п оэт ом у в от сут ст в ии
в не ш не го м агнит ного п оля п арам агнит ная сре да в ц е лом не обнаружив ае т
м агнит ных св ой ст в . В не ш не е м агнит ное п оле п ов орачив ае т ат ом ы
п арам агне т ик а т ак , чт о их м агнит ные м ом е нт ы уст анав лив аю т ся
п ре им ущ е ст в е ннов нап рав ле нии эт огоп оля. П ри эт ом п олной ихорие нт ац ии в
ук азанном нап рав ле нии п ре п ят ст в уе т т е п лов ое дв иже ние ат ом ов . В ре зульт ат е
п арам агне т ик нам агничив ае т ся и создае т собст в е нное м агнит ное п оле, в се гда
сов п адаю щ е е п о нап рав ле нию с в не ш ним и п от ом у усилив аю щ е е е го. П ри
в ык лю че нии в не ш не го м агнит ногоп оля т е п лов ое дв иже ние ат ом ов разруш ае т
орие нт ац ию ат ом ныхм агнит ныхм ом е нт ов и п арам агне т ик разм агничив ае т ся.
П оэт ом у с п ов ыш е ние м т е м п е рат уры у эт их в е щ е ст в нам агниче нност ь
ум е ньш ае т ся. В п арам агне т ик е , к оне чно, им е е т м е ст ои диам агнит ный эффе к т -
п ояв ле ние индуц иров анных м агнит ных м ом е нт ов , ослабляю щ их в не ш не е
м агнит ное п оле . О днак о зде сь диам агнит ный эффе к т не зам е т е н на фоне
сильного п арам агнит ного эффе к т а. К п арам агне т ик ам от носят ся не к от орые
газы (к ислород, азот ), м е т аллы (алю м иний , в ольфрам , п лат ина), щ е лочные и
щ е лочнозе м е льные м е т аллы.
         В фе рром агне т ик ах особе нно сильно в заим оде й ст в ие м агнит ных
м ом е нт ов ат ом ов м е жду собой . В ре зульт ат е ниже оп ре де ле нной т е м п е рат уры
(она назыв ае т ся т очк ой К ю ри фе рром агне т ик а) м агнит ные м ом е нт ы ат ом ов уже
в от сут ст в ии в не ш не го м агнит ного п оля п риним аю т уп орядоче нную
орие нт ац ию , к от орая сохраняе т ся одинак ов ой в п ре де лах м ак роск оп иче ск их
област е й , назыв ае м ых дом е нам и. О днак о орие нт ац ия м агнит ных м ом е нт ов
от лична друг от друга, и фе рром агне т ик в ц е лом не обладае т м агнит ным
м ом е нт ом . В о в не ш не м м агнит ном п оле за сче т дв иже ния границ дом е нов
п роисходит п ре им ущ е ст в е нный рост т е хдом е нов , к от орые св оим м агнит ным
м ом е нт ом орие нт иров аны в нап рав ле нии эт ого п оля, и фе рром агне т ик
нам агничив ае т ся до насыщ е ния. П ри в ык лю че нии в неш не го м агнит ного п оля
фе рром агне т ик в от личие от диа- и п арам агне т ик ов п олност ью не
разм агничив ае т ся, а сохраняе т не к от орую ост ат очную м агнит ную индук ц ию ,
т .к . т е п лов ое дв иже ние не в сост оянии де зорие нт иров ат ь ст оль к руп ные
сов ок уп ност и ат ом ов , к ак им и яв ляю т ся дом е ны. К фе рром агне т ик ам от носят ся
же ле зо, ник е ль, к обальт , гадолиний , дисп розий , не к от орые сп лав ы и ок ислы
эт ихм е т аллов , а т ак же ряд сп лав ов м арганц а и хром а.
         Д ля в се х рассм от ре нных т ип ов м агне т ик ов п ри       r п ом е щ е нии их в
м агнит ное п оле ре зульт ирую щ ую м агнит ную индук ц ию B м ожнозап исат ьк ак
                                r r      r
                                B = B0 + Bсобст . ,                                        (1)
     r
где B 0 - м агнит ная индук ц ия в не ш не го м агнит ного п оля. Так им образом , у
                                                       r     r
п арам агне т ик ов и фе рром агне т ик ов в е к т оры B 0 и Bсобст . нап рав ле ны в одну
ст орону, а у диам агне т ик ов - в разные ст ороны.