20

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

РЯЗАНСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

Государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

О.Е. Трунина, А.Д. Филатов

Изучение явления гистерезиса ферромагнетиков

Лабораторная работа 2-13

(руководство к выполнению)

Рязань – 2010

УДК 530

Трунина О.Е., Филатов А.Д. Изучение явления гистерезиса ферромагнетиков: Лабораторная работа № 2-13 (руководство к выполнению). – Рязань: Рязанский институт (филиал) МГОУ, 2010. – 19 с.

Печатается по решению методического совета Рязанского института (филиала) Московского государственного открытого университета от «___» _____________ 20___ г.

© Московский государственный

открытый университет,

Рязанский институт (филиал),

2010

Изучение явления гистерезиса ферромагнетиков

Цель работы: практическое исследование магнитных характеристик ферромагнетиков; экспериментальное изучение процесса намагничивания ферромагнетиков с помощью электронного осциллографа.

Приборы и принадлежности: установка ФЭЛ-11, осциллограф

1. ТеоретическАя часть

1.1. Магнитные свойства твердых тел

Все вещества обладают магнитными свойствами, т.е. являются магнетиками. Свойства магнетиков определяются величиной и ориентацией магнитных моментов молекул, ионов или атомов.

В рамках квазиклассической планетарной модели атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого по круговым или эллиптическим орбитам обращаются электроны. Такие электроны представляют собой замкнутые электрические микротоки, ответственные за намагничивание вещества, и могут рассматриваться как плоские замкнутые контуры с током (см. рисунок 1).

М агнитный момент плоского контура S , по которому течет ток I, определяется по формуле

, (1.1)

где - единичный вектор нормали, направление которого определяется по правилу правого винта относительно направления тока в контуре. Контур с током создает собственное магнитное поле. Это поле совпадает по направлению с магнитным моментом контура.

Т

Рисунок 1

ак как электрону присущ не только заряд, но и масса, то каждый орбитально движущийся электрон обладает также орбитальным механическим моментом импульса . Моменты и связаны соотношением: , где – гиромагнитное отношение орбитальных моментов электрона; е и m_e – заряд и масса электрона соответственно.

Кроме орбитальных моментов, электрон обладает собственным неуничтожимым механическим моментом импульса , не связанным с движением электрона, – спином. Спину соответствует собственный спиновый магнитный момент .

При отсутствии внешнего магнитного поля приближенно можно считать, что магнитный момент атома:

(1.2)

где N – число электронов в атоме. Магнитный момент ядра значительно меньше магнитных моментов электронов в атоме, и его влиянием обычно можно пренебречь.

Магнитный момент молекулы:

, (1.3)

где N – число атомов в молекуле.

Во внешнем магнитном поле с индукцией на движущийся по окружности электрон действует момент сил (см. рисунок 2):

(1.4)

г де – магнитный момент атома; – вектор магнитной индукции; – магнитная постоянная; – напряженность внешнего магнитного поля.

Этот момент сил вынуждает вектор момента импульса электрона прецессировать вокруг направления вектора индукции магнитного поля. В результате прецессии орбиты электрона появляется дополнительный прецессионный ток , магнитный момент которого по правилу Ленца всегда направлен против вектора индукции внешнего поля.

Н

Рисунок 2

аведенные составляющие магнитных полей атомов складываются и образуют собственное магнитное поле вещества, ослабляющее внешнее магнитное поле. Это явление носит название диамагнитного эффекта. Он проявляется у так называемых диамагнетиков (например, Аg, Au, Cu).

В случае, если молекулы вещества являются полярными, т.е. обладают магнитным моментом даже в отсутствие внешнего магнитного поля, вещество является парамагнетиком (например, Al, Pt). Парамагнетики усиливают внешнее магнитное поле (парамагнитный эффект).