
- •Саратовский государственный технический университет Изучение процесса намагничивания ферромагнетика по наблюдению петли гистерезиса
- •Общие представления о намагничивании веществ
- •Магнитные моменты атомов и молекул
- •Атом в магнитном поле, диамагнетики и парамагнетики
- •Ферромагнетики и их свойства
- •Лабораторная установка, методика эксперимента и обработки результатов измерения
- •Порядок выполнения работы
- •Вопросы для самопроверки
- •Литература
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Саратовский государственный технический университет Изучение процесса намагничивания ферромагнетика по наблюдению петли гистерезиса
Методические указания
к выполнению лабораторной работы по физике
для студентов всех специальностей
всех форм обучения
Электронное издание локального распространения
Одобрено
редакционно-издательским советом
Саратовского государственного
технического университета
Саратов - 2006
Все права на размножение и распространение в любой форме остаются за разработчиком.
Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено.
Составители – Аверсон Анатолий Эрнестович, Древко Дмитрий Романович
Под редакцией Зюрюкина Юрия Анатольевича
Рецензент - Сысоев Виктор Владимирович
410054, Саратов, ул. Политехническая 77,
Научно-техническая библиотека СГТУ,
тел. 52-63-81, 52-56-01
http: // lib.sstu.ru
Регистрационный
номер 060539Э
© Саратовский государственный
технический университет 2006 г.
Цель работы: изучение процессов намагничивания ферромагнитного образца путем наблюдения петель гистерезиса.
Общие представления о намагничивании веществ
Намагничиванием
называется процесс создания дополнительного
магнитного поля в веществе, которое
вносят во внешнее магнитное поле,
характеризуемое вектором магнитной
индукции
.
Это дополнительное наведенное магнитное
поле, которое мы будем обозначать
вектором
,
может как увеличивать величину
,
так и уменьшать ее. По принципу
суперпозиции магнитных полей:
(1)
Если направление
векторов
и
совпадают то
,
и такое вещество называется парамагнетиком.
При этом, если
является соизмеримым или существенно
большим
,
вещество именуется ферромагнетиком.
Если же вектор
,
являясь относительно малой величиной,
антипараллелен вектору
,
то магнитное поле в веществе ослабляется
(
),
и такое вещество называется диамагнетиком.
Причины, по которым индукция магнитного
поля в веществе может в той или иной
степени усиливаться или ослабляться,
заложены в строении атомов вещества.
Магнитные моменты атомов и молекул
Рассмотрим элементарную единицу строения любого вещества – атом. Согласно представлениям классической физики, электроны движутся вокруг ядра по замкнутым траекториям – орбитам. Отобразим одну из таких орбит на рисунке как круговую с присутствием на нем изображений магнитного момента Pm и механического момента импульса Le как псевдовекторов (рис. 1).
рис. 1
Направленное
движение электрона со скоростью
по круговой орбите радиуса r
можно рассматривать как орбитальный
ток, сила которого:
(2)
где e
– заряд электрона,
- частота обращения электрона по орбите.
Именно этому току соответствует
орбитальный магнитный момент Pm,
причем как псевдовектор он направлен
перпендикулярно плоскости орбиты
(3)
Как материальная
частица, обладающая массой m
и вращающаяся вокруг ядра по круговой
орбите радиуса r
со скоростью v,
электрон обладает орбитальным
механическим моментом импульса
(4).
Вектор
противоположен по направлению вектору
.
Величина
называется гиромагнитным отношением
орбитальных моментов электрона. Из (3)
и (4) следует, что:
(5)
Если атом содержит Z электронов, то орбитальные моменты атома будут соответственно равны:
,
,
(6)
При анализе магнитомеханических свойств молекул, содержащих N атомов, выражения (6) остаются в силе:
,
,
(7)
Согласно
представлениям современной физики,
электрон в атоме помимо орбитальных
моментов
и
обладает еще собственным моментом
импульса
,
который был назван спином электрона,
и соответствующим ему собственным
магнитным моментом
.
Однако отношение
оказалось в два раза больше величины
и равно:
(8)
Спин электрона имеет не классическую, а квантовую природу и является такой же неотъемлемой характеристикой электрона, как электрический заряд e и масса m. Модуль спина электрона равен:
(9)
где
Дж*с
– постоянная Планка.
Из (8) и (9) следует, что модуль собственного (спинового) магнитного момента электрона равен:
(10)
где
- магнетон Бора.