11. Ферромагнетики и их свойства. Природа ферромагнетизма.

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

• Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна и значительно больше единицы.

• При не слишком высоких температурах ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий.

• Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса.

• Ферромагнетики притягиваются магнитом.

Природа ферромагнетизма была в основном выяснена в связи с развитием атомной физики. В 1927 г. Я. Г. Дорфман в результате опытов по отклонению''весьма быстрых электронов (р-частиц) в ферромагнитных телах показал, что силы, вызывающие самопроизволь­ное намагничение, не могут быть силами магнитного взаимодействия, вызванного движением электронов внутри атомов. В 1928 г. Я. И. Френкель впервые отметил, что самопроизвольное намагничение может быть обусловлено так называемыми „обменными силами", рас­сматриваемыми в квантовой механике. При известных условиях эти силы стремятся установить собственные магнитные моменты электро­нов параллельно друг другу, что и ведет к возникновению областей самопроизвольного намагничения. Эта идея была подробно разрабо­тана Гейзенбергом.

12. Закон Фаралея. Правило Ленца. Максвелловская трактовка явления электромагнитной индукции

Исследуя результаты своих многочисленных опытов, Фарадей открыл количественный закон электромагнитной индукции. Он показал, что всякий раз, когда в опыте осуществляется изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции, в контуре возникает индукционный ток; возникновение индукционного тока указывает на существование в цепи электродвижущей силы, которая называется электродвижущей силой электромагнитной индукции. Количественное значение индукционного тока, а значит, и э.д.с. электромагнитной индукции ξ_i задается только скоростью изменения магнитного потока, т. е. (1) На следующем шаге необходимо выяснить знак ξ_i . Знак магнитного потока задается выбором положительной нормали к контуру, а положительное направление нормали определяется правилом правого винта. Значит, выбирая положительное направление нормали, мы знаем как знак потока магнитной индукции, так и направление тока и э.д.с. в контуре. Пользуясь этими соображениями и выводами, можно прийти к формулировке закона электромагнитной индукции Фарадея: какова бы ни была причина изменения потока магнитной индукции, охватываемого замкнутым проводящим кон¬туром, возникающая в контуре э. д. с. (2) Знак минус говорит о том, что увеличение потока (dФ/dt>0) вызывает э.д.с. ξ_i<0 т. е. направление поля индукционного тока навстречу потоку; уменьшение потока (dФ/dt<0) вызывает ξ_i>0 т.е. направления поля индукционного тока и потока совпадают. Знак минус в (2) задается правилом Ленца - общим правилом для нахождения направления индукционного тока, полученного в 1833 г.

Как известно электрические токи создают вокруг себя магнитное поле. Связь магнитного поля с током привела к многочисленным попыткам возбудить ток в контуре с помощью магнитного поля. Эта задача была решена в 1831 г. английским физиком М. Фарадеем, открывшем явления электромагнитной индукции, заключающееся в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, получивший название индукционного. Для обнаружения явления электромагнитной индукции Фарадеем было проделано ряд опытов. Первый с соленоидом и постоянным магнитом, а второй с двумя катушками. Из закона Фарадея следует, что любое изменение сцепленного с контуром потока магнитной индукции приводит к возникновению электродвижущей силы индукции и вследствие этого появляется индукционный ток. Однако э.д.с. в любой цепи возникает только тогда, когда в ней на носители тока действуют сторонние силы. Возникает вопрос о природе сторонних сил в данном случае. Максвелл высказал гипотезу, что всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве электрическое поле, которое и является причиной возникновения индукционного тока в контуре. Согласно представления Максвелла, контур, в котором появляется э.д.с., играет второстепенную роль, являясь своего рода лишь “прибором”, обнаруживающим это поле.