13

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Одесская национальная морская академия

Кафедра физики и химии

Лабораторная работа №5-4

Исследование

петли гистерезиса ферромагнетика

с помощью электронного осциллографа

УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОМУ ПРАКТИКУМУ

Составили: В.И. Михайленко,

А.А.Горюк,

Ф.А.Птащенко

Утверждено на заседании кафедры,

протокол № 2 от 29 сентября 2011 г.

Одесса – 2011

Лабораторная работа №5-4

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА ФЕРРОМАГНЕТИКА С ПОМОЩЬЮ ЭЛЕКТРОННОГО ОСЦИЛЛОГРАФА

1. Теоретическая часть

1.1. Магнитные моменты атомов

В теоретической части этой лабораторной работы будет объяснено, как взаимодействуют разные вещества с магнитным полем: почему некоторые вещества его усиливают, а некоторые – ослабляют, почему магниты создают магнитное поле.

Магнитное поле возникает вокруг подвижных электрических зарядов или токов. Влияет оно также только на подвижные заряды и токи. Поэтому если магнитное поле влияет на вещество, в этом веществе должны существовать подвижные заряды или токи. Необходимо выяснить, какие заряды двигаются, или какие токи текут в магнитных веществах (магнетиках). Явление намагниченности состоит в возникновении внутри магнитного вещества (магнетика) собственного внутреннего магнитного поля при помещении его во внешнее магнитное поле.

Для объяснения этого явления необходимо рассмотреть микроскопическое строение магнетиков. Гипотеза Ампера, которая объясняла явление намагниченности, заключалась в том, что внутри магнетика существуют микроскопические круговые токи, которые создают свои собственные магнитные поля и взаимодействуют с внешним магнитным полем. Эти микротоки упрощенно можно связать с вращением электронов в атомах магнетика вокруг ядра и вокруг своей оси. (Представление о „вращательном движением” электронов не совсем верно, это будет объяснено в разделе квантовой теории атомов).

Вращательное движение электрона можно рассматривать как протекание кругового тока с магнитным моментом. Магнитный момент кругового тока – это произведение силы тока на площадь, ограниченную этим током:

, (1)

где – нормаль к плоскости, в которой течет ток (рис. 1). Магнитный момент – это векторная величина и ее направление определяется по правилу буравчика.

Различают орбитальный магнитный момент электрона, связанный с вращением электрона вокруг ядра, и спиновый магнитный момент, который упрощенно можно связать с вращением электронов вокруг своей оси. Магнитный момент многоэлектронного атома равняется векторной сумме спиновых и орбитальных моментов всех электронов этого атома:

(2)

Орбитальный и спиновыймагнитные моменты дают разный вклад в общий магнитный момент атома. В зависимости от величины этих моментов все вещества можно разбить на два класса – слабо- и сильномагнитные. К слабомагнитным веществам относят диамагнетики и парамагнетики. Сильномагнитными являются ферромагнетики.

У атомов слабомагнитных веществ спиновые магнитные моменты электронов скомпенсированы (электроны „вращаются” в противоположных направлениях), то есть . Магнитные свойства таких веществ определяются величиной орбитального магнитного момента атомов, причем для диамагнетиков, а для парамагнетиков.

Магнитные свойства ферромагнетиков определяются, прежде всего, спиновым магнитным моментом атомов (), орбитальные магнитные моменты атомов хотя и не равны нулю, однако существенным образом не влияют на магнитные свойства этих веществ.

Подробно свойства диамагнетиков, парамагнетиков и ферромагнетиков будет рассмотрено ниже.