64. Гіромагнітні явища

І снує явище, зворотне магнітомеханічному (при намагнічуванні розташованого в зовнішньому магнітному полі феро- чи парамагнетика він буде обертатися). Воно називається гіромагнітним і полягає в тому, що при обертанні парамагнітних і феромагнітних тіл вони намагнічуються. У магнітному полі електронна оболонка атома починає обертатися відносно кристалічної гратки з кутовою швидкістю При наявності такого відносного обертання зіткнення між атомами призводять до намагнічування середовища. Було б те саме намагнічування, якщо б відносне обертання було створено не магнітним полем, а будь-яким іншим способом. Звідси випливає, що якщо гратку привести в обертання з кутовою швидкістю ω, рівною, але протилежно напрямленою до Ω, то намагнічування буде таким же. Іншими словами, обертання тіла з кутовою швидкістю ω викликає те ж намагнічування, як і магнітне поле з напруженістю

Я вище експериментально спостерігалося Барнетом в 1914 р. Для того щоб скласти уявлення про масштаб явища, припустимо, що гіромагнітне відношення пов'язане з орбітальним рухом електронів і швидкість обертання становить 100 обертів на секунду. Тоді

Для порівняння зазначимо, що земне магнітне іоле на поверхні Землі змінюється в межах 0,28 - 0,70 Гс.

Дослідження магнітомеханічного і гіромагнітного явищ показали, що гіромагнітне відношення Г завжди від’ємне. Тим самим було підтверджено, що магнетизм обумовлений рухом негативних електричних зарядів (електронів). Істотно, що для всіх досліджених феромагнетиків (залізо, нікель, кобальт, ряд сплавів) гіромагнітне відношення позначилося рівним не

Це показує, що магнетизм феромагнетиків обумовлений одним тільки спіном електронів, а не їх орбітальним рухом.

6 8. Умови для векторів напруженості магнітного поля і магнітної індукції на межі двох магнетиків

Розглянемо пласку межу поділу двох магнетиків з магнітними проникностями і .

На межі поділу побудуємо циліндр . Застосуємо до цього циліндру формулу потоку вектора магнітної індукції . Беремо нормальні складові, тоді .

Отже, для Н маємо: .Тепер проведемо на межі поділу магнетиків замкнутий контур у вигляді прямокутника із сторонами і . Застосуємо закон повного струму

,де струм провідності, до цього прямокутника. Якщо cтрум провідності відсутній на межі поділу магнетиків, то =0де значення інтеграла на ділянках . Спрямуємо .

Тоді і ,Звідси: .Із цих співвідношень випливає закон заломлення силових ліній:

65. Типи магнетиків

Магнетики – речовини і тіла, що намагнічуються у зовнішньому магнітному полі, тобто навколо них утворюється додаткове магнітне поле. Розрізняють три основні групи магнетиків – діамагнетики, парамагнетики і феромагнетики.

Діамагнетик — речовина з від'ємною магнітною сприйнятливістю.

Явище діамагнетизму зумовлене ларморівською прецесією електронів у магнітному полі. Процеси, які визначають діамагнітні властивості речовини, відбуваються у всіх без вийнятку матеріалах, але вони слабкі й у випадку парамагнетиків не грають суттєвої ролі порівняно із іншими процесами.

Ідеальний діамагнетик має магнітну сприйнятливість рівну −1, що призводить до виштовхування магнітного поля із речовини. Ідеальними діамагнетиками є надпровідники.

Парамагнетики — речовини з невеликою позитивною магнітною сприйнятливістю (10-4 — 10-7), які

у зовнішньому магнітному полі намагнічуються вздовж поля і дещо підсилюють його. Парамагнетизм спостерігається в речовинах, молекули яких мають власний магнітний момент. Магнітні диполі молекул при відсутності зовнішнього магнітного поля орієнтовані хаотично, тож сумарний магнітний момент будь-якої макроскопічної області в парамагнетику дорівнює нулю.

Зовнішнє магнітне поле частково орієнтує магнітні диполі молекул, і тоді в речовині виникає макроскопічний магнітний момент за величиною пропорційний прикладеному полю.

Дія магнітного поля на речовину є релятивістьким ефектом, тобто пропорційна відношенню швидкості електронів до швидкості світла. Це мала величина, тож парамагнітна сприйнятливість теж мала.

Власні магнітні моменти молекул речовини зумовлені орбітальним рухом електронів (кутовим моментом) або неспареними спінами електронів. Парамагнетизм є свідченням існування таких моментів.

Парамагнетиками також стають феромагнетики при температурі вище температури Кюрі.

Феромагнетики — деякі метали (залізо, нікель, кобальт, гадоліній, манган, хром та їхні сплави) з

великою магнітною проникністю, що проявляють явище гістерезису; розрізняють м'які феромагнетики з малою коерцитивною силою та тверді феромагнетики з великою коерцитивною силою. Феромагнетики використовуються для виробництва постійних магнітів, осердь електромагнітів та трансформаторів. При не дуже високих температурах феромагнетики характеризуються спонтанною намагніченістю, яка сильно змінюється під впливом зовнішніх дій.

Феромагнетизм виникає в речовинах, у яких як наслідок обмінної взаємодії, спінам електронів вигідно орієнтуватися паралельно. В результаті такої узгодженої орієнтації спінів виникає макроскопічний магнітний момент, який може існувати навіть без зовнішнього магнітного поля. При температурі, яка перевищує певну критичну (температура Кюрі), зумовлене тепловим рухом хаотичне розупорядкування бере гору над обмінною взаємодією й феромагнетик переходить в парамагнітний стан.

Наявність нескомпенсованих власних магнітних моментів електронів є необхідною умовою феромагнетизму. А достатня умова – додатній обмінний інтеграл: , де – спіни та атомів, а – обмінний інтеграл (параметр речовини, що визначає імовірність обміну електронами між атомами). W – енергія взаємодії i та j атомів.

Антиферомагне́тики — магнітновпорядковані кристалічні речовини, які при низьких температурах

мають дві повністю намагнічені спінові ґратки, які повністю компенсують одна одну. Температура переходу антиферомагнетиків із магнітновпорядкованого стану в розупорядкований стан називається температурою Нееля.

До антиферомагнетиків належать FeO, NiO, CoO, CoF2, NiSO4 та інші.

При малих зовнішніх магнітних полях антиферомагнетики поводять себе, як парамагнетики. Утім, починаючи з певного критичного магнітного поля, в них з'являється намагніченість, яка спочатку росте лінійно з ростом напруженості зовнішньго поля, а потім виходить на насичення.