§ 14. Закон полного тока для магнитного поля в веществе

С точки зрения способности создавать магнитное поле микро и макротоки эквивалентны. Поэтому закон полного тока в веществе будет отличаться аналогичного закона в вакууме только учетом микротоков

. (14.1)

По (13.1) и (14.1) принимает вид

. (14.2)

Величину

(14.3)

называют напряженностью магнитного поля и (14.2) записывают в виде

. (14.4)

Выражение (14.4) называют законом полного тока для магнитного поля в веществе. Величина легко рассчитывается, так как определяется только распределением макротоков по площади, охватываемой контуром l.

Для изотропных диа и парамагнетиков  (§ 12). Однако принято связывать с

æ_m . (14.5)

æ_m – магнитная восприимчивость. С учетом (14.5) запишем (14.3)

æ_m , = (1 + æ_m)μ₀ = μμ₀ . (14.6)

Величина

μ₀ = 1 + æ_m (14.7)

называется магнитной проницаемостью.

Для диамагнетиков величина æ_m = -(10^-6 ÷ 10^-5), для парамагнетиков æ_m = 10^-5 ÷ 10^-3, для обоих типов магнетиков μ  1.

§ 15. Ферромагнетики

Если æ_m в (5) зависит от , то и - нелинейные зависимости. Подобное наблюдается для веществ, называемых ферромагнетиками.

На рис. Представлены зависимости и для ферромагнетиков. Поясним вид …

Ферромагнетиками являются железо, кобальт, никель, некоторые керамики.

Различают магнитотвердые (H_c  10⁵ ) и магнитомягкие ферромагнетики (H_c 1 ). Применение …

При нагревании до температуры выше температуры, называемой точкой Кюри Т_к, В_r = 0, H_c = 0 и ферромагнетик превращается в парамагнетик со скачкообразным изменением тепло и электропроводности при Т = Т_к. Переход происходит без выделения (поглощения) тепла и является фазовым переходом второго рода. Для Fe, Co, Ni точка Кюри равна 1043 К, 1403 К, 631 К соответственно.

М агнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от величины H и может достигать величины  10³ 10⁵. За ферромагнетизм ответственно обменное взаимодействие соседних атомов, заставляющее ориентироваться спины электронов в одном направлении.

§ 16. Магнитомеханический эффект. Спин электрона

В 1915 г. Эйнштейн и де Гааз экспериментально исследовали отношение магнитного и механического моментов атома. Идею эксперимента можно пояснить следующими соображениями. Возьмем цилиндр, изготовленный, для определенности из парамагнетика и поместим его в соленоид. При включении тока в соленоиде возникнет магнитное поле, которое вызовет появление магнитного и механического моментов у атомов парамагнетика.

Ч астицы вещества цилиндра приобретут суммарный механический момент L_м .

В силу закона сохранения механического момента цилиндр придет во вращательное движение и механический момент электронов будет компенсирован механическим моментом цилиндра как целого. Очевидно,

. (16.1)

Магнитный момент определяем по намагниченности

и æ_m æ_m æ_m æ_m V/N (16.2)

Величина отношения

æ_mНV/ , (16.3)

которое получается с учетом (16.1) и (16.2), ожидалась равной  (13.5)  Однако в экспериментах, которые были проведены де Гаазом с ферромагнетиками, отношение оказалось вдвое большим

, (16.4)

т.е. магнитные свойства ферромагнетиков связаны не с орбитальными магнитными моментами. В рамках классической физики это явление понять невозможно. Свое объяснение оно получило только после создания квантовой механики. Оказалось, что электрон обладает собственным магнитным и механическим L_еs моментом, получившим название «спин». Модуль механического момента L_еs – спина-электрона в соответствии с теорией равен

, (16.5)

где h – постоянная Планка S - спиновое квантовое число. По- прежнему (§ 13) механическому моменту L_еs соответствует магнитный момент, но в соответствии с экспериментом и (16.2)

. (16.6)

Из (16.5) и (16.6) следует

. (16.7)

В квантовой механике показано, что проекция вектора на направление магнитного поля может принимать значение (L_еs)_в = , а .

Величина

(16.8)

называется магнетоном Бора.