5.7 Ферромагнетизм.

Ферромагнетизм, одно из магнитных состояний кристаллических, как правило, веществ, характеризуемое параллельной ориентацией магнитных моментов атомных носителей магнетизма. Параллельная ориентация магнитных моментов устанавливается при температурах Т ниже критической Т_с и обусловлена положительным значением энергии межэлектронного обменного взаимодействия. Ферромагнитная упорядоченность магнитных моментов в кристаллах (атомная магнитная структура – коллинеарная или неколлинеарная) непосредственно наблюдается и исследуется методами магнитной нейтронографии. Вещества, в которых установился ферромагнитный порядок атомных магнитных моментов, называют ферромагнетиками. Магнитная восприимчивость ферромагнетиков положительна ( > 0) и достигает значений 10⁴–10⁵, их намагниченность M (или индукция В = ₀(Н + M) растет с увеличением напряжённости магнитного поля Н нелинейно и в полях 0,1 Тл достигает предельного значения M_s – магнитного насыщения. Значение M_s зависит также от «магнитной предыстории» образца, это делает зависимость Mот Н неоднозначной (наблюдается магнитный гистерезис).

Выше критической температуры ферромагнетик переходит в парамагнитное состояние, а в некоторых случаях (редкоземельные металлы) – в антиферромагнитное. При Н = 0 этот переход, как правило, является фазовым переходом 2-го рода.

Классическая физика не могла объяснить, каким образом электрическое взаимодействие может привести к ферромагнетизму. Только квантовая механика позволила понять тесную внутреннюю связь между результирующим магнитным моментом системы электронов и их электростатическим взаимодействием, которое принято называть обменным взаимодействием.

5.8 Закон Ома в дифференциальной форме.

j = ‹v› = qn‹v›. [А/м²]

dI = j_ndS. [А]

j = E = (E_к + E_ст). [А/м²]

5.9 Проводники, полупроводники, диэлектрики. Сверхпроводники.

6 Силы, действующие на электрический заряд и электрический ток в электромагнитном поле.

Уравнение релятивистской динамики точечного заряда в электромагнитном поле.

dp/dt = q(E + vB).

6.1 Свободный заряд в электрическом поле.

Сила, действующая на точечный заряд в электрическом поле

F = qE. [H]

6.2 Свободный заряд в магнитном поле.

Сила, действующая на точечный заряд в магнитном поле (сила Лоренца).

F = qvB. [Н]

6.3 Электрический диполь в электрическом поле.

Диполь.

Диполь (от ди... – два и греч. o — полюс) электрический, совокупность двух равных по абсолютной величине разноимённых точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Основной характеристикой электрического диполя является его дипольный момент — вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному и численно равный произведению заряда q на расстояние l между зарядами: р_e = ql.

Дипольный момент определяет электрическое поле диполя на большом расстоянии R от диполя (R»l), а также воздействие на диполь внешнего электрического поля.

Напряжённость поля диполя определяется выражением

E(r) = k[3(p_er)r/r⁵ p_e/r³] [В/м]

Электрический диполь с электрическим моментом p_e во внешнем электростатическом поле E испытывает действие силы

F = W_e = (p_eE) = (p_e)E. [Н]

 и вращающего момента

M_вр = p_eE. [Нм]

и приобретает потенциальную энергию

W_e = p_eE. [Дж]

Электрическое поле любой нейтральной в целом системы на расстояниях, значительно больших её размеров, приближённо совпадает с полем эквивалентного диполя — электрического диполя с таким же дипольным моментом, как и у системы зарядов (т. е. поле на больших расстояниях от системы нечувствительно к деталям распределения зарядов). Поэтому во многих случаях электрический диполь является хорошим приближением для описания такой системы на больших по сравнению с её размерами расстояниях. Например, молекулы многих веществ можно приближённо рассматривать как электрический диполь (в простейшем случае это молекулы из двух ионов с зарядами противоположных знаков); атомы и молекулы во внешнем электрическом поле, несколько раздвигающем их положительные и отрицательные заряды, приобретают индуцированный (наведённый полем) дипольный момент и становятся микроскопическими диполями.