31. Траектория движ.Заряж. Частицы- спираль.

В случае, если скорость v заряженной частицы направлена под углом α к вектору В (рис. 170), то ее движение можно задать в виде суперпозиции: 1) прямолинейного равномерного движения вдоль поля со скоростью v=vcosα ; 2) равномерного движения со скоростью vperpend=vsinα по окружности в плоскости, которая перпендикулярна полю. Радиус окружности задается формулой (1) (в этом случае надо вместо v подставить v=vsinα). В результате сложения двух данных движений возникает движение по спирали, ось которой параллельна магнитному полю Шаг винтовой (спиральной) линии

Направление, в котором закручивается спираль, определяется знаком заряда частицы. Если скорость v заряженной частицы составляет угол α с направлением вектора В неоднородного магнитного поля, у которого индукция возрастает в направлении движения частицы, то r и h уменьшаются с увеличением В. На этом основана фокусировка заряженных частиц в магнитном поле.

32. Эффектом Холла называется возникновение в твердом проводящем материале с плотностью тока j, помещенном в магнитное поле B, электричегоо поля (поля Холла) в направлении, перпендикулярном векторам B и j. Пусть проводящая пластина, в которой течет ток силой Д I (сила тока датчика), помещена в магнитное поле с индукцией B, перпендикулярной одной из граней (см. рис. 1). На свободные электроны действует сила Лоренца F_л=evB . Под действием силы Лоренца происходит перераспределение заряда, в результате чего между краями пластины возникает поперечное электрическое поле. eE =evB откуда E =vB . Пусть b – ширина пластинки датчика, d – его толщина . Силу тока в пластине (датчике Холла) можно представить в виде I_д= jS =envS =envbd . Тогда холловскую разность потенциалов (ЭДС Холла) можно найти из формулы U=Eb=vBb=I_дBb/enbd=(1/ne)*( I_дB/d) , R=1/ne - называется постоянной Холла. Тогда выражение принимает следующий окончательный вид U=R*(I_дB/d) . Эффект Холла используется для умножения постоянных токов в аналоговых вычислительных машинах, в измерительной технике и др. (датчики Холла).

33. Если частица, обладающая зарядом е, движется в пространстве, где имеется электрическое поле с напряжённостью E то на неё действует сила eE. Если, кроме электрического, имеется магнитное поле, то на частицу действует ещё сила Лоренца, равная e[uB] , где u - скорость движения частицы относительно поля, B - магнитная индукция. Поэтому согласно второму закону Ньютона уравнение движения частиц имеет вид:

34. Ускори́тель заря́женных части́ц — класс устройств для получения заряженных частиц (элементарных частиц, ионов) высоких энергий. Современные ускорители, подчас, являются огромными дорогостоящими комплексами, которые не может позволить себе даже крупное государство. К примеру, Большой адронный коллайдер в ЦЕРН представляет собой кольцо длиной почти 27 километров.

В основе работы ускорителя заложено взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Электрическое поле способно напрямую совершать работу над частицей, то есть увеличивать её энергию. Магнитное же поле, создавая силу Лоренца, только отклоняет частицу, не изменяя её энергии, и задаёт орбиту, по которой движутся частицы.

Конструктивно ускорители можно принципиально разделить на две большие группы. Это линейные ускорители, где пучок частиц однократно проходит ускоряющие промежутки, и циклические ускорители, в которых пучки движутся по замкнутым кривым .

3 5. Электрон, движущийся по орбите в атоме эквивалентен замкнутому контуру с орбитальным током: где е – заряд электрона, ν – частота его вращения по орбите: . Орбитальному току соответствует орбитальный магнитный момент электрона где S – площадь орбиты,  – единичный вектор нормали к S,  – скорость электрона. Электрон, движущийся по орбите, имеет орбитальный момент импульса , который направлен противоположно по отношению к  и связан с ним соотношением Кроме того, электрон обладает собственным моментом импульса , который называется спином электрона

г де ,     – постоянная Планка

36. Намагни́ченность — векторная физическая величина, характеризующая магнитное состояние макроскопического физического тела. Обозначается обычно М или J. Определяется как магнитный момент единицы объёма вещества: M=m/VЗдесь, M — вектор намагниченности; m - вектор магнитного момента; V — объём.В общем случае (случае неоднородной, по тем или иным причинам, среды) намагниченность выражается как: M=dm/dV

Связь между M и напряженностью магнитного поля H в диамагнитных и парамагнитных материалах, обычно линейна (по крайней мере, при не слишком больших величинах намагничивающего поля): M= χ_m H, где χ_m называют магнитной восприимчивостью. В ферромагнитных материалах нет однозначной связи между M и H из-за магнитного гистерезиса.

Магнитная индукция определяется через намагниченность как: B=µ₀(H+M)

37. Магнитная проницаемость — физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля в веществе. B= µ HМагнитная проницаемость связана с магнитной восприимчивостью χ следующим образом: в СИ: µ=B/B₀ . Магнитная проницаемость зависит как от свойств вещества, так и от величины и направления магнитного поля (а кроме того от температуры, давления и тд).Диамагнетики (µ≤1) У атомов диамагнетиков собственный магнитный момент равен нулю. При внесении их в магнитное поле на движущиеся электроны действует сила

Лоренца, в результате чего изменяются траектории движения электронов. Возникающая перестройка траекторий приводит к появлению индуцированного магнитного момента, пропорционального внешнему полю. Этот момент направлен навстречу внешнему полю, поэтому внутри диамагнетика поле меньше B₀. Диамагнетиками являются вода, мрамор, висмут, серебро, свинец, ртуть, медь, инертные газы. Диамагнетики выталкиваются из более сильного поля.

Парамагнетики (µ≥1) Молекулы парамагнетиков имеют отличные от нуля собственные магнитные моменты. В отсутствии магнитного поля эти моменты расположены хаотически, поэтому результирующий магнитный момент тела равен нулю.

При внесении парамагнетика в магнитное поле магнитные моменты отдельных атомов или молекул ориентируются вдоль линий B₀. Собственное поле парамагнетика усиливает внешнее магнитное поле. Если такой эффект существует, то он играет значительную роль и всегда преобладает над диамагнетизмом. Тепловое движение атомов и молекул разрушает взаимную ориентацию

магнитных моментов молекул, поэтому намагниченность парамагнетиков зависит от температуры и относительная магнитная проницаемость парамагнетиков убывает с увеличением температуры. Парамагнетиками являются щелочные металлы, кислород, алюминий, платина. Парамагнетики втягиваются в более сильное поле.Ферромагнетики (µ»1) Предельным случаем парамагнетизма является ферромагнетизм. В системе, состоящей из многих атомов (молекул), магнитные моменты которых обусловлены спинами электронов, действуют обменные силы, стремящиеся одинаково ориентировать спины двух соседних атомов (молекул). Поэтому в некоторых веществах возникают области, имеющие вследствие сложения спинов электронов значительные магнитные моменты. Этим области получили название доменов. При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных доменов ориентированы хаотически и компенсируют друг друга, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен нулю и ферромагнетик не намагничен. Внешнее магнитное поле ориентирует по полю магнит-

ные моменты не отдельных атомов (как у парамагнетиков), а целые области

спонтанной намагниченности – домены. Поэтому магнитная проницаемость ферромагнетиков увеличивается до максимального значения (µ >> 1 и может достигать тысяч). Ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля. При температуре выше точки Кюри ферромагнетик становится парамагнетиком.

38. Диамагнетики выталкиваются из более сильного поля. Парамагнетики втягиваются в более сильное поле. У диамагнетика магнитный момент направлен навстречу внешнему полю, При внесении парамагнетика в магнитное поле магнитные моменты от-

дельных атомов или молекул ориентируются вдоль линий B_0.Молекулы парамагнетиков имеют отличные от нуля собственные магнитные моменты. В отсутствии магнитного поля эти моменты расположены хаотически, поэтому результирующий магнитный момент тела равен нулю. При внесении парамагнетика в магнитное поле магнитные моменты отдельных атомов или молекул ориентируются вдоль линий B₀. Собственное поле парамагнетика усиливает внешнее магнитное поле.

39. Тепловое движение атомов и молекул разрушает взаимную ориентацию магнитных моментов молекул, поэтому намагниченность парамагнетиков зависит от температуры и относительная магнитная проницаемость парамагнетиков убывает с увеличением температуры.

40. 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. Последние исследования в области физики показали, что некоторые ферромагнетики, при создании определенных условий, могут приобретать парамагнетические свойства при температурах, которые существенно выше точки Кюри.

Внешнее магнитное поле ориентирует по полю магнитные моменты не отдельных атомов (как у парамагнетиков), а целые области спонтанной намагниченности – домены. Поэтому магнитная проницаемость ферромагнетиков увеличивается до максимального значения (µ >> 1 и может достигать тысяч).

41. Существенным отличием ферромагнетиков от диа- и парамагнетиков является наличие у ферромагнетиков самопроизвольной (спонтанной) намагниченности в отсутствие внешнего магнитного поля. Наличие у ферромагнетиков самопроизвольного магнитного момента в отсутствие внешнего магнитного поля означает, что электронные спины и магнитные моменты атомных носителей магнетизма ориентированы в веществе упорядоченным образом.

42. Домен — макроскопическая область в магнитном кристалле, в которой ориентация вектора спонтанной однородной намагниченности или вектора антиферромагнетизма (при температуре ниже точки Кюри или Нееля соответственно) определенным образом повернута или сдвинута относительно направлений соответствующего вектора в соседних доменах. Домены существуют в ферро- и антиферромагнитных, сегнетоэлектрических кристаллах и других веществах, обладающих спонтанным дальним порядком.

Имеются два убедительных экспериментальных подтверждения существования доменов. Первое из них – так называемый эффект Баркгаузена, второе – метод порошковых фигур. 1)При наложении внешнего поля на образец из ферромагнитного материала его намагниченность изменяется небольшими дискретными порциями. С точки зрения доменной теории это не что иное, как скачкообразное продвижение междоменной стенки, встречающей на своем пути отдельные задерживающие ее дефекты.

2)Для выявления доменной структуры магнита методом порошковых фигур на хорошо отполированную поверхность намагниченного материала наносят каплю коллоидной суспензии ферромагнитного порошка (обычно Fe3O4). Частицы порошка оседают в основном в местах максимальной неоднородности магнитного поля – на границах доменов. Такую структуру можно изучать под микроскопом.

43. Магнитный гистерезис — явление зависимости вектора намагничивания и вектора напряженности магнитного поля в веществе не только от приложенного внешнего поля, но и от предыстории данного образца. Магнитный гистерезис обычно проявляется в ферромагнетиках — Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно магнитным гистерезисом объясняется существование постоянных магнитов.

Явление магнитного гистерезиса наблюдается не только при изменении поля H по величине и знаку, но также и при его вращении (гистерезис магнитного вращения), что соответствует отставанию (задержке) в изменении направления M с изменением направления H. Гистерезис магнитного вращения возникает также при вращении образца относительно фиксированного направления H.

Теория явления гистерезиса учитывает конкретную магнитную доменную структуру образца и её изменения в ходе намагничивания и перемагничивания. Эти изменения обусловлены смещением доменных границ и ростом одних доменов за счёт других, а также вращением вектора намагниченности в доменах под действием внешнего магнитного поля. Всё, что задерживает эти процессы и способствует попаданию магнетиков в метастабильные состояния, может служить причиной магнитного гистерезиса.

44. Все ферромагнитные материалы по поведению в магнитном поле делятся на две группы.

Магнитомягкие – с большой магнитной проницаемостью μ и малой величиной коэрцитивной силы НК < 10 А/м. Они легко намагничиваются и размагничиваются. Обладают малыми потерями на гистерезис, т.е. узкой петлей гистерезиса.

Магнитные характеристики зависят от химической чистоты и степени искажения кристаллической структуры. Чем меньше примесей (С, Р, S, О, N), тем выше уровень характеристик материала, поэтому необходимо при производстве ферромагнетика их и оксиды удалять, и стараться не искажать кристаллическую структуру материала.

Магнитотвердые материалы – обладают большой НК > 0,5·МА/м и остаточной индукцией (ВО ≥ 0,1Т). Им соответствует широкая петля гистерезиса. Они с большим трудом намагничиваются, зато могут несколько лет сохранять магнитную энергию, т.е. служить источником постоянного магнитного поля. Поэтому из них изготовляются постоянные магниты.

45.Гистере́зис (греч. ὑστέρησις — отстающий) — свойство систем (физических, биологических и т.д.), мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией. Для гистерезиса характерно явление "насыщения", а также неодинаковость траекторий между крайними состояниями (отсюда наличие остроугольной петли на графиках). Не следует путать это понятие с инерционностью поведения систем, которое обозначает монотонное сопротивление системы изменению её состояния.

Площадь петли магнитного Г. равна энергии, теряемой в образце за один цикл изменения поля. Эта энергия идёт, в конечном счёте, на нагревание образца. Такие потери энергии называются гистерезисными. В тех случаях, когда потери на Г. нежелательны (например, в сердечниках трансформаторов, в статорах и роторах электрических машин), применяют магнитномягкие материалы, обладающие малым Нс и малой площадью петли Г. Для изготовления постоянных магнитов, напротив, требуются магнитножёсткие материалы с большим Нс.

46. Точка Кюри, или температура Кюри, — температура фазового перехода II рода, связанного со скачкообразным изменением свойств симметрии вещества (например, магнитной — в ферромагнетиках, электрической — в сегнетоэлектриках, кристаллохимической — в упорядоченных сплавах). Названа по имени П. Кюри. При температуре T ниже точки Кюри Q ферромагнетики обладают самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью и определённой магнитно-кристаллической симметрией. В точке Кюри (T=Q) интенсивность теплового движения атомов ферромагнетика оказывается достаточной для разрушения его самопроизвольной намагниченности («магнитного порядка») и изменения симметрии, в результате ферромагнетик становится парамагнетиком. Аналогично у антиферромагнетиков при (в так называемой антиферромагнитной точке Кюри или точке Нееля) происходит разрушение характерной для них магнитной структуры (магнитных подрешёток), и антиферромагнетики становятся парамагнетиками. В сегнетоэлектриках и антисегнетоэлектриках при тепловое движение атомов сводит к нулю самопроизвольную упорядоченную ориентацию электрических диполей элементарных ячеек кристаллической решётки. В упорядоченных сплавах в точке Кюри (её называют в случае сплавов также точкой Курнакова) степень дальнего порядка в расположении атомов (ионов) компонентов сплава становится равной нулю.

Таким образом, во всех случаях фазовых переходов II рода (типа точки Кюри) при T=Q в веществе происходит исчезновение того или иного вида атомного «порядка» (упорядоченной ориентации магнитных или электрических моментов, дальнего порядка в распределении атомов по узлам кристаллической решётки в сплавах и т. п.). Вблизи точки Кюри в веществе происходят специфические изменения многих физических свойств (например, теплоёмкости, магнитной восприимчивости и др.), достигающие максимума при T=Q, что обычно и используется для точного определения температуры фазового перехода.

Численные значения температуры Кюри приводятся в специальных справочниках.