Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
парамагнетиков ц > 1 , но эффект парамагнетизма очень слаб; магнитная
проницаемость даже для наиболее сильных парамагнетиков отличается от
единицы не более, чем на тысячные доли.
Определения, понятия и законы
195
Ферромагнетики. Ферромагнетиками называется группа веществ в твердом
кристаллическом состоянии, обладающих магнитными свойствами,
обусловленными особым взаимодействием атомных носителей магнетизма. К
ферромагнетикам относятся железо, никель, кобальт, а также ряд сплавов.
Ферромагнетизм объясняется квантовыми магнитными свойствами электронов.
Дело в том, что электрон, независимо от его пребывания в какой либо
системе частиц (атом, молекула, кристалл), обладает собственным моментом
импульса (спином) и связанным с ним собственным (спиновым) магнитным
моментом. Важная особенность спина электрона состоит в том, что в
магнитном поле (как внешнем, так и созданном атомными и молекулярными
токами) спин может быть ориентирован так, чтобы его проекция на
направление вектора магнитной индукции принимала только два значения,
равные по модулю и противоположные по знаку. В результате этого, в
некоторых кристаллах, например в кристаллах железа, возникают условия для
параллельной ориентации собственных магнитных моментов электронов группы
атомов.
Внутри кристалла ферромагнетика образуются намагниченные области размером
порядка 10"4 - 10~2 см, в которых спины электронов параллельны. Эти
самопроизвольно намагниченные области называются доменами. В отдельных
доменах магнитные поля имеют различные направления и в большом кристалле
взаимно компенсируют друг друга. При внесении ферромагнитного образца во
внешнее магнитное поле происходит частичное упорядочение ориентации
магнитных моментов отдельных доменов и результирующая магнитная индукция
в веществе растет. С увеличением магнитной индукции внешнего поля степень
упорядоченности доменов повышается. При некотором значении индукции
внешнего поля наступает полное упорядочение ориентации доменов и
возрастание магнитной индукции в веществе прекращается. Это явление
называется магнитным насыщением. В состоянии насыщения магнитная
проницаемость ферромагнетиков имеет очень большие значения; например, для
железа цти и 5000, для пермаллоя (сплав никеля с железом) цтах " 100000.
При отключении внешнего магнитного поля
196
Магнетизм
значительная часть доменов в ферромагнитном образце сохраняет
упорядоченную ориентацию - образец становится постоянным магнитом.
Упорядоченность ориентации доменов в ферромагнетике нарушается тепловыми
колебаниями атомов в кристалле. Чем выше температура, тем интенсивнее
разрушается порядок в ориентации доменов, в результате чего образец
размагничивается. Температура, выше которой вещество теряет свойства
ферромагнетика, называется температурой Кюри. Температура Кюри у железа
770° С, у никеля 356° С, у кобальта 1130° С.
Указания по решению задач
Большинство задач данного раздела связано либо с равновесием, либо с
движением тел под действием различных сил, включая силу Ампера и силу
Лоренца. Поэтому, наряду с законами магнетизма и электромагнитной
индукции, при решении задач необходимо использовать законы механики.
Задачи по теме "Магнетизм"
3.3.1. Частица массой т = 10'4 г, несущая заряд q = 10'7 Кл, движется
в плоскости, перпендикулярной однородному магнитному полю с индукцией 5=1
Тл. Найти период обращения частицы Т. Силу тяжести не учитывать.
3.3.2. Заряженная частица массой т = 6,4 -10-27 кг влетает со
скоростью Ко = 100 км/с в область с постоянным и однородным магнитным
полем, вектор индукции которого В перпендикулярен V0 . На какой угол а
отклонится частица, если область, занимаемая магнитным полем, в котором
движется частица, ограничена плоскостями, перпендикулярными К0 ,
расстояние между которыми L =
10 см? Заряд частицы ^ = ЗД-10-19 Кл, индукция магнитного поля В = 0,01
Тл. Силу тяжести не учитывать.
3.3.3. Горизонтальные рельсы, находящиеся в вертикальном маг-
Задачи
197
нитном поле с индукцией В = 0,1 Тл, расположены на расстоянии / = 0,5 м
друг от друга. На них лежит металлический стержень массой т - 0,5 кг,
перпендикулярный рельсам. Какой величины / ток нужно пропустить по
стержню, чтобы он начал двигаться? Коэффициент трения стержня о рельсы ц
= 0,2.
3.3.4. Подвешенный горизонтально на двух невесомых нитях
прямолинейный проводник находится в однородном магнитном поле, вектор
индукции которого направлен вертикально. Если по проводнику течет ток /i
= 1 А, то нити отклоняются от вертикали на угол
а, = 30° . При какой силе тока Ii в проводнике нити отклонятся на угол а2
= 60° ?
3.3.5. Квадратная проволочная рамка может свободно вращаться вокруг
горизонтальной оси, совпадающей с одной из ее сторон.
Рамка помещена в однородное магнитное поле с индукцией В , направленной
вертикально. Когда по рамке течет ток / = 5 А, она отклоняется от
вертикальной плоскости на угол а = 30° . Определить индукцию магнитного
