Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
Напряженность ±НС магнитного поля, полностью размагничивающего ферромагнитный образец, называется коэрци-
1 Рис. ІІІ.12.5—ІІІ.12.7 соответствуют намагничиванию предварительно полностью размагниченного ферромагнитного образца.
330
ГЛ. III.12. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ
тивной силой (задерживающей напряженностью)1. Коэрцитивная сила характеризует способность ферромагнетика сохранять намагниченное состояние. Большой коэрцитивной силой (широкой петлей гистерезиса) обладают магнитнотвердые материалы, используемые для изготовления постоянных магнитов. Малую коэрцитивную силу (соответственно узкую петлю гистерезиса) имеют магнитно-мягкие материалы, используемые для изготовления магнитных цепей (сердечников) трансформаторов.
Периодическое перемагничивание ферромагнитного образца связано с затратой энергии на его нагревание. Площадь петли гистерезиса пропорциональна количеству теплоты, выделяющейся в единице объема ферромагнетика за один цикл пере-магничивания.
4°. При температурах ниже точки Кюри (п. 2°) ферромагнитный образец разбит на малые области самопроизвольной (спонтанной) однородной намагниченности, называемые доменами. Линейные размеры доменов порядка IO-5 -i- IO-4 м. Внутри каждого домена вещество намагничено до насыщения (п. 2°). В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты доменов ориентированы в пространстве так, что результирующий магнитный момент размагниченного образца равен нулю.
Намагничивание ферромагнитного образца во внешнем магнитном поле состоит, во-первых, в смещении границ доменов и росте размеров тех доменов, векторы магнитных моментов которых близки по направлению к магнитной индукции В поля, и, во-вторых, в повороте магнитных моментов целых доменов по направлению поля В. В достаточно сильном магнитном поле достигается состояние магнитного насыщения, когда весь образец намагничен по полю и его намагниченность J не изменяется при дальнейшем увеличении В.
5°. Измерения гиромагнитного отношения для ферромагнетиков показали, что элементарными носителями магнетизма в них являются спиновые магнитные моменты электронов (111.12.1.4°). В современной квантово-механической теории ферромагнетизма объяснена природа самопроизвольной намагни-
1 Различают коэрцитивную силу по намагниченности (Hc на рис.
III. 12.8) и по индукции (значение Н, при котором В = 0).
§ III. 12.6. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА СРЕД 331
ченности ферромагнетиков (п. 4°) и природа возникновения сильного внутреннего поля (111.12.4.1°).
Ферромагнитными свойствами могут обладать кристаллы веществ, атомы которых имеют не заполненные электронами внутренние оболочки (VI.2.3.80), так что проекция результирующего спинового магнитного момента на направление магнитного поля (111.12.1.4°) отлична от нуля. При определенных условиях благодаря обменному взаимодействию между электронами соседних атомов, имеющему особую квантово-меха-ническую природу (VI.2.4.50), оказывается устойчивым такое состояние ферромагнетика, когда спины электронов всех атомов в пределах одного домена ориентированы одинаково. Таким образом возникает спонтанное намагничивание доменов до насыщения. При нагревании ферромагнетика до точки Кюри (п. 2°) тепловое движение разрушает области спонтанной намагниченности и вещество теряет свои особые магнитные свойства.
§ III.12.6. Условия для магнитного поля на границе раздела изотропных сред. Магнитные цепи
1°. Из теоремы Остроградского—Гаусса для магнитного поля (111.10.7.2°) следует, что векторы магнитной индукции В и напряженности магнитного поля H на границе раздела двух сред с относительными магнитными проницаемостями (I1 и ц2 связаны соотношениями
В2п = Bln И ^2H2n = Hi-Hln1
Здесь Bn и Hn — проекции векторов В и H на единичный вектор т, направленный по нормали к границе раздела сред. В частности, если поверхность раздела сред ортогональна к линиям магнитной индукции, то B1 = Bln, B2 = B2n и вектор В не изменяется при пе-
Hi
реходе через границу раздела: B2 = B1, a H2 = — H1.
Иг
2°. В случае отсутствия макротоков (111.12.4.1°), идущих по поверхности раздела сред, из закона полного тока для магнитного поля в среде (111.12.4.4°) следует, что
332
ГЛ. 111.12. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ
Здесь Bt и Hz — проекции векторов В и H на единичный вектор т, направленный по касательной к поверхности раздела сред. В частности, если первая среда — вакуум, то H1 = 1 и B2t = (I2Bit. Таким образом, относительная магнитная проницаемость среды показывает, во сколько раз увеличивается касательная составляющая магнитной индукции поля при переходе из вакуума в данную среду.
3°. Если однородный и изотропный магнетик с относительной магнитной проницаемостью ц1 заполняет весь объем магнитного поля или часть его, ограниченную поверхностью, которая касается линий магнитной индукции (111.10.1.4°), то магнитная индукция В поля в магнетике в (I раз больше, чем магнитная индукция Ввак в той же точке поля, создаваемого теми же макротоками в вакууме: В - цВвак.
4°. Пример 1. Поле тороида (рис. III. 10.9) с сердечником из однородного и изотропного вещества с относительной магнитной проницаемостью ц.
