Магнитное поле в магнетиках. Намагниченность. Магнитная восприимчивость.
Магнитное поле в магнетиках. Намагниченность. Магнитная восприимчивость. - раздел Образование, Круговые процессы. Обратимые и необратимые процессы. Цикл Карно 1. Различные Среды При Рассмотрении Их Магнитных Свойств Называют Магнетиками...
1. Различные среды при рассмотрении их магнитных свойств называют магнетиками.
1.1. Все тела при внесении их в магнитное поле создают собственное магнитное поле, которое накладывается на внешнее магнитное поле.
1.2. Магнитные свойства вещества определяются магнитными свойствами электронов и атомов.
1.3. Три группы магнетиков:
– диамагнетики;
– парамагнетики;
– ферромагнетики.
2. Движущийся по орбите электрон обладает орбитальным магнитным моментом
где S – площадь орбиты, n – единичный вектор нормали к плоскости орбиты.
2.1. Движущийся по орбите электрон обладает орбитальным механическим моментом импульса
®
2.2. Орбитальные магнитный и механический моменты связаны между собой
где - гиромагнитное отношение орбитальных моментов.
3. Электрон обладает собственным моментом импульса, который называется спином электрона, и собственным магнитным моментом (спиновый магнитный момент)
где h – постоянная Планка, – гиромагнитное отношение спиновых моментов.
3.1. Проекция спина электрона на направление вектора магнитной индукции может принимать только одно из двух значений (значение спина электрона)
3.2. Проекция спинового магнитного момента электрона на направление вектора магнитной индукции также может принимать только одно из двух значений
где – магнетон Бора.
4. Магнитный момент атома равен векторной сумме магнитных моментов всех электронов, принадлежащих атому
где Z – порядковый номер элемента в периодической системе элементов.
5. При внесении атома в во внешнее магнитное поле на электрон действует момент сил
который приводит к изменению орбитального момента импульса и орбитального магнитного момента
5.1. Следствием изменения орбитального момента импульса является появление прецессии
орбиты электрона (ларморовской прецессии) с угловой скоростью
5.2. Прецессия орбиты электрона приводит к появлению дополнительного (наведенного) орбитального тока
5.3. Наведенный орбитальный ток приводит к возникновению наведенного орбитального магнитного момента
где – площадь проекции орбиты электрона на плоскость, перпендикулярную вектору магнитной индукции.
5.4. Направление вектора наведенного орбитального магнитного момента противоположно направлению вектора магнитной индукции.
5.5. Общий наведенный орбитальный магнитный момент атома равен
где
6. Количественной характеристикой реакции вещества на внешнее магнитное поле является намагниченность J, равная отношению магнитного момента малого объема вещества к величине этого объема
7. Диамагнетиками называются вещества, у которых в отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов равны нулю (магнитные моменты всех электронов атома взаимно скомпенсированы).
7.1. В пределах малого объема вещества диамагнетика вектор намагниченности может быть выражен через наведенные магнитные моменты всех атомов
где n0 – концентрация атомов; c* – безразмерная величина, характеризующая свойства диамагнетика (для всех диамагнетиков c* < 0 и по модулю ~ 10-6 – 10-5)
7.2. Относительной магнитной восприимчивостью называется безразмерная величина c, определяемая из соотношения
Для всех диамагнетиков c » c*
8. Парамагнетиками называются вещества, атомы которого в отсутствие внешнего магнитного поля имеют отличный от нуля магнитный момент Рm, однако, вследствие теплового движения векторы магнитного момента атомов ориентированы хаотично и результирующая намагниченность парамагнетика J=0.
8.1. Во внешнем магнитном поле магнитные моменты атомов прецессируют вокруг направления магнитной индукции с ларморовской угловой скоростью wL. Тепловое движение стремится разориентировать магнитные моменты атомов.
8.2. Модуль вектора намагниченности
где n0 – концентрация атомов (молекул) парамагнетика; L(а) – функция Ланжевена от аргумента а=PmB/kT.
8.3. При а<<1 L(a)»а/3, тогда
где
8.4. Значения c' для парамагнетиков положительны и составляют 10-5 – 10-3.
8.5. Магнитная восприимчивость парамагнетика зависит от температуры
(закон Кюри)
где С – постоянная.
8.6. В очень сильных полях (а>>1) L(a)»1 и J=n0Pm, то есть магнитные моменты всех атомов парамагнетика ориентированы по направлению вектора В (насыщение намагниченности).
9. Ферромагнетиками называются вещества, обладающие магнитным моментом в отсутствие внешнего магнитного поля.
9.1. Природа ферромагнетизма кроется в недостроенных валентных оболочках элементов. Поэтому, ферромагнитными свойствами обладают только некоторые переходные металлы.
9.2. Ферромагнетики обладают очень большой относительной магнитной проницаемостью (~ 103 – 106) и поэтому при небольших значениях напряженности внешнего магнитного поля способны создавать внутри магнитное поле с большой индукцией (концентрация поля).
9.3. Ферромагнетики делятся на три группы:
- ферромагнетики;
- антиферромагнетики;
- ферримагнетики.
9.4. Намагниченность ферромагнетиков нелинейно зависит от напряженности внешнего магнитного поля. При Hs наблюдается магнитное насыщение (J=Js=const) и нелинейный характер зависимости В от Н сменяется линейным.
9.5. Относительная магнитная проницаемость зависит от напряженности магнитного поля сложным
образом.
9.6. Для каждого ферромагнетика имеется температура, выше которой он превращается в
парамагнетик (температура Кюри и температура Нееля).
9.7. При перемагничивании в феромагнетиках наблюдается явление магнитного гистерезиса:
9.7.1. График зависимости намагниченности ферромагнетика от напряженности поля называется петлей гистерезиса.
9.7.2. Намагниченность JR называется остаточной намагниченностью.
9.7.3. Напряженность Нс магнитного поля, полностью размагничивающего ферромагнитный образец, называется коэрцитивной силой.
9.7.4. По величине коэрцитивной силы ферромагнетики делятся на магнитотвердые и магнитомягкие. Магнитотвердые ферромагнетики характеризуются широкой петлей гистерезиса и применяются для изготовления постоянных магнитов. Магнитомягкие имеют узкую петлю гистерезиса и используются в трансформаторах.
3.Заряженная частица, пройдя ускоряющую разность потенциалов U = 600 кВ приобрела скорость V =5,4 Мм/с.Определить удельный заряд частицы ( ).
Круговые процессы. Обратимые и необратимые процессы. Цикл Карно.
Обратимым процессом называют такой процесс, который может быть проведен в обратном направлении таким образом, что система будет проходить через те же состояния, что и при прямом ходе, но в обратной
Постоянный электрический ток. Закон Ома в дифференциальной форме.
Всякое упорядоченное движение заряженных частиц называется электрическим током. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов. Электрический ток, проходящий через
Угловая скорость, угловое ускорение.
Пройденный путь S , перемещение dr, скорость v , тангенциальное и нормальное ускорение at, и an, представляют собой линейные величины. Для о
Потенциал электрического поля. Связь потенциала с напряженностью
Внося в данную точку поля различные пробные заряды мы будем, соответственно, изменять потенциальную энергию, т.е. получим различные . Но отношение потенциальной энергии к заряду остается величиной
Нормальное и тангенциальное ускорение.
При прямолинейном движении векторы скорости и ускорения совпадают с направлением траектории. Рассмотрим движение материальной точки по криволинейной плоской траектории. Вектор скоро
Инерциальные системы отсчета. Законы Ньютона.
I закон Ньютона: Всякая материальная точка сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставят ее изме
Кинетическая энергия вращающегося тела.
Начнем с рассмотрения вращения тела вокруг неподвижной оси, проходящей чрез него.
Мысленно разбив тело на элементарные объемы vi массами mi
Электроемкость. Конденсаторы.
Сообщенный проводнику заряд q распределяется по его поверхности так, чтобы напряженность поля внутри проводника была равна нулю. Если проводнику, уже несущему заряд q , сообщить еще заряд той же ве
Применение I начала термодинамики к адиабатическому процессу.
Адиабатический процесс - это процесс, при котором отсутствует теплообмен с окружающей средой, следовательно, dQ = 0. К адиабатическим процессам можно отнести все быстро протекающие процессы.
Второе начало термодинамики. Энтропия.
Из теоремы Клаузиуса следует, что приведенная теплота подобно энергии (потенциальной, внутренней) является функцией состояния (не зависит от пути перехода и зависит только от состояния системы). Не
Явление электромагнитной индукции. Закон Фарадея.
В 1831 г. английский физик М. Фарадей открыл явленение электромагнитной индукции. Оно говорит о том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охв
Теплоемкость идеального газа. Уравнение Майера.
Удельная теплоемкость вещества – величина равная количеству теплоты, необходимому для нагревания одного килограмма вещества на 1 Кельвин.
Молярная теплоемкость – это величи
Закон Био-Савара-Лапласа.
Био и Савар провели в 1820 г. исследование магнитных полей токов различной формы. Они установили, что магнитная индукция во всех случаях пропорциональна силе тока, создающего магнитное поле. Лаплас
Цикл Карно. Тепловые и холодильные машины.
Анализируя работу тепловых двигателей, французский инженер С. Карно в 1824г. пришел к выводу, что наивыгоднейшим круговым процессом является обратимый круговой процесс, состоящий из двух изотермиче
Cилы инерции. Импульс. Закон сохранения импульса.
Основным положением механики Ньютона является утверждение о том, что действие на тело со стороны других тел вызывает их ускорение. В системах координат, движущихся с ускорением относительно выбранн
Работа при перемещении проводника с током в магнитном поле
Рассмотрим контур с током, образованный неподвижными проводами и скользящей по ним подвижной перемычкой длиной l (рис. 2.17). Этот контур находится во внешнем однородном магнитном поле , перпендику
Кинетическая энергия вращающегося тела.
Начнем с рассмотрения вращения тела вокруг неподвижной оси, проходящей чрез него.
Мысленно разбив тело на элементарные объемы vi массами mi
Ферромагнетики. Доменная структура.
Особый класс магнетиков образуют вещества, обладающие самопроизвольной (в отсутствие внешнего поля) намагниченностью. Наиболее распространенным представителем этого класса магнетиков является желез
Внутренняя энергия идеального газа.
В теории идеального газа потенциальная энергия взаимодействия молекул считается равной нулю. Поэтому внутренняя энергия идеального газа определяется кинетической энергией движения всех его молекул.
Адиабатический процесс. Цикл Карно.
Адиабатический процесс - это процесс, при котором отсутствует теплообмен с окружающей средой, следовательно, dQ = 0. К адиабатическим процессам можно отнести все быстро протекающие процессы.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории газов.
Так принято называть выводимое из м.к.т. уравнение, определяющее давление газа. Важным здесь является выяснение молекулярно-кинетического понятия температуры. Для дальнейшего нам понадобится поняти
Самоиндукция. Индуктивность. Взаимоиндукция
1. Так как сцепленный с контуром магнитный поток Ф пропорционален току в контуре
то при изменении силы тока в контуре будет изменяться и связанный с ним магнитный поток.
Момент инерции твердого тела
Рассмотрим твердое тело, которое может вращаться относительно некоторой оси. Момент импульса i-й точки тела относительно этой оси определяется формулой:
. (1.84)
В
Изопроцессы. Уравнение состояния идеального газа
Рассмотрим ряд равновесных процессов в идеальном газе, имеющих важное значение в термодинамике. При равновесных процессах термодинамические параметры P, V и T в каждый момент времени связаны между
Правила Кирхгофа
Расчет разветвленных цепей упрощается, если пользоваться правилами Кирхгофа. Первое правило относится к узлам цепи. Узлом называется точка, в которой сходится более чем два тока. Токи, текущие к уз
Импульс. Закон сохранения импульса.
Второй закон Ньютона можно записать в другой форме. Согласно определению:
,
тогда
или
Вектор называется импульсом или количеством движения тела и совпадает по на
Явление взаимоиндукции. Трансформаторы.
3. Два контура имеющие общий магнитный поток взаимодействуют через поле, создаваемое одним из контуров
3.1. Если в первом контуре течет ток I1, то магнитный поток, создаваемый э
Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции по лей.
Взаимодействие между зарядами осуществляется через электрическое поле. Электрическое поле покоящихся зарядов называется электростатическим. Электростатическое поле отдельного заряда можно обнаружит
Изопроцессы. Уравнение состояния идеального газа.
Рассмотрим ряд равновесных процессов в идеальном газе, имеющих важное значение в термодинамике. При равновесных процессах термодинамические параметры P, V и T в каждый момент времени связаны между
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов