Пояснення діа і пара магнетизму

Діамагнітні властивості мають речовини, атоми яких до внесення в зовнішнє магнітне поле не мали власного магнітного моменту. Тоді дія магнітного поля зводиться до спроби повернути певним чином магнітні моменти електронних орбіт, внаслідок чого електронна орбіта набуває незначного магнітного моменту протилежного до зовнішнього магнітного поля. Тобто в речовині виникає слабке поле, яке послаблює зовнішнє поле, тобто .

Виникнення зворотного поля обумовлене прецесією електронних орбіт.

Парамагнетики мають атоми, які до внесення в зовнішнє магнітне поле мали власний магнітний момент, а тому дія поля зводиться до орієнтації цих магнітних моментів. В результаті, речовина набуває магнітний момент напрямлений вздовж дії зовнішнього поля. - магнітна сприйнятливість, . Це закон Кюрі для парамагнетиків. Тут -константа, - абсолютна температура.

Fig 80

Така заленість від температури обумовлена тим, що тепловий рух, який зростає з ростом температури протидіє орієнтації магнітного моменту.

Ферромагнетики – речовинидля яких справджується нерівність: . Вони мають ряд особливих властивостей:

1) Нелінійний характер залежності відносної магнітної проникливості від поля (). Зокрема, існує тенденція до насичення:

Fig81-82

2) Існування гістерезису намагнічення – речовина може мати залишкову намагніченість, і крім того, можливе спонтанне намагнічення зразка.

Fig 83

В(2) – залишкова намагніченість

0 = В(3) – відповідає - коерцитивній силі – це таке

зовнішнє поле, яке ліквідовує залишкову намагніченість.

 

3) Існування температури Кюрі – температура вище якої зникають феромагнітні властивості речовини. Для справедливий закон Кюрі – Вейса: .

Fig 84

При температурі більшій за феромагнетик стає звичайним парамагнетиком. До основних феромагнетиків відносять наступні речовини: Залізо(Fe), Нікель(Ni), Кобальт(Co), Гадоліній(Gd).

Феромагнітними є їхні сполуки, які можуть бути як провідниками, так і напівпровідниками. Феромагнетики широко застосовуються в різних галузях електроніки: 1) Феромагнітне осердя трансформаторів, феромагнітні деталі електричних моторів та генераторів – використовують магнітно - м'які феромагнетики. В цих речовин петля гістерезису надзвичайно вузька. При перемагнічуванні феромагнетика виконується така робота на одиницю його маси: . Виконання цієї роботи є джерелом втрат в трансформаторах, тому площа обмежена петлею має бути мінімальною. Іншим джерелом втрат в таких машинах є виникнення струмів Фуко в осердях. Пластини трансформаторів не є єдиним цілим, а являють собою сукупність паралельних пластин. Поширене створення осердь на напівпровідниковій основі (такими речовинами є ферити).

2) Системи магнітного запису (магнітної пам'яті) – створюються на основі магнітно твердого матеріалу. Його перевага над магніто –м’яким матеріалом в тому, що він довго зберігає стан намагніченості і сам по собі не може розмагнічуватись на відміну від магнітно м'яких матеріалів, в яких практично немає залишкової намагніченості.

 

Механізм виникнення властивостей феромагнетиків:

Феромагнетики – речовини, в яких існують незаповнені d-стани (3d, 4d), тобто це так звані напівметали. Наприклад, для заліза 6 електронних станів d-орбіталі з 10 є заповненими:

Fe

↑↓

↑↓

↑↓

Можуть реалізовуватися різні конфігурації розміщення електронів по станах. Якщо попарно (як на малюнку), то дана електронна оболонка не має магнітного моменту. В ряді випадків розташування електронів є непарним:

↓↑

↓

↓

↓

↓

В таких випадках атом має значний магнітний момент. Дана ситуація реалізується в феромагнетиках при , більш того атоми формують макроскопічні ділянки, які називають доменани, що намагнічуються до насичення(всі магнітні моменти всіх атомів в межах домена напрямлені в один бік).

Накладання зовнішнього поля призводить до орієнтації магнітних моментів доменів, тобто речовина легко намагнічується. Домени, які не можуть переорієнтуватися спочатку зменшуються, а потім руйнуються:

Початкове

розташування Накладання поля Кінцеве розташування

 

Fig 85

При за рахунок теплового руху домени руйнуються і речовина стає звичайним парамагентиком.

Антиферомагнетики -речовини теж на основі перехідних атомів (наприклад

Gr (хром)) В антиферомагнетиках за рахунок сил обмінної взаємодії в d –станах реальна ситуація подібна до розташування електронів в атомі заліза (див. верх). {спіни попарно протилежної орієнтації}, в результаті цього антиферомагнетики є дуже слабкими парамагнетиками. Для антиферомагнетиків існує температура Нееля, вище якої антиферомагнітні властивості зникають (руйнуються); вони стають звичайним парамагнетиком.

 

Коливання і хвилі

Вивчатимемо процеси які відзначаються певною періодичною повторюваністю - коливні процеси різної фізичної природи. Єдине що їх пов'язуватиме – це подібне матиматичне тлумачення. Розглянемо лише гармонічні коливання - коливні процеси, часову залежність яких можна описати з допомогою гармонічних функцій.

, ,

В фізиці всі коливні процеси можна класифікувати наступним чином:

1) по фізичній природі процесу: механічні, електричні, електромагнітні, електромеханічні і т.д;

2)по характеру часової залежності зміни фізичної величини:

Fig 86

Особлива увага до розгляду гармонічних коливних процесів обумовлена тим, що будь - яке коливання може бути представлене у вигляді суперпозиції сукупності гармонічних функцій.

3) по характеру здійснення самих коливань: власні, вимушені;

4) параметричні коливання – це коливання, які виникають в системі при зміні якогось з параметрів системи;

Автоколивання – система набуває енергію необхідну для здійснення коливань рівними порціями від якогось зовнішнього джерела, регулюючи поступання енергії {всі механічні системи}.