Место для построения петли гистерезиса

Значение коэрцитивной силы

Н_с =

 

Остаточная магнитная индукция

=

 

Определение работы перемагничивания

Число клеток, целиком поместившихся внутри петли

=

Число клеток, разрезанных контуром петли гистерезиса

=

=

Площадь одной клетки

=

Работа перемагничивания

=

 

Максимальное значение магнитной проницаемости

=

 

Место для построения графика зависимости

Выводы по работе:

 

 

Контрольные вопросы и место для ответа

1. Дайте определение магнитного момента. Чему равен орбитальный магнитный момент электрона в атоме? Сделайте поясняющий рисунок.

 

2. Как связаны между собой орбитальный магнитный момент и механический момент импульса электрона в атоме? Выведите эту связь; сделайте рисунок.

 

3. Чему равен и как направлен момент силы, действующий на контур с током в магнитном поле? Как ведет себя контур с током в магнитном поле?

 

 

4. Дайте определение намагниченности вещества.

 

 

5. Что такое магнитная проницаемость и магнитная восприимчивость вещества? Как они связаны между собой?

 

6. Каковы свойства парамагнетиков, диамагнетиков, ферромагнетиков?

 

7. Какова причина спонтанной намагниченности доменов в ферромагнетиках?

 

8. Как ведут себя домены при увеличении напряженности внешнего магнитного поля? Что означает насыщение ферромагнетика?

 

9. В чем заключается явление магнитного гистерезиса?

 

 

10. Объясните зависимость μ = f (H) (рис. 3.4.14, б).

 

11. Какими параметрами должен обладать ферромагнетик, если его использовать для магнитной записи цифровых сигналов? Начертите (изобразите) идеальную форму петли гистерезиса для этого случая.

 

РАЗДЕЛ 5

 

Лабораторная работа 5.1

Интерференция света. Опыт Юнга

Цель работы: наблюдение интерференционной картины от двух параллельных щелей в монохроматическом свете; определение длины волны лазерного излучения.

Теоретическое введение

Интерференция волн – пространственное перераспределение энергии волн, котороепроисходит при перекрывании двух или нескольких когерентных волн. Волны когерентны, если их фазы согласованы (разность фаз остаётся постоянной во времени). Когерентность – согласованное протекание нескольких колебательных или волновых процессов. Интерференция возможна для волн любой природы.

Интенсивность электромагнитной волны пропорциональна амплитуде колебаний вектора напряженности электромагнитного поля:

.                                          (5.1.1)

Рассмотрим две электромагнитные волны одинаковой частоты, которые перекрываются в одной области пространства и возбуждают в некоторой точке два колебания одинакового направления:

,    ,

где  и  определяются начальными фазами колебаний и расстояниями, пройденными волнами до точки наложения, но не зависят от времени. Амплитуда  результирующего колебания  может быть найдена по методу векторных диаграмм (рис. 5.1.1, теорема косинусов):

.                 (5.1.2)

Рис. 5. 1.1

Она зависит от разности фаз складываемых колебаний в данной точке. Для волн одинаковой частоты разность фаз колебаний не изменяется во времени и равна , то есть волны когерентны. При этом результирующая амплитуда  также остается постоянной во времени.

Для когерентных волн   имеет постоянное во времени значение (но своё для каждой точки пространства), так что результирующая интенсивность света, как следует из (5.1.1) и (5.1.2), равна

.                        (5.1.3)

Таким образом, при перекрывании когерентных световых волн в одной области пространства происходит перераспределение светового потока, в результате чего в одних точках возникают максимумы (если ), а в других – минимумы интенсивности (если ). Отсюда получаем условия максимума и минимума при интерференции: если сдвиг фаз волн в данной точке пространства

; (m =0, 1, 2, …),                  (5.1.4)

то наблюдается интерференционный максимум (рис. 5.1.2, а); если

;     (m =1, 2, 3, …),                  (5.1.5)

то наблюдается минимум (рис. 5.1.2, б). Если волны некогерентны, то в данной точке пространства складываются колебания, разность фаз которых не постоянна во времени и принимает случайные значения. Поскольку в этом случае среднее значение , то наблюдаемая интенсивность света во всех точках пространства представляется просто суммой интенсивностей двух волн:  (5.1.3). Таким образом, необходимым условием наблюдения интерференции волн является их когерентность.

Рис. 5. 1.2

Рис. 5.1.3

Реальная световая волна – результат наложения многих волн, испущенных различными атомами независимо друг от друга. Процесс излучения атома длится примерно c. За это время образуется цуг волн (последовательность «горбов» и «впадин» волны) длиной около  (рис.5.1.3). Волна от реального источника света состоит из огромного числа таких элементарных цугов, испускаемых различными атомами совершенно независимо друг от друга. Сдвиг фаз различных цугов случаен; плоскости колебаний напряжённости электрического поля  различных цугов также ориентированы случайно. Поэтому не может быть никакой когерентности волн, испущенных различными естественными источниками (Солнце, лампа накаливания, пламя).

Метод Юнга. До появления лазеров во всех приборах для наблюдения интерференции света когерентные пучки получали методом разделения волны: волна, исходящая из одного источника, с помощью экранов со щелями или зеркал расщепляется на две части, распространяющиеся по различным путям и затем перекрывающиеся в некоторой области. При расщеплении волны на две части разделяется каждый элементарный цуг. Половинки одного цуга когерентны между собой и потому в области перекрытия интерферируют между собой.

Одним из подобных способов является метод Юнга. Источником света служит ярко освещенная щель S, от которой свет падает на две равноудалённые щели S₁ и S₂, параллельные щели S (рис. 5.1.4). Щели S₁ и S₂ являются источниками когерентных волн. Результат интерференции колебаний, доходящих до некоторой точки P экрана от источников S₁ и S₂, будет зависеть от их оптической разности хода . Если разность хода  равна целому числу длин волн l:

;  (m =0, 1, 2, …),                              (5.1.6)

то колебания от обоих источников приходят в точку P в одной фазе и освещённость в этой точке будет максимальна. Если же  равна полуцелому числу волн:

; (m =1, 2, 3, …),                           (5.1.7)

то колебания приходят в противофазе и освещённость в этой точке будет минимальна. При других значениях  освещённость будет иметь промежуточное значение.

Найдём расстояние  между центральным максимумом (точкой О) и максимумом m -го порядка (точка Р на рис. 5.1.4). Для получения различимой интерференционной картины расстояние  между источниками должно быть значительно меньше расстояния до экрана . При этих условиях можно считать угол  достаточно малым, тогда

.                                   (5.1.8)

Рис. 5.1. 4

Из рис. 5.1.4 можно найти:

, .                           (5.1.9)

Решая уравнения (5.1.6), (5.1.8) и (5.1.9), получим:

.             (5.1.10)

Отсюда ширина интерференционной полосы , то есть расстояние между центрами соседних максимумов (или минимумов), равно:

,

.                                     (5.1.11)

В соответствии с (5.1.11) расстояние между соседними максимумами растёт с уменьшением расстояния  между источниками. При , сравнимом с , расстояние между полосами было бы того же порядка, что и , то есть отдельные полосы были бы совершенно неразличимы. Для того чтобы интерференционная картина была отчётливой, необходимо выполнение условия .

Экспериментальная часть

Приборы и оборудование: газовый лазер, оптическая скамья, блок питания лазера, пластинка со щелями, штативы, экран, линейка.