Уравнение Пуассона для магнитного поля в магнетике
В магнитостатике мы получили два способа описания магнитного поля
| Постулат Ампера | Уравнение Пуассона |
| 
|
Напомним, что постулат Ампера является решением уравнение Пуассона для магнитного поля
Тогда, по аналогии,
| Постулат Ампера | Уравнение Пуассона |
| 
|
где 
, является решением дифференциального уравнения, называемого уравнением Пуассона для магнитного поля в магнетике
Векторный потенциал магнитного поля в магнитной среде
Будем вычислять магнитное поле в точке A при условии, что в некоторой области пространства, объемом V, находится намагниченный магнетик
По формуле
элементарное поле 
, создаваемое элементарным магнитным моментом 
Тогда, учитывая, что 
и интегрируя по всему объему магнетика, получим
при условии, что всем окружающем пространстве нет ничего, кроме магнетика объемом V. Напомним, что 
- вектор намагничения магнетика в точке с радиус-вектором 
Теперь будем вычислять магнитное поле в точке A при условии, что в пространстве кроме намагниченного магнетика объемом V находятся другие источники магнитного поля – токи.
По постулату Ампера плотность тока j создает в точке A магнитное поле с потенциалом
Величину 
называют плотностью тока намагничивания
таким образом
Магнитное поле в любой точке пространства создается плотностью тока проводимости j и плотностью тока намагничивания jµ - возникающего внутри магнетика
|
|
|
Типы магнетизма (Суперпарамагнетизм, Антиферромагнетизм (Клапаны вращения), Ферримагнетизм, Ферромагнетизм (Ферромагнитные материалы), Парамагнетизм, Диамагнетизм)
Супермагнетизм – явление, при котором магнитные материалы могут показать поведение, подобное парамагнетизму при температурах ниже температуры Кюри или температуры Неела.
Супермагнетизм – возникает, когда материал составлен из очень маленьких кристаллитов (1-10 нм)
В этом случае даже при температурах ниже температуры Кюри или температуры Неела тепловой энергии не достаточно, чтобы преодолеть силы сцепления между соседними атомами, но ее достаточно, чтобы изменить направление намагничивания всего кристаллита.
Энергию, требуемую на изменение направления намагничивания кристаллита, называют энергией кристаллитной анизотропии – она зависит как от свойств материала, так и от размера кристаллита – уменьшение размеров кристаллита приводит к уменьшению температуры, при которой материал становится суперпарамагнетиком
Антиферромагнетизм
В материалах, которые обладают антиферромагнетизмом, спиновые магнитные моменты соседних электронов выстраиваются в противоположных направлениях – явление прямо противоположное ферромагнетизму.
|
|
|
Антиферромагнитные материалы показывают антиферромагнетизм при низкой температуре, и теряют это свойство выше определенной температуры, которую называют температурой Неела – выше температуры Неела материал – типичный парамагнетик.
Антиферромагнитное поведение при низкой температуре обычно кончается диамагнитными свойствами, но может иногда показывать ферримагнитное поведение, которое во многих физически заметных явлениях подобно ферромагнитным взаимодействиям.
Антиферромагнитные материалы относительно необыкновенны, например, - тяжелый фермион сверхпроводник URu2Si2 а также многочисленные примеры среди трансурановых металлических групп
Более обычные примеры включают металлы типа хром, сплавы типа железного марганца – FeMn, и окисей типа окиси никеля – NiO
Клапаны вращения
Антиферромагнетики могут также соединяться с ферромагнитными материалами через механизм, известный как обменная анизотропия, при котором ферромагнитная пленка или выращена на антиферромагнетике, или отожжена в выравнивающем магнитном поле, вынуждая поверхностные атомы ферромагнетика выстраивать свои магнитные моменты по поверхностным атомам антиферромагнетика. Это свойство обеспечивает одно из главных применений антиферромагнетиков – в так называемых клапанах вращения, которые являются основой магнитных датчиков (включая современный накопитель на жестких дисках).
|
|
|
Ферромагнетизм
Ферромагнитные материалы – наиболее магнитоактивные вещества в мире, и имеют очень большую магнитную восприимчивость, в пределах от 1000 до 100000.
Атомы этих материалов имеют постоянный магнитный момент и они могут образовать систему с другими атомам (с параллельным магнитным моментом) в состоянии с более низкой энергией – возникают микроскопические области, в которых миллиарды магнитных диполей объединяются – эти области называют.
выше некоторой критической температуры, называемой температурой Кюри, тепловое движение атомов становится настолько сильным, что ферромагнитный материал прекращают быть ферромагнетиком.
В сильном магнитном поле домены вынуждены соединяться в большие области, выровненные по внешнему полю – когда внешнее поле выключают, электроны в оболочках поддерживают выравнивание, и магнетизм остается – эту особенность называют гистерезисом.
|
|
|
Парамагентизм – возникает из-за тенденции магнитных моментов атомов выстраиваться по внешнему магнитному полю
Парамагнетизм требует, чтобы атомы имели магнитные моменты и без внешнего поля
Парамагнетизм требует, тчобы атомы имели магнитные моменты и без внешнего поля.
В неоднородных магнитных полях парамагнитные материалы притягиваются к областям, где магнитное поле сильнее.
Согласно закону Кюри 
где M – намагниченность, B – индукция внешнего магнитного поля, T- абсолютная температура, C- постоянная кюри.
В общем, парамагнитные эффекты являются слабыми (магнитная восприимчивость порядка 10-3 … 10-5)
Диамагнетизм
- очень слабая форма магнетизма и возникает только во внешнем магнитном поле.
Возникающий магнитный момент очень маленьких по величине и направлен против индукции внешнего поля.
В неоднородных магнитных полях диамагнитные материалы притягиваются к областям, где магнитное поле слабее.
Сверхпроводники – идеальные диамагнетики и, соответственно, суперпроводящие магниты – главный компонент систем магнитной томографии
Диамагнетики могут использоваться для левитации – M.V.Berry и A.K.Geim из Radboud University Nijmegen провели эксперименты, где они успешно подняли живую
Диамагнетизм был обнаружен и назван в сентябре 1845.
Магнетизм вещества.
Таким образом, различия в конфигурации электронных орбит в различных атомах определяют характер и величину атомных магнитных моментов, которые в свою очередь определяют различия магнитных свойств различных материалов.
Для измерения степени намагниченности любого элементарного объема вещества вводят величину.
называемую вектором намагничения (намагниченностью)
Здесь обозначено dµ - магнитный момент элементарного объема dV.
Вектор намагничения можно записать также в виде,
где µi – магнитный момент I – го атома в объеме dV.
Отметим, что в общем случае, намагниченность M зависит от величины магнитного поля в веществе, т.е. от величины магнитной индукции B.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 847; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!