Cтраница 3
Явление ферромагнетизма обусловлено тем, что внутри ферромагнетиков ниже температуры, называемой точкой Кюри, имеются небольшие кристаллические области, называемые доменами, в них спины неспаренных электронов оказываются ориентированными взаимно параллельно. Это значит, что в пределах домена существует спонтанная ( самопроизвольная) намагниченность. Обычно направленность магнитных полей доменов самая разнообразная. Поэтому, чтобы намагнитить все тело, необходимо воздействовать на него внешним магнитным полем. Действие этого поля сводится к повороту магнитных моментов доменов в направлении внешнего поля ( ориентация доменов) и к увеличению тех доменов, магнитные моменты которых составляют наименьший угол с направлением магнитного поля, и к уменьшению других доменов. Магнитное насыщение будет достигнуто тогда, когда магнитные моменты всех доменов окажутся ориентированными в направлении поля. Выше точки Кюри ферромагнитные свойства тела исчезают. Явление гистерезиса тесно связано с характером доменного строения ферромагнетиков. [31]
Аналогичные опыты были с успехом воспроизведены несколько в ином виде в - последующее время рядом исследователей. Непосредственное отношение к первому опыту Максвелла имеют экспериментальные работы, в которых были обнаружены силы, возникающие при перейагничивании железного стерженька. Тонкий железный стерженек, подвешенный вертикально внутри катушки так, что его ось совпадала с осью катушки, приводился в колебательное движение вокруг своей оси. Внутриатомные токи в железе изменяли свое направление на обратное вследствие поворота осевых магнитных моментов электронов и электронных орбит. Это, очевидно, должно повести к тем же результатам, что и изменение силы тока в катушке в первом опыте Максвелла. При каждом перемагничивании стерженьку сообщается некоторый импульс пары сил. [32]
Поскольку мы интересуемся слабо возбужденными состояниями ферромагнетика ( только их свойства и могут быть выяснены в общем виде), мы должны ограничиться медленными движениями магнитного момента с малыми частотами. Такими будут движения, в которых направление магнитного момента медленно меняется в пространстве, а его величина остается постоянной. Действительно, равновесная величина намагниченности фиксирована обменным взаимодействием; поэтому ее изменение во всяком случае не связано с конечной затратой энергии при любой длине волны. Предполагается, что тело находится достаточно далеко от точки Кюри, в которой спонтанная намагниченность исчезает. С другой стороны, при учете только обменных взаимодействий, энергия не меняется при повороте магнитного момента как целого; поэтому неоднородный вдоль тела поворот намагниченности будет требовать тем меньшей энергии, чем больше длина волны. [33]
Магнитные моменты, обусловленные движением электронов по орбитам, называют орбитальными моментами. Однако п сами электроны обладают магнитным моментом, называемым спином или спиновым моментом, который соответствует как бы вращению электронов вокруг собственной оси. Установлено, что главную роль в намагничивании ферромагнетиков играют спиновые моменты. В ферромагнетиках образуются такие кристаллические структуры, в пределах отдельных областей которых, называемых магнитными доменами, спиновые моменты ориентируются параллельно. Таким образом, эти области оказываются самопроизвольно ( спонтанно) намагниченными. Внесение ферромагнетика во внешнее магнитное поле с индукцией В0 вызывает: 1) поворот магнитных моментов доменов в направлении внешнего поля - процесс ориентации; 2) рост размеров тех доменов, направления магнитных моментов которых близки к направлению поля, и уменьшение размеров доменоз с противоположно направленными магнитными моментами - процесс смещения границ доменов. В результате ферромагнетик намагничивается. [34]