Cтраница 3
Если теперь рассмотреть идеальный газ атомов с различно ориентированными магнитными моментами mL, то эти моменты будут независимо прецессировать около Н, не изменяя наклона к полю, и мы приходим к выводу, что газ никогда не сможет намагнититься. Разрешение этого парадокса заключается в том, что газ не является строго идеальным - в нем всегда происходит столкновение между атомами, и именно эти столкновения ( либо другие процессы взаимодействий атомов с объектами, не входящими в состав газа) и приводят к намагничению га. Ясно, что чем столкновения реже, тем дольше длится процесс намагничения, поэтому можно ввести понятие времени релаксации намагничения. [31]
Например, чтобы получить его на расстоянии 1 см от длинного тонкого прямолинейного проводника, по нему следует пропустить ток порядка 50 к А. В принципе такое спонтанное ( самопроизвольное) намагничение вещества энергетически невыгодно, а наиболее выгодно как раз нулевое среднее поле, которое получается уже за счет макроскопического беспорядка. Вещество разбивается на макроскопические ( хотя и очень мелкие) области - домены, суммарные магнитные моменты которых ориентированы хаотически, как изображено на рис. 5.2 а. Подчеркнем, что процесс намагничения не связан с макроскопическим перемещением вещества - происходит лишь переориентация магнитных моментов электронов. Тем не менее, перемещение и последующая ликвидация доменных границ требует энергетических затрат. [32]
Самопроизвольная магнитосщрикция в каждом домене связана с тем, что при появлении самопроизвольной на магниченности изменяются условия равновесия между узлами кристаллической решетки и происходит ее анизотропная деформация. Если ферромагнитный кристалл в целом не намагничен, то самопроизвольная магнитострикция не проявляется. Она обнаруживается при процессах технического намагничивания. Истинной магнитострикцией называется изменение длин ферромагнитных образцов в результате действия на них достаточно больших внешних магнитных полей. Она возникает в процессах технического намагничения и связана с параллельной ориентацией векторов намагниченности доменов в результате изменения условий равновесия между узлами кристаллической решетки. Магнитострикционными колебаниями называются механические колебания, возникающие в ферромагнетиках при их намагничивании в периодически изменяющемся магнитном поле. Они используются в ультразвуковых магнитострикционных вибраторах. У ферромагнетиков наблюдается явление, обратное маг-нитострикции - изменение намагниченности при деформациях. [33]
Пути к объяснению явления ферромагнетизма были указаны Розингом ( 1892 г.) иВейссом ( 1907 г.), разработавшими достаточно последовательную, хотя и формальную теорию. Было предположено, что намагничение ферромагнетика обусловлено наличием в нем внутреннего молекулярного поля. В соответствии с этим предполагалось, что ферромагнетик всегда и при отсутствии внешнего магнитного поля намагничен до технического насыщения. Внутри каждой такой области магнитные моменты атомов параллельны, но магнитные моменты различных областей направлены различно, так что в сумме магнитный момент тела равен нулю. Тогда в процессе намагничения тела внешнее поле лишь ориентирует магнитные моменты доменов. [34]
В заключение несколько слов об изменении намагниченности ферромагнетиков под влиянием поля, о так называемом парапроцессе, или истинном намагничении ферромагнетиков. Размагниченное состояние ферромагнетиков, когда суммарный магнитный момент тела равен нулю, получается за счет разбиения тела на домены таким образом, что сумма магнитных моментов их равна нулю. Величина fs определяется обменными силами и температурой тела. При включении поля домены, в которых направление намагниченности ближе к направлению поля, увеличиваются в объеме за счет сокращения объемов доменов с менее благоприятным расположением магнитного момента. Затем в больших полях происходит поворот вектора намагничения в доменах, и он устанавливается параллельно магнитному полю, достигается состояние технического насыщения. При абсолютном нуле техническое насыщение совпадает с абсолютным / s / 0 и никакое дальнейшее увеличение поля не даст увеличения намагниченности. При температурах, отличных от 0 К, / s / с, и остается некоторое число спинов, неориентированных вдоль поля из-за влияния теплового движения. Дальнейшее увеличение поля может привести к ориентации этих неупорядоченных спинов, и намагниченность увеличится. Так как этот процесс подобен процессу намагничения парамагнетика, когда влияние поля должно преодолеть влияние теплового движения, то его называют парапроцессом. [35]
В заключение несколько слов об изменении намагниченности ферромагнетиков под влиянием поля, о так называемом парапроцессе, или истинном намагничении ферромагнетиков. Размагниченное состояние ферромагнетиков, когда суммарный магнитный момент тела равен нулю, получается за счет разбиения тела на домены таким образом, что сумма магнитных моментов их равна нулю. Величина fs определяется обменными силами и температурой тела. При включении поля домены, в которых направление намагниченности ближе к направлению поля, увеличиваются в объеме за счет сокращения объемов доменов с менее благоприятным расположением магнитного момента. Затем в больших полях происходит поворот вектора намагничения в доменах, и он устанавливается параллельно магнитному полю, достигается состояние технического насыщения. При абсолютном нуле техническое насыщение совпадает с абсолютным / s / 0 и никакое дальнейшее увеличение поля не даст увеличения намагниченности. При температурах, отличных от 0 К, / s / с, и остается некоторое число спинов, неориентированных вдоль поля из-за влияния теплового движения. Дальнейшее увеличение поля может привести к ориентации этих неупорядоченных спинов, и намагниченность увеличится. Так как этот процесс подобен процессу намагничения парамагнетика, когда влияние поля должно преодолеть влияние теплового движения, то его называют парапроцессом. При этом подразумевается, что в течении процесса технического намагничения не происходило изменения величины намагниченности внутри доменов, а изменялось лишь направление магнитного момента доменов. [36]