Обработка опытных данных

1. Для обоих образцов постройте кривую зависимости U₂ от U₁, графически усредняя данные измерений, полученные в режимах повышения и понижения температуры.
2. Определите для обоих образцов точку пересечения кривой U₂ = f (U₁) с осью абсцисс, U_1c (соответствует точке Кюри), и с помощью формулы (4) найдите для них температуру Кюри t_с; переведите её в кельвины, T_c. Значения U_1c, t_c и T_c занесите в таблицу 3.

Таблица 3

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какими величинами характеризуются магнитные свойства вещества?
2. Что называется магнитным моментом контура с током?
3. Что такое орбитальный и спиновый магнитные моменты электрона?
4. Чем объясняется ферромагнетизм? Каковы различия между диа-, пара- и ферромагнетиками в отношении их магнитных свойств?
5. Что такое точка Кюри для ферромагнитных веществ?
6. Что такое электромагнитная индукция?
7. Почему э.д.с. индукции во вторичной обмотке трансформатора зависит от температуры сердечника?

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 2. М.: Наука. 1978. § 46, 51-53, 55-61.
2. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа. 2004. § 122, 123, 131-133, 135, 136.

РАСЧЁТЫ:

ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1.

P_m = ISn – магнитный момент контура, P_m – орбитальный магнитный момент, I – сила тока, S – площадь, которую охватывает контур, n – единичный вектор нормали к плоскости контура, J – намагниченность (это магнитный момент единицы объема вещества), В – вектор магнитной индукции поля, μ – магнитная проницаемость, H – вектор напряженности внешнего магнитного поля, Ф – магнитный поток, ε _i – э.д.с. электромагнитной индукции.

2.

Находящийся на орбите и вращающийся вокруг атомного ядра электрон, подобно контуру с током, создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, величина и направление которого определяются магнитным моментом контура p _m=IS n, где I – сила тока, S – площадь, которую охватывает контур, n – единичный вектор нормали к плоскости контура.

3.

Момент p _m называется орбитальным магнитным моментом. Кроме орбитального, у электрона есть собственный, или спиновый магнитный момент, не зависящий от местоположения или характера движения этой частицы.

4.

Ферромагнетизм возникает благодаря так называемому обменному взаимодействию, в котором участвуют электроны недостроенных внутренних электронных оболочек атомов некоторых кристаллических тел. Причины возникновения этого взаимодействия объясняются квантовой механикой. Магнитный момент атома (молекулы) представляет собой векторную сумму орбитальных и спиновых магнитных моментов всех электронов. От того, как ведут себя магнитные моменты отдельных атомов (молекул), зависят магнитные свойства всего вещества, его намагниченность. Намагниченность J – это магнитный момент единицы объема вещества. По этому признаку вещества разделяют на диа-, пара- и ферромагнетики.

У диамагнетиков и парамагнетиков магнитные свойства определяются отсутствием или наличием у атомов магнитного момента. В диамагнетиках магнитный момент атомов равен нулю при отсутствии внешнего магнитного поля и появляется только при его включении. В соответствии с законом Ленца, он направлен против этого поля. В парамагнетиках магнитные моменты атомов, существовавшие и в отсутствии поля, в магнитном поле ориентируются преимущественно в направлении вектора магнитной индукции B этого поля. Диа- и парамагнетики – это слабомагнитные вещества, их магнитная проницаемость μ ≈ 1.

Сильными магнитными свойствами обладают ферромагнетики (μ > > 1). Они могут быть намагничены даже в отсутствие внешнего магнитного поля. Из химически чистых металлов ферромагнитными свойствами обладают железо, Ферромагнитны также различные сплавы на основе этих металлов и некоторые соединения, например, MnBi, FeNi и другие.

5.

Тепловое движение атомов вещества мешает согласованной ориентации спиновых моментов электронов в доменах, и тем больше, чем выше температура. Поэтому с ростом температуры самопроизвольная намагниченность уменьшается. При достижении некоторой температуры, называемой точкой Кюри, доменная структура разрушается, и ферромагнетик полностью утрачивает самопроизвольную намагниченность, превращаясь в парамагнетик. Зависимость спонтанной намагниченности ферромагнетика от температуры показана на рис. 2, где J/J_нас – относительная намагниченность, J_нас – максимально возможная намагниченность, то есть намагниченность насыщения, T_с – температура, или точка Кюри.

Рис. 2. Типичная зависимость относительной намагниченности J/J_нас