Магазины электрических ве­личин

Вид материала

Документы

Содержание Магнитозвуковые волны В(Н) (см. Намагничивания кривые), коэрцитив­ную силу H G ~ 0,1 — 1 нТл; в) с изме­нением магнитного сопротивления Мейснера эффекте, Джозефсона эффекте Рис. 3. Принципиальная схема тесламетра, основанного на эффекте Холла (компенсац. типа): e G ~10—10 Тл, рис. 3); градиентометров и приборов для исследования магн. с-в материалов. Чувствитель­ность G МАГНИТОМЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВ­ЛЕНИЯ (гиромагнитные явления) Маг­нитный резонанс) В. С. Запасский, Б. П. Захарченя.

Подобный материал:

• Рабочей программы дисциплины Электроэнергетические системы и сети по направлению подготовки, 21.71kb.
• Отчет по лабораторной работе должен содержать: наименование работы и номер, схемы, 365.83kb.
• Экзаменационные вопросы по курсу «Электротехника и электроника», 23.91kb.
• Бизнес-план магазина товаров для детей Содержание, 138.19kb.
• 1. Основные понятия и обозначения электрических величин и элементов электрических цепей., 277.03kb.
• Цифровой вольтметр щ-304, 137.06kb.
• Телемеханики, 26.01kb.
• Отдел метрологического обеспечения измерений электрических величин, 42.58kb.
• Курсовая работа по курсу «основы физических измерений», 226.86kb.
• Теория электрических цепей (часть, 63kb.

МАГНИТОДВИЖУЩАЯ СИЛА (на­магничивающая сила), величина, ха­рактеризующая магн. действие электрич. тока. Вводится для магнитных цепей по аналогии с электродвижущей силой в электрич. цепях. М. с. F равна циркуляции вектора напря­жённости магн. поля Н по замкну­тому контуру L, охватывающему элект­рич. токи, к-рые создают это магн.

поле:



(в ед. СИ). Здесь h_l — проекция Н на направление элемента контура ин­тегрирования dl, n — число провод­ников (витков) с током I_i, охваты­ваемых контуром. Единица М. с. в Международной системе единиц (СИ) — ампер (или ампер-виток), в СГС системе единиц (симметричной) — еильберт.

МАГНИТОДИЭЛЕКТРИКИ, маг­нитные материалы, представляющие собой конгломерат магн. порошка (из ферро- и ферримагнетиков) и связки — диэлектрика (напр., баке­лита, полистирола, резины); в мак­рообъёмах обладают высоким элект­рич. сопротивлением, зависящим от кол-ва и типа связки. М. могут быть как магнитно-твёрдыми материалами, так и магнитно-мягкими материалами. Магнитно-мягкие М. получают в осн. из тонких порошков карбонильно­го железа, молибденового пермал­лоя и алсифера; их применяют для

изготовления сердечников катушек ин­дуктивности, фильтров, дросселей и др. радиотехн. устройств, работаю­щих при частотах 10⁴—10⁸ Гц. Маг­нитно-твёрдые М. изготовляют на основе порошков из сплавов ални (Fe — Ni — Al — Cu), алнико (Fe — Ni — Al — Co), ферритов. Коэрцитив­ная сила этих М. ниже на неск. де­сятков %, а остаточная индукция меньше почти в два раза, чем у мас­сивных материалов. М. применяются в приборостроении (пост. магниты, эластичные герметизаторы для разъ­ёмных соединений и др.).

• Ферриты и магнитодиэлектрики. Справоч­ник, М., 1968; Толмасский И. С., Металлы и сплавы для магнитных сердечни­ков, М., 1971.

МАГНИТОЗВУКОВЫЕ ВОЛНЫ, низ­кочастотные (с частотой ниже ионной циклотронной) продольные эл.-магн. колебания, распространяющиеся в замагниченной плазме поперёк на­правления внеш. магн. поля. В М. в. в-во перемещается вдоль направления распространения. Механизм явления аналогичен обычному звуку и заклю­чается в сжатии и расширении в-ва вместе с вмороженным в него магн. полем; поэтому в определении ско­рости М. в. надо учитывать не только газовое, но и магн. давление. Ско­рость распространения М. в. равна скорости альфвеноеских волн. См. также Плазма.

МАГНИТОМЕТР, прибор для измере­ния хар-к магнитного поля и магн. св-в физ. объектов. М. различают по назначению, принципу действия и условиям эксплуатации.

При классификации по назначению выделяют две группы М. К первой, наиболее разветвлённой, относят при­боры для измерения осн. хар-к магн. поля: напряжённости Н (в А/м или Э), индукции В (в Тл или Гс), магн. по­тока Ф (в Вб или Мкс); ко второй — приборы для измерения магн. св-в материалов и горных пород.

Помимо обобщающего наименова­ния «М.», традиционного для 1-й группы приборов, нек-рые из них наз. в соответствии с наименованием единицы измеряемой величины (преим. Международной системы единиц), напр. тесламетр (реже гауссметр), веберметр.

К осн. хар-кам магн. поля, к-рые измеряют М. 1-й группы, относятся: абс. значение (модуль) вектора поля (Н или В), абс. значения состав­ляющих (проекций) вектора поля в геомагнитной или др. системе коор­динат (см. Земной магнетизм), на­правление вектора поля или его про­екций (приборы, компас, буссоль, магн. теодолит, инклинатор, декли­натор, векторный М.), относит. изменения поля во времени (магн. вариометры) и пр-ве (градиентометры или дифференциальные М.).

М. 2-й группы измеряют след магн. св-ва горных пород и магн материалов: магнитный момент M (А•м²), намагниченность J (А/м), маг-

380


нитную восприимчивость  (каппа-метр), магн. проницаемость  (мюметр), зависимости J(H) и В(Н) (см. Намагничивания кривые), коэрцитив­ную силу H_с, потери на гистерезис и т. п.

По принципу действия М. подраз­деляют на неск. типов. М а г н и т о с т а т и ч е с к и е М.— приборы, ос­нованные на вз-ствии измеряемого магн. ноля H_изм с постоянным (инди­каторным) магнитом, имеющим магн. момент М. В поле Н_изм на магнит дей­ствует механич. момент I=[МН_изм]. Момент в М. разл. конструкции урав­новешивается: а) моментом кручения кварцевой нити (действующие по это­му принципу кварцевые М. и универс. магн. вариометры на квар­цевой растяжке обладают чувствитель­ностью G ~ 1 нТл); б) моментом силы тяжести (магнитные весы с G~10 —15 нТл), в) моментом, действующим на вспомогательный эталонный маг­нит, установленный в определ. по­ложении (оси индикаторного и вспомогат. магнитов в положении равно­весия перпендикулярны). В послед­нем случае, определяя дополнительно период колебания вспомогат. магнита в поле .Н_изм, можно измерить абс. величину Н_изм (абс. метод Гаусса).



Рис. 1. Схема квар­цевого магнитометра для измерения вер­тикальной составля­ющей (Z) напряжён­ности геомагн. по­ля: 1 — оптич. си­стема зрит. трубы; 2 — оборотная приз­ма для совмещения шкалы 9 с полем зрения; 3 — магниточувствит. система (пост. магнит на кварцевой растяжке 5); 4 — зеркало; 6 — магнит для частичной компенсации гео­магн. поля (изменения диапазона прибора); 7 — кварцевая рамка; 8 — измерит. магнит (по углу его поворота определяют Z); 10 — система освещения шкалы.


М. этого типа имеют, как правило, только одну плоскость вращения пост. магнита (вертикальную или горизон­тальную) и применяются для изме­рения соответствующей компоненты поля — обычно компоненты X, Y или Z, напряжённости геомагн. поля (рис. 1), а также для измерения градиента поля и абс. величины Н.

Модификации магнитостатич. М. с двумя параллельными магнитами на одной нити подвеса (астатич. системы) применяются также для измерения магн. св-в земных пород и магн. материалов.

Электрические М. основаны на сравнении Н_изм с полем эталонной катушки Н=ki, где k — постоянная катушки, определяемая из её геом. и конструктивных параметров, i — измеряемый ток. Электрич. М. со­стоят из компаратора для измерения размеров катушки и её обмотки,

теодолита для точной ориентации оси катушки по направлению измеряемой компоненты поля, потенциометрич. си­стемы для измерения тока i и чувствит. датчика — индикатора равенства полей. Чувствительность М. этого типа ~ 1 мкЭ, осн. область их при­менения — измерение горизонт. и вертик. составляющих геомагн. поля. Индукционные М. основаны на явлении электромагнитной индук­ции — возникновении эдс в измерит. катушке при изменении проходящего сквозь её контур магн. потока Ф. Изменение потока Ф в катушке может быть связано: а) с изменением величины или направления измеря­емого поля во времени (приборы: индукц. вариометры, флюксметры). Про­стейший флюксметр (веберметр) пред­ставляет собой баллистический гальва­нометр, действующий в сильно переус­покоенном режиме (G ~ 10^-4 Вб/дел); применяются магнитоэлектрич. веберметры с G ~10^-6 Вб/дел, фотоэлектрич. веберметры с G ~ 10^-8 Вб/дел и др.; б) с периодич. измене­нием положения (вращением, коле­банием) измерит. катушки в измеря­емом поле (рис. 2). Простейшие тесламетры с катушкой на валу синхрон­ного двигателя обладают G~10^-4 Тл.



Рис. 2. Блок-схема и конструкция преобра­зователя вибрац. тесламетра: 1 — измерит. катушка, укреплённая на торце пьезокристалла 2 (вибратора); 3 — зажим для крепле­ния пьезокриоталла; 4 — усилитель сигна­ла; сигнал детектируется и измеряется при­бором 5 магнитоэлектрич. системы; в — ге­нератор эл.-магн. колебаний; 7 — источник питания.


У наиболее чувствительных вибраци­онных М. G ~ 0,1 — 1 нТл; в) с изме­нением магнитного сопротивления из­мерит. катушки, что достигается пе­риодич. изменением магн. проница­емости пермаллоевого сердечника (он периодически намагничивается до на­сыщения вспомогательным перем. по­лем возбуждения). Действующие по этому принципу феррозондовые М. имеют G ~ 0,2 — 1 нТл (см. Феррозонд). Индукционные М. применяются для измерения магн. полей Земли и др. планет, техн. полей, в магнитобиологии и т. д.

Квантовые М.— приборы, ос­нованные на ядерном магнитном ре­зонансе, электронном парамагнитном.

резонансе, свободной прецессии магн. моментов ядер или эл-нов во внеш. магн. поле, Мейснера эффекте, Джозефсона эффекте и др. эффектах. Для наблюдения зависимости частоты  прецессии магн. моментов микроча­стиц от H_изм (=H_изм, где  — магнитомеханическое отношение) не­обходимо создать макроскопич. магн. момент ансамбля микрочастиц — ядер или эл-нов (см. в ст. Сверхпроводящий магнитометр). Квант. М. применя­ются для измерения напряжённости слабых магн. полей (в т. ч. геомагн. и магн. поля в косм. пр-ве), в геоло­горазведке, в магнетохимии, в био­физике (G до 10^-5—10^-7 нТл). Значи­тельно меньшую чувствительность (G~10^-5 Тл) имеют квант. М. для измерения сильных магн. полей.

Гальваномагнитные М. основаны на явлении искривления траектории электрич. зарядов, дви­жущихся в магн. поле H_изм, под действием Лоренца силы (см. Галь­ваномагнитные явления). К этой груп­пе М. относятся: М. на Холла эффекте (возникновении между гранями про­водящей пластинки разности потенциа­лов, пропорциональной протекающе­му току и H_изм), М. на эффекте Гаусса (изменении сопротивления проводника в поперечном магн. поле H_изм), М. на явлении падения анодного тока в магнетронах и электронно­лучевых трубках (вызванного ис­кривлением траектории эл-нов в магн. поле) и др.



Рис. 3. Принципиальная схема тесламетра, основанного на эффекте Холла (компенсац. типа): e₁ и E₂ — источники пост. тока; r₁ и r₂ — резисторы; G — гальванометр; тА — миллиамперметр; ПХ — преобразователь Холла (ПП пластинка). Эдс Холла компенси­руется падением напряжения на части ка­либрованного сопротивления r₂, через к-рое протекает пост. ток.


На эффекте Холла ос­новано действие различного рода тесламетров для измерения пост., перем. и импульсных магн. полей (с G ~10^-4—10^-5 Тл, рис. 3); градиентометров и приборов для исследования магн. с-в материалов. Чувствитель­ность G тесламетров, работающих на основе эффекта Гаусса, достигает 10 мкВ/Тл; у электронно-вакуумных М. G ~ 30 нТл.

Существуют также М. эксперимен­тального, прикладного и демонстрац. хар-ра, работа к-рых основана на изменении длины намагниченного стержня (см. Магнитострикция), на вращении плоскости поляризации све­та (см. Магнитооптика, Фарадея эф-

381


фект, Керра эффект) и т. д. М. каж­дого из указанных типов дополни­тельно различаются по осн. показа­телям: диапазону измерений, чувст­вительности, погрешности, скорости и способу отсчёта и т. д., а также по условиям эксплуатации. В частности, разработаны многочисл. типы М. для измерения магн. поля в условиях морской и аэромагн. съёмки, в около­земном и межпланетном косм. пр-ве.

• Яновский Б. М., Земной магнетизм, 2 изд., т. 2, Л., 1963; Ч е ч у р и н а Е. Н., Приборы для измерения магнитных величин, М., 1969; Померанцев Н. М., Рыж­ков В. М., Скроцкий Г. В., Физические основы квантовой магнитометрии, М., 1972; М и х л и н Б. 3., С е л е з н е в В. П., Селезнев А. В., Геомагнитная навига­ция, М., 1976.

МАГНИТОМЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВ­ЛЕНИЯ (гиромагнитные явления),

группа явлений, обусловленных взаи­мосвязью магн. и механич. моментов микрочастиц — носителей магнетизма. Любая микрочастица, обладающая определ. моментом количества движения (эл-н, протон, нейтрон, ат. ядро, атом), имеет также и определ. маг­нитный момент. Благодаря этому увеличение суммарного момента кол-ва движения микрочастиц, образующих физ. тело (образец), приводит к воз­никновению у образца дополнит. магн. момента; наоборот, при намагничива­нии образец приобретает дополнит. механич. момент.

Увеличение магн. момента (намаг­ниченности) в ферромагн. образцах при их вращении было обнаружено в 1909 амер. физиком С. Барнеттом (см. Барнетта эффект). Обратный эффект — поворот свободно подвешен­ного ферромагн. образца при его намагничивании во внеш. магн. поле открыт в 1915 в опытах А. Эйнштейна и В. де Хааза (см. Эйнштейна — де Хааза эффект).

М. я. позволяют определить отно­шение магн. момента атома к его полному механич. моменту (гиромаг­нитное, или магнитомеханическое от­ношение) и сделать заключение о природе носителей магнетизма в разл. в-вах. Так было установлено, что в переходных Зd-металлах (Fe, Co, Ni) магн. момент обусловлен спиновыми моментами эл-нов (см. Спин). В др. в-вах (напр., редкозем. металлах) магн. момент создаётся как спиновыми, так и орбитальными моментами эл-нов.

В связи с созданием новых, в пер­вую очередь резонансных, методов исследования магнетизма (см. Маг­нитный резонанс) интерес к М. я. уменьшился.

• Вонсовский С. В., Магнетизм., М., 1971.

Р. З. Левитин.

МАГНИТОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОТНО­ШЕНИЕ (гиромагнитное отношение),

отношение магнитного момента элем. ч-ц (и состоящих из них систем — атомов, молекул, ат. ядер и т. д.) к их моменту кол-ва движения (механич. моменту). Для каждой элем. ч-цы, обладающей отличным от нуля механич. моментом — спином, М. о. имеет определ. значение. Для разл. состояний ат. системы значения М. о. определяются по ф-ле: =g₀, где ₀ — единица М. о., g — Ланде мно­житель. В этом случае за единицу М. о. принимают его величину для ор­бит. движения эл-на в атоме: —е/2m_ес, где е — заряд эл-на, m_e — масса эл-на. Для ядер за единицу М. о. принимают аналогичную величину для протона: е!2m_рС (m_р — масса протона).

Величина М. о. определяет действие магн. поля на систему, обладающую магн. моментом. Согласно классич. теории, магн. момент во внеш. магн. поле напряжённостью Н совершает прецессию — равномерно вращается вокруг направления Н, сохраняя оп­редел. угол наклона, с угл. скоро­стью =-Н. В частном случае, когда магн. момент обусловлен орбит. движением эл-нов, имеет место Лармора прецессия. Согласно квант. тео­рии, масштаб магн. расщепления уров­ней энергии в магн. поле (см. Зеемана эффект) определяется М. о., он равен: ћН= g₀nћH.

М. А. Ельяшевич.

МАГНИТООПТИКА (магнетооптика),

раздел физики, изучающий измене­ния оптич. свойств в-ва под дейст­вием магн. поля. Подавляющее боль­шинство магнитооптич. явлений свя­зано с расщеплением уровней энергии атома (снятием вырождения). Непо­средственно это расщепление прояв­ляется в Зеемана эффекте. Др. маг­нитооптич. эффекты по существу явл. следствием эффекта Зеемана и свя­заны с особенностями поляризац. хар-к зеемановских оптич. переходов и с закономерностями распростра­нения поляризов. света в среде, об­ладающей дисперсией. Спецификой магнитооптич. эффектов является то, что в магн. поле, помимо обычной линейной оптической анизотропии, появляющейся в среде под действием электрич. поля или деформаций, воз­никает циркулярная анизо­тропия, связанная с неэквивалентно­стью двух направлений вращения в плоскости, перпендикулярной полю. Это важное обстоятельство явл. след­ствием аксиальности магн. поля.

Наиболее просто осн. явления М. можно классифицировать феномено­логически в зависимости от направ­ления магн. поля. При этом рас­сматриваются два осн. случая: 1) волн. вектор светового излучения k параллелен магн. полю Н и 2) волн. вектор света перпендикулярен магн. полю. Явление Зеемана наблюдается в обоих случаях, причём различие поляризац. хар-к компонент зеемановского расщепления влечёт за собой различный хар-р индуцированной магн. полем анизотропии в этих слу­чаях. Так, при распространении монохроматич. света вдоль поля (при продольном эффекте Зеемана) его право- и левоциркулярно поляризованные составляющие поглощаются по-разному (т. н. магнитный циркулярный дихроизм), а при распространении света поперёк поля (поперечном эффекте Зее­мана) имеет место магнитный линейный дихроизм, т. с. разное поглощение составляющих, линейно поляризованных параллельно и перпендикулярно магн. полю (см. Поляризация света). Эти поляризац. эффекты имеют сложную зависимость от длины волны излучения (сложный спектр. ход), знание к-рой позволяет определить величину и хар-р зеемановского расщепления в тех случаях, когда оно много меньше ширины спект­ральных линий. (Аналогичные эффек­ты могут наблюдаться и в люминес­ценции.)

Расщепление спектр. линий влечёт за собой соответствующее расщепление дисперс. кривых, характеризующих зависимость показателя преломления среды от длины волны излучения (см. Дисперсия света, Преломление света). В результате при продольном (по полю) распространении показатели преломления для света с правой и левой круговыми поляризациями ста­новятся различными (магнитное циркулярное двойное лу­чепреломление), а линейно поляризованный монохроматич. свет, проходя через среду, испытывает вра­щение плоскости поляризации. По­следнее явление носит назв. Фарадея эффекта. В области линии поглощения фарадеевское вращение проявляет ха­рактерную немонотонную зависимость от длины волны — эффект М а к а л у з о — К о р б и н о. При попереч­ном относительно магн. поля распро­странении света различие показателей преломления для линейных поляри­заций приводит к линейному магнитному двойному лу­чепреломлению, известному как Коттона — Мутона эффект (или эффект Фохта). Изучение и использо­вание всех этих эффектов входит в круг проблем совр. М.

Один из важных разделов совр. М.— исследование влияния слабых магн. полей на излучения газов (в т. ч. и газовых лазеров). При этом в эксперименте регистрируется измене­ние пространств. и поляризац. хар-к излучения под действием магн. поля (Ханле эффект).

Оптич. анизотропия среды в магн. поле проявляется также и при отра­жении света от её поверхности. При намагничивании среды происходит из­менение поляризации отражённого све­та, хар-р и степень к-рой зависят от взаимного расположения поверх­ности, плоскости поляризации пада­ющего света и вектора намагниченно­сти. Этот эффект наблюдается в пер­вую очередь в ферромагнетиках и но­сит назв. магнитооптического Керра эффекта.

М. тв. тела интенсивно развивалась в 60—70-х гг. 20 в. В особенности это

382


относится к М. полупроводников и таких магнитоупорядоченных кри­сталлов, как ферриты и антиферромагнетики.

Одно из осн. магнитооптич. явлений в ПП состоит в появлении (при помещении их в магн. поле) дискр. спектра поглощения оптич. излучения зa краем сплошного поглощения, со­ответствующего оптич. переходу меж­ду зоной проводимости и валентной зоной (см. Полупроводники, Твёрдое пело). Эти т. н. осцилляции коэфф. поглощения, или осцилляции магнитопоглощения, обусловлены специфич. «расщеплением» в магн. поле ука­занных зон на системы подзон — подзон Ландау. Оптич. переходы меж­ду подзонами ответственны за осцил­ляции поглощения. Возникновение подзон Ландау вызвано тем, что эл-ны проводимости и дырки совершают в магн. поле орбит. движение в пло­скости, перпендикулярной полю. Энергия такого движения может из­меняться лишь скачкообразно (ди­скретно) — отсюда дискретность оп­тич. переходов. Эффект осцилляции магнитопоглощения широко исполь­зуется для определения параметров зонной структуры ПП. С ним связаны п т. н. междузонные эффекты Фа­радея и Фохта в ПП.

Подзоны Ландау расщепляются в магн. поле вследствие того, что эл-н обладает собственным моментом кол-ва движения — спином. При определ. условиях наблюдается вынужденное рассеяние света на эл-нах в ПП с переворотом спина относительно магн. поля. При таком процессе энергия рассеиваемого фотона изменяется на величину спинового расщепления под­зоны, к-рое для нек-рых ПП весьма велико. На этом эффекте основано плавное изменение частоты излучения мощных лазеров и создан светосиль­ный ИК спектрометр сверхвысокого разрешения (см. Инфракрасная спект­роскопия),

Большой раздел М. полупроводни­ков составляет изучение зеемановского расщепления уровней энергии мелких водородоподобных примесей и экситонов (см. также Квазичастицы). На­блюдение магнитопоглощения и от­ражения ИК излучения в узкозонных ПП позволяет исследовать коллектив­ные колебания электронной плазмы (см. Плазма твёрдых тел) и её вз-ствие с фононами.

В прозрачных ферритах и антифер­ромагнетиках магнитооптич. методы применяют для изучения спектра спиновых волн, экситонов, примесных уровней энергии и пр. В отличие от диамагнетиков и парамагнетиков, во вз-ствии света с магнитоупорядоченными средами гл. роль играют не внеш. поля, а внутр. магн. поля этих сред (их напряжённости достигают 10⁵—10⁶ Э), к-рые определяют спон­танную намагниченность (подрешёток или кристалла в целом) и её ориен­тацию в кристалле. Магнитооптич.

св-ва прозрачных ферритов и анти­ферромагнетиков могут быть исполь­зованы в системах управления лазер­ным лучом (напр., для создания мо­дуляторов света, см. Модуляция света) и для оптич. записи и считывания информации, особенно в ЭВМ.

Создание лазеров привело к обна­ружению новых магнитооптич. эф­фектов, проявляющихся при больших интенсивностях светового потока. По­казано, в частности, что поляризо­ванный по кругу свет, проходя через прозрачную среду, действует как эфф. магн. поле и вызывает появление намагниченности среды (т. н. обрат­ный эффект Фарадея).

Магнитооптич. методы использу­ются при исследованиях квант. со­стояний, ответственных за оптич. пе­реходы, спектров электронного парамагн. резонанса в ат. и конденсиров. средах, физ.-хим. структуры в-ва, электронной структуры металлов и ПП, фазовых переходов и пр.

• Б о р н М., Вольф Э., Основы оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; В о н с о в с к и й С. В., Магнетизм, М, 1971; З а п а с с к и й В. С., Ф е о ф и л о в П. П., Раз­витие поляризационной магнитооптики па­рамагнитных кристаллов, «УФН», 1975, т. 116, в. 1, с. 41: Писарев Р. В., Магнит­ное упорядочение и оптические явления в кристаллах, в кн.: Физика магнитных ди­электриков, Л., 1974.

В. С. Запасский, Б. П. Захарченя.