Τι (ποιος) είναι Анизометр магнитный - ορισμός

прибор для определения магнитной анизотропии (См. Магнитная анизотропия). Современный А. м. появились в 30-х гг. в связи с развитием теории ферромагнетизма и созданием ферромагнитных сплавов. Наиболее распространены А. м. для определений ферромагнитной анизотропии монокристаллов и текстурованных материалов (см. Текстура, Текстура магнитная).

В одном из распространённых типов А. м. исследуемый образец помещают в сильное однородное магнитное поле Н (рис. 1). Образец намагничивается по направлению поля лишь в том случае, если поле направлено вдоль оси лёгкого намагничивания (См. Ось лёгкого намагничивания) (ось OO на рис. 1). Во всех остальных случаях вектор намагниченности I занимает некоторое промежуточное положение между направлением Н и осью OO. Его можно разложить на компоненты I_// и I_⊥ вдоль и поперёк поля. Компонента I_⊥ создаёт момент вращения М = I_⊥·H, который стремится повернуть образец, подобно тому, как магнитное поле Земли поворачивает магнитную стрелку, поставленную в направление восток - запад, в положение север - юг. Момент вращения, вызванный действием магнитного поля, компенсируется моментом, создаваемым упругими элементами прибора (2 на рис. 3). Угол поворота образца отсчитывается по шкале. Измерения производятся при различных направлениях поля Н (поворотом магнита плавно меняют угол α от 0 до 180 или 360°). Результаты измерений позволяют рассчитать константы анизотропии и оценить степень совершенства текстуры. Современный лабораторный А. м. этого типа, созданный в НИИЧЕРМЕТ (рис. 2), обладает рядом преимуществ по сравнению с др. аналогичными приборами: он позволяет проводить исследования как массивных образцов, так и ферромагнитных плёнок в интервале температур от 1300 К (1027°C) до гелиевых (Анизометр магнитный1 К; Анизометр магнитный -272°С) и в магнитных полях напряженностью до 4000 ка/м (50 кэ).

Существует ряд других типов А. м., предназначенных, в частности, для измерений магнитной анизотропии материалов в производственных условиях (без вырезки образца).

Лит.: Акулов Н., Брюхатов Н., Метод количественного определения текстуры вальцованного материала, "Журнал экспериментальной и теоретической физики", 1933, т. 3, в. 1, с. 59; Пузей И. М., Температурная зависимость энергии магнитной анизотропии в никеле, "Изв. АН СССР. Сер. физическая", 1957, т. 21, № 8, с. 1088; Григоров К. В., Магнитный текстурометр, "Заводская лаборатория", 1947, т. 13, № 9, с. 1073.

И. М. Пузей.

Рис. 1. Исследуемый образец (диск) в магнитном поле H : I - вектор намагниченности образца; α - угол между направлением магнитного поля и осью лёгкого намагничивания.

Рис. 3. Схема магнитного анизометра, основанного на измерении вращательного момента (конструкция НИИЧЕРМЕТ): 1 - образец; 2 - упругие элементы; 3 - зеркало; 4 - источник света; 5 - шкала; N, S - полюсы магнита (масса магнитной части прибора составляет 4,5 т).

Рис. 2. Внешний вид магнитного анизометра, основанного на измерении вращательного момента (конструкция НИИЧЕРМЕТ).

основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Источником магнетизма, согласно классической теории электромагнитных явлений, являются электрические макро- и микротоки. Элементарным источником магнетизма считают замкнутый ток. Из опыта и классической теории электромагнитного поля следует, что магнитные действия замкнутого тока (контура с током) определены, если известно произведение (М) силы тока i на площадь контура σ (М = i σ/c в СГС системе единиц (См. СГС система единиц), с - скорость света). Вектор М и есть, по определению, М. м. Его можно записать и в иной форме: М = m l, где m - эквивалентный Магнитный заряд контура, а l - расстояние между "зарядами" противоположных знаков (+ и -).

М. м. обладают элементарные частицы, атомные ядра, электронные оболочки атомов и молекул. М. м. элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и других), как показала квантовая механика, обусловлен существованием у них собственного механического момента - Спина. М. м. ядер складываются из собственных (спиновых) М. м. образующих эти ядра протонов и нейтронов, а также М. м., связанных с их орбитальным движением внутри ядра. М. м. электронных оболочек атомов и молекул складываются из спиновых и орбитальных М. м. электронов. Спиновый магнитный момент электрона m_сп может иметь две равные и противоположно направленные проекции на направление внешнего магнитного поля Н. Абсолютная величина проекции

где μ_в= (9,274096 ±0,000065)·10^-21эрг/гс - Бора магнетон, , где h - Планка постоянная, е и m_e - заряд и масса электрона, с - скорость света; S^H - проекция спинового механического момента на направление поля H. Абсолютная величина спинового М. м.

где s = ¹/₂ - спиновое квантовое число (См. Квантовые числа). Отношение спинового М. м. к механическому моменту (спину)

,

так как спин

.

Исследования атомных спектров показали, что m^Н_сп фактически равно не m_в, а m_в (1 + 0,0116). Это обусловлено действием на электрон так называемых нулевых колебаний электромагнитного поля (см. Квантовая электродинамика, Радиационные поправки).

Орбитальный М. м. электрона m_орб связан с механическим орбитальным моментом _орб соотношением g_opб = |m_орб| / |_орб| = |e|/2m_ec, то есть Магнитомеханическое отношение g_opб в два раза меньше, чем g_cп. Квантовая механика допускает лишь дискретный ряд возможных проекций m_орб на направление внешнего поля (так называемое Квантование пространственное): m^Н_орб = m_lm_в, где m_l - магнитное квантовое число, принимающее 2l + 1 значений (0, ±1, ±2,..., ±l, где l - орбитальное квантовое число). В многоэлектронных атомах орбитальный и спиновый М. м. определяются квантовыми числами L и S суммарного орбитального и спинового моментов. Сложение этих моментов проводится по правилам пространственного квантования. В силу неравенства магнитомеханических отношений для спина электрона и его орбитального движения (g_cп ¹ g_opб) результирующий М. м. оболочки атома не будет параллелен или антипараллелен её результирующему механическому моменту J. Поэтому часто рассматривают слагающую полного М. м. на направление вектора J, равную

где g_J - магнитомеханическое отношение электронной оболочки, J - полное угловое квантовое число.

М. м. протона, спин которого равен

должен был бы по аналогии с электроном равняться

,

где M_p - масса протона, которая в 1836,5 раз больше m_e, m_яд - ядерный магнетон, равный 1/1836,5m_в. У нейтрона же М. м. должен был бы отсутствовать, поскольку он лишён заряда. Однако опыт показал, что М. м. протона m_p = 2,7927m_яд, а нейтрона m_n = -1,91315m_яд. Это обусловлено наличием мезонных полей около нуклонов, определяющих их специфические ядерные взаимодействия (см. Ядерные силы, Мезоны) и влияющих на их электромагнитные свойства. Суммарные М. м. сложных атомных ядер не являются кратными m_яд или m_p и m_n. Таким образом, М. м. ядра калия равен -1,29 m_яд. Причиной этой неаддитивности является влияние ядерных сил, действующих между образующими ядро нуклонами. М. м. атома в целом равен векторной сумме М. м. электронной оболочки и атомного ядра.

Для характеристики магнитного состояния макроскопических тел вычисляется среднее значение результирующего М. м. всех образующих тело микрочастиц. Отнесённый к единице объёма тела М. м. называется намагниченностью. Для макротел, особенно в случае тел с атомным магнитным упорядочением (ферро-, ферри- и антиферромагнетики), вводят понятие средних атомных М. м. как среднего значения М. м., приходящегося на один атом (ион) - носитель М. м. в теле. В веществах с магнитным порядком эти средние атомные М. м. получаются как частное от деления самопроизвольной намагниченности ферромагнитных тел или магнитных подрешёток в ферри- и антиферромагнетиках (при абсолютном нуле температуры) на число атомов - носителей М. м. в единице объёма. Обычно эти средние атомные М. м. отличаются от М. м. изолированных атомов; их значения в магнетонах Бора m_в оказываются дробными (например, в переходных d-металлах Fe, Со и Ni соответственно 2,218 m_в, 1,715 m_в и 0,604 m_в) Это различие обусловлено изменением движения d-электронов (носителей М. м.) в кристалле по сравнению с движением в изолированных атомах. В случае редкоземельных металлов (лантанидов), а также неметаллических ферро- или ферримагнитных соединений (например, ферриты) недостроенные d- или f-слои электронной оболочки (основные атомные носители М. м.) соседних ионов в кристалле перекрываются слабо, поэтому заметной коллективизации этих слоев (как в d-металлах) нет и М. м. таких тел изменяются мало по сравнению с изолированными атомами. Непосредственное опытное определение М. м. на атомах в кристалле стало возможным в результате применения методов магнитной нейтронографии, радиоспектроскопии (ЯМР, ЭПР, ФМР и т.п.) и Мёссбауэра эффекта. Для парамагнетиков также можно ввести понятие среднего атомного М. м., который определяется через найденную на опыте постоянную Кюри, входящую в выражение для Кюри закона или Кюри - Вейса закона (см. Парамагнетизм).

Лит.: Тамм И. Е., Основы теории электричества, 8 изд., М., 1966; Ландау Л. Д. и Лифшиц Е. М., Электродинамика сплошных сред, М., 1959; Дорфман Я. Г., Магнитные свойства и строение вещества, М., 1955; Вонсовский С. В., Магнетизм микрочастиц, М., 1973.

С. В. Вонсовский.