Большая Советская Энциклопедия (МА)

Большая Советская Энциклопедия

С. В. Вонсовский.

Магнетик

Магне'тик, термин, применяемый ко всем веществам при рассмотрении их магнитных свойств. Разнообразие типов М. обусловлено различием магнитных свойств микрочастиц, образующих вещество, а также характера взаимодействия между ними. М. классифицируют по величине и знаку их магнитной восприимчивости c (вещества с c < 0 называются диамагнетиками , с c > 0 — парамагнетиками , с c >> 1 — ферромагнетиками ). Более глубокая физическая классификация М. основана на рассмотрении природы микрочастиц, обладающих магнитными моментами , их взаимодействия в веществе, а также влияния на М. внешних факторов (подробнее см. Магнетизм ).

Магнетит

Магнети'т (нем. Magnetit, от греч. magnetis — магнит), магнитный железняк, минерал, сложный окисел состава FeOxFe₂ O₃ ; содержит 31% FeO, 69% Fe₂ O₃ ; 72,4% Fe;

часто присутствуют примеси MgO, Cr₂ O₃ , Al₂ O₃ , MnO, ZnO и др. М. — феррит с кристаллической структурой обращенной шпинели . Кристаллизуется в кубической системе a_o = 8,3963

. Обычно образует октаэдрические, реже додекаэдрические кристаллы и зернистые агрегаты. Весьма редко встречается в виде колломорфных агрегатов. В технике широко применяют синтезированный М., обычно его получают синтезом в твёрдой фазе в результате совместного отжига спрессованных порошков окислов FeO и Fe₂ O₃ при температурах 1000—1400 °С. Излом М. неровный, спайность отсутствует, хрупок, твёрдость по минералогической шкале 5,5—6. Плотность 4800—5300 кг/м³ . Цвет чёрный, блеск полуметаллический, иногда матовый; непрозрачен. Хороший проводник электричества. По магнитным свойствам М. — ферримагнетик ; намагниченность М. определяется разностью магнитных моментов двух магнитных подрешёток: 1) состоящей из ионов Fe²⁺ и Fe³⁺ , находящихся в октаэдрических узлах, и 2) состоящей из ионов Fe³⁺ , находящихся в тетраэдрических узлах (см. Антиферромагнетизм ). При комнатной температуре намагниченность насыщения J_s= 4,8x10^{– 2}тл (480 гс ); коэрцитивная сила H_c природного М. зависит от примесей, синтезированного М. — от способа получения. У порошков М. H_c растет при уменьшении размера частиц [у тонких порошков H_c ~ 12—16 ка/м (150—200) э ]. Из порошков изготовляют магнитодиэлектрики . При температурах выше 550—600 °С (выше Кюри точки ) М. теряет ферримагнитные свойства и становится парамагнетиком . Температура плавления М. 1591—1597 °С. При окислении М. переходит в гематит (мартит ). Псевдоморфоза М. по кристаллическому гематиту называется мушкетовитом. При повышенном содержании изоморфных примесей в М. выделяют разновидности: магномагнетит, манганмагнетит, ванадомагнетит, хроммагнетит, алюмомагнетит и другие. В тесном прорастании с ильменитом и другими титановыми минералами (структура распада твёрдых растворов ) входит в состав так называемых титаномагнетитов.

Встречается в месторождениях различного генезиса, однако главные промышленные типы относятся к сложным магматическим, контактово-метасоматическим или регионально-метаморфическим образованиям. В виде акцессорных минералов часто присутствует в магматических, осадочных и метаморфических породах. См. также Железо , Железные руды .

В. М. Григорьев.

Магнето

Магне'то, магнитоэлектрический генератор переменного тока (обычно совмещенный с индукционной катушкой), предназначенный для создания электрических разрядов между электродами свечи зажигания, воспламеняющих рабочую смесь в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания . М. устанавливались в системах зажигания авиационных, тракторных, автомобильных, мотоциклетных и других двигателей; с 60-х годов 20 века практически не применяются.

Магнетокалорический эффект

Магнетокалори'ческий эффе'кт, изменение температуры магнетика при адиабатическом изменении напряжённости магнитного поля Н, в котором находится магнетик. С изменением поляна dH совершается работа намагничивания dА =JdH (J — намагниченность). По первому началу термодинамики dА = dQ — dU, где dQ — сообщенное магнетику количество теплоты (оно равно нулю в условиях адиабатичности), dU — изменение внутренней энергии магнетика. Таким образом, при dQ = 0 работа совершается лишь за счёт изменения внутренней энергии (dA = —dU ), что приводит к изменению температуры магнетика, если его внутренняя энергия зависит от температуры Т. В пара- и ферромагнетиках с ростом Н намагниченность J увеличивается, то есть растет число атомных магнитных моментов (спиновых или орбитальных), параллельных Н . В результате энергия пара- и ферромагнетиков по отношению к полю и их внутренняя энергия обменного взаимодействия уменьшаются. С другой стороны, внутренняя энергия пара- и ферромагнетиков увеличивается с увеличением Т. Поэтому на основании Ле

Шателье — Брауна принципа при намагничивании должно происходить нагревание пара- и ферромагнетиков. Для ферромагнетиков этот эффект максимален вблизи точки Кюри, для парамагнетиков М. э. растет с понижением температуры. При адиабатическом уменьшении поля происходит частичное или полное (при выключении поля) разрушение упорядоченной ориентации моментов за счёт внутренней энергии, к охлаждению магнетика (См. Магнитное охлаждение ).

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971.

С. В. Вонсовский.

Магнетон

Магнето'н, единица измерения магнитного момента , принятая в атомной и ядерной физике.

Магнитный момент атомных систем в основном обусловлен движением электронов и их спином и измеряется в магнетонах Бора:

 эрг/гс (1)

Здесь

 — Планка постоянная , е и m — абсолютные величина заряда и масса электрона, с — скорость света.

В ядерной физике магнитные моменты измеряются в ядерных магнетонах, отличающихся от m_Б заменой массы электрона m на массу протона М :

 эрг/гс (2)

Физический смысл величины m_Б легко понять из полуклассического рассмотрения движения электрона по круговой орбите радиуса r со скоростью v. Такая система аналогична витку с током, сила I которого равна заряду, деленному на период вращения: I = ev / 2pr . Согласно классической электродинамике, магнитный момент витка с током, охватывающего площадь S, равен в системе Гаусса (см. СГС система единиц ) m = IS/c = evr / 2c , или m = eM_l / 2mc , где M_l = mvr — орбитальный момент количества движения электрона. Если учесть, что по квантовым законам орбитальный момент M_l электрона может принимать лишь дискретные значения, кратные постоянной Планка, M_l = l

, где l = 0, 1, 2,..., то получится следующее выражение:

(3)

Таким образом, магнитный момент электрона, находящегося в состоянии с орбитальным моментом M_l , кратен М. Бора. Следовательно, в данном случае m_Б играет роль элементарного магнитного момента — «кванта» магнитного момента электрона.

Помимо орбитального момента количества движения M_l , обусловленного вращением, электрон обладает собственным механическим моментом — спином, равным s = ¹ /₂ (в единицах

). Спиновый магнитный момент m_s = 2m_Бs , то есть в 2 раза больше величины, которую следовало ожидать на основании формулы (3), но так как s = ¹ /₂ , то m_s электрона также равен М. Бора: m_s = m_Б . Этот факт непосредственно вытекает из релятивистской квантовой теории электрона, в основе которой лежит Дирака уравнение .

Ядерный М. имеет аналогичный смысл: это магнитный момент, создаваемый движением протона (внутри ядра) с орбитальным моментом l = 1. Однако собственные магнитные моменты ядерных частиц — протона и нейтрона, обладающих, как и электрон, спином ¹ /₂ , значительно отличаются от тех значений, которые они должны были бы иметь по теории Дирака. Аномальные магнитные моменты этих частиц обусловлены их сильным взаимодействием .

Д. В. Гольцов.

Магнетосопротивление

Магнетосопротивле'ние, магниторезистивный эффект, изменение электрического сопротивления твёрдого проводника под действием внешнего магнитного поля. Различают поперечное М., при котором электрический ток течёт перпендикулярно магнитному полю, и продольное М. (ток параллелен магнитному полю). Причина М. — искривление траекторий носителей тока в магнитном поле. У полупроводников относительное изменение сопротивления Dr/r в 100 — 10 000 раз больше, чем у металлов , и может достигать сотен %. М. относится к группе гальваномагнитных явлений . М. используется для исследования электронного энергетического спектра и механизма рассеяния носителей тока кристаллической решёткой, а также для измерения магнитных полей.