Pärast seda, kui Ampere arvas, et "magnetlaenguid" ei eksisteeri ja et kehade magnetiseerumist seletatakse molekulaarsete ringvooludega (§§ 57 ja 61), möödus peaaegu sada aastat, kui lõpuks see oletus otseste katsetega täielikult veenvalt tõestati. Magnetismi olemuse küsimus lahendati katsetega nn magnetomehaaniliste nähtuste valdkonnas. Nende katsete läbiviimise ja arvutamise meetodid töötati välja Rutherfordi 1911. aastal ja Bohri 1913. aastal välja töötatud ideede põhjal aatomite struktuuri kohta (mõned kontseptsioonilt sarnased katsed viidi siiski läbi varem, eelkõige Maxwell, kuid edutult ).
Kui Rutherford uuris radioaktiivsuse nähtusi, leiti, et aatomites olevad elektronid pöörlevad suletud orbiitidel ümber positiivselt laetud aatomituuma; Bohr näitas kell teoreetiline analüüs spektrid, et ainult osa neist orbiitidest on stabiilsed; lõpuks avastati selle järel (1925. aastal ka spektrite analüüsi põhjal) elektronide pöörlemine ümber oma telje, justkui analoogselt Maa igapäevase pöörlemisega; nende andmete kombineerimine viis selge arusaamiseni ampri ringvoolude olemusest. Selgus, et ainete magnetismi peamised elemendid on: kas elektronide pöörlemine ümber tuuma või elektronide pöörlemine ümber oma telje või mõlemad pöörlemised üheaegselt.
Kui lavastati 1914.–1915. Esimesed edukad magnetmehhaanilised katsed, mida selgitatakse allpool, eeldasid algselt, et ainete magnetilised omadused on täielikult määratud elektronide orbitaalliikumisega tuumade ümber. Kuid kvantitatiivsed tulemused Eelpool mainitud katsed näitasid, et ferromagnetiliste ja paramagnetiliste ainete omadusi ei määra mitte elektronide liikumine orbiitidel, vaid elektronide pöörlemine ümber oma telje.
Et mõista magnetmehhaaniliste katsete eesmärki ja õigesti hinnata järeldusi, milleni need katsed viisid, on vaja arvutada elektroni liikumisel tekkiva ringvoolu magnetmomendi ja elektroni mehaanilise nurkmomendi suhe.
Mis tahes voolu suurus, nagu on teada, määratakse ajaühikus ristlõike läbiva elektrienergia kogusega; On ilmne, et elektroni orbiidi pöörlemisega ekvivalentse voolu suurus on võrdne elektroni laengu ja ajaühikus pöörete arvu korrutisega, kus on elektroni kiirus ja orbiidi raadius. Näidatud toode väljendab samaväärse voolu väärtust ühikutes elektrostaatilised üksused Oh. Voolutugevuse saamiseks elektromagnetilistes ühikutes tuleb näidatud korrutis jagada valguse kiirusega (lk 296); Seega
Ringvool tekitab samasuguse magnetvälja nagu magnetleht hetkega võrdne tootega vool selle ümber voolavale alale [valem (17)]:
Seega näeme, et elektroni liikumine ümber tuuma annab aatomile magnetmomendi, mis on võrdne
Selle magnetmomendi võrdlemine elektroni mehaanilise nurkmomendiga:
leiame, et magnetmomendi ja mehaanilise impulsi suhe ei sõltu ei elektroni kiirusest ega orbiidi raadiusest
Tõepoolest, täielikum teooria näitab, et võrrand (33) kehtib mitte ainult ringikujuliste orbiitide, vaid ka elektroni elliptiliste orbiitide puhul.
Elektroni pöörlemine ümber oma telje annab elektronile endale teatud magnetmomendi. Elektroni pöörlemist ümber oma telje nimetatakse spinniks (ingliskeelsest sõnast "spin", mis tähendab pöörlemist ümber telje). Kui eeldame, et elektron on sfäärilise kujuga ja elektroni laeng jaotub ühtlase tihedusega üle sfäärilise pinna, siis arvutused näitavad, et elektroni spinni-magnetmomendi ja elektroni ümber pöörlemise mehaanilise impulsi suhe. selle telg on kaks korda suurem kui orbiidi liikumise sarnane suhe:
Ülaltoodud kaalutlused magnetmomendi ja pöörlemismomendi proportsionaalsuse kohta näitavad, et teatud tingimustel võivad magnetnähtused olla seotud güroskoopiliste efektidega. Maxwell püüdis eksperimentaalselt avastada seda seost magnetnähtuste ja güroskoopiliste efektide vahel, kuid ainult Einsteini ja de Haasi (1915), A.F. Ioffe'i ja P.L. Kapitsa (1917) ning Barnet'i (1914 ja 1922) jaoks oli see esimest korda võimalik. edukate katsete läbiviimiseks. Einstein ja de Haas tegid kindlaks, et solenoidis südamikuna riputatud raudvarras omandab solenoidi läbiva vooluga magnetiseerides pöörlemisimpulsi (joonis 256). Märgatava efekti saavutamiseks kasutasid Einstein ja de Haas ära resonantsi fenomeni, viies läbi perioodilise magnetiseerimise ümberpööramise. vahelduvvoolu sagedusega, mis langeb kokku varda loomulike väändevõngete sagedusega.
Riis. 256. Einsteini ja de Haasi eksperimendi skeem, a - peegel, O - valgusallikas.
Einsteini ja de Haasi efekti selgitatakse järgmiselt. Magnetiseerimisel on elementaarmagnetite teljed - "elektronide tipud" - orienteeritud magnetvälja suunas; “elektrooniliste tippude” pöörlemisimpulsside geomeetriline summa erineb nullist ja kuna katse alguses oli raudvarda pöörlemisimpulss (mida loetakse kui mehaaniline süsteem aatomid) oli võrdne nulliga, siis vastavalt pöörlemismomendi jäävuse seadusele
(I kd, § 38) magnetiseerimise tõttu peab varras tervikuna omandama pöörlemisimpulsi, mis on suurusjärgus võrdne, kuid vastupidise suunaga “elektrooniliste tippude” pöörlemisimpulsside geomeetrilisele summale.
Barnet tegi Einsteini ja de Haasi vastupidise katse, nimelt põhjustas Barnet raudvarda magnetiseerumise, põhjustades selle kiire pöörlemise; magnetiseerumine toimus pöörlemistelje vastassuunas. Nii nagu Maa igapäevase pöörlemise tõttu võtab gürokompassi telg maa teljega paralleelse asendi (I kd, § 38), nii on Barneti katses ka “elektrooniliste tippude” teljed. võtke raudvarda pöörlemisteljega paralleelne asend (kuna elektronlaeng on negatiivne, on magnetiseerimise suund varda pöörlemisteljega vastupidine).
A.F.Ioffe'i ja P.L.Kapitsa (1917) katsetes kuumutati niidile riputatud magnetiseeritud raudvarras kiiresti Curie punkti kohal. Sel juhul kadus "elementaarsete tippude", mille teljed olid magnetiseerimise tõttu orienteeritud piki välja paralleelselt varda teljega, järjestatud paigutus ja see asendati telgede suuna kaootilise jaotusega, nii et “elementaartippude” kogumagnetilised ja mehaanilised momendid osutusid nullilähedaseks (joon. 257). Tänu nurkimpulsi jäävuse seadusele omandas raudvarras demagnetiseerimisel pöördemomendi.
Riis. 257. Ioffe-Kapitsa eksperimendi ideed selgitav diagramm. a - raudvarras on magnetiseeritud; b - varras demagnetiseeritakse kuumutamisel Curie punktist kõrgemale.
Magnetmomendi ja pöörlemismomendi mõõtmised Einsteini ja de Haasi katsetes, Barneti katsetes ning Ioffe ja Kapitza katsetes, mida paljud teadlased korduvalt kordasid, näitasid, et nende suuruste suhe määratakse valemiga. (34), mitte valemi (33) järgi. See näitab, et raua (ja üldiselt ferromagnetiliste kehade) magnetismi põhielement on elektronide spin-aksiaalne pöörlemine, mitte elektronide orbitaalne liikumine aatomite positiivsete tuumade ümber.
Kuid elektronide orbitaalne liikumine mõjutab ka ainete magnetilisi omadusi: aatomite, ioonide ja molekulide magnetmoment on spinni ja orbitaalmomentide geomeetriline summa (aatomite ehitus on aga selline, et spinnimomendid mängivad jällegi määravat rolli). rolli selles summas).
Kui osakese kogumagnetmoment on null, osutub aine diamagnetiliseks. Formaalselt iseloomustab diamagnetilisi aineid magnetiline läbilaskvus, mis on väiksem kui üks; seetõttu tähendab negatiivne magnetiline vastuvõtlikkus seda, et diamagnetilised ained magnetiseeritakse magnetiseeriva välja tugevusele vastupidises suunas.
Elektroniteooria selgitab diamagnetismi magnetvälja mõjuga elektronide orbitaalsele liikumisele tuumade ümber. See elektroni liikumine, nagu juba selgitatud, võrdub vooluga. Kui magnetväli hakkab aatomile mõjuma ja selle intensiivsus tõuseb nullist teatud väärtuseni, "indutseeritakse lisavool", mis Lenzi seaduse (§ 71) kohaselt on sellise suunaga, et magnetmoment, mis tekib see "lisavool" on alati suunatud vastupidiselt sellele, mis suurenes nullist välja. Kui magnetiseeriv väli on orbiidi tasandiga risti, siis see lihtsalt muudab elektroni kiirust oma orbiidil ja see muutunud kiiruse väärtus säilib seni, kuni aatom on magnetväljas; kui väli ei ole orbiidi tasapinnaga risti, siis tekib orbiidi telje pretsessionaalne liikumine ümber välja suuna ja tehakse kindlaks (sarnaselt tipu telje pretsessiooniga ümber tipu tugipunkti läbiva vertikaali) (I kd, § 38).
Arvutused annavad diamagnetiliste ainete magnetilise vastuvõtlikkuse järgmise valemi:
siin on elektroni laeng ja mass, elektronide arv aatomis, aatomite arv aine ruumalaühiku kohta, elektronide orbiitide keskmine raadius.
Seega on diamagnetiline efekt kõigi ainete ühine omadus; see efekt on aga väike ja seetõttu saab seda jälgida vaid siis, kui sellele vastanduvat tugevat paramagnetilist efekti ei ole.
Paramagnetismi teooria töötas välja Langevin 1905. aastal ja arendas selle põhjal välja kaasaegsed ideed Fleck, Stoner jt (1927. aastal ja järgnevatel aastatel). Olenevalt aatomi struktuurist võivad üksikute aatomisiseste elektronide tekitatud magnetmomendid kas üksteist tühistada, nii et aatom tervikuna osutub mittemagnetiliseks (sellistel ainetel on diamagnetilised omadused) või sellest tulenevad. aatomi magnetmoment osutub nullist erinevaks. Viimasel juhul, nagu näitab kvantmehaanika, väljendatakse aatomi (täpsemalt selle elektronkihi) magnetmomenti loomulikul teel (III kd, §§ 59, 67-70) omamoodi “magnetismi aatomi” kaudu. kvantida
Mehaanikas on see "magnetismi aatom" magnetmoment, mis tekib elektroni pöörlemisel ümber tuuma - Bohri magnetoni, mis on võrdne
(siin on elektroni laeng, Plancki konstant, с - valguse kiirus, elektroni mass).
Igal elektronil on täpselt sama magnetmoment, olenemata selle liikumisest ümber tuuma, kuid selle struktuuri tõttu või, nagu tavaliselt öeldakse, selle pöörlemise tõttu ümber telje. Spinni magnetmoment on võrdne Bohri magnetoniga, spinni mehaaniline moment [vastavalt valemitele (33) ja (34)] on võrdne poolega orbitaalmoment elektron.
Mõned aatomi tuumad neil on ka magnetmomendid, kuid need on tuhandeid kordi väiksemad kui omased magnetmomendid elektronkestad aatomid § 115). Tuumamagnetoni kaudu väljendatakse tuumade magnetmomente, mille väärtus määratakse sama valemiga kui Bohri magnetoni väärtus, kui selles valemis asendada elektroni mass prootoni massiga.
Langevini teooria kohaselt orienteeruvad paramagnetilise aine magnetiseerimisel molekulid nende magnetmomentide järgi selles suunas. elektriliinid väljad, vaid molekulaarne termiline
liikumine ühel või teisel määral häirib seda orientatsiooni. Paramagnetilise aine magnetiseerimise molekulaarpilt on sarnane dielektriku polarisatsiooniga (§ 22), kui muidugi kujutame ette, et kõvad elektridipoolid on asendatud elementaarmagnetitega ja elektriväli magnetväljaga. Elementaarmagnetite orientatsiooni astet magnetiseeriva välja suunas saab hinnata magnetmomendi keskmise projektsiooni väärtuse järgi välja suunale (arvutatud molekuli kohta). Elementaarmagnetite telgede juhusliku paigutusega, kui kõik elementaarmagnetid on orienteeritud välja suunas,
Langevin näitas, et hommikul sisemise magnetvälja temperatuuri ja intensiivsuse juures, sarnaselt § 22 valemiga, väljendatakse suhet järgmise funktsiooniga:
Väikeste väärtuste puhul, nagu juba paragrahvis 22 mainitud, võtab ülaltoodud Langevini funktsioon (36) väärtuse y, seega antud juhul
Ilmselt on magnetiseerimine võrdne väärtuse ja molekulide arvu korrutisega ruumalaühiku kohta:
Seega on aine konstantse tiheduse juures magnetiseerumine pöördvõrdeline absoluutse temperatuuriga. Selle fakti tegi empiiriliselt kindlaks Curie 1895. aastal.
Enamiku paramagnetiliste ainete puhul on see ühtsusega võrreldes väike, seetõttu võib valemis asendamisel ja läbi asendamisel väärtuse ühtsusega võrreldes tähelepanuta jätta; siis saame:
kus tähistab spetsiifilist magnetilist vastuvõtlikkust (st vastuvõtlikkust massiühiku kohta). Seda valemit nimetatakse Curie seaduseks. Paljude paramagnetite puhul on Curie seaduse järgmine, keerulisem vorm [valem (31)] täpsem:
Mõne paramagnetilise aine väärtus on positiivne, teiste jaoks negatiivne.
Magnetiseerimisel tõmmatakse magneti poolustevahelisse ruumi paramagnetiline aine. Seetõttu võib magnetiseerimisel paramagnetiline aine tekitada tööd, samas kui töö tuleb kulutada demagnetiseerimisele. Sellega seoses, nagu Debye teoreetiliselt ennustas, peaksid paramagnetilised ained kiire adiabaatilise demagnetiseerimise ajal veidi jahtuma (eriti väga madalate temperatuuride piirkonnas, kus paramagnetilise materjali magnetiline vastuvõtlikkus suureneb temperatuuri langedes oluliselt). Alates 1933. aastast paljudes laborites tehtud katsed kinnitasid teooria järeldusi ja olid aluseks kehade sügavjahutuse magnetmeetodi väljatöötamisele. Paramagnetiline aine jahutatakse tavapärastel meetoditel magnetväljas vedela heeliumi temperatuurini, misjärel eemaldatakse aine kiiresti magnetväljast, mis põhjustab selles aines veelgi suurema temperatuuri languse. Selle meetodi abil saadakse temperatuure, mis erinevad absoluutsest nullist tuhandekraadi võrra.
Ferromagnetiliste ainete iseloomulik tunnus on see, et suhteliselt nõrkades väljades magnetiseeritakse need peaaegu täieliku küllastumiseni. Seetõttu on ferromagnetites mõned jõud, mis mõjust üle saavad termiline liikumine, aitavad kaasa elementaarsete magnetmomentide korrastatud orientatsioonile. Oletuse ferromagnetite magnetiseerumist soodustava sisemise jõudude välja olemasolu kohta väljendas esmakordselt 1892. aastal vene teadlane B. L. Rosing ja 1907. aastal põhjendas seda P. Weiss.
Ferromagnetilistes ainetes on elementaarmagnetid ümber oma telje pöörlevad elektronid – spinnid. Weissi ideede väljatöötamisel eeldatakse, et spinnid paiknevad sõlmedes kristallvõre ja omavahel suheldes loovad nad sisevälja, mis ferromagnetilise kristalli eraldi väikestes piirkondades (neid alasid nimetatakse domeenideks) pöörab kõik spinnid ühes suunas, nii et iga selline piirkond (domeen) osutub spontaanseks (spontaanseks). ) magnetiseeritud küllastuseni. Kuid välise magnetvälja puudumisel on kristalli külgnevatel aladel erinevad suunad
magnetiseerimine. Arvutused näitavad, et näiteks rauakristallides võib "iseeneslik" magnetiseerumine toimuda kuupkristalli raku mis tahes serva suunas.
Nõrk väline magnetväli paneb kõik spinnid domeenis pöörlema selle kuupelemendi serva suunas, mis moodustab magnetiseeriva välja suunaga väikseima nurga.
Riis. 258. Spinnide orientatsioon domeenides ferromagneti magnetiseerimisel.
Rohkem tugev väli põhjustab uue spinnide pöörlemise välja suunale lähemale. Magnetiline küllastus saavutatakse, kui kõigi spontaanselt magnetiseeritud mikrokristalliliste alade magnetmomendid on orienteeritud välja suunas. Magnetiseerides ei pöörle mitte domeenid, vaid kõik nendes olevad spinnid; kõik seljad ükskõik millises mikrokristallilises pöörlemises korraga, nagu sõdurid formatsioonis; see keerutuste pöörlemine toimub kõigepealt mõnes valdkonnas, seejärel teistes. Seega toimub ferromagnetilise aine magnetiseerimise protsess astmeliselt (joonis 258).
Katseliselt avastas astmelise magnetiseerimise esmakordselt Barkhausen (1919). Lihtsaim kogemus Selle nähtuse demonstreerimiseks sobiv meetod on järgmine: telefoniga ühendatud mähisesse sisestatud raudvarras magnetiseeritakse järk-järgult, keerates aeglaselt mähise kohal riputatud hobuserauamagnetit (joonis 259); Samal ajal kostub telefonist iseloomulik kahisev heli, mis magnetvälja piisavalt aeglasel muutmisel (sajandiku oersted sekundis) laguneb eraldi löökideks.
Riis. 259. Barkhauseni eksperiment.
Selgus, et Barkhauseni efekt on erakordselt tugev õhukese nikkeltraadi magnetiseerimisel, mis eelnevalt läbi ploki tõmmates lokki keerati ja seejärel kapillaari sisestati, mis seda sunniviisiliselt sirgendatud olekus hoiab. Magnetiseerimise katkendlikkus mõjutab magnetiseerimisdiagrammi pisikeste astmeliste sammudena (joonis 260).
Spontaanse magnetiseerumise alad – domeenid – avastas ja uuris eksperimentaalselt N. S. Akulov, kes kasutas selleks enda välja töötatud pulbermagnetvigade tuvastamise meetodit. Kuna domeenid sarnanevad väikeste magnetitega, ei ole väli nendevahelisel piiril ühtlane.
Riis. 260. Magnetiseerimiskõverate astmeline olemus. Ringidega tähistatud alad on näidatud suurendatud skaalal.
Domeenide piirjoonte paljastamiseks asetatakse demagnetiseeritud ferromagnetilise aine proov mikroskoobi alla ja proovi pind kaetakse vedelikuga, mis sisaldab selles hõljuvat kõige peenemat rauatolmu. Domeenide piiride lähedale kogunev rauatolm märgistab selgelt nende kontuurid (joonis 261),
Riis. 261. Domeenid puhtas rauas (a), räni rauas (b) ja koobaltis (c).
Eelpool selgitatud ferromagnetiliste omaduste päritolu pildil jäi mõnda aega ebaselgeks üks oluline osa, nimelt domeenide sees spinnide järjestatud orientatsiooni põhjustava sisevälja moodustavate jõudude olemus. 1927. aastal viis Nõukogude füüsik Ya. G. Dorfman läbi katse, mis näitas, et ferromagnetite siseväljajõud ei ole
on magnetilise vastasmõju jõud, kuid neil on erinev päritolu. Olles esile tõstnud kitsas kakuke kiiresti liikuvate elektronide voost (radioaktiivsete ainete poolt kiiratavad "beetakiired") sundis Dorfman need elektronid läbima õhukese ferromagnetilise niklikile; Nikkelkile taha asetati fotoplaat, mis võimaldas pärast väljatöötamist määrata, kus elektronid sellega kohtuvad, nii et oli võimalik suure täpsusega mõõta elektronide kõrvalekalde nurka magnetiseeritud kile läbimisel. nikkelkile (joonis 262). Arvutused näitavad, et kui ferromagneti siseväli oleks tavalise magnetilise interaktsiooni iseloomuga, siis elektronkiire jälg nihkuks fotoplaadil Dorfmani installatsioonis ligi 2 cm; tegelikkuses osutus nihe tühiseks.
Riis. 262. Dorfmani katse ideed selgitav diagramm.
Teoreetiline uurimus prof. Frenkel (1928) ja hiljem Bloch, Stoner ja Slater näitasid, et spinnide järjestatud orientatsiooni domeenides põhjustab eriline liik jõud, mille olemasolu paljastas kvantmehaanika ja mis avalduvad aatomite keemilise vastasmõju käigus (a. kovalentne side; I kd, § 130). Need jõud vastavalt aktsepteeritud tavale kvantmehaanika Nende arvutamise ja tõlgendamise viisi nimetatakse vahetusjõududeks. Arvutused on näidanud, et raua aatomite vahelise vahetusinteraktsiooni energia üksikkristallis on sadu kordi suurem kui magnetilise vastastikmõju energia. See on kooskõlas Ya. G. Dorfmani ülalmainitud katsetes tehtud mõõtmistega.
Siiski praktiliselt kõige rohkem olulised omadused Ferromagneteid ei määra mitte niivõrd vahetus, vaid peamiselt magnetiline vastastikmõju. Fakt on see, et kuigi "iseenesliku" magnetiseerumisega piirkondade (domeenide) olemasolu ferromagnetites põhjustavad vahetusjõud (spinnide järjestatud orientatsioon vastab vahetuse interaktsiooni minimaalsele energiale, st on kõige stabiilsem), on domineeriv domeenide magnetiseerumise suunad määrab kristallvõre sümmeetria ja need vastavad magnetilise interaktsiooni minimaalsele energiale. Ja tehnilise magnetiseerimise protsess, nagu eespool selgitatud (joonis 258), seisneb kõigi üksikute domeenide sees olevate spinnide ümberpööramises, kõigepealt lihtsa magnetiseerimise kristallograafilise telje suunas, mis moodustab välja suunaga väikseima nurga, ja siis spinnide pööramisel põllu suunas. Sellise keerutuste astmelise ümberpööramise läbiviimiseks vajalik energiakulu omakorda kokku
domeenid ja nende pöörlemine piki välja, aga ka hulk koguseid, mis sõltuvad kindlaksmääratud energiakuludest (väärtused, mis määravad magnetiseerimise, magnetostriktsiooni ja muud nähtused), on kõige edukamalt arvutatud N. S. Akulovi (alates 1928. aastast) välja töötatud meetoditega. ja E E. Kondorsky (alates 1937).
Riis. 263. Raua monokristalli teoreetiliste magnetiseerimiskõverate võrdlus eksperimentaalsete andmetega (need on näidatud ringidena).
Jooniselt fig. 263, mille ühe näitena esitame, on näha, et N. S. Akulovi võrranditest saadud teoreetilised kõverad on katseandmetega hästi kooskõlas; parempoolne diagramm kujutab rauast monokristalli magnetiseerumist kuupvõre ruumilise diagonaali suunas, vasakpoolne diagramm kujutab sama kuubi esikülje diagonaali suunas,
Üks peamisi takistusi terviklikuma ja järjekindlama elektrinähtuste teooria väljatöötamisel on olnud staatilise elektri ja elektrivoolu sarnasustele omistatud liialdatud tähtsus. Selline lähenemine tekitas eksliku veendumuse, et mõlemat tüüpi nähtused hõlmavad ainult ühte olemit – elektrilaengut. Sama tüüpi viga, ainult täielikumalt ja kategoorilisemalt, on ilmnenud praeguses magnetismikäsituses. Nõudes, et elektrostaatilised ja elektrilised nähtused on lihtsalt ühe ja sama asja kaks aspekti, tunnistab kaasaegne teaduslik arvamus, et nende vahel on piisavalt erinevusi, et õigustada eraldi elektrostaatika kategooriat staatiliste nähtuste teoreetilistes aspektides. Isegi kui magnetostaatikat (vastavat magnetismi haru) mainitakse kõigis kaasaegsetes füüsikatekstides, heidetakse see tavaliselt kõrvale kui "vana lähenemine", mis on nüüdseks moest väljas. Rangelt staatilisi mõisteid, nagu magnetpoolused, tutvustatakse enamasti vabandustega.
Üksikute füüsiliste uurimisvaldkondade killustumine üha uuteks alajaotusteks on olnud teadustegevuse iseloomulikuks jooneks läbi selle ajaloo. Magnetostaatika olukorras on meil vastupidine protsess, juhtum, kus suur füüsikaharu suri kannibalismi tõttu. Magnetostaatika neelas seotud, kuid täiesti erinev nähtus - elektromagnetism. Nendel kahel magnetnähtuse tüübil on palju sarnasusi, nagu ka kahel elektritüübil. Põhimõtteliselt määravad suurused, milles magnetostaatilisust väljendatakse, peamiselt elektromagnetilised suhted. Kuid see ei õigusta praegust arvamust, et protsessis osaleb ainult üks üksus. Traditsioonilise füüsika poolt sageli magnetnähtustele omistatud allutatud staatust illustreerib järgmine C. W. Fordi kommentaar:
“Teoreetiliste füüsikute sõnul on magnetism meie maailmas lihtsalt elektri kõrvalsaadus; see eksisteerib ainult elektriliselt laetud osakeste liikumise tulemusena.
See väide tähendab, et tehtud eeldused on kindlaks tehtud mõistlik ja vastupidav. Kuid tegelikult põhineb oletus, et magnetism eksisteerib ainult laetud osakeste liikumise tulemusena, täiesti ebaolulistel eeldustel. Tegelikku olukorda kirjeldab täpsemalt järgmine tsitaat ühest füüsikaõpikust:
"Ainult viimase kolmekümne aasta jooksul on loodud mudeleid, mis ühendavad kaks magnetismi allikat (magnetid ja magnetostaatika). Ka tänapäeval pole mudelid kaugeltki täiuslikud, kuid vähemalt on nad inimesi veennud, et magnetväljadel on ainult üks allikas: kõik magnetväljad tekivad liikuvatest elektrilaengutest.
Sisuliselt näitab see lõik, et praktikas pole idee nii hästi välja töötatud, kuid sellegipoolest hääletab enamus selle poolt. Väljapaistev Ameerika astronoom J. N. Buckell juhtis tähelepanu sellele "Tihti tekitame tõsiseid teaduslikke probleeme pigem kära kui vaatlusega". Kriitikavaba aktsepteerimine “kaugel täiuslikkusest” magnetismi mudelid on sellise ebateadusliku praktika vääriline näide.
Praeguse olukorra kummaline omadus on see, et olles jõudnud järeldusele, et magnetism on lihtsalt elektri kaasprodukt, on füüsikute üheks tegevuseks liikuva elektrilaengu magnetilise analoogi – elektroni – otsimine. Jällegi, kui tsiteerida C. W. Fordi:
«Elektriosake loob elektrivälja. Kui see liigub, tekitab see sekundaarse efektina magnetvälja. Sümmeetria eesmärgil peavad olema magnetvälju tekitavad magnetosakesed, mille liikumine tekitab elektrivälju samamoodi nagu liikuvad elektriosakesed tekitavad magnetvälju.
Autor tunnistab seda "Ja tänapäevani ajab magnetiline monopool kõiki uurijaid segadusse. Katsetajatel ei õnnestunud osakese märke tuvastada. Seda tahtmist jätkatakse innuga, mis kutsub esile selliseid alatuid kommentaare nagu:
"On üllatav, et eksperimentaalsete tõendite puudumine magnetiliste monopoolide olemasolu kohta ei vähenda otsijate innukust."
Fordi mõte on järgmine: "Monopoolosakeste olemasolu ilmselge puudumine viib kaasaegsed füüsikud paradoksini; nad ei saa alla anda enne, kui nad leiavad seletuse.". Kuid ta pakub (tahtmata) ka vastuse paradoksile, millega ta monopoolsituatsiooni arutelu lõpetab:
"Füüsikud on mures sümmeetria väljakutse ja kõigi teadaolevate seaduste pärast - magnetosakest pole veel loodud ega avastatud."
Iga kord, kui vaadeldud faktid "küllitavad teadaolevaid seadusi" ja praegust arusaama sellest, kuidas sümmeetriasuhted on seotud mis tahes konkreetse olukorraga, võib kindlalt väita, et praegune arusaam sümmeetriast ja vähemalt mõnest "tuntud seadusest" on vale. IN sel juhul iga kriitiline lähenemine osutab kiiresti mitte ainult sellele, et mitmed eeldused, mille põhjal magnetiliste monopoolide olemasolu järeldatakse, on tuletatud puhastest eeldustest ilma faktilise toetuseta, vaid ka sellele, et nende kahe põhieelduse vahel on teatav vastuolu.
Nagu Ford selgitas, on magnetiline monopool, mida füüsikud nii innukalt otsivad, osake, mis „loob magnetvälju; see tähendab magnetlaeng. Kui selline osake oleks olemas, avaldaks see loomulikult oma laengu tõttu magnetilisi mõjusid. Kuid see on otseselt vastuolus eeldusega, et magnetism on "elektri kõrvalsaadus". Füüsikud ei saa istuda korraga kahel toolil. Kui magnetism on elektri (st elektrilaengute) kõrvalsaadus, siis seda ei saa olla magnetlaeng(magnetmõjude allikas), sarnane elektrilaenguga – elektriliste mõjude allikas. Teisest küljest, kui eksisteeriks magnetlaenguga osake (magnetmonopool), siis põhiteooria Magnetism, mis omistab kõik magnetilised mõjud elektrile, on vale.
Liikumisuniversumi teoreetilise arengu sätete põhjal on ilmne, et puuduv informatsioon on arusaam magnetismi füüsikalisest olemusest. Kuni magnetismi peetakse elektri kõrvalsaaduseks ja elektrit peetakse selleks see omadus olemus, mida ei saa seletada, ei juhi miski teooriat õiges suunas. Kuid niipea, kui saadakse aru, et magnetlaengute tõttu tekivad magnetostaatilised nähtused ja selline laeng on teatud tüüpi liikumine (rotatsioonivibratsioon), selgub olukord peaaegu automaatselt. Muidugi on magnetlaenguid olemas. Nii nagu on elektrilaenguid, mis on ühemõõtmelised pöörlemisvõnked, mis toimivad ühemõõtmelistele pöörlemistele vastupidiselt, on ka magnetlaenguid, mis on kahemõõtmelised pöörlemisvõnked, mis toimivad vastupidiselt kahemõõtmelistele pöörlemistele. Seda laadi laengutest tulenevaid nähtusi nimetatakse magnetostaatikaks. Elektromagnetism on veel üks kahemõõtmeline nähtus, mis hõlmab pigem pideva liikumise kui vibratsiooniline olemus.
Kahemõõtmelisus on magnetiliste suhete mõistmise võti. Magnetismi põhiomaduste mitteteadmine on üks peamisi segaduse põhjuseid, mis esineb paljudes magnetiteooria valdkondades. Magnetlaengu ja elektromagnetismi kaks mõõdet on loomulikult skalaarmõõtmed. Komponentide liikumist teises dimensioonis ei saa otseselt kujutada traditsioonilises ruumilises võrdlusraamis, kuid neil on jälgitavad kaudsed mõjud, eriti efektiivsetele suurustele. Segadusse aitab oluliselt kaasa teadlikkuse puudumine elektrostaatiliste ja magnetostaatiliste liikumiste vibratsioonilisest olemusest, mis eristab neid järsult elektrivoolu ja elektromagnetismiga seotud pidevatest liikumistest. Magnetostaatika sarnaneb elektromagnetismiga selle poolest, et määravaks teguriks on mõõtmiste jada. See sarnaneb elektrostaatikaga selle poolest, et määravaks teguriks on liikumise vibratsiooniline iseloom.
Meie avastused näitavad, et magnetiliste monopoolide puudumine ei ole "sümmeetria väljakutse". Sümmeetria on olemas, kuid selle mõistmiseks on vaja elektri ja magnetismi olemust paremini mõista. Elektrilistes ja magnetilistes suhetes on sümmeetria ning mõnes mõttes on Ford ja tema kolleegid seda tüüpi sümmeetriat ette kujutanud. Üks magnetvälja liik tõesti luuakse samamoodi nagu elektriväli, nagu Ford hüpoteesi tagamaid selgitades soovitab magnetiline monopool. Kuid elektrivälja ei loo " elektriline osake”; See teatud tüüpi liikumine – pöörlemise vibratsioon. Magnetväli tekib sarnase pöörlemisvibratsiooniga. Magnetväli tekitab elektrivoolu, osakese (laetud elektroni) translatsioonilise liikumise juhis. Magnetvälja edasiliikumine tekitab juhis samamoodi elektrivoolu. Jällegi on sümmeetria olemas, kuid mitte selline sümmeetria, mida magnetilise monopooli puhul kutsutakse esile.
Magnetjõu võrrand, kahe magnetlaengu vahelise jõu avaldis, on identne Coulombi võrrandiga, välja arvatud koefitsient t/s, mille magnetlaengu sisestab liikumise teine skalaarmõõde. Traditsiooniline vorm võrrandid F = MM’/d². Nagu ka teistes primaarjõudude võrrandites, pole terminitel M' ja d² mõõtmeid. Liikumisuniversumis määratletud jõuvõrranditele kohaldatavate üldpõhimõtete alusel on magnetvõrrandis puuduv liige Coulombi võrrandis analoogne 1/s, 1/t. Siis on magnetvõrrandi aegruumi mõõtmed F = t²/s² x 1/t = t/s².
Nagu liikumine, mis moodustab elektrilaengu, ja samadel põhjustel, on ka magnetlaengu moodustaval liikumisel skalaarne väljapoole suunatud suund. Aga kuna materjalisektoris on magnetiline pöörlemine tingimata positiivne (ajaline nihe), siis on kõik stabiilsed magnetlaengud selles sektoris ruumis nihkega (negatiivne) ning negatiivsele* elektrilaengule vastavat iseseisvat magnetnähtust ei eksisteeri. Sel juhul puudub väljakujunenud kasutus, mis takistaks rotatsiooniterminoloogiaga kooskõlas oleva tähistuse kasutamist. Seetõttu nimetame magnetlaengut negatiivseteks laenguteks, selle asemel, et kasutada positiivset* tähistust, nagu elektrilaengu puhul.
Kuigi materiaalses keskkonnas ei esine positiivseid magnetlaenguid, välja arvatud välisjõudude mõjul hiljem käsitletavas olukorras, toob magnetlaengu kahemõõtmelisus kaasa orientatsioonimõjusid, mida elektrilistes nähtustes ei esine. Kõik ühemõõtmelised (elektri)laengud on sarnased; neil ei ole eristavaid tunnuseid, mille järgi saaks neid eri tüüpi klassidesse jagada. Kuid kahemõõtmeline (magnetiline) laeng koosneb pöörlemisvibratsioonist kaadri mõõtmes ja teisest skalaarmõõtmest, mis on esimesest sõltumatu ja seega geomeetrilises esituses sellega risti. Pöörlemine, millega on seotud teine pöörlemisvibratsioon, jagab aatomi kaheks pooleks, mida saab eraldi määratleda. Ühel pool eraldusjoont on vaadeldav pöörlemine päripäeva. Selle külje magnetlaengu skalaarsuund on päripäeva pöörlemisest väljapoole. Sarnane laeng vastasküljel on vastupäeva pöörlemisest väljapoole liikumine.
Magnetlaengu ühik kehtib ainult ühele kahest pöörlevast süsteemist. Järelikult omandab aatom kaks laengut, mis asuvad eelmises lõigus kirjeldatud positsioonidel ja on suunatud vastassuunas. Seetõttu on igal magnetilise või magnetiseeritud aine aatomil kaks poolust või magnetilise mõju keskpunkti. Maal on vastavalt magnetpooluste analooge, neid nimetatakse põhjapooluseks ja lõunapooluseks.
Poolused tähistavad skalaarseid võrdluspunkte. Põhjapoolusel asuva laengu moodustava pöörlemisvibratsiooni efektiivne suund on liikumine põhja võrdluspunktist väljapoole; praegune suund lõunapoolusele keskendunud laeng on liikumine lõunapoolsest võrdluspunktist väljapoole. Seetõttu järgib kahe magnetiliselt laetud aatomi vastastikmõju elektrilaengute vastastikmõju. Nagu on näidatud joonisel 22, liiguvad kaks põhjapoolust (joon a) põhja võrdluspunktidest väljapoole ja seega üksteisest väljapoole. Kaks lõunapoolust (joon c) liiguvad samuti üksteisest väljapoole. Kuid nagu on näidatud real b, liigub põhjapoolus, mis liigub põhja võrdluspunktist väljapoole, lõunapooluse poole, mis liigub lõuna võrdluspunktist väljapoole. Seega nagu poolused tõrjuvad ja erinevalt poolustest tõmbavad.
Selle põhjal, kui kaks magnetiliselt laetud aatomit lähenevad üksteisele, tõmbab ühe aatomi põhjapoolus teise aatomi lõunapooluse poole. Saadud struktuur on lineaarne kombinatsioon põhjapoolus, neutraalne kombinatsioon mõlemast poolusest ja lõunapoolusest. Kolmanda magnetiliselt laetud aatomi lisamine muudab lõunapooluse neutraalseks kombinatsiooniks, kuid jätab struktuuri uude otsa uue lõunapooluse. Sedalaadi lisandid võivad toimuda, mida piiravad ainult temperatuur ja muud hävitavad jõud. Sarnase aatomite noole, mille vastasotstes on põhja- ja lõunapoolus, saab luua magnetiseeritud aine aatomite sisestamisega kaheaatomilise kombinatsiooni magnetiliselt laetud aatomite vahele. Sellise struktuuri jagamine mis tahes punktis lõhub neutraalse kombinatsiooni ja jätab põhja- ja lõunapooluse iga segmendi otstesse. Järelikult, olenemata sellest, kui mitmeks osaks magnetiseeritud materjal jaguneb, on igal materjali fragmendil alati põhja- ja lõunapoolus.
Magnetjõudude suunalisuse tõttu on need varjestatud samamoodi nagu elektrilised jõud. Teisest küljest ei saa gravitatsioonijõudu mingil viisil varjestada ega muuta. Paljud vaatlejad pidasid seda viiteks, et gravitatsioonijõud peab olema täiesti erineva iseloomuga. Seda muljet süvendab raskus peavoolu füüsikateoorias gravitatsioonile sobiva koha leidmisel. Füüsika "üldteooria" või "ühtse teooria" konstrueerimise probleemiga tegelevate teoreetikute peamine eesmärk on leida oma teoreetilises struktuuris koht gravitatsioonile.
Nüüd näitab universumi liikumisteooria areng, et gravitatsioon, staatiline elekter ja magnetostaatika on samalaadsed nähtused. Need erinevad üksteisest ainult aktiivsete skalaarmõõtmete arvu poolest. Tänu ruumi ja aja sümmeetriale selles universumis on igal jõutüübil (liikumisel) vastassuunaline partner. Gravitatsioon pole erand, see toimub nii ajas kui ruumis. Järelikult läbib see positiivse ja negatiivse eristuse samamoodi nagu see, milles me leiame elektrilised jõud. Kuid universumi materiaalses sektoris toimub gravitatsiooni lõplik mõju alati ruumis, see tähendab, et puudub efektiivne negatiivne gravitatsioon. Kosmosesektoris toimub see alati ajas. Kuna gravitatsioon on kolmemõõtmeline, ei saa esineda sellist ruumilist diferentseerumist nagu magnetismis.
Elektromagnetiliste ja gravitatsiooniliste nähtuste tegeliku seose mõistmise puudumise tõttu ei suuda traditsiooniline füüsikateadus sõnastada mõlema valdkonna jaoks asjakohast teooriat. Tema lähenemine probleemile on eeldada, et elekter on fundamentaalne, ja ehitada selle põhjal füüsikateooria struktuur. Vaatluste ja mõõtmiste kooskõlla viimiseks elektripõhise teooriaga on vaja täiendavaid eeldusi. Seega anti gravitatsioonile seletamatu anomaalia staatus. See juhtus teooriate konstrueerimise viisi, mitte gravitatsiooni tunnuste tõttu. Kui lähenemisviisi muudetaks, ehitataks füüsikateooria eeldusele, et gravitatsioon on fundamentaalne ja "õppimata" punktid oleksid elekter ja magnetism. Ühtset teooriat, mida teadlased püüavad üles ehitada, saab luua ainult selliste arengute kaudu, nagu käesolevas artiklis esitatud. See toetub mõistmise kindlale alusele, kus igale kolmele põhinähusele on antud õige koht.
Peale skalaarsete mõõtmete arvu erinevuste mõju on magnetlaengu moodustava pöörlemisvibratsiooni omadused samad, mis elektrilaengu moodustava pöörleva vibratsiooni omadused. Siit saab sobivates materjalides esile kutsuda magnetlaenguid. Materjalid, milles indutseeritakse magnetlaenguid, käituvad nagu püsimagnetid. Põhimõtteliselt muutuvad mõned materjalid püsimagnetiteks, kui neis indutseeritakse magnetlaenguid. Kuid ainult suhteliselt väike arv elemente on võimelised olulisel määral magnetiseerima; see tähendab, et vara oleks tuntud kui ferromagnetism.
Traditsioonilistel magnetismiteooriatel pole elementide magnetiseerimise piiratust seletust. Loomulikult viitavad need teooriad sellele, et see peab olema aine üldine omadus. Eelnevalt mainitud eeldustele tuginedes on elektronid, mida traditsiooniline teooria peab aatomite koostisosadeks, miniatuursed elektromagnetid ja tekitavad magnetvälju. Enamasti eeldatakse, et aatomite magnetväljad on juhuslikult orienteeritud ja lõplikku magnetresultanti pole. «Samas on mitmeid elemente, mille aatomites erinevate elektronide tekitatud väljad üksteist täielikult ei tühista. Sellistel aatomitel on tulemuseks magnetväli. Mõnes materjalis ... aatomite magnetväljad reastuvad üksteisega.. Eeldatakse, et sellistel materjalidel on magnetilised omadused. Kuid miks need vähesed elemendid peaksid omandama omaduse, mida enamikul elementidel ei ole, pole täpsustatud.
Liikumise selgitamiseks universumi mõistes peame arvestama aatomi liikumise olemusega. Kui aatomi moodustavale kolmemõõtmelisele liikumiste kombinatsioonile lisada kahemõõtmeline positiivne pöörlev vibratsioon, muudab see liikumiste suurust. Tulemuseks pole mitte sama magnetlaenguga aatom, vaid erinevat tüüpi aatom. Eraldi üksusena saab magnetlaeng eksisteerida ainult aatomis, mis koosneb nii, et aatomi struktuuris on osa, mis on võimeline vibreerima kahemõõtmeliselt ja sõltumatult aatomi põhikehast. Kui me hoolime magnetilisest pöörlemisest, on nõue täidetud, kui pöörlemine on asümmeetriline; see tähendab ühes kahest magnetilised mõõtmised on n nihkeühikut ja teises on n + 1.
Selle põhjal on välistatud sümmeetrilised elemendid, millel on magnetpöörded 1-1, 2-2, 3-3 ja 4-4. Kuigi magnetlaengul ei ole kolmandat mõõdet, peaks elektriline pöörlemine, millega see on seotud aatomi kolmemõõtmelises liikumises, olema sõltumatu ülejäänud aatomiga seotud pöörlemisest. Seetõttu peab elektrilise pöörde eelpinge ületama 7, et üks täisüksus (7 nihkeühikut pluss esmase üksuse tase) saaks jääda magnetilise pöörlemise põhiosale, samas kui ülejääk omistatakse magnetilisele pöörlemisele. Lisaks peab elektriline nihe olema positiivne, kuna võrdlusraam ei suuda samaaegselt mahutada kahte erinevat negatiivset nihet (liikumist ajas). aatomi struktuur. Järelikult elimineeritakse elektronegatiivsed nihked täielikult. Kõikide välistuste mõju piirab magnetlaenguid väikese arvu elementidega.
Esimene element, mis suudab normaalses olekus magnetlaengut vastu võtta, on raud. See asend nr 1 on eriti soodne magnetiseerimiseks, mistõttu on raud endiselt elementidest kõige magnetilisem. Järgmised kaks elementi koobalt Ja nikkel, on samuti magnetilised, kuna nende elektriline nihe on tavaliselt positiivne. Eritingimustes suurendatakse kroomi (6) ja magneesiumi (7) nihkeid vastavalt 8-ni ja 9-ni ümberorienteerimise teel uue nullpunkti suhtes, mida selgitas D. Larsoni raamatu 1. köites. Siis on need elemendid võimelised vastu võtma ka magnetlaenguid.
Vastavalt varasemale selgitusele magnetlaengu vastuvõtmiseks vajalike aatomiomaduste kohta on ainsad muud magnetelemendid II divisjoni rühma 4A liikmed. Teoreetiline ootus langeb kokku vaatlusega, kuid nende elementide ja rühma 3A magnetilise käitumise vahel on veel seletamatuid erinevusi. Rühmas 4A on magnetjõud väiksem. Ainult üks selle rühma elementidest, gadoliinium, on toatemperatuuril magnetiline ja see ei oma rühmas sama positsiooni kui raud, rühma 3A kõige magnetilisem element. Rauaasendis olev samarium aga ei mängi oluline roll paljudes magnetsulamites. Gadoliinium on aatomireas kaks positsiooni kõrgemal, mis võib viidata sellele, et see läbib modifikatsiooni, mis on sarnane madalamate rühma 3A elementidega, kuid vastupidises suunas.
Kui mõne sulami käitumise põhjal omistame vanaadiumile mõned magnetilised omadused, on kõigil rühmade 3A ja 4A II jaotise elementidel õigetes tingimustes teatud magnetiseeritus. Suurem number magnetilised elemendid rühmas 4A peegeldab grupi 32 elemendi suuremat suurust, mis paigutab need elemendid II jaotisesse. Rühma 4A kuuluvate haruldaste muldmetallide elementide magnetiliste omaduste tõttu on aatomireas olevate elementide positsioonides mitmeid seni seletamatuid tunnuseid. Võib-olla on need seotud muude seni seletamatute kõrvalekalletega nende elementide käitumises, mida märgati muude füüsikaliste omaduste aruteludes. Lõhustumise II elementide ja sulamite magnetilised omadused kanduvad üle mõnele ühendile. Kuid sellised lihtsad ühendid nagu binaarsed kloriidid, oksiidid ja nii edasi ei ole magnetilised; see tähendab, et nad ei ole võimelised vastu võtma ferromagnetilist tüüpi magnetlaenguid.
ELEKTROMAGNETISM
Mõisted "elektriline" ja "magnetiline" võeti kasutusele D. Larsoni töödes arusaamaga, et neid kasutati vastavalt "skalaarne ühemõõtmeline" ja "skalaarne kahemõõtmeline" sünonüümidena ega piirdu ainult suhteliselt kitsas tähenduses, mis neil on igapäevane praktika. Siin kasutatakse neid samades tähendustes, kuigi definitsioonide laiendatud ulatus pole nii ilmne, sest praegu on peamiselt tegemist nähtustega, mida tavaliselt nimetatakse "elektrilisteks" või "magnetilisteks". Laenguta elektronide ühemõõtmelist liikumist defineerisime elektrivooluna, pöörlemise ühemõõtmelist vibratsiooni elektrilaenguna ja pöörlemise kahemõõtmelist vibratsiooni magnetlaenuna. Täpsemalt, magnetlaeng on vibratsioonilise iseloomuga kahemõõtmeline pöörlevalt jaotatud skalaarliikumine.
Nüüd oleme valmis uurima liikumisi, mis ei ole laengud, kuid millel on mõned magnetlaengu põhiomadused, see tähendab, et need on kahemõõtmelised suunatud hajutatud skalaarsed liikumised.
Vaatame lühikest juhtmejuppi, mille kaudu juhime elektrivoolu. Juhi moodustav aine allub gravitatsioonile, kolmemõõtmeliselt jaotatud sissepoole skalaarsele liikumisele. Nagu nägime, on vool ruumi (elektronide) liikumine juhi aines, mis võrdub aine skalaarse liikumisega ruumis väljapoole. Seega mõjub voolu ühemõõtmeline liikumine vastu raskusjõu skalaarse sissepoole liikumise osale, mis toimib ruumilise tugiraamistiku skalaarmõõtmes.
Selle näite puhul oletame, et kaks vastandlikud liigutused juhi segmendis on võrdse suurusega. Siis on saadud skalaarmõõde null. Algsest kolmemõõtmelisest gravitatsioonilisest liikumisest jääb alles pöördjaotusega skalaarne liikumine kahes teises skalaarmõõtmes. Kuna ülejäänud liikumine on skalaarne ja kahemõõtmeline, on see magnetiline ja on tuntud kui elektromagnetism. Tavaliselt neutraliseeritakse voolumõõtmisel gravitatsiooniline liikumine vooluga vaid osaliselt, kuid see ei muuda tulemuse olemust, vaid vähendab lihtsalt magnetilise mõju suurust.
Ülaltoodud selgitusest on selge, et elektromagnetism on gravitatsioonilise liikumise jääk, mis jääb alles pärast seda, kui kogu või osa liikumine ühes kolmest gravitatsioonimõõtmest neutraliseeritakse elektrivoolu vastupidise liikumisega. Seega kahemõõtmeline skalaarne liikumine risti vooluvooluga. Kuna kahemõõtmelist gravitatsioonilist liikumist elektrivoolu väljapoole liikumine ei mõjuta, on sellel skalaarne sissepoole suunatud suund.
Kõigil juhtudel on magnetiline efekt palju suurem kui gravitatsiooniline efekt, mis kaob, kui vaadelda meie gravitatsiooniga seotud tugiraamistiku kontekstis. See ei tähenda, et vool midagi loob. Mis juhtub, on järgmine: Teatud liigutused muudetakse teist tüüpi liigutusteks, mis on võrdlusraamistikus rohkem kontsentreeritud. Ja uue olukorra nõudmistele vastamiseks tuuakse energiat väljastpoolt. Nagu märgitud, erinevus, mida me jälgime liikumiste suuruste vahel erinevad numbrid voolumõõtmised on meie asukoha kunstlik tulemus gravitatsiooniga seotud süsteemis, asukoht, mis suurendab oluliselt . Loodusliku tugiraamistiku, raamistiku, millega universum tegelikult kohandub, seisukohast on põhiühikud mõõtmisest sõltumatud; ehk 1³ = 1² = 1. Aga tänu meie asümmeetrilisele asukohale universumis, loomulik ühik kiirus, s/t, võtab b O suurem väärtus, 3x10 10 cm/sek. Sellest saab mõõtekoefitsient, mis siseneb igasse seosesse erinevate mõõtmiste koguste vahel..
Näiteks termin c² (3x10 10 ruudus) Einsteini võrrandis massi ja energia vahelise seose kohta peegeldab koefitsienti, mis on seotud kahe skalaarse mõõtmega, mis eraldavad massi (t³/s³) energiast (t/s). Samamoodi ühe mõõtme erinevus kahemõõtmelise magnetilise mõju ja kolmemõõtmelise vahel gravitatsiooniline mõju muudab magnetilise mõju 3x10 10 korda suuremaks (kui väljendada cgs süsteemis). Magnetmõju on sama teguriga väiksem kui ühemõõtmeline elektriline mõju. Sellest järeldub, et Coulombi seaduse magnetilise ekvivalendiga määratletud laengu magnetühik või elektromagnetühik on 3x10 10 korda suurem kui elektriline või elektrostaatiline ühik. 4,80287x10 -10 elektrostaatilisest ühikust koosnev elektriüksus võrdub 1,60206x10 -20 elektromagnetilise ühikuga.
Vooluelementide vaheliste jõudude suhtelised skalaarsed suunad on vastupidised elektri- ja magnetlaengute tekitatud jõudude suundadele, nagu on näidatud joonisel 23, mida tuleks võrrelda joonisega 22. Elektromagnetilised liikumised on suunatud sissepoole nullpunktide suunas, millest alates laengute liikumised on suunatud väljapoole. Kaks juhti, mis kannavad voolu samas suunas, AB või A'B, nagu sarnased laengud, liiguvad üksteise poole, nagu on näidatud diagrammi joonel (a), ega tõrju üksteist, nagu sarnased laengud. Kaks juhti, mis kannavad voolu suunas BA või B'A, nagu näidatud real (c), liiguvad samuti üksteise poole. Kuid juhid, mis kannavad voolu vastassuundades, AB' ja BA', nagu vastupidised laengud, tõrjuvad üksteist, nagu näidatud real (b).
Sellised erinevused esinemises ja skalaarsuunas kahe magnetismi tüübi vahel avalduvad muul viisil. Nende teemade uurimisel on mugavam kaaluda võimusuhteid teisest vaatenurgast. Siiani on meie arutelu pöörlevalt jaotunud skalaarliikumistest – gravitatsioonilistest, elektrilistest ja magnetilistest – käsitlenud üksikute objektide poolt avaldatavaid jõude, mis on põhiliselt kõnealuste mõjude punktallikad. Nüüd, elektromagnetismis, on meil tegemist laiendatud allikatega. Tegelikult on need diskreetsete allikate laiendatud kogumid, kuna kõik füüsikalised nähtused eksisteerivad diskreetsete üksuste kujul. Järelikult oleks elektromagnetiliste mõjudega võimalik töötada samamoodi nagu kergemini tuvastatavatest mõjudest tulenevate mõjudega. punktallikad, kuid selline lähenemine laiendatud allikatele on keeruline ja raske. Märkimisväärne lihtsus saavutatakse valdkonnakontseptsiooni kasutuselevõtuga.
See lähenemine on rakendatav ka lihtsamate gravitatsiooni- ja elektrinähtuste puhul. Muidugi on see nüüd moekas viis kõigi (nähtavate) interaktsioonidega tegelemiseks, kuigi diskreetsete allikate jaoks sobib paremini alternatiivne lähenemine. Uurides väljade põhiolemust, võime vaadelda gravitatsiooni olukorda, mis on paljuski kõige lihtsam nähtus. Nagu me teame, on massil A liikumine AB lähedal asuva massi B suunas. See liikumine on oma olemuselt eristamatu aatomi B liikumisest BA. Niivõrd kui massi A tegelik liikumine on inertsiga takistatud, ilmneb objekti A liikumine võrdlusraamistikus objekti B liikumisena, mis kujutab endast lisamist. selle objekti tegelikule liikumisele.
Massile B omistatud massi A gravitatsiooniliikumise suurusjärk määratletakse masside A ja B korrutisena, mis on jagatud kahe massi vahelise kaugusega, kuna see on massi B liikumine, kui liikumiseks loetakse skalaarliikumist AB. mõlemast objektist. Sellest järeldub, et igale ruumilisele asukohale objekti A läheduses saab määrata suuruse ja suuna, mis näitab viisi, kuidas ühesuurune mass mõju all liiguks. gravitatsioonijõud objekt A, kui see asus selles kohas. Asukohtade ja vastavate jõuvektorite kombinatsioon moodustab objekti A gravitatsioonivälja. Samuti määrab elektri- või magnetlaengute liikumise jaotus elektri- või magnetvälja laengut ümbritsevas ruumis.
Massi- või laenguvälja selgitamise matemaatiline avaldis on identne praegu aktsepteeritud füüsikateoorias esinevaga, kuid kontseptuaalne raamistik hoopis teine. Traditsiooniline seisukoht on selline. Väli on põneva objekti ümber "ruumis midagi füüsiliselt reaalset" ja jõud kandub füüsiliselt ühelt objektilt teisele selle "millegi" abil. Siiski pärast kriitiline analüüs olukord P. W Bridgman jõudis järeldusele, et puuduvad tõendid, mis õigustaks oletust, et see "miski" on tõesti olemas. Leiame selle väli ei ole "midagi füüsilist". See on lihtsalt suutmatuse matemaatiline tagajärg traditsiooniline süsteem viide skalaarliikumise tõelise olemuse esitamiseks. Kuid selle tegeliku staatuse mõistmine matemaatilise tehnikana ei võta seda ilma selle kasulikkusest. Väljalähenemine jääb kõige lihtsamaks ja mugavaimaks viisiks magnetismi matemaatiliseks käsitlemiseks.
Magnetlaenguväli määratakse katsemagnetile mõjuva jõu kaudu. Magnetpooluse, näiteks pika vardamagneti ühe otsa väli on radiaalne. Nagu nähtub magnetismi päritolu kirjeldusest eelmistes lõikudes, oleks elektrivoolu kandva traadi väli samuti radiaalne (kahes mõõtmes), kui seda määratletaks vooluelemendile mõjuva jõuna. paralleeljuht. Magnetvälja on tavaks määratleda elektrostaatikaga: see on magnetile või elektromagnetile mõjuv jõud pooli ehk solenoidi kujul, mis tekitab radiaalvälja samamoodi nagu varrasmagnet läbi geomeetrilise paigutuse. . Kui voolu juhtiva juhtme väli on nii määratletud, ümbritseb see traati pigem radiaalselt, mitte ei ulatu. Siis on katsemagnetile mõjuv jõud risti voolu välja ja suunaga.
See on otsene väljakutse füüsikateooriale, ilmselge universaalselt rakendatava rikkumine füüsikalised põhimõtted. Füüsika pole kunagi sellise väljakutsega silmitsi seisnud. Füüsikud ei suuda isegi usutavat hüpoteesi välja tuua. Seega märgivad nad lihtsalt anomaaliat, magnetefekti "veidrat" omadust. "Magnetisel jõul on kummaliselt suunatud iseloom,- ütleb Richard Feynman. - Igas näites on jõud kiiruse vektori suhtes alati täisnurga all.. Perpendikulaarne seos voolu liikumise suuna ja jõu suuna vahel ei tunduks aga kummaline, kui magnetid interakteeruksid magnetitega ja voolud vooludega. Sel juhul oleks voolu magnetiline mõju voolule ikkagi "kiirusvektori suhtes täisnurga all", kuid pigem välja suunas, mitte sellega risti, kuna väli oleks määratletud voolu toime alusel. voolu peal. Voolu ja magneti interaktsiooni korral on tekkiv jõud risti magnetväljaga, see tähendab väljatugevuse vektoriga. Elektromagnetväljas olev testmagnet ei liigu mitte välja suunas, nagu võiks eeldada, vaid risti.
"Pange tähele, kui kummaline on jõu suund. See ei lange kokku ei välja ega voolu suunaga. Selle asemel on jõud risti nii voolu kui ka väljajoontega.
Sõna "kummaline" kasutamine keeles see väide on kaudne möönmine, et perpendikulaarse suuna põhjust ei mõisteta tänapäevase füüsikateooria kontekstis. Liikumisuniversumi areng pakub taaskord puuduvat infot. Olukorra mõistmise võti on tuvastada erinevus magnetlaengu väljapoole suunatud liikumissuuna (jõu) ja sissepoole suunatud elektromagnetilise liikumise vahel.
On ilmne, et elektrivoolu liikumine toimub ühes skalaarses mõõtmes, mis erineb ruumilises võrdlusraamis esitatud mõõtmest, kuna voolu suund ei ole tavaliselt sama, mis juhi liikumissuund. Seetõttu koosneb magnetiline jääk liikumisest teises mittejälgitavas mõõtmes ja võrdlusraami mõõtmes. Kui ühe voolu magnetiline mõju interakteerub teise voolu magnetilise mõjuga, langeb voolu A liikumise mõõtmine paralleelselt võrdlusraami mõõtmisega kokku vastava voolu B mõõtmisega. Tulemuseks on üks jõud, a vastastikuse tõmbe- või tõukejõud, vähendades või suurendades kaugust A ja B vahel. Kui aga voolu A ja magneti B vahel toimub vastasmõju, ei saa võrdlusraamiga paralleelsed mõõtmised kokku langeda, kuna voolu A liikumine (ja vastav jõud) on skalaarne sissepoole ja magneti B liikumine toimub skalaarses väljapoole.
Võib imestada, miks ei saa sissepoole ja väljapoole suunatud liikumist positiivsel või negatiivsel alusel kombineerida, et lõpptulemus oleks võrdne erinevusega. Põhjus on selles, et juhi A sissepoole liikumine magneti B suunas on samaaegselt B liikumine A suunas, kuna skalaarne liikumine on vastastikune protsess. Magneti liikumine väljapoole on sarnane B liikumisega A-st ja A liikumisega B-st. Sellest järeldub, et mõlema objekti kaks eraldi liikumist, üks sissepoole ja teine väljapoole, ei ole kombinatsiooni objekti sissepoole liikumisest. üks objekt ja teise objekti liikumine väljapoole. Sellest järeldub need kaks liikumist peavad toimuma erinevates skalaarsetes mõõtmetes. Seetõttu on magnetväljas vooluelemendile (liikumise jõu aspekt võrdlusraami mõõtmetes) mõjuv jõud väljaga risti.
Need seosed on näidatud joonisel 24. Vasakul on vardamagneti üks ots. Magnet loob magnetostaatilise (MS) välja, mis eksisteerib kahes skalaarses mõõtmes. Iga skalaarliikumise üks mõõde peab olema orienteeritud nii, et see ühtiks võrdlusraami mõõtmetega. Me nimetame vaadeldud mõõtmist liikumise MC - A, kasutades suur algustäht vaadeldava oleku demonstreerimiseks ja MS-välja kujutamiseks paksu joonega. Liikumise mittejälgitav mõõde on tähistatud tähega b ja seda tähistab õhuke joon.
Nüüd viime elektrivoolu kolmandasse skalaarsesse dimensiooni. Nagu eespool öeldud, kattub selle orientatsioon võrdlusraami mõõtmetega ja seda tähistatakse tähega C. Vool tekitab elektromagnetilise (EM) välja mõõtmetes a ja b, mis on risti C-ga. Kuna MC liikumisel on skalaarne väljapoole suunatud suund, Kuigi EM-i liikumisel on sissepoole suunatud suund, ei saa võrdluskaadri mõõtmisega ühtivate liikumiste skalaarmõõtmised olla samad. Seetõttu on EM liikumise mõõtmed B ja a; see tähendab kahe liigi vastasmõju jälgitav tulemus magnetiline liikumine asub mõõtmes B, risti MC välja ja vooluga C.
15:07 13/03/2018👁 313
Oleme harjunud, et magnetilised protsessid toimuvad peamiselt kõikvõimalike tehniliste seadmete väikestes, kuid olulistes osades ja on seotud peente kvantmehhaaniliste nähtustega ning neid käsitlevates artiklites, mis pretendeerivad populaarsusele, on salapärane ja ebaselge sõna "pöörlemine" kordub iga natukese aja tagant. Kuid magnetism toimub ka kosmoses ja seal näeb see välja hoopis teistsugune.
Astronoomid on leidnud, et paljud taevakehad, näiteks või meie oma, on hiiglaslikud magnetid ja magnetvälja mõõtmed on võrreldavad taevakeha enda mõõtmetega. Päikese moodustav aine – päikeseplasma – on väga kuum ja Linnutee tähtedevaheline gaas on väga nõrk. Seetõttu ei seostata neis olevat magnetvälja mitte spinnide järjestamisega, nagu ferromagnetites, vaid mõne piirkonda kuuluva protsessiga. klassikaline füüsika, mida loodetavasti õpetatakse veel keskkoolis.
Kosmilised magnetväljad on oluliselt tugevamad kui väljad, millega oleme harjunud. Te ei tohiks otseselt võrrelda DVD-mängija, mobiiltelefoni või kella magnetvälja tugevust Päikese või galaktika väljaga. Väga hea kehale erinevad suurused tuleb valida neile vastavad kaalud. Hooletu õpilane jättis tundide vahele ja ütleb vabandusi otsides, et ei pääsenud kooli, kuna kooli lähedal oli liiga tugev magnetväli. Vanemate reaktsiooni pole raske ette näha... Kui aga seletada kosmilise meedia liikumist, siis see seletus on üsna loomulik – just magnetväli takistab Päikese poolt väljapaisatud plasmapilvel jõudmast Päikese pinnale. Maa.
Maa magnetväli on ainus näide kosmilise magnetismi kohta, mida saab palja silmaga jälgida (joonis 1). Polaartuled on Maa magnetvälja visualiseerimine laetud osakeste abil, mis sarnaneb laserkiire visualiseerimisega õhus leiduva tolmu abil. Kompassi nõel osutab põhja poole, kuna see ise on väike ferromagnet, määravad selle omadused just nende keerutuste järgi. Aga miks on Maa ise magnet ja miks see on magnetpoolus kas kattub ligikaudu geograafilise omaga?
Maal leidub rauamaagi maardlaid, mille magnetiseerimine annab midagi geomagnetväljale kaasa ja tekitab magnetanomaaliaid, näiteks Kurski magnetanomaalia. Kuid need toovad üldisesse (nagu öeldakse, peamisse) geomagnetväljasse kergeid moonutusi. See väli tekib kusagil sügaval Maa sees ja sealne temperatuur on piisavalt kõrge, et ferromagnetid ei tuleks kõne allagi.
Millised protsessid viivad taevakehade – ja galaktikate – magnetväljade tekkeni? Valik on väike: oleme klassikalise füüsika vallas ja see teab ainult ühte protsessi, mis põhimõtteliselt võib viia magnetvälja suurenemiseni. See on elektromagnetilise induktsiooni nähtus. Koolis räägitakse (ja vahel ka näidatakse), et kui juhtiv kaader magnetväljas liigub, hakkab selles voolama vool. See indutseeritud või indutseeritud vool loob ka magnetvälja. Kas võib juhtuda, et see indutseeritud väli liidetakse algse väljaga nii, et kogu magnetväli suureneb? Peaaegu sajand tagasi, 1919. aastal, mõistis füüsik Joseph Larmore, et just Päikese sügavustes indutseeritud vool on ainus võimalus selgitada meie tähe magnetvälja ilma fantastilisi hüpoteese uute vastastikmõjude kohta kasutamata (sellised hüpoteesid olid mitte probleem, vaid kõik, mida nad ei talunud tegelikkusega võrdlemist).
Larmore'i lühike märkus (see oli vaid üks lehekülg) osutus esimeseks sammuks liikuva juhtiva kandja magnetvälja iseergastumisprotsessi uurimisel. 20. sajandi algus oli elektrienergia arengu aeg, keel vastas uute sõnade, sealhulgas sõna "dünamo" populaarsusega. Seadet, mis muudab mehaanilise töö elektritööks, nimetati "dünamoks" ja uut füüsikaharu nimetati "dünamo teooriaks". Täpselt seda oli kombeks öelda palju aastaid ja seda räägitakse ka tänapäeval – dünamo teooriat.
Füüsika on eksperimentaalne teadus: füüsikaliste protsesside mudelite üle, millega teoreetikud opereerivad, võib pikalt arutleda, kuid peagi hakkasid füüsikud rääkima, et oleks tore kõiki neid oletusi katseliselt kinnitada. Nimelt: on vaja kinnitada, et indutseeritud välja saab kombineerida algse väljaga. Seda kinnitust tuli oodata ligi sajand.
Milles on probleem?
Raskused sisse eksperimentaalne kontrollimine Dünamo idee on selline. Kui vajutate lülitit ja katkestate juhtiva vooluringi, mille kaudu vool läbib, kustub tuli ja samal ajal kaob voolu tekitatud magnetväli. Magnetvälja energia muutub oomiliste kadude (ja osaliselt kiirguse) tõttu soojuseks. Et dünamo töötaks, peab induktsiooniefekt ületama oomikaod. Hindama suhteline suurus induktsiooniefektid ja oomilised kaod, tutvustavad nn dimensioonituid magnetnumber Reynolds Rm = vL/νm. Selle murdosa lugeja sisaldab induktsiooniefektidega seotud suurusi - kaadri liikumiskiirust ja selle suurust ning nimetaja on magnetdifusioonikoefitsient, mis on võrdeline konkreetsega. elektritakistus keskkond. Selleks, et induktsioon saaks üle oomilistest kadudest, peab magnetiline Reynoldsi arv olema üsna kõrge – arvutused näitavad, et tuleb saavutada umbes 17 väärtus.
Võimaliku dünamo katseskeemi otsimine on ennekõike võitlus kõrge magnetilise Reynoldsi numbri pärast. Laboratoorse füüsika võimalused pole siin kuigi suured - liikuvaid hästi juhtivaid kandjaid pole palju. Kui tahame simuleerida planetaarseid ja kosmilisi efekte, siis me ei räägi tahketest juhtidest. Kosmoses on tahked kehad haruldased ja need, mis on olemas – näiteks Maa tahked kestad – ei tekita ilmselgelt huvitavaid induktsiooniefekte. Juhtivad gaasid on plasma. Valdav enamus taevakehadest on valmistatud sellest. Võimalik, et tulevikus on meil ka laboratoorsed dünamo katsed plasmaga, kuid praegu on need võimalused veel arutluse all.
Valik vedelike seas on samuti väike. Elektrolüütide juhtivus on halb, jättes vedelad metallid. Elavhõbe on kallis, ohtlik, väga raske ja halva juhiga. Ülekiirendamiseks suur hulk elavhõbeda vajalik kiirus nõuab tohutult energiat. Laboratoorsetes katsetes vedelate metallide voolu uurimiseks kasutatakse galliumi laialdaselt – see on pool elavhõbeda massist ja sulab 29°C juures (ja selle sulamid isegi 17°C juures), kuid gallium on ka kallis ega juhi elektrit. praegune nii hästi kui me tahaksime. Kõrge tihedusega ja halb juhtivus - teiste madala temperatuuriga sulamite (näiteks tuntud Woodi sulami) puudused. Järgmine kandidaat, naatrium, on plahvatusohtlik ja seda tuleks kuumutada sadade kraadideni. Kuid see on odav, juhib voolu paremini kui gallium ja on väga kerge. Samuti on olemas eutektiline naatriumi sulam galliumiga, mis sulab 12°C juures, kuid on väga agressiivne nagu liitium.
Niisiis oleme otsustanud dünamokatsete jaoks võimaliku aine: see on naatrium, mõistlik kompromiss nõutavad füüsikalised omadused ja ohud. Valik oli selge juba reisi alguses, pool sajandit tagasi.
Mis puudutab liikumiskiirust, siis laborifüüsika võimalused jäävad selgelt alla kosmosekeskkonna võimalustele. Ruumi peamine eelis on aga selle tohutu suurus. 10 meetri suurune laboriinstallatsioon, milles meedium liigub kiirusega 10 m/sek, on küklooplik vaatemäng ja ruumi kohta on need väga tagasihoidlikud näitajad.
Selle tulemusena ulatub Päikese magnetiline Reynoldsi arv miljoniteni ja kaasaegse labori jaoks sada on ülim unistus, paljude aastate raske töö tulemus. Sellegipoolest on see juba rohkem kui hinnaline 17, seega on võimalusi.
Dünamomehhanismi enda puhul pole aga kõik nii lihtne. Päikesel ja isegi Maal pole vooluga metallraame – nende tööd peavad taastooma keskkonnavoolud. Vedeliku voolu vajaliku liikumise korraldamine on palju keerulisem kui traadi vajalikul viisil liigutamine. Palju hullem on aga see, et ilmselgelt ei saa lihtsad vood töötada nagu dünamo. Sellest räägitakse ka koolis: Lenzi reegli järgi on elektromagnetilise induktsiooni nähtuse tõttu juhtivas raamis tekkiv magnetväli suunatud algsele magnetväljale vastupidiselt ega tugevda seda, vaid nõrgendab. Seetõttu ei saa ühe kaadri liikumine kaasa tuua selles oleva magnetvälja iseergastamist.
Smart Lenz läheb mööda
Ja ometi on füüsikud Lenzi reeglis lünga leidnud. Vaatleme kahte magnetväljas liikuvat kaadrit. Esimeses kaadris olev induktiivne efekt nõrgendab magnetvälja samas kaadris, kuid sobiva asetuse korral võib seda teises kaadris tugevdada. See ei ole Lenzi reegliga vastuolus. Nüüd on võimalik tagada, et induktsiooniefekt teises kaadris tugevdab magnetvälja esimeses, kuid loomulikult nõrgendab seda teises. Võib loota, et kahe kaadri ühine toimimine viib selleni, et kummaski neist muutub induktsioon kadudest suuremaks ja magnetväli hakkab laviinina suurenema.
Muidugi võib põhimõtteliselt loota kõike seda, mida loodusseadused otseselt ei keela, kuid vahemaa lootusest kindlustundeni on märgatav. Eelmise sajandi 60ndatel õnnestus sellest üle saada ja Yu. B. Ponomarenko sai sellega hakkama. Ta mõtles välja konkreetse juhtiva vedeliku voolu, mis oli piisavalt keeruline magnetvälja tekitamiseks, kuid piisavalt lihtne, et magnetvälja käitumist kirjeldav induktsioonivõrrand oleks täpselt lahendatav.
Teaduse pioneeride saatus on sageli raske. Ponomarenko looming on üks enim kuulsad teosed pühendatud dünamole. Ponomarenko enda kohta ei saa seda sugugi öelda - tema elulugu on teadusringkondade mälust täielikult kadunud. Ausalt öeldes võiksime oma kangelasi paremini meeles pidada.
Ponomarenko leiutatud vool on juhtiva vedeliku lõputu pöörlev joa, mida ümbritseb juhtiv keskkond (joonis 2). Sellist voolu on mugav laboris reprodutseerida ja sellel on teadaolevalt madalaim kriitiline magnetiline Reynoldsi arv, nii et Ponomarenko ideest sai dünamokatsetes üks peamisi.
Nüüd on eksperimentaalselt kinnitatud, et ligikaudu selliselt struktureeritud voog tekitab tegelikult magnetvälja. Kuid see ei tekita seda tegelikult väga hästi ja põld kasvab aeglaselt. Samal ajal astronoomilised vaatlused näitavad, et näiteks Päikesel muutuvad magnetväljad kiiresti. Iga päikese aktiivsuse tsükkel, st iga 11 aasta järel, muudab päikese magnetdipool märki vastupidiseks - tähtede jaoks on need väga kiired muutused. Dynamo Ponomarenko ei suuda midagi sellist pakkuda. Põhjus on selles, et Ponomarenko dünamo töös ei põhjusta magnetdifusioon mitte ainult oomilisi kadusid, vaid tagab ka ühe ahela töötamise, milles magnetväli indutseeritakse. See on veel üks peen efekt meie teaduses: vektori suurus, see tähendab, et magnetväli hajub teistmoodi kui skalaarsuurus ehk temperatuur.
Selleks, et magnetväli muutuks kiiresti, nagu päikesetsüklis, on vaja keerukamat mehhanismi kui Ponomarenko dünamo. Sellise mehhanismi pakkus välja 1955. aastal Eugene Parker. Kujutagem ette magnetdipooli välja, mis on suunatud piki Päikese pöörlemistelge. Kuna päikeseplasma on suhteliselt hea juht, liiguvad magnetjooned koos päikeseplasmaga. Kuid Päike ei pöörle nagu tahke keha – selle erinevad kihid pöörlevad erinevalt nurkkiirus, seda nimetatakse diferentsiaalpöördeks. Selle tulemusena mööduvad mõned päikeseaine osakesed teistest, magnetjooned pikenevad asimuutsuunas ja dipoolväljast saadakse magnetväli, mis on keritud ümber teatud Päikese sees oleva toruse - seda nimetatakse toroidseks. See on primaarahela induktsiooniefekt. See on üsna lihtne ja selles pole kahtlust.
Et dünamo töötaks, on vaja toroidne magnetväli kuidagi muuta magnetdipooli väljaks (seda nimetatakse poloidseks). Seda ei saa teha lihtsate vooludega. Parker arvas, et selle juhtumiseks peavad voolud olema peegelasümmeetrilised. Põhjapoolkeral peaksid hoovused sisaldama rohkem pööriseid, mis pöörlevad paremale (mööda keerise üldist liikumist) ja lõunapoolkera- vasakule. Selgub, et see on täpselt nii pöörlevas kehas, milles on konvektiivsed voolud ja muutuv tihedus. Siis ühel poolkeral pöörlevad keerised tegelikult peamiselt paremale ja teises - vasakule. Ja kui see keskkond on juhtiv, ilmub magnetväli, mis on suunatud piki elektrivoolu (ja mitte sellega risti, nagu tavaliselt), ja see omakorda viib toroidvälja soovitud muutumiseni poloidseks (joonis 1). 3).
Riis. 3. Poloidsed ja toroidsed magnetväljad. Põhijoonisel on näha, kuidas näevad välja sfääri sees paikneva magneti magnetjooned – poloidne magnetväli. Valge väli näitab, kuidas päikeselaikude vaatlustest visualiseeritakse toroidset magnetvälja
Joonisel fig. Joonisel 3 on kujutatud sfääri sees paikneva magneti magnetjooned – poloidne magnetväli, see, mis on sisse tõmmatud. kooliõpikud. Valge ristkülik näitab, kuidas päikeselaikude vaatluste põhjal visualiseeritakse toroidset magnetvälja. See väli pole otseselt vaadeldav, kuna see on koondunud Päikese pinna alla. Kuid Päikese pinnal ujuvad päikeselaikude rühmadena välja üksikud magnettorud, mis on eraldatud toroidväljast. Näidatakse, kuidas päikesetsükli (11 aastat) jooksul muutuvad nende kohtade laiuskraadid, kus päikeselaikude rühmad ujuvad (piki horisontaaltelge on aeg, piki vertikaaltelge on laiuskraad). On näha, et laigud moodustavad klastreid, mis paiknevad erinevad poolkerad. Tumedad ja heledad näitavad klastreid vastupidise polaarsusega laikude rühmadega ning üksikud punktid esindavad neid väheseid kohti, mille puhul kasutatud klastrite eraldamise meetod andis ebausaldusväärseid tulemusi. On näha, et toroidaalne magnetväli triivib päikese aktiivsuse tsükli ajal keskmistelt laiuskraadidelt päikese ekvaatorile; see on ekvaatori suhtes antisümmeetriline ja muudab märki igas tsüklis. See on Hale'i polaarsuse reegel.
Parker põhjendas oma mõtteid, kasutades analoogiat Maa tsüklonitega. See argument ei tundunud kuigi veenev, kuigi nüüd teame, et ta arvas õigesti ära vajalikud võrrandid ja nende lahenduse olemuse. Kümmekond aastat hiljem õnnestus Max Steenbecki, Fritz Krause ja Karl Heinz Rädleri tähelepanuväärses töös anda nendele kaalutlustele alus Maxwelli võrranditest tulenevate läbimõeldud võrranditena, mitte analoogiate põhjal.
Alfaefekt tuleb dünamole
Max Steenbeck oli üldiselt värvikas inimene. Nooruses, Siemensi juhtiv insener, leiutas ta palju huvitavaid asju, näiteks torpeedo, mis plahvatab mitte esimesel kokkupuutel laeva kerega, nagu kõik tavalised torpeedod, vaid siis, kui see tungib kere sisse. Sel juhul suureneb hävitamine mitu korda. Leiutis jättis Saksamaa vastastele Teises maailmasõjas niivõrd mulje, et ta pidi pärast selle lõppu kümme aastat veetma Suhhumis asuvas spetsiaalses suletud instituudis (“sharashka”). Nagu, muide, paljud teised Saksa füüsikud ja insenerid. Seejärel vabastati ta SDV-sse ja valiti selle riigi Teaduste Akadeemia presidendiks. Nad said sellega hästi hakkama: arutlusel olev töö on SDV füüsika kõige silmatorkavam saavutus. Steenbecki nooremad kaasautorid meenutavad, et ta - raske suitsetaja- ütles ta neile sigarit suitsetades: "Te elate nagu sead, ka nemad ei suitseta!"
Teos oli kirjutatud raskekeeles, loomulikult saksa keeles, sümbolitega füüsikalised kogused trükitud gooti kirjas ja avaldatud ebaselges ajakirjas. Siiski viidi ta kiiresti üle inglise keel, ja see sai spetsialistide seas populaarseks. Tõlkimise ajal tähistati kõiki sümboleid järjestikku kreeka tähestiku tähtedega ja toroidse magnetvälja muundamise protsessi poloidseks nimetati "alfaefektiks". Nad ütlevad, et ajalool on oma loogika, kuid mõnikord on see veidi kummaline.
Alfaefekti rolli kinnitavad matemaatilised arvutused, kuid ainult arvutustega on füüsikuid raske veenda. Selge füüsilise pildi sellest, kuidas saab magnetvälja tekitada ilma magnetdifusioonita, andis Ya.B. Zeldovitš. Kuna ta oli üks aatomi- ja vesinikupomm, teda saadeti välismaale väga harva ja iga välisreis oli tema jaoks suur sündmus. Seetõttu oli ta juba 70ndatel Krakowis toimunud sümpoosionil kerges eufoorias ja vastas küsimusele, kuidas dünamo töötada saab - selleks on ju vaja kaks saada kohas, kus oli üks. magnetjoon ja need jooned on vedeliku külge liimitud – tegi järgmise triki. Ta palus ühel esimeses reas istuval kuulajal anda talle püksirihm ja näitas sellel vööl, kuidas vool kõigepealt venitab magnetsilmust (seda tehakse diferentsiaalpööramise teel), seejärel voltib selle kaheksaks ja voldib. voldib selle pooleks (siin on juba alfa-efekti vaja - lõppude lõpuks peate tegema peegel-asümmeetrilise toimingu). Püksirihma ja selle omanikuga juhtunust ajalugu vaikib, kuid selle illustratsiooni aktsepteerisid kõik spetsialistid ning selle autor ei pidanud vajalikuks seda üheski eriteoses kirjeldada. Ilmselt arvas ta, et sellest märkusest piisab.
Naljakas, et kõik need episoodid olid täiesti iseseisvad – saksa füüsikud ei lugenud Parkerit ja nii edasi. Teadus võib areneda täiesti ebaloogiliselt, inimesed tulevad välja lahendusi võrranditele, mida pole veel kirjutatud, teevad kõik selleks, et nende ideed ei saaks avalikkusele teada, kuid sellest kõigest kasvab aja jooksul välja järjekindel teadus.
Alfa-efektil on veel üks oluline omadus. Meid ümbritsevas maailmas pole peegelasümmeetriliste keskkondadega seotud nähtusi peaaegu üldse, võib-olla ainult Beeri seadus geograafias (millisele kaldale uhub jõgi antud poolkera), jah, mis orgaanilised molekulid elusaines on neil ainult üks orientatsioon, mis tuletab meile meelde peegli asümmeetria rolli. IN Hiljuti Füüsikud on hakanud lainejuhtidest peegelasümmeetrilisi täidiseid valmistama ja püüavad sellest huvitavaid efekte välja tõmmata. Mikrokosmoses on olukord täiesti erinev – elementaarosakeste vahel toimuvad reaktsioonid, mis pärast peeglist peegeldumist kulgevad erinevalt. Selgub, et kosmilise meedia füüsikas, nagu ka mikrofüüsikas, mängib rolli ka peegli asümmeetria. Kaasaegses füüsikas meeldib neile öelda, et kosmoloogia ühineb mikrofüüsikaga. Dünamoid uurides tuleb ka selline sulgumine ette, nagu näeme, aga mingil ootamatul moel.
Ilmselt piisab öeldust, et lugeja tunneks: dünamoõpetus on täis täiesti ebastandardseid ideid, mis tunduvad inimesele, kes selle füüsikavaldkonnaga lähedalt ei puutu, pisut võõrapärased. Samas on lihtne jätkata dünamoteooria ebastandardsete ideede loetelu, kuid artikli mahu piiratus takistab meid seda tegemast.
Katse
Muidugi pole loota, et inimesed usuvad täielikult ebastandardsetesse ideedesse, kui neid ei toeta vähemalt mõned katsed. See oli selge juba 60ndatel, kui Max Steenbeck, kasutades tõenäoliselt oma ametlikku positsiooni, leppis nõukogude füüsikutega kokku esimese dünamo eksperimendi korraldamises. Magnetohüdrodünaamika, kuhu see eksperiment oleks pidanud kuuluma, oli üks tugevamaid valdkondi Nõukogude füüsika. See teadusvaldkond pälvis valitsuse tähelepanu, leidis aega teha eriotsus, et Läti NSV, nimelt Riia lähedal Salaspilsis asuv Läti NSV Füüsika Instituut saab selle valdkonna uurimiskeskuseks. magnetohüdrodünaamikast.
Sellest on möödunud palju aastaid ja nüüdseks on Riia kauge välismaa. Läti füüsikud sõbrunesid Saksa füüsikutega ja said paar päeva enne möödunud aastatuhande lõppu esmakordselt magnetvälja iseergastuse vedela naatriumi voolus. See oli tõesti küklooplik eksperiment. Tonne naatriumi pumbati võimsate pumpade abil läbi torude ja konteinerite süsteemi, mis asus kolmekorruselises hoones. Palju aega kulus väga erinevate probleemide lahendamisele tehnilisi probleeme, vähemalt selleks, et eemaldada ummistused naatriumivoolus. Sellegipoolest saadi edu ja töö leiti ülemaailmne tunnustus. Mõni päev hiljem saadi magnetvälja iseergutus teises dünamo katses, seekord puhtalt saksa katses, mis viidi läbi Karlsruhes. See teos saavutas ka ülemaailmse kuulsuse.
Vene füüsikud pidid alustama nullist. Permi kontiinummehaanika instituudi füüsikutel oli mõningane eeltöö ja 90. aastate lõpus otsustasid nad alustada seal eksperimentaalset tööd vedelate metallide magnetilise hüdrodünaamika kohta kõrge magnetilise Reynoldsi arvu juures, keskendudes dünamoprotsessi uurimisele.
Permis dünamokatset planeerides oli selge, et lähitulevikus ei ole võimalik välismaa füüsikutega võistelda installatsiooni suuruses ehk just selles L-s, mis sisaldub magnetilises Reynoldsi numbris - lihtsalt raha ei jätkunud. Õnneks õnnestus meil leida probleemile värske lähenemine. Varasemad installatsioonid tekitasid voolu, mida põhimõtteliselt võiks lõputult hoida pikka aega. Pumbad kiirendavad vedelat naatriumi ja see nõuab palju energiat - naatriumi viskoossus on väike, seega pole seda turbiinidega lihtne kiirendada.
Permi paigalduse idee on erinev: selle tegevus on impulss ja kiire vool toimub vaid lühikest aega. Toroidist konteinerit võetakse ja kiirendatakse pikka aega suhteliselt väikese võimsusega mootoriga ning seejärel aeglustatakse seda kiiresti võimsate pidurite abil. Samal ajal jätkab mahuti sees olev vedelik liikumist – viskoossus on madal – ja kanalis paiknevad suunajad moodustavad soovitud vooluprofiili. Loomulikult kaotab selline vool kiiresti kiiruse, kuid selle aja jooksul saab palju mõõta (joonis 4).
Laboratoorium alustas tööd siis, kui magnetvälja iseergastamist polnud veel kusagil maailmas saavutatud, kuid pärast Riias ja Karlsruhes õnnestumisi selgus, et tuleb otsida uusi juhtnööre. Teised dünamokatsetega töötavad rühmad, eriti meie prantsuse kolleegid Lyonist, pidid tegema sama.
Riis. 4. Permi eksperimendi suhteliselt väikesel paigaldusel on muljetavaldavad mõõtmed. Fotol monteerib installatsiooni üks eksperimendis osaleja, professor S. Yu. Khripchenko
Selle strateegilise probleemi lahendamisel oli oluline näha, et dünamo katsed olid mõneti seotud erinevate elektri- ja elektroonikatehnika töödega. Kõigil neil juhtudel räägime keeruka seadme ehitamisest, mis tagab elektromagnetvälja soovitud käitumise. Sel juhul tekib kahte tüüpi probleeme. Mõned ülesanded – kuidas teha tuntud materjalid mida soovite ja kuidas see käitub, ja teised - millised on erinevate materjalide omadused ja miks need sellised on. Füüsikas on need kaks erinevat ülesannete klassi. Kellelegi ei tule pähe, et peaks üheaegselt disainima televiisorit ja aru saama, miks vask on hea juht ja milline on selle elektrijuhtivus. Astrofüüsikas ei ole need kaks tegevusvaldkonda paljudel põhjustel praktiliselt eraldatud, nii et paljudes dünamoteoreetilistes töödes arvutasid nad samaaegselt näiteks alfa-efekti ja selgitasid välja, millised magnetvälja konfiguratsioonid tekivad päikeseplasma selle alfa efektiga. Sel juhul tekkivaid raskusi saab hõlpsasti ette kujutada, kujutades ette uue teleri arendajate meeskonda, kui nad samal ajal viivad läbi mitmesuguseid materjaliteaduslikke katseid materjalidega, millest vooluahela elemente valmistatakse - lambid, transistorid, takistid, jne.
Dünamokatsetuste vallas tegutsevatel meeskondadel on õnnestunud selles vallas saavutada mõistlik tööjaotus. Lyoni füüsikud on õppinud oma seadmetel reprodutseerima erinevaid dünamo töörežiime, mis simuleerivad magnetvälja käitumist Päikesel ja Maal. Nendes taevakehad Magnetväljade ajutine käitumine on väga erinev ja nad suutsid Lyonis mõlemat tüüpi käitumist reprodutseerida. Permis läksid nad teistsugust teed – hakati mõõtma erinevaid magnetvälja ülekande koefitsiente turbulentses voolus. Esimest korda maailmas oli võimalik mõõta alfaefekti ennast ehk peamist suurust, millega magnetvälja teke on seotud. See tulemus on ka spetsialistide seas üldtunnustatud. Spetsialistid erinevad riigid, töötavad dünamo eksperimenteerimise alal, teevad omavahel koostööd. Permi füüsikud sõidavad Lyoni, Prantsuse füüsikud külastavad Permi, teevad koos oma Permi kolleegidega mõõtmisi Permi rajatistes, avaldavad koostööd. Meie piirkond on alles oma arengu alguses. Alles esimesed verstapostid on läbitud, esimesed tulemused saavutatud, esimesed pettumused kogetud. Küll aga teame juba, kust tuleb see, mis kompassinõela liigutab.
Teadusringkond ootab pikisilmi kavandatud katse tulemusi, mis avaldati hiljuti ajakirjas Physical Review Letters.
"Samuti ootame üksikasjalikku arusaama metallide voolamise üldisest dünaamikast vedelas olekus magnetväljade mõjul," ütlevad teadlased.
Hiljuti ajakirjas Physical Review Letters avaldatud uuring kirjeldab katse õnnestumise võimalusi.
Nagu dünamo, mis muudab liikumise elektriks, võivad liikuvad vedelikud tekitada magnetvälju. Nn magnetiline Reynoldsi arv määrab eelkõige selle, kas magnetväli ka tegelikult tekib.
Katse ajal püüdlevad HZDR-i instituudi Frank Stefani meeskonna teadlased selle poole kriitiline väärtus, mis on vajalik dünamoefekti ilmnemiseks. Selleks pöörleb 2-meetrise läbimõõduga terassilinder, mis sisaldab kaheksa tonni vedelat naatriumi, ümber ühe telje kuni 10 korda sekundis ja kord sekundis ümber teise telje, mis on esimese suhtes kallutatud.
"Meie katse uues DRESDYN-i rajatises on suunatud sellele, et demonstreerida, et pretsessioon kui loomulik voojuht on magnetvälja tekitamiseks piisav," ütleb uuringu juhtiv autor André Gieske.
Maa keskpunkt koosneb tahkest tuumast, mida ümbritseb sularaua kiht. "Sulametall indutseerib elektrivoolu, mis omakorda tekitab magnetvälja," selgitab Gieseke. Presssiooni roll Maa magnetvälja kujunemisel on aga endiselt ebaselge.
Maa telg on oma orbiidi tasapinnast 23,5 kraadi kallutatud ja muudab asendit umbes 26 000 aasta jooksul. Seda pretsessiivset liikumist peetakse üheks võimalikuks energiaallikaks. Miljoneid aastaid tagasi eksisteeris ka võimas magnetväli, mida tõendavad Apollo missioonide kivimiproovid. Spetsialistide hinnangul võib peamine põhjus olla pretsessioon.
Vedela naatriumi katsed HZDR-is algavad eeldatavasti 2020. aastal. Erinevalt eelmisest laboratoorsed katsed 1999. aastal ei ole terastrumlil propellerit, nagu seda kasutati 1999. aastal Lätis Riias tehtud esimeses katses, milles osalesid HZDRi teadlased. See ja teised katsed Saksamaal Karlsruhes ja Prantsusmaal Cadarache'is on andnud murrangulisi uuringuid geodünaamika paremaks mõistmiseks.
«Põhimõtteliselt saame defineerida kolm erinevad parameetrid DRESDYNiga tehtud katsete jaoks: pöörlemine, pretsessioon ja kahe telje vaheline nurk,” ütleb Gieseke. Tema ja ta kolleegid loodavad saada vastuseid põhiküsimusele, kas pretsessioon tekitab juhtivas vedelikus magnetvälja.
Mitu sajandit tagasi sündis magnetismi mõiste kui füüsiline nähtus. Seda määratleti kui pidevas liikumises olevate elektrilaengute interaktsiooni vormi. See interaktsioon toimub teise nähtamatu jõu - magnetvälja - mõjul. Seda oli võimalik arvutada valemite abil ja koostada matemaatiline mudel.
Märkus 1
19. ja 20. sajandi vahetusel, kui defineeriti klassikalise kvantfüüsika põhimõisted, keskendudes mikrokosmoses toimuvatele füüsikalistele protsessidele. aatomiosakesed, sündis magnetismi kvantteooria. Tänaseks on kindlaks tehtud, et selles protsessis osalevad kvantosakesed – bosonid ja footonid.
Magnetiline tundlikkus
Teadlased on kindlaks teinud, et iga musta kasti suletud korpuse puhul, mille väljundis on pinge ja sisendis ei anta voolu, on võimalik arvutada selle ülekandetakistus. Siiski on olemas ka magnetilise vastuvõtlikkuse mõiste. Seda iseloomustab reageerimisfunktsioon. Seda reaktsiooni rakendatakse magnetväljale. Teadlased usuvad, et magnetilist vastuvõtlikkust on väga raske täpselt arvutada. Arvutussüsteem sisaldab väga suuri numbreid, mida on raske kasutada. Sel juhul kasutatakse magnetilise tundlikkuse analüüsi koostamise meetodit. See moodustub mõõtude põhjal ja nõuab palju ettevalmistustööd.
Tema käitumise põhjal kõige rohkem olulised protsessid mis esinevad uuritavas süsteemis. Seejärel uuritakse seda ja tehakse analüüs, mis võtab arvesse kõiki selliseid protsesse. Arvutusprogrammi rakendamiseks on vaja teada protsessidest, mis sellises süsteemis on võimalikud, samuti nende mõju vastuvõtlikkusele.
Tundlikkuse väärtuse määramiseks on vaja teada magnetiseerimisnäitajaid. Selle loob rakendatud magnetväli. Üldises arvutamises võetakse arvesse magnetvälja sõltuvust ruumilistest ja ajalistest koordinaatidest. Kui väli sõltub ajast, on kogu süsteem termilises tasakaalus. Jaotusfunktsiooni arvutamiseks on vaja arvestada liikumisvõrranditega.
Maxwelli võrrandid sisaldavad magnetmomendi määratlust. Magnetiseerimine saadakse ioonide magnetmomentide keskmistamisega. Keskmistamiseks on vaja teada ioonivoolude jaotust. IN üldine juhtum Arvutustes on selline mõiste matemaatikutele tundmatu, seetõttu on kogu magnetismiteoorias objektiivne keerukus.
Teadlased kasutavad selle probleemi lahendamiseks kahte meetodit:
- lokaliseeritud hetke meetod;
- delokaliseeritud hetkede meetod.
Kui magnetiseerimise tulemus on saavutatud, tuleks leida praeguse magnetmomendi operaatori keskmine väärtus.
Üldine vastuvõtlikkus
Märkus 2
Tundlikkuse kontseptsiooni käsitlemisel võetakse tavaliselt arvesse keskkonda, kus vastus on mõjule võrdsetes osades. Ebahomogeenses keskkonnas sõltub reaktsioon enamast kõrged kraadid mõju.
Seejärel kasutatakse sekundaarset kvantimismeetodit. Magnetism metallilistes ainetes ilmneb mitme sagedusega nähtusena. Paljude osakeste lainefunktsioon rahuldab Schrödingeri võrrandit. Laiendatud funktsiooni koefitsiendid sõltuvad kvantarvud. Täitearvude kasutamisel võetakse statistikat arvesse mitte laienduskoefitsientide, vaid baasfunktsioonide järgi.
Magnetiline Hamiltoni
Vaadeldavad magnetismi omadused tulenevad nende päritolust elektronidest. Seda on eksperimentaalselt kinnitatud. On kindlaks tehtud, et elektronil on oma magnetmoment. Elektroni liikumise kirjeldamisel kasutatakse relativistlikke uurimismeetodeid, samuti Diraci võrrandit ja väljaallikaid.
Uurides homogeenset Hamiltoni ühe elektroniga, tehti kindlaks, et interaktsioon toimub elektroni ja selle keskkonnaga. Lihtsaim meetod on ühtlase potentsiaaliga väline väli. Nagu täiendavaid allikaid kasutatud uuring:
- elektriline kvadrupoolväli;
- operaatori samaväärsus;
- dipoolne magnetväli;
- sama iooni teised elektronid;
- kristallide elektriväli.
Vastupidiselt magnetilisele Hamiltonile, mis on otsene ja üldine, kui tead selle funktsioone. Sellised andmed pole aga kättesaadavad, seega pole võimalik täpseid arvutusi teha.
Mitteinterakteeruvate süsteemide staatiline tundlikkus
Hamiltoni väljend esineb üksikute terminite summana. Teiste süsteemide jaoks on mitteinterakteeruvad elemendid. Kuna magnetismi nähtus on tugevalt seotud juhtide ja dielektrikute mõistetega, kasutavad paljud matemaatikud neid magnetismi kvantteooria koostamisel. Dielektrikuid iseloomustab laengu jaotus ja see on konkreetses rakus hästi lokaliseeritud. Neid süsteeme kirjeldavad lokaalsed efektiivsed keerutused. Kuid tänu sellele, et paljudes looduslikud elemendid Kui magnetmoment ja selle jaotus jäävad ebaselgeks, tehakse täiendavaid arvutusi ka spetsiaalsete meetoditega.
Füüsik Landau viib läbi katseid mitteferromagnetiliste metallidega. Staatilist vastust uuriti esmakordselt, kasutades rakendusvälja. Tema kolleeg kaalus ka spin-paramagnetismi. Landau tegi ise katseid orbiidi diamagnetismi ära tunda.
Vastuvõtlikkuse enda mõõtmisel on palju erimeetodeid. Kõik need põhinevad sellel, mida konkreetse tundlikkusega proov sööb. Kui proov asetada pendli otsa, mis ripub pinnaga täisnurga all, tekib väändemoment. Proovist saadavat pöördemomenti on võimalik tasakaalustada vastupidise pöördemomendiga. See saavutatakse elektrivoolu juhtimisega läbi süsteemi elemendi. See läheb läbi solenoidi. Muudel juhtudel vähendatakse mõõtmist voolu mõõtmiseks, mis võrdub nulli nihkega. Tugeva magnetväljaga materjalide puhul kasutatakse vibreeriva prooviga magnetomeetrit.
Elektrooniline füüsikaõpik
KSTU-KKhTI. Füüsika osakond. Starostina I.A., Kondratjeva O.I., Burdova E.V.
Tekstis liikumiseks elektrooniline õpik saab kasutada:
1-klahvivajutus PgDn, PgUp,, lehekülgede ja ridade vahel liikumiseks;
2- klõpsates hiire vasakut nuppu valitud pealtekst soovitud sektsiooni minekuks;
3- vasakklõpsake esiletõstetud ikoonil@ et minna sisukorda.
MAGNETISM
MAGNETISM
1. MAGNETOSTAATIKA ALUSED. MAGNETVÄLI VAAKUMIS
1.1. Magnetväli ja selle omadused.@
1.2. Ampere'i seadus.@
1.3. Biot-Savart-Laplace'i seadus ja selle rakendamine magnetvälja arvutamisel. @
1.4. Kahe paralleelse juhtme koostoime vooluga. @
1.5. Magnetvälja mõju liikuvale laetud osakesele. @
1.6. Vaakumis oleva magnetvälja koguvoolu seadus (teoreem vektori B tsirkulatsiooni kohta). @
1.7. Magnetilise induktsiooni vektori voog. Gaussi teoreem magnetvälja kohta. @
1. 8. Raam vooluga ühtlases magnetväljas. @
2. MAGNETVÄLI AINEES. @
2.1. Aatomite magnetmomendid. @
2.2. Aatom magnetväljas. @
2.3. Aine magnetiseerimine. @
2.4. Magnetite tüübid. @
2.5. Diamagnetism. Diamagnetid. @
2.6. Paramagnetism. Paramagnetilised materjalid. @
2.7. Ferromagnetism. Ferromagnetid. @
2.8. Ferromagnetite domeenistruktuur. @
2.9. Antiferromagnetid ja ferriidid. @
3. ELEKTROMAGNETIDUKTSIOONI NÄHTUS. @
3.1. Elektromagnetilise induktsiooni põhiseadus. @
3.2. Eneseinduktsiooni fenomen. @
3.3. Vastastikuse induktsiooni nähtus. @
3.4. Magnetvälja energia. @
4. MAXWELLI VÕRDED. @
4.1. Maxwelli teooria elektromagnetvälja kohta. @
4.2. Maxwelli esimene võrrand. @
4.3. Nihkevool. @
4.4. Maxwelli teine võrrand. @
4.5. Maxwelli võrrandisüsteem integraalkujul. @
4.6. Elektromagnetväli. Elektromagnetlained. @
MAGNETISM
Magnetism– füüsika haru, mis uurib elektrivoolude, voolude ja magnetite (magnetmomendiga kehad) ning magnetite omavahelist vastasmõju.
Pikka aega peeti magnetismi elektrist täiesti sõltumatuks teaduseks. Kuid mitmed olulisemad 19.-20. sajandi A. Ampere'i, M. Faraday jt avastused tõestasid elektri- ja magnetnähtuste vahelist seost, mis võimaldas käsitleda magnetismiõpetust selle lahutamatu osana. elektriõpetus.
1. MAGNETOSTAATIKA ALUSED. MAGNETVÄLI VAAKUMIS
1.1. Magnetväli ja selle omadused. @
Esimest korda uuris magnetnähtusi järjekindlalt inglise arst ja füüsik William Gilbert oma töös "Magnetist, magnetkehadest ja suurest magnetist - Maa". Siis tundus, et elektril ja magnetilisusel pole midagi ühist. Alles 19. sajandi alguses esitas Taani teadlane G.H.Ørsted idee, et magnetism võib olla üks elektri varjatud vorme, mis leidis katseliselt kinnitust 1820. aastal. See kogemus viis uute avastuste laviinini, millel oli suur tähtsus.
Arvukad katsed 19. sajandi alguses näitasid, et iga voolu juhtiv juht ja püsimagnet on võimelised avaldama jõudu läbi ruumi teistele voolu juhtivatele juhtmetele või magnetitele. Selle põhjuseks on asjaolu, et voolu kandvate juhtide ja magnetite ümber tekib väli, mida on nn. magnetiline.
Magnetvälja uurimiseks kasutatakse väikest magnetnõela, mis riputatakse niidile või tasakaalustatakse otsa (joon. 1.1). Igas magnetvälja punktis on suvaliselt paiknev nool
Joonis 1.1. Magnetvälja suund
Vaatleme mitmeid katseid, mis võimaldasid kindlaks teha magnetvälja põhiomadused:
Nende katsete põhjal jõuti järeldusele, et magnetvälja tekitavad ainult liikuvad laengud või liikuvad laetud kehad, samuti püsimagnetid. Nii erinebki magnetväli elektriväljast, mis tekib nii liikuva kui ka paigalseisva laengu mõjul ning mõjub nii ühele kui ka teisele.
Magnetvälja peamine omadus on magnetilise induktsiooni vektor 
. Magnetinduktsiooni suunaks välja antud punktis loetakse suunda, mida mööda magnetnõela telg S-st N-ni paikneb antud punktis (joonis 1.1). Graafiliselt kujutatakse magnetvälju magnetinduktsiooni joontega, st kõveratega, mille puutujad igas punktis langevad kokku vektori B suunaga.
Neid jõujooni saab näha raudviilide abil: näiteks kui puistate saepuru ümber pika sirge juhi ja juhite selle läbi voolu, käituvad viilud nagu väikesed magnetid, mis paiknevad piki magnetvälja jooni (joonis 1.2).
Kuidas määrata vektori suunda 
voolu kandva juhi lähedal? Seda saab teha parema käe reegli abil, mis on näidatud joonisel fig. 1.2. Parema käe pöial on orienteeritud voolu suunas, siis ülejäänud sõrmed painutatud asendis näitavad magnetvälja joonte suunda. Joonisel 1.2 näidatud juhul on jooned 
on kontsentrilised ringid. Magnetinduktsiooni vektori jooned on alati suletud ja katke voolujuht. Selle poolest erinevad nad elektrivälja jõujoontest, mis algavad positiivsetel ja lõpevad negatiivsetel laengutel, s.t. avatud. Püsimagneti magnetilised induktsioonijooned lahkuvad ühelt pooluselt, mida nimetatakse põhjaks (N) ja sisenevad teisele, lõuna poole (S) (joonis 1.3a). Esialgu tundub, et on olemas täielik analoogia elektrivälja tugevuse E joontega, kusjuures magnetite poolused mängivad magnetlaengute rolli. Kui aga lõigata magneti, siis pilt säilib, saad väiksemad magnetid oma põhja- ja lõunapoolusega, s.t. Pooluste eraldamine on võimatu, sest vabu magnetlaenguid, erinevalt elektrilaengutest, looduses ei eksisteeri. Leiti, et magnetite sees on magnetväli ja selle välja magnetinduktsiooni jooned on magneti väliste magnetinduktsiooni joonte jätk, s.t. sulgege need. Sarnaselt püsimagnetiga on solenoidi magnetväli õhukesest isoleeritud traadist mähis, mille pikkus on palju suurem kui voolu läbimõõt (joonis 1.3b). Solenoidi ots, millest nähakse pooli voolu vastupäeva voolavat, langeb kokku magneti põhjapoolusega, teine lõunapoolusega. Magnetiline induktsioon 
SI-süsteemis mõõdetakse seda N/(A∙m), sellele suurusele antakse eriline nimi - tesla.
KOOS 
Prantsuse füüsiku A. Ampere’i oletuse kohaselt sisaldab magnetiseeritud raud (eelkõige kompassinõelad) pidevalt liikuvaid laenguid, s.o. elektrivoolud aatomi skaalal. Sellised mikroskoopilised voolud, mis on põhjustatud elektronide liikumisest aatomites ja molekulides, eksisteerivad igas kehas. Need mikrovoolud loovad oma magnetvälja ja saavad ise pöörlema voolu juhtivate juhtide tekitatud välistes väljades.Näiteks kui voolukandev juht asetada keha lähedusse, siis selle magnetvälja mõjul on mikrovoolud kõigis aatomites. teatud viisil orienteeritud, luues täiendava magnetvälja. Amper ei osanud tol ajal nende mikrovoolude olemuse ja iseloomu kohta midagi öelda, kuna aine ehituse õpetus oli alles algstaadiumis. Ampere’i hüpotees leidis hiilgavat kinnitust alles 100 aastat hiljem, pärast elektroni avastamist ning aatomite ja molekulide struktuuri selgitamist.
Looduses eksisteerivad magnetväljad on erineva ulatuse ja mõju poolest. Maa magnetväli, mis moodustab Maa magnetosfääri, ulatub 70 - 80 tuhande km kaugusele Päikese suunas ja palju miljoneid kilomeetreid vastupidises suunas. Maalähedases ruumis moodustab magnetväli suure energiaga laetud osakeste jaoks magnetlõksu. Maa magnetvälja tekkimist seostatakse juhtiva vedela aine liikumisega Maa tuumas. Teistelt planeetidelt Päikesesüsteem ainult Jupiteril ja Saturnil on märgatav magnetväli. Päikese magnetväli mängib üliolulist rolli kõigis Päikesel toimuvates protsessides – sähvatustes, laikude ja väljaulatuvate osade ilmnemises, päikese kosmiliste kiirte sünnis.
Magnetvälju kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes, eriti pagaritöökodades jahu puhastamisel metallilisanditest. Spetsiaalsed jahusõelurid on varustatud magnetitega, mis tõmbavad ligi väikseid rauatükke ja selle ühendeid, mis võivad jahus sisalduda.