Бесплатный фрагмент - Источник магнетизма у ферромагнетиков

Введение

Магнетизм. Одно из самых загадочных явлений мироздания. Если проанализировать статьи о магнетизме, то несложно заметить неточности и даже несуразности. В этой статье я пошагово попытался, в логическом варианте, представить процесс намагничивания железа. Учитывая устоявшееся представление о теории магнетизма, прошу прочитать до конца.

Источник магнетизма у ферромагнетиков

Исходим из нынешнего понимания магнетизма: «Магнитный момент атома обусловлен микроскопическими токами, создаваемыми:

1. Орбитальным движением электронов.

2. Спинами электронов и ядер»

Орбитальное движение электрона, по сути это электрический ток, вокруг которого образуется вращающееся круговое магнитное поле. Все верно, и вопросов не вызывает.

Уточним. Спином называется его собственный магнитный момент, обусловленный его собственным вращением вокруг своей оси. Что такое собственный магнитный момент? По сути это собственные магнитные поля электрона и ядра?

Что такое магнитное поле ядра? Трудно представить, что ядро вращается вокруг своей оси, но не станем спорить, а поразмышляем над этим. Если ядро вращается, то у него есть собственное магнитное поле.

Электрон тоже вращается вокруг своей оси и тоже имеет свое собственное магнитное поле.

На основании вышесказанных рассуждений констатируем то, что в атоме существует три вида магнитных полей. Если есть поля, то они должны как-то между собой контактировать. Как мне представляется, ядру атома нет нужды во вращении. Такое вращение, на мой взгляд, сделало бы атом крайне неустойчивой конструкцией, так как взаимодействие трех разнонаправленных магнитных полей не может быть стабильным. То есть, при вращении ядра и электрона, вектора, при определенных ситуациях, могут быть направлены, как навстречу друг другу, так и в одну сторону.

Перейдем к электрону. Предполагается, что электрон вращается вокруг своей оси. Возможно, что это так, но его вращение не может считаться электрическим током, но если нет тока, то не может быть и магнитного потока. Это я основываю на формулировках электрического тока, которые можно найти в любом учебнике по электротехнике. Повторюсь. Электрический ток — это направленное движение электронов (зарядов). Спин нельзя считать направленным движением электрона. Но есть еще один аспект, противоречащий выводов физики по магнетизму. Допустим, что, согласно существующей версии, спин может «индуцировать» свой магнитный поток. Возникает вопрос. Как электрон может обладать сразу двумя свойствами? Иметь два поля одновременно? Это магнитный момент, обусловленный спином и магнитное поле, образованное движением электрона по орбите. Допустим, что такое может быть. Итак, мы имеем электрон, который движется по орбите и вполне законно имеет магнитное поле. Допустим, что спин электрона тоже имеет свое поле, но по закону сильного, магнитное поле спина, должно быть подчинено более сильному полю электрона, индуцированного его движением по орбите. Тогда, логично утверждать, что векторы этих полей совпадут по направлению. К чему пришли? К тому, что магнитные свойства ферромагнетиков зависят исключительно от магнитных полей, которые создаются движением электронов по орбитам. Орбиты электронов в веществах имею хаотическое расположение, то есть площади орбит не совпадают друг с другом, а векторы их магнитных полей, направлены таким образом, что компенсируют друг друга. Ферромагнетик, в магнитном отношении, нейтрален. Еще о спине электрона.

Спин — это вращение электрона вокруг своей оси, но в том-то и дело, что учебники по физике утверждают, что подавляющее их количество попарно вращаются в разные стороны, и лишь небольшое их число не имеют пары. О чем это говорит? Это говорит о том, что магнитные потоки, навстречу вращающихся в паре электронов, компенсируют друг друга. Те малочисленные, оставшиеся без пары электроны, не могут создать мощный магнитный поток, даже если они ориентированы в нужную сторону. Противоречие явное. Что же происходит с электроном? Если спин не является источником магнитного потока, то, как этот поток образуется? Представим себе орбиту электрона. Не важно, что это корпускула или растянутая по орбите масса. По орбите движется электрон, а мы знаем, что движение электрона — это электрический ток. Если есть ток, то по правилу буравчика образуется перпендикулярно направленный магнитное поток.

Смотри рисунок 1.

Примечание автора: Рисунки не отражают строение атома какого-либо вещества.

Что же произойдет, если мы будем воздействовать на ферромагнетик постоянным магнитным полем?

Поместим вышеуказанный атом в постоянное магнитное поле. Орбита изображена пунктиром.

Смотри на рисунок 2.

Сильное внешнее магнитное поле «подчинит» себе более слабое магнитное поле электрона. Вектор внешнего магнитного поля и вектор поля электрона станут близкими по направлению. Изменение направления вектора магнитного поля электрона заставят орбиту его поменять свою ориентацию.

Магнитные поля внешние и магнитное поле электрона объединятся.

Для наглядности изменения положения орбиты, на ней обозначена точка А. Поменяем местами полюса внешнего постоянного магнита. Что произойдет?

Теперь вектор магнитного поля электрона будет направлен навстречу внешнему магнитному полю. Подчиняясь более сильному магнитному потоку, вектор поля электрона начнет встраиваться в новое направление магнитного потока. Начинается перемагничивание ферромагнетика. В какой-то момент ферромагнетик потеряет внешние магнитные свойства. То есть, он размагнитится. Орбита электрона вернется в прежнее положение. (Изображена пунктиром). При дальнейшем воздействии внешнего магнитного поля, она продолжит разворот до тех пор, пока их вектора станут близкими по направлению и магнитные поля объединятся. Смотри рисунок 3.

Точка А, проделав почти полуокружность по часовой стрелке, заняла новую позицию. Вектор намагниченности ферромагнетика изменил свое направление почти на 180 градусов. То есть ферромагнетик перемагнитился. Пройдена часть петли гистерезиса. Поменяв еще раз полюса постоянного магнита, тем самым перемагнитим ферромагнетик еще раз. Петля гистерезиса замкнется.

К чему это все? К тому, что основным источником магнетизма является магнитный поток электрона.

Мы проследили работу магнитного поля одного электрона с внешним магнитным полем. Будто бы логично, но сохранятся ли вышеуказанные процессы тогда, когда электронов много?

Рассмотрим атом ферромагнетика. Орбиты расположены по всей сфере ядра. Магнитные поля, образованные движением электронов по орбитам, взаимодействует между собой, создавая внутреннее замкнутое поле атома. Атом не образует внешнего магнитного поля.

Смотри рисунок 4.

Поместим указанный атом в постоянное магнитное поле. Вектора магнитных полей электронов подчинятся более сильному внешнему магнитному полю. В зависимости от направлений этих векторов, орбиты электронов разобьются на две группы, которые на схеме, для наглядности, имеют разные цвета. Вектора магнитных потоков электронов примут направление близкое к направлению вектора внешнего поля. Магнитные потоки объединятся. Смотри рисунок 5.