БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (МА)

Квантовые М. — приборы, основанные на ядерном магнитном резонансе , электронном парамагнитном резонансе , свободной прецессии магнитных моментов ядер или электронов во внешнем магнитном поле и других квантовых эффектах. Для наблюдения зависимости частоты w прецессии магнитных моментов микрочастиц от напряжённости Н измизмеряемого поля (w = g Н изм, где g — магнитомеханическое отношение ) необходимо создать макроскопический магнитный момент ансамбля микрочастиц (ядер или электронов). В зависимости от способа создания макроскопического магнитного момента и метода детектирования сигнала различают: протонные М. (свободной прецессии, с динамической поляризацией и с синхронной поляризацией), резонансные М. (электронные и ядерные), М. с оптической накачкой и другие (подробнее см. в ст. Квантовый магнитометр ). Квантовые М. применяются для измерения напряжённости слабых магнитных полей (в том числе геомагнитного и магнитного поля в космическом пространстве), в геологоразведке, в магнетохимии ( G до 10 -5—10 -7 нтл ) . Значительно меньшую чувствительность ( G ~ 10 -5 тл ) имеют квантовые М. для измерения сильных магнитных полей.

Сверхпроводящие квантовые М. основаны на квантовых эффектах в сверхпроводниках: выталкивании магнитного поля из сверхпроводника (см. Мейснера эффект ), квантовании магнитного потока в сверхпроводнике, на зависимости от Н измкритического тока контакта двух сверхпроводников (см. Джозефсона эффект ). Сверхпроводящими М. измеряют компоненты геомагнитного поля, они нашли применение в биофизике, магнетохимии и т.д. Чувствительность сверхпроводящих М. достигает ~ 10 -5 нтл (подробнее см. Сверхпроводящие магнитометры ).

Гальваномагнитные М. основаны на явлении искривления траектории электрических зарядов, движущихся в магнитном поле Н изм, под действием Лоренца силы (см. Гальваномагнитные явления ). К этой группе М. относятся: М. на Холла эффекте (возникновении между гранями проводящей пластинки разности потенциалов, пропорциональной протекающему току и Н изм); М. на эффекте Гаусса (изменении сопротивления проводника в поперечном магнитном поле Н изм); на явлении падения анодного тока в вакуумных магнетронах и электроннолучевых трубках (вызванного отклонением электронов в магнитном поле) и другие. На эффекте Холла основано действие различного рода тесламетров для измерения постоянных, переменных и импульсных магнитных полей (чувствительностью 10 -4—10 -5 тл, рис. 3 ); градиентометров и приборов для исследования магнитных свойств материалов. Чувствительность тесламетров, работающих на основе эффекта Гаусса, достигает 10 мкв/тл; чувствительность электронно-вакуумных М. ~ 30 нтл.

Для измерения напряжённости и изучения топологии магнитного поля в различных средах нашли применение М., основанные на вращении плоскости поляризации света в магнитном поле или поле намагниченного образца (см. Фарадея эффект , Керра эффект ), на изменении длины намагниченного стержня под действием приложенного поля (см. Магнитострикция ) и др. М. различных принципов действия и чувствительности широко применяются в геофизике, физике космоса, ядерной физике, магнетохимии, биофизике, дефектоскопии и в качестве элементов автоматики и средств управления.

Лит.: Яновский Б. М., Земной магнетизм, [т. 2, 2 изд.], Л., 1963; Чечурина Е. Н., Приборы для измерения магнитных величин, М., 1969; Померанцев Н. М., Рыжков В. М., Скроцкий Г. В., Физические основы квантовой магнитометрии, М., 1972; Instrumenten und Massenmethoden, в книге: Geomagnetismus und Aeronomie, Bd 2, В., 1960; Communications présentées an colloque international champs magnétiques faibles d’Intéret géophysique et spatial, Paris, 20—23 mai 1969, «Revue de physique appliquée», 1970, t. 5, № 3.

Ш. Ш. Долгинов.

Рис. 2. Блок-схема и конструкция преобразователя вибрационного тесламетра: 1 — измерительная катушка, укрепленная на торце пьезокристалла 2 (вибратора); 3 — зажим для крепления пьезокристалла; 4 — усилитель сигнала; сигнал детектируется и измеряется прибором магнитоэлектрической системы 5; 6 — генератор электромагнитных колебаний; 7 — источник питания.

Рис. 1. Схема кварцевого магнитометра для измерения вертикальной составляющей (Z) напряжённости геомагнитного поля: 1 — оптическая система зрительной трубы; 2 — оборотная призма для совмещения шкалы 9 с полем зрения; 3 — магниточувствительная система (постоянный магнит на кварцевой растяжке 5); 4 — зеркало; 6 — магнит для частичной компенсации геомагнитного поля (изменения диапазона прибора); 7 — кварцевая рамка; 8 — измерительный магнит. Магниточувствительную систему приводят в горизонтальное положение, воздействуя измерительным магнитом. По углу поворота магнита 8 судят о величине Z—компоненты. 10 — оптическая система для освещения шкалы.

Рис. 3. Принципиальная схема тесламетра, основанного на эффекте Холла (компенсационного типа): E 1и Е 2— источники постоянного тока; r 1и r 2— резисторы; G — гальванометр, mА — миллиамперметр; ПХ — преобразователь Холла (полупроводниковая пластинка). Эдс Холла компенсируется падением напряжения на части калиброванного сопротивления r 2, через которое протекает постоянный ток.

Магнитомехани'ческие явле'ния,гиромагнитные явления, группа явлений, обусловленных взаимосвязью магнитного и механических моментов микрочастиц — носителей магнетизма. Любая микрочастица, обладающая определённым моментом количества движения (электрон, протон, нейтрон, атомное ядро, атом), имеет также и определённый магнитный момент . Благодаря этому увеличение момента количества движения системы микрочастиц — физического тела, образца — приводит к возникновению у образца дополнительного магнитного момента и, наоборот, при намагничивании образец приобретает дополнительный механический момент.

Возникновение магнитного момента (намагниченности) в ферромагнитных образцах при их вращении было обнаружено в 1909 С. Барнеттом (см. Барнетта эффект ). Обратный эффект — поворот свободно подвешенного ферромагнитного образца при его намагничивании во внешнем магнитном поле — открыт в 1915 в опытах А. Эйнштейна и В. де Хааза (см. Эйнштейна — де Хааза эффект ).