Ричард Фейнман - Том 2. Электромагнетизм и материя

Тут можно читать онлайн Ричард Фейнман - Том 2. Электромагнетизм и материя - бесплатно полную версию книги (целиком) без сокращений. Жанр: sci-phys. Здесь Вы можете читать полную версию (весь текст) онлайн без регистрации и SMS на сайте лучшей интернет библиотеки ЛибКинг или прочесть краткое содержание (суть), предисловие и аннотацию. Так же сможете купить и скачать торрент в электронном формате fb2, найти и слушать аудиокнигу на русском языке или узнать сколько частей в серии и всего страниц в публикации. Читателям доступно смотреть обложку, картинки, описание и отзывы (комментарии) о произведении.
  • Название:
    Том 2. Электромагнетизм и материя
  • Автор:
  • Жанр:
  • Издательство:
    неизвестно
  • Год:
    неизвестен
  • ISBN:
    нет данных
  • Рейтинг:
    5/5. Голосов: 11
  • Избранное:
    Добавить в избранное
  • Отзывы:
  • Ваша оценка:
    • 100
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5

Ричард Фейнман - Том 2. Электромагнетизм и материя краткое содержание

Том 2. Электромагнетизм и материя - описание и краткое содержание, автор Ричард Фейнман, читайте бесплатно онлайн на сайте электронной библиотеки LibKing.Ru
Повторить : гл. 12 (вып. 1) «Характеристики силы»

Том 2. Электромагнетизм и материя - читать онлайн бесплатно полную версию (весь текст целиком)

Том 2. Электромагнетизм и материя - читать книгу онлайн бесплатно, автор Ричард Фейнман
Тёмная тема
Сбросить

Интервал:

Закладка:

Сделать

Обычно при комнатной температуре и полях, которые можно получить (порядка 10000 гс ), отношение μ 0 B / kT равно приблизительно 0,02. Чтобы наблюдать насыщение, необходимо спуститься до очень низких температур. Для комнатной и более высоких температур обычно можно thx заменить на x и написать

3522 Точно так же как и в классической теории намагниченность М - фото 2074(35.22)

Точно так же, как и в классической теории, намагниченность М оказывается пропорциональной полю В . Даже формула оказывается той же самой, за исключением того, что в ней, по-видимому, где-то потерян множитель 1/ 3. Но нам еще нужно связать μ 0в квантовомеханической формуле с величиной μ, которая появилась в классическом результате, в выражении (35.9).

В классической формуле у нас появилось μ 2 =μ·μ— квадрат вектора магнитного момента, или

3523 В предыдущей главе я уже говорил что очень часто правильный ответ - фото 2075(35.23)

В предыдущей главе я уже говорил, что очень часто правильный ответ можно получить из классических вычислений с заменой J·Jна j( j +1) 2. В нашем частном примере j= 1/ 2, так что

Подставляя этот результат вместо JJв 3523 получаем или вводя - фото 2076

Подставляя этот результат вместо J·Jв (35.23), получаем

Том 2 Электромагнетизм и материя - изображение 2077

или, вводя величину μ 0, определенную соотношением (35.12), получаем

Том 2 Электромагнетизм и материя - изображение 2078

Подставляя это вместо μ 2в классическое выражение (35.9), мы действительно воспроизведем истинный квантовомеханический результат — формулу (35.22).

Квантовая теория парамагнетизма легко распространяется на атомы с любым спином j. При этом для намагниченности в слабом поле получим

Том 2 Электромагнетизм и материя - изображение 2079(35.24)

где

Том 2 Электромагнетизм и материя - изображение 2080(35.25)

представляет комбинацию постоянных с размерностью магнитного момента. Моменты большинства атомов приблизительно равны этой величине. Она называется магнетоном Бора . Спиновый магнитный момент электрона почти в точности равен магнетону Бора.

§ 5. Охлаждение адиабатическим размагничиванием

Парамагнетизм имеет одно весьма интересное применение. При очень низкой температуре и в сильном магнитном поле атомные магнитики выстраиваются. При этом с помощью процесса, называемого адиабатическим размагничиванием , можно получить самые низкие температуры. Возьмем какую-то парамагнитную соль, содержащую некоторое число редкоземельных атомов (например, аммиачный нитрат празеодима), и начнем охлаждать ее жидким гелием до 1—2° К в сильном магнитном поле. Тогда показатель μ В / kT будет больше единицы, скажем 2 или 3. Большинство спинов направлено вверх, и намагниченность почти достигает насыщения. Для облегчения давайте считать, что поле настолько велико, а температура так низка, что все атомы смотрят в одном направлении. Теплоизолируйте затем соль (удалив, например, жидкий гелий и создав вакуум) и выключите магнитное поле. При этом температура соли падает.

Если бы это поле вы выключили внезапно , то раскачивание и сотрясение атомов кристаллической решетки постепенно перепутало бы все спины. Некоторые из них остались бы направленными вверх, а другие повернулись бы вниз. Если никакого поля нет (и если не учитывать взаимодействия между атомными магнитами, которое привносит только небольшую ошибку), то на переворачивание магнитиков энергии не потребуется. Поэтому случайное распределение спинов установится без какого-либо изменения температуры.

Предположим, однако, что в то время как спины переворачиваются, магнитное поле еще не вполне исчезло. Тогда для переворачивания спинов против поля требуется некоторая работа, она должна затрачиваться на преодоление поля . Этот процесс отбирает энергию у теплового движения и понижает температуру. Таким образом, если сильное магнитное поле выключается не слишком быстро, температура соли будет уменьшаться. Размагничиваясь, она охлаждается. С точки зрения квантовой механики, когда поле сильно, все атомы находятся в наинизшем состоянии, так как слишком много шансов против того, чтобы они находились в высшем состоянии. Но как только напряженность поля понижается, тепловые флуктуации со все большей и большей вероятностью будут «выталкивать» атомы на высшее состояние, и когда это происходит, атом поглощает энергию ΔU=μ 0B. Таким образом, если магнитное поле выключается медленно, магнитные переходы могут отбирать энергию у тепловых колебаний кристалла, тем самым охлаждая его. Таким способом можно понизить температуру от нескольких градусов до температуры в несколько тысячных долей градуса от абсолютного нуля.

А если нам захочется охладить что-то еще сильнее? Оказывается, что здесь природа тоже была очень предусмотрительной. Я уже упоминал, что магнитные моменты есть и у атомных ядер. Наши формулы для парамагнетизма работают и в случае ядер, только надо иметь в виду, что моменты ядер приблизительно в тысячу раз меньше . (По порядку величины они равны qℏ /2 m p , где m p — масса протона, так что они меньше в число раз, равное отношению масс протона и электрона.) Для таких магнитных моментов даже при температуре 2° К показатель μ B / kT составляет всего несколько тысячных. Но если мы используем парамагнитное размагничивание и достигнем температуры нескольких тысячных градуса, то μ B / kT становится порядка единицы; при столь низких температурах мы уже можем говорить о насыщении ядерного магнетизма. Это очень кстати, ибо теперь, воспользовавшись адиабатическим размагничиванием системы магнитных ядер , можно достичь еще более низких температур. Таким образом, в магнитном охлаждении возможны две стадии. Сначала мы используем диамагнитное размагничивание парамагнитных ионов и спускаемся до нескольких тысячных долей градуса. Затем мы применяем холодную парамагнитную соль для охлаждения некоторых материалов, обладающих сильным ядерным магнетизмом. И, наконец, когда мы выключаем магнитное поле, температура материалов доходит до миллионных долей градуса от абсолютного нуля, если, конечно, все было проделано достаточно тщательно.

Читать дальше
Тёмная тема
Сбросить

Интервал:

Закладка:

Сделать


Ричард Фейнман читать все книги автора по порядку

Ричард Фейнман - все книги автора в одном месте читать по порядку полные версии на сайте онлайн библиотеки LibKing.




Том 2. Электромагнетизм и материя отзывы


Отзывы читателей о книге Том 2. Электромагнетизм и материя, автор: Ричард Фейнман. Читайте комментарии и мнения людей о произведении.


Понравилась книга? Поделитесь впечатлениями - оставьте Ваш отзыв или расскажите друзьям

Напишите свой комментарий
x