• А
  • Б
  • В
  • Г
  • Д
  • Е
  • Ж
  • З
  • И
  • Й
  • К
  • Л
  • М
  • Н
  • О
  • П
  • Р
  • С
  • Т
  • У
  • Ф
  • Х
  • Ц
  • Ч
  • Ш
  • Щ
  • Ф
  • Э
  • Ю
  • Я
  • Магнитная термометрия

    Магнитная термометрия, метод измерения температур, применяемый в основном ниже 1 К. В М. т. термометрическим свойством служит магнитная восприимчивость c парамагнетика. Для М. т. подбирают…



    Магнитная тонкая плёнка

    Магнитная тонкая плёнка, поли- или монокристаллический слой ферромагнитного металла, сплава или магнитного окисла (феррита и др.) толщиной от 0,01 до 10 мкм. М. т. п. находит применение в качестве…



    Магнитная цепь

    Магнитная цепь, последовательность магнетиков, по которым проходит магнитный поток. Понятием М. ц. широко пользуются при расчётах электрических машин, трансформаторов, постоянных магнитов…



    Магнитное насыщение

    Магнитное насыщение, состояние парамагнетика или ферромагнетика, при котором его намагниченность J достигает предельного значения J$ -намагниченности насыщения, не меняющейся при дальнейшем увеличении…



    Магнитное обогащение

    Магнитное обогащение, способ отделения полезных минералов от пустой породы и вредных примесей, основанный на действии магнитного поля на минеральные частицы, обладающие различной магнитной…



    Магнитное охлаждение

    Магнитное охлаждение, метод получения температур ниже 1 К путём адиабатического размагничивания парамагнитных веществ. Предложен П. Дебаем и американским физиком У. Джиоком (1926); впервые осуществлен в 1933. М. о. — один из двух практически применяемых методов получения температур ниже 0,3 К (другим методом является растворение жидкого гелия 3He в жидком 4He).

    Для М. о. применяют соли редкоземельных элементов (например, сульфат гадолиния), хромокалиевые, железоаммониевые, хромометиламмониевые квасцы и ряд других парамагнитных веществ. Кристаллическая решётка этих веществ содержит ионы Fe, Cr, Gd с недостроенными электронными оболочками и отличным от нуля собственным магнитным моментом (спином). Парамагнитные ионы разделены в кристаллической решётке большим числом немагнитных атомов. Это приводит к тому, что магнитное взаимодействие ионов оказывается слабым: даже при низких температурах, когда тепловое движение значительно ослаблено, силы взаимодействия не способны упорядочить систему хаотически ориентированных спинов. В методе М. о. применяется достаточно сильное (~ несколько кэ) внешнее магнитное поле, которое, упорядочивая направление спинов, намагничивает парамагнетик. При выключении внешнего поля (размагничивании парамагнетика) спины под действием теплового движения атомов (ионов) кристаллической решётки вновь приобретают хаотическую ориентацию. Если размагничивание осуществляется адиабатически (в условиях теплоизоляции), то температура парамагнетика понижается (см. Магнетокалорический эффект).

    Процесс М. о. принято изображать на термодинамической диаграмме в координатах температура Т — энтропия S (рис. 1). Получение низких температур связано с достижением состояний, в которых вещество обладает малыми значениями энтропии. В энтропию кристаллического парамагнетика, характеризующую неупорядоченность его структуры, свою долю вносят тепловые колебания атомов кристаллической решётки ("тепловой беспорядок") и разориентированность спинов ("магнитный беспорядок"). При Т ® 0 энтропия решётки Speш убывает быстрее энтропии системы спинов Sмагн, так что Speш при температурах Т < 1 К становится исчезающе малой по сравнению с Sмагн. В этих условиях возникает возможность осуществить М. о.

    Цикл М. о. (рис. 1) состоит из 2 стадий: 1) изотермического намагничивания (линия АБ) и 2) адиабатического размагничивания парамагнетика (линия БВ). Перед намагничиванием температуру парамагнетика при помощи жидкого гелия понижают до Т ~ 1 К и поддерживают её постоянной на протяжении всей 1-й стадии М. о. Намагничивание сопровождается выделением теплоты и уменьшением энтропии до значения SH. На 2-й стадии М. о. тепловое движение, разрушая упорядоченность спинов, приводит к увеличению Sмагн. Однако в процессе адиабатического размагничивания энтропия парамагнетика в целом не меняется. Увеличение Sмагн компенсируется уменьшением Speш, то есть охлаждением парамагнетика.

    Взаимодействие спинов между собой и с кристаллической решёткой (спин-решёточное взаимодействие) определяет температуру, при которой начинается резкий спад кривой Sмагн при Т ® 0 и становится возможным М. о. Чем слабее взаимодействие спинов, тем более низкие температуры можно получить методом М. о. Парамагнитные соли, применяемые для М о., позволяют достичь температур ~ 10-3 К.

    Значительно более низких температур удалось достигнуть, используя парамагнетизм уже не атомов (ионов), а атомных ядер. Магнитные моменты ядер примерно в тысячу раз меньше спиновых магнитных моментов электронов, определяющих моменты парамагнитных ионов. Поэтому взаимодействие ядерных магнитных моментов значительно слабее взаимодействия моментов ионов. Для намагничивания до насыщения системы ядерных магнитных моментов даже при Т = 1 K требуются сильные магнитные поля (~ 107 э).Практически применяют поля 105 э, но тогда необходимы более низкие температуры (~ 0,01 К). При исходной температуре ~ 0,01 K адиабатическим размагничиванием системы ядерных спинов (например, в образце меди) удаётся достигнуть температуры 10-5—10-6 К. До этой температуры охлаждается не весь образец. Полученная температура (её называют спиновой) характеризует интенсивность теплового движения в системе ядерных спинов сразу после размагничивания. Электроны же и кристаллическая решётка остаются после размагничивания при исходной температуре ~ 0,01 К. Последующий обмен энергией между системами ядерных и электронных спинов (посредством спин-спинового взаимодействия) может привести к кратковременному охлаждению всего вещества до Т ~ 10-4 К. Измеряют низкие температуры (~ 10-2 К и ниже) методами магнитной термометрии. Практически М. о. осуществляют следующим способом (рис. 2, а). Блок парамагнитной соли С помещается на подвесках из материала с малым коэффициентом теплопроводности внутри камеры 1, которая погружена в криостат 2 с жидким гелием 4He. Откачкой паров гелия температура в криостате поддерживается на уровне 1,0—1,2 К (применение жидкого 3He позволяет снизить исходную температуру до ~ 0,3 К). Теплота, выделяющаяся в соли во время намагничивания, отводится к жидкому гелию газом, заполняющим камеру 1. Перед выключением магнитного поля газ из камеры 1 откачивают через кран 4 и таким образом блок соли С теплоизолируют от жидкого гелия. После размагничивания температура соли понижается и может достигнуть нескольких тысячных долей градуса. Запрессовывая в блок соли какое-либо вещество или соединяя вещество с блоком соли пучком тонких медных проволочек, можно охладить вещество практически до тех же температур. Наиболее низкие температуры получают методом двухступенчатого М. о. (рис. 2, б). Сначала производят адиабатическое размагничивание соли С и через тепловой ключ (теплопроводящую перемычку) К охлаждают предварительно намагниченную соль D. Затем, после размыкания ключа К, размагничивают соль D, которая при этом охлаждается до температуры существенно более низкой, чем была получена в блоке соли С. Тепловым ключом в установках описанного типа обычно служит проволочка из сверхпроводящего вещества, теплопроводность которой в нормальном и сверхпроводящем состояниях при Т ~ 0,1 К различается во много раз. По схеме рис. 2, б осуществляют и ядерное размагничивание с тем отличием, что соль D заменяют образцом (например, меди), для намагничивания которого применяется поле напряжённостью в несколько десятков кэ.

    М. о. широко применяется при изучении низкотемпературных свойств жидкого гелия (сверхтекучести и других), квантовых явлений в твёрдых телах (например, сверхпроводимости), явлений ядерной физики и т.д.

    Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971, с. 368—382; Физика низких температур, под общей редакцией А. И. Шальникова, перевод с английского, М., 1959, с. 421—610; Мендельсон К., На пути к абсолютному нулю, перевод с английского, М., 1971; Амблер Е. и Хадсон Р. П., Магнитное охлаждение, "Успехи физических наук",1959, т. 67, в. 3.

    А. Б. Фрадков.

     

    Дебай Петер Йозеф Вильгельм

    Дебай (Debve) Петер Йозеф Вильгельм (24.3.1884, Маастрихт, - 2. 11. 1966, Итака, США), физик. По национальности голландец. Окончил Высшую техническую школу в Ахене (1905) и Мюнхенский университет (…

    Спин

    Спин (от англ. spin - вращаться, вертеться.), собственный момент количества движения элементарных частиц, имеющий квантовую природу и не связанный с перемещением частицы как целого. (При введении…

    Магнетокалорический эффект

    Магнетокалорический эффект, изменение температуры магнетика при адиабатическом изменении напряжённости магнитного поля Н, в котором находится магнетик. С изменением поляна dH совершается работа…

    Энтропия

    Энтропия (от греч. entropia - поворот, превращение), понятие, впервые введенное в термодинамике для определения меры необратимого рассеяния энергии. Э. широко применяется и в других областях науки: в…

    Спин-спиновое взаимодействие

    Спин-спиновое взаимодействие, взаимодействие между спиновыми магнитными моментами микрочастиц (см. Спин). Это взаимодействие является релятивистским эффектом (оно содержит множитель 1/с2, где с -…

    Магнитная термометрия

    Магнитная термометрия, метод измерения температур, применяемый в основном ниже 1 К. В М. т. термометрическим свойством служит магнитная восприимчивость c парамагнетика. Для М. т. подбирают…

    Криостат

    Криостат (от крио... и греч. states - стоящий, неподвижный), термостат, в котором рабочий узел или исследуемый объект поддерживается при температурах менее 120 К (криогенных температурах) за счёт…

    Сверхтекучесть

    Сверхтекучесть, особое состояние квантовой жидкости, находясь в котором жидкость протекает через узкие щели и капилляры без трения; при этом протекающая часть жидкости обладает равной нулю энтропией…

    Сверхпроводимость

    Сверхпроводимость, свойство многих проводников, состоящее в том, что их электрическое сопротивление скачком падает до нуля при охлаждении ниже определённой критической температуры Тк, характерной для…