Act master курсы актерского мастерства в москве respublikax.ru.

БСЭ. Магнетрон - Магнитное охлаждение
Начало Вверх

МАГНЕТРОН [от греч. magnetis - магнит и (элек)трон], в первоначальном и широком смысле слова - коаксиальный цилиндрич. диод в магнитном поле, направленном по его оси; в электронной технике - генераторный электровакуумный прибор СВЧ, в к-ром взаимодействие электронов с электрич. составляющей поля СВЧ происходит в пространстве, где постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному электрич. полю.

Термин "М." был введён амер. физиком А. Халлом (A. Hull), к-рый в 1921 впервые опубликовал результаты теоретических и экспериментальных исследований работы М. в статич. режиме и предложил ряд конструкций М. Генерирование электромагнитных колебаний в дециметровом диапазоне волн (на волнах Л = 29 см) посредством М. открыл и запатентовал в 1924 чехословацкий физик А. Жачек. В 20-е гг. влияние магнитного поля на генерирование колебаний СВЧ исследовали физики: Е. Ха-бан (1924, Германия), А. А. Слуцкин и Д. С. Штейнберг (1926-29, СССР), К. Окабе и X. Яги (1928-29, Япония), И. Ранци (1929, Италия). В 30-е гг. исследования М. как генератора СВЧ велись во мн. странах. Осн. задача этого периода - увеличение выходной мощности генерируемых колебаний - была решена в 1936-37 сов. инженерами Н. Ф. Алексеевым и Д. Е. Маляровым под руководством М. А. Бонч-Бруевича. Они увеличили мощность М. на 2 порядка (до 300 вт на волне 9 см), применив в качестве анода массивный медный блок, содержащий ряд резонаторов. М. такой конструкции называют многорезонаторным. Эта конструкция М. оказалась настолько совершенной, что в последующие годы во всём мире разрабатывались и выпускались только многорезонаторные М. В М. применяют катод, имеющий форму полого цилиндра, внутри к-рого располагается подогреватель. Катод такой формы впервые был предложен для радиоламп сов. академиком А. А. Чернышёвым в 1918. В 30-е гг. мн. инженеры предлагали для М. катоды в форме полого цилиндра, напр. амер. инж. К. Хенсел в 1933 (для М., у к-рого катод окружает анод), амер. инж. Л. Молтер, Дж. Райхман, Р. Гудрич в 1936 (для использования вторичной эмиссии катода в М.), советский инженер В.П. Илясов в 1939 (для многорезонаторного М.).

В 40-70-е гг. в многорезонаторный М. инженерами мн. стран (СССР, Великобритании, США, Японии и др.) был внесён ряд улучшений, были разработаны более тысячи типов многорезонаторных М., в основном для радиолокации. С кон. 60-х гг. резко увеличился выпуск М. непрерывного генерирования колебаний на волне ~ 12 см для нагрева полями СВЧ в печах бытового назначения (мощностью 0,5-3 квт) и пром. установках (мощностью 5-100 квт). В 1950- 1970-е гг. на основе многорезонаторного М. был создан ряд приборов для генерации и усиления колебаний СВЧ (см. Магнетронного типа приборы).

Распространение М. вызвано высоким кпд (до 80% ), компактностью конструкции и стабильностью работы при сравнительно невысоких анодных напряжениях. В нач. 70-х гг. промышленно развитыми странами выпускаются М. для работы на различных частотах от 0,5 до 100 Ггц, с мощностями от неск. вт до десятков квт в непрерывном режиме генерирования колебаний и от 10 вт до 5 Мвт в импульсном режиме при длительностях импульсов гл. обр. от долей до десятков мксек. М. выпускаются как неперестраиваемые (фиксированная частота), так и перестраиваемые в небольшом диапазоне частот (обычно менее 10%). Для медленной перестройки частоты применяются механизмы, приводимые в движение рукой, для быстрой (до нескольких тысяч перестроек в сек) - ротационные и вибрационные механизмы.

В простейшей конструкции многорезонаторного М. (рис. 1) анодный блок представляет собой массивный медный цилиндр с центр, круглым сквозным отверстием и симметрично расположенными сквозными полостями (от 8 до 40), выполняющими роль объёмных резонаторов. Каждый резонатор соединяется щелью с центр, отверстием, в к-ром расположен катод. Резонаторы образуют кольцевую колебательную систему. Такая система имеет не одну, а неск. резонансных частот, при к-рых на кольцевой колебат. системе укладывается целое число стоячих волн от 1 до N/2 (N - число резонаторов). Наиболее выгодным является вид колебаний, при к-ром число полуволн равно числу резонаторов (т. н. я-вид колебаний). Этот вид колебаний назван так потому, что напряжения СВЧ на двух соседних резонаторах сдвинуты по фазе на я. Для стабильной работы М. (во избежание перескоков во время работы на др. виды колебаний, сопровождающихся изменениями частоты и выходной мощности) необходимо, чтобы ближайшая резонансная частота колебат. системы значительно отличалась от рабочей частоты (примерно на 10% ). Т. к. в М. с одинаковыми резонаторами разность этих частот получается недостаточной (рис. 2, в), её увеличивают либо введением связок в виде металлич. колец, одно из к-рых соединяет все чётные, а другое все нечётные ламели анодного блока (рис., 2, б), либо применением разнорезонаторной колебат. системы (чётные резонаторы имеют один размер, нечётные - другой) (рис. 2, в).

Рис. 1. Многорезонаторный магнетрон простейшей конструкции (слева - внешний вид; справа - разрез): 1 - анодный блок с 8 резонаторами типа ель-отверстие; 2 - резонатор; 3 - ламель анодного блока; 4 - связка в виде металлического кольца (второе такое же кольцо расположено на другом торце анодного блока); 5 - катод; 6 - выводы подогревателя катода; 7 - радиатор; 8 - петля связи для вывода энергии СВЧ; 9 - стержень вывода энергии СВЧ для присоединения к коаксиальной линии.

Рис. 2. Виды резонаторных систем магнетрона (а - равнорезонаторная без связок, б - равнорезонаторная со связками, в- разнорезонаторная)и графики разделения их резонансных частот =(fПи-fn)/fПи, где fПи- частота колебаний, соответствующая я-виду колебаний. fn - частота колебаний, соответствующая я-му номеру колебаний. В 18-резонаторном магнетроне 9-й вид колебаний является л-видом.

В многорезонаторном М. на электроны, движущиеся в пространстве между катодом и анодным блоком, действуют 3 поля: постоянное электрич. поле, постоянное магнитное поле и электрич. поле СВЧ (резонаторной системы). При перемещении электронов в радиальном направлении (от катода к аноду) энергия источника анодного напряжения преобразуется в кинетич. энергию электронов. Под влиянием постоянного магнитного поля, направленного по оси катода (перпендикулярно постоянному электрич. полю), электроны изменяют направление движения: их радиальная скорость переходит в тангенциальную, перпендикулярную радиальной, Т. к. часть электрич. поля СВЧ через щели резонаторов проникает в пространство анод - катод, то электроны при движении в тангенциальном направлении тормозятся тангенциальной составляющей электрич. поля СВЧ, и поэтому их энергия, полученная от источника постоянного напряжения, преобразуется в энергию колебаний СВЧ. Поле СВЧ дважды за период колебаний меняет направление. Для непрерывного торможения электронов необходимо, чтобы они от одного резонатора к соседнему (в тангенциальном направлении) перемещались за полпериода. Такой синхронизм между перемещением электронов и тормозящим электрич. полем СВЧ является осн. принципом работы многорезонаторного М. Электроны, к-рые попадают в ускоряющее поле СВЧ, увеличивают свою кинетич. энергию и выпадают из синхронизма. Они либо возвращаются на катод, либо попадают в тормозящее поле СВЧ и снова входят в синхронизм.

Рис. 3. Типичная рабочая характеристика импульсного магнетрона. Заштрихованными участками обозначены области отсутствия генерации, сплошными линиями - импульсная выходная мощность Ян и напряжённость постоянного магнитного поля Н, пунктирными линиями - кпд (без учёта мощности подогрева катода).

Типичные характеристики М. приведены на рис. 3. М. начинает работать, когда анодное напряжение достигает значения, соответствующего началу синхронизма. С увеличением напряжения условия синхронизма улучшаются; сила тока, выходная мощность и кпд М. увеличиваются При оптимальных условиях синхронизма кпд М. достигает максимума. Дальнейшее повышение анодного напряжения постепенно ухудшает синхронизм и сопровождается снижением кпд, несмотря на увеличение силы тока и выходной мощности.

Лит.: Алексеев Н. Ф., Маляров Д. Е., Получение мощных колебаний магнетроном в сантиметровом диапазоне волн, "Журнал технической физики", 1940, т. 10, в. 15, с. 1297 - 1300; Фиск Д., Xагструм Г., Гатман П., Магнетроны, пер. с англ., М., 1948; Бычков С. И., Магнетронные генераторы, Л., 1948; Магнетроны сантиметрового диапазона, пер. с англ., под ред. С. А. Зусмановского, ч. 1 - 2, М., 1950-51; Коваленко В. Ф., Введение в электронику сверхвысоких частот, 2 изд., М., 1955; Самсонов Д. Е., Основы расчёта и конструирования многорезонаторных магнетронов, М., 1966.

В. Ф. Коваленко.

МАГНЕТРОН КОАКСИАЛЬНЫЙ, магнетрон с коаксиальным резонатором, магнетрон, в к-ром вокруг анодного блока расположен коаксиальный резонатор, соединённый щелями с резонаторами анодного блока. Щели, соединяющие коаксиальный резонатор с анодным блоком, прорезаются параллельно оси магнетрона в задних стенках не всех резонаторов, а через один (рис.). М. к. применяются в наземных и бортовых радиолокац. станциях различного назначения. М. к. выпускаются для работы только в импульсном режиме как с механизмами медленной и быстрой перестройки частоты, так и на фиксированных частотах от 2 до 70 Ггц с выходными мощностями от 1 квт до 2 Мвт (в импульсе). М. к. был предложен франц. инж. И. Азема в 1950 и более совершенной конструкции - амер. учёными Р. Колье и И. Фейнштейном в 1955.

Схема коаксиального магнетрона: а - вид системы резонаторов; б - вид в поперечном сечении; 1 - резонаторы анодного блока; 2- коаксиальный резонатор; 3- щели, соединяющие резонаторы анодного блока с коаксиальным резонатором; 4 - поршень коаксиального резонатора для перестройки частоты; 5 - окно для вывода мощности колебаний СВЧ; 6 - катод; 7 - полюсные наконечники магнита.

Коаксиальный резонатор в М. к.: а) повышает стабильность его работы (у М. к. уход частоты, вызванный отражением волн от нагрузки, ширина спектра частот и интенсивность боковых лепестков спектра примерно в 5 раз меньше, а уход частоты от изменения силы тока и пропуск импульсов примерно в 10 раз меньше, чем у обычного магнетрона); б) разделяет частоты равнорезонаторного анодного блока настолько, что отпадает необходимость применения связок; в) позволяет увеличить рабочую поверхность катода и анодного блока и за счёт этого снизить плотность электронного потока, увеличить долговечность М. к. в 3- 4 раза по сравнению с обычным магнетроном; г) обеспечивает механич. перестройку частоты на 6-13% перемещением поршня в коаксиальном резонаторе без существенного изменения выходной мощности.

Лит.: Электронные сверхвысокочастотные приборы со скрещенными полями, пер. с англ., под ред. М. М. Федорова, т. 2, М., 1961, с. 119 - 29.

В. Ф. Коваленко.

МАГНЕТРОН, НАСТРАИВАЕМЫЙ НАПРЯЖЕНИЕМ, генераторный прибор магнетронного типа, рабочая частота к-рого в широком диапазоне изменяется пропорционально анодному напряжению. Его иногда называют митроном. Явление перестройки частоты магнетрона напряжением впервые обнаружили в 1949 амер. инженеры Д. Уилбур и Ф. Питере. Ими же в 1950 был предложен М., н. н., с центр, катодом и в 1955 - с вынесенной в торец электронной пушкой. М., н. н., выходной мощностью до 1 вт широко применяются в измерит, радиоаппаратуре, в гетеродинах широкополосных радиоприёмников с быстрой перестройкой частоты и в качестве задающих генераторов в радиолокац. станциях, 1 - 10 вт - в радиовысотомерах, телемет-рич. аппаратуре и др. устройствах, где требуется режим частотной модуляции в широкой полосе генерируемых частот, св. 10 вт - в широкополосных радиопередатчиках, телевизионных и телеметрия, устройствах бортовых систем и др. В 50-60-х гг. 20 в. было выпущено много типов М., н. н., работающих на частотах 0,2-10 Ггц. М., н. н., с выходной мощностью до 1 era (включительно) имеют диапазон перестройки частоты примерно 1-1,5 октавы, 1-10 вт - до 50% от средней частоты, 10-500 вт - до 10-20%. Кпд маломощных М., н. н., как правило, не превышает 10%, а наиболее мощных достигает 70%.

От обычного многорезонаторного магнетрона М., н. н., отличается пониженной добротностью колебательной системы и уменьшенной силой электронного тока в пространстве взаимодействия. Колебат. система М., н. н. (рис.), представляет собой цилиндрич. анод, выполненный в виде встречных штырей, встроенных в объёмный резонатор, или отрезок линии, напр., отрезок радиоволновода, полосковой линии и др. Уменьшение силы тока в пространстве взаимодействия М., н н., достигается либо путём недогрева катода (ограничение эмиссии электронов темп-рой), либо применением торцевой электронной пушки и заменой центр, эмитирующего катода неэмитирующим электродом. Распространён второй способ, т. к, он позволяет посредством управляющего электрода изменять силу тока и, следовательно, мощность М., н. н. Так же, как и в многорезонаторном магнетроне, при генерировании колебаний электронные сгустки движутся с такой тангенциальной скоростью, что за один полупериод колебаний перемещаются на расстояние, равное шагу анодной штыревой системы. Это условие синхронизма выражается следующей линейной зависимостью между анодным напряжением Ua (в) и рабочей частотой

Схематическое изображение магнетрона, настраиваемого напряжением: 1 - анод в виде системы встречных штырей; 2 - неэмнтирующий __ электрод; 3 - катод; 4 - управляющий электрод; 5 - керамические цилиндры вакуумплотной оболочки; 6 - низко добротный объёмный резонатор; 7 - экранирующий магнитопроводящий кожух; 8 - постоянный магнит; 9 - коаксиальный вывод энергии; 10 - элемент связи вывода энергии с объёмным резонатором; Супр- источник управляющего напряжения; Ua - источник анодного напряжения..

1512-1.jpg

где В - индукция магнитного поля (гс); N - число штырей; rа и rk - соответственно радиусы анода и центрального неэмитирующего электрода (см).

Лит.: Стальмахов В. С., Основы электроники сверхвысокочастотных приборов со скрещенными полями, М., 1963, с. 254-77; Дятлов Ю. В., Козлов Л. Н., Митроны, М., 1967.

И. В. Соколов.

МАГНЕТРОННОГО ТИПА ПРИБОРЫ, класс электровакуумных приборов СВЧ (300 Мгц - 300 Ггц), в к-рых движение электронов происходит в скрещенных постоянных электрич. и магнитном полях и электромагнитном поле СВЧ. М. т. п. используются для генерирования и усиления колебаний в радиолокац. и навигац. устройствах, устройствах космич. связи, линейных ускорителях, мед. аппаратах, установках нагрева токами СВЧ и т. д. В М. т. п. постоянное электрическое поле создаётся в промежутке анод - катод (т. н. пространство взаимодействия), а постоянное магнитное поле - перпендикулярно силовым линиям постоянного электрич. поля и направлению движения электронов (в М. т. п. цилиндрич. конструкции - вдоль оси катода). Условия обратной связи между электромагнитным полем и электронным потоком, необходимые для самовозбуждения колебаний в М. т. п., легко выполняются. Благодаря обратной связи электроны, к-рые в результате взаимодействия с электромагнитным полем отдают ему часть своей энергии, приобретённой от источника постоянного напряжения, смещаются к аноду и в итоге попадают на него, а те электроны, к-рые отбирают от электромагнитного поля часть энергии, возвращаются на катод, бомбардируя, его. Явление электронной бомбардировки используется в нек-рых мощных М. т. п. для поддержания необходимой темп-ры катода. Для осуществления эффективного и длительного взаимодействия электронов с электромагнитным полем должна соблюдаться синхронность их движения, т. е. равенство скорости переносного движения электронов veс фазовой скоростью бегущей волны поля.

М. т. п. обладают свойством многофункциональности, т. е. эффективно работают в разных электрич. режимах и условиях эксплуатации, и высоким кпд (до 90% ); способны генерировать и усиливать колебания в весьма широкой области электромагнитных волн (от метровых до миллиметровых волн), генерировать колебания большой мощности (до неск. сотен квт непрерывной и до неск. десятков Мвт импульсной мощности) при относительно низких анодных напряжениях (до 50 же), перестраиваться по частоте в широком диапазоне (до 20% механическим и до 100% электрич. способами), усиливать колебания в широкой полосе частот (до 20% и более) при достаточно больших коэфф. усиления (до 20 дб и более).

Прототипом всех М.т.п. является многорезонаторный магнетрон - наиболее известный прибор этого класса (см. рис.).

Упрощённое изображение пространства взаимодействия магнетрона: а - распределение высокочастотного электрического поля при колебаниях л-вида; б - форма электронного облака при колебаниях я-вида. 1 - замедляющая система (анод); 2 - катод; 3 - граница электронного облака; 4 - форма траекторий электронов; Е - силовые линии постоянного электрического поля; Е - силовые линии электрического поля СВЧ; В - силовые линии индукции магнитного поля; vе - скорость переносного движения электронов.

На магнетронном принципе взаимодействия электронного потока с электромагнитным полем создано множество разновидностей приборов (генераторов и усилителей), различающихся конструктивным исполнением замедляющих систем и устройств формирования электронного потока. В соответствии с этими признаками различают 3 семейства М. т. п.:

1) с замкнутыми В кольцо замедляющей системой и электронным потоком (с катодом в пространстве взаимодействия);

2) с электрически разомкнутой замедляющей системой и замкнутым в кольцо электронным потоком (с катодом в пространстве взаимодействия); 3) с замкнутыми или разомкнутыми замедляющими системами и инжектированным электронным потоком (с катодом, вынесенным из пространства взаимодействия).

К первому семейству приборов гл. обр. относятся: многорезонаторный магнетрон, или магнетрон бегущей волны, в к-ром замедляющая система обладает ярко выраженными резонансными свойствами, т. е. колебания возбуждаются на дискретных частотах, рабочим видом колебаний является т. н. л-вид или я/2-вид, возможна перестройка частоты колебаний механическим или электрическим способом в небольших пределах (3-10% ); коаксиальный магнетрон (разновидность многорезонаторного магнетрона) с перестройкой частоты (до 20% ) и стабилизацией её посредством внеш. или внутр. высокодобротного объёмного резонатора, аксиального с резонаторной системой магнетрона и возбуждаемого на волне типа Нои; регенеративно-усилительный магнетрон, в к-ром возбуждение колебаний л-вида и управление их частотой осуществляется внеш. сигналом малой мощности, вводимым обычно через цнркулятор в сильно нагруженную резонаторную систему; магнетрон, настраиваемый напряжением (митрон), в к-ром сильно нагруженная колебат. система (обычно стержневого типа) обладает слабо выраженными резонансными свойствами и ток эмиссии катода ограничен, вследствие чего на малых уровнях мощности достигается перестройка частоты напряжением в широком диапазоне (до одной октавы и более).

Ко второму семейству приборов гл. обр. относятся: кар матрон - генератор обратной волны, в к-ром обычно используется замедляющая система стержневого типа (чаще типа -"встречные штыри") с поглотителем энергии внутри и частота колебаний перестраивается напряжением; амплитрон - мощный усилитель обратной волны с согласованными входным и выходным устройствами и полосой усиливаемых частот до 10% от средней частоты (при отражениях энергии СВЧ на входе и выходе и температурном ограничении тока эмиссии амплитрон может работать как автогенератор с перестройкой частоты); стабилотрон- высокостабильный генератор с механич. перестройкой частоты, состоящий из амплитрона, делителя мощности отражающего типа, фазовращателя и высокодобротного стабилизирующего резонатора (в литературе часто встречается термин платинотрон как обобщённое название для амплитрона и стабилотрона); у л ь т р о н - усилитель прямой волны с более широкой полосой усиливаемых частот (до 20% ) и более высоким коэфф. усиления (до 30 дб), чем у амплитрона.

К третьему семейству приборов гл. обр. относятся: лампа обратной волны магнетронного типа (ЛОВМ) с перестройкой частоты генерируемых колебаний напряжением в широком диапазоне (до 20%); лампа бегущей волны магнетронного типа (ЛБВМ) с широкой полосой усиливаемых частот (до 20% ) и высоким коэфф. усиления (до 20 дб).

Лит.: Электронные сверхвысокочастотные приборы со скрещенными полями, пер. с англ., т. 1 - 2, М.. 1961: Лебедев И. В., Техника и приборы сверхвысоких частот, т. 2, М.- Л., 1972; ГОСТ 17104-71. Приборы магнетронного типа. Термины и определения, M.i 1971.

Д. Е. Самсонов.

МАГНЕТРОННЫЙ МАНОМЕТР, вакуумметр, по своему устройству напоминающий магнетрон. Существуют ионизационные М. м. (манометр Лафферти) и электроразрядные. Диапазон измерений ионизац. М. м.: 10-5 - 10-11 н/м2 (10-7 - 10-13 мм 'рт. ст.), электроразрядного - 10-2 - 10-9 н/м2 (10-4 - 10-11 мм рт. ст.). См. Вакуумметрия.

МАГНИЕВЫЕ РУДЫ, природные минеральные образования, содержание магния в к-рых достаточно для экономически выгодного его извлечения. Этот элемент входит в состав более ста минералов, в т. ч.: брусита Mg(OH)2 с содержанием Mg 41,7% ; магнезита MgCCb (28,8% Mg); доломита MgCО3 х СaCО3, (18,2% Mg); кизерита MgSO4 х H2O (17,6% Mg); бишофита MgCl2-6H2О (12,0% Mg); лангбейнитa 2MgSО4 х K2SO4 (11,7% Mg); эпсомита MgSO4 х 7H2O (9,9% Mg); каинита MgS4 х KCl х 3H2O (9,8% Mg); карналлита MgCl2 х KCl х 6H2O (8,8% Mg); астраханита MgSO4 х Na2SO4 х 4H2O (7,3% Mg); полигалита MgSO4 х 2CaSO4 х K2SO4 х 2H2O (4,2% Mg).

Главнейшими М. р. являются месторождения ископаемых магнезиально-калийных солей. Крупные месторождения магнезита встречаются в метаморфизованных доломитах. При контактном метаморфизме магнезита возникают скопления брусита - наиболее высокомагнезиального сырья. В результате выщелачивания магнезиальных солей подземными водами образуются ископаемые природные рассолы и соляные источники. Совр. соляные месторождения (рассолы и осадки) возникают в замкнутых заливах морей (напр., Кара-Богаз-Гол) и в бессточных внутриматериковых впадинах (оз. Баскунчак и Эльтон в СССР, Большое Солёное озеро в США). В качестве источника Mg непрерывно возрастает также роль морской воды (4% Mg в сухом остатке) с её стабильным составом и неограниченными ресурсами. В СССР располагаются крупнейшие бассейны магнезиально-калийных солей - Верхнекамский (пермского возраста) в Предуралье, Припятский (девонский) в Белоруссии, Калушское (неогеновое) месторождение в Предкарпатье и др. За рубежом особенно известны пермские Штасфуртский соленосный бассейн (ФРГ и ГДР) и месторождения юга США. См. также Магнии.

Лит.: Курс месторождений неметаллических полезных ископаемых, М., 1969; Требования промышленности к качеству минерального сырья, в. 22 - Кашкаров О. Д., Ф и в е г М. П., Калийные и магнезиальные соли, М., 1963: С м о л и н П. П., Тенденции использования магнезиального сырья, в сб.: Неметаллические полезные ископаемые, М., 1971.

П. П. Смолин.

МАГНИЕВЫЕ СПЛАВЫ, сплавы на основе магния. Наиболее прочные, в т. ч. и наиболее жаропрочные, М. с. разработаны на основе систем магний - металл с ограниченной растворимостью в твёрдом магнии. Вследствие высокой химической активности магния выбор металлов, пригодных для легирования М. с., сравнительно невелик. М. с. разделяются на 2 осн. группы: литейные - для произ-ва фасонных отливок и деформируемые - для произ-ва полуфабрикатов прессованием, прокаткой, ковкой и штамповкой.

Историческая справка. Первые М. с. появились в нач. 20 в. (под назв. "электрон", теперь мало употребляемым). Значение конструкционных пром. материалов М. с. приобрели в кон. 20-х - нач. 30-х гг. 20 в., т. е. почти через 100 лет после того как франц. химик А. Бюсси впервые выделил магний в чистом виде (1828). До конца 40-х гг. применялись гл. обр. сплавы на основе систем Mg - А1 - Zn и Mg - Mn. Дальнейшему прогрессу в области создания М. с. способствовало открытие модифицирующего и рафинирующего действия циркония. В 50-х гг. начали применяться сплавы на основе систем Mg - Zn - Zr, Mg - p. з. м. (редкоземельный металл) - Zr (или Мn), Mg - Th, а также сверхлёгкие сплавы на основе системы Mg - Li. Произ-во и потребление магния и М. с. возрастает. Мировое произ-во магния к нач. 2-й мировой войны 1939-45 составило ок. 50 тыс. т, в 1969 ~ 2 млн. т, из них ~ 40-50% расходуется на произ-во отливок и деформированных полуфабрикатов.

Химический состав наиболее широко применяемых в СССР М. с. дан в табл. 1. В пром. М. с. содержатся добавки Al, Zn, Mn, Zr и редкоземельных металлов (цериевый мишметалл, La, Nd, Y), Th, Ag, Cd, Li, Be и др. Общее количество добавок в наиболее легированных М. с. достигает 10-14%. Вредными примесями являются Ni, Fe, Si и Си, которые снижают коррозионную стойкость М. с. В М. с. с Zr ограничивают содержание примесей А1 и Si, т. к. в присутствии этих элементов Zr не растворяется в расплавленном магнии, образуя с ними тугоплавкие нерастворимые соединения. Растворимость циркония в магнии уменьшают также примеси Fe, Mn и Н. Малые количества Be (иногда Са) используют в качестве тех-нологич. добавок для снижения окисляе-мости М. с. в расплавленном состоянии.

Физические свойствам, с даны в табл. 2. М. с. являются самым лёгким металлич. конструкционным материалом. Плотность (d) M. с. в зависимости от состава колеблется в пределах 1360-2000 кг/м3. Наименьшую плотность имеют магнийлитиевые сплавы. Плотность наиболее широко применяемых М. с. равна 1760-1810 кг/м3, т. е. примерно в 4 раза меньше плотности стали и в 1,5 раза меньше плотности алюминиевых сплавов. Благодаря малой плотности детали из М. с. обладают высокой жёсткостью: относит, жёсткость при изгибе двутавровых балок одинаковой массы и ширины для стали равна 1, для алюминия 8,9, для магния 18,9. М. с. имеют высокую удельную теплоёмкость. Темп-ра поверхности детали из М. с. при одинаковом количестве поглощённого тепла в 2 раза ниже по сравнению с темп-рой детали из малоуглеродистой стали и на 15-20% ниже, чем детали из алюминиевого сплава. Коэфф. термич. расширения М. с. в среднем на 10-15% больше, чем у алюминиевых сплавов.

Табл. 1, - Химический состав и механические свойства наиболее широко применяемых в СССР магниевых сплавов (1 Мн/м2 = 0,1 кгс/мм2)  

Тип сплава

Химический состав, %

основные компоненты

примеси, не более

Al

Zn

Mn

Zr

Nd

Al

Si

F

Ni

Сa

Мn

Be

Са

Литейные сплавы

Mg - Al - Zn

8

0,5

0,2

-

-

-

0,25

0,06

0,01

0,1

-

0,002

0,1

 

8

0,5

0,2

-

-

-

0,08

0,007

0,001

0,004

-

0,002

-

Mg - Zn - Zr

-

4,5

-

0,7

-

0,02

0,03

0,01

0,005

0,03

-

0,001

-

Mg - Nd - Zr

-

0,4

-

0,7

2,5

0,02

0,03

0,01

0,005

0,03

-

0,001

-

Дeфоpмируемые сплавы

Mg - Al - Zn

4

0,5

0,5

-

-

-

0,15

0,05

0,005

0,05

-

0,02

0,1

Mg - Zn - Zr

-

-

-

0,5

-

0,05

0,05

0,05

0,005

0,05

0,1

0,02

-

 

Тип сплава

Сумма определяемых

примесей

Механические свойва при 20 оС

Вид термической

обработки

Предельные рабочие 
тем-ры, °С

Назначение

Мн/м2

Мн/м2

длительно

кратковременно

G 0,2

Gb

б, %

Литейные сплавы

Mg - Al - Zn

0,5

90

280

9

Закалка; закалка и старение

150

250

Сплав общего назначения

 

 

0,14

90

280

9

То же

150

250

То же, имеет повышенную коррозионную стойкость

Mf> - Zn - Zr

0,2

150

300

6

Отпуск

200

250

Нагруженные детали (барабаны колёс, реборды и др.)

Mg- Nd - Zr

0,2

150

280

5

Закалка и старение

250

350

Жаропрочный сплав. Нагруженные детали; детали, требующие высокой герметичности, стабильности размеров

Деформируемые сплавы

Mg - Al - Zn

0,3

180 .

290

100

Отжиг

150

200

Панели, штамповки сложной конструкции, сварные конструкции

Mg - Zn - Zr

0,3

250-300

310- 350

100-140

Старение

100

150

Высоко нагруженные детали из прессованных полуфабрикатов, штамповок и поковок

Механические свойства наиболее широко применяемых в СССР пром. М. с. представлены в табл. 1.

Макс, уровень механич. свойств литейных М. с. достигнут на высокопрочных сплавах системы Mg - Zn - Ag - Zr: предел текучести ао,2 = 260-280Мн/м2 (26-28 кгс/мм2), предел прочности аь = 340-360 Мн/м2 (34-36 кгс/мм2), относительное удлинение 6 = 5%. Спец. технологич. приёмы (напр., подштамповка) позволяют увеличить бb до 400-420 Мн/м2 (40-42 кгс/мм2). Уровень свойств самых высокопрочных деформируемых М. с.: ао,2 = 350 Мн/м2 (35 кгс/мм2), аь = 420 Мн/м2 (42 кгс/мм2), б=5%. Предельная рабочая температура высокопрочных сплавов 150 °С. Самые жаропрочные М. с. (литейные и деформируемые) систем Mg -р. з. м. и Mg - Th пригодны для длит, эксплуатации при 300-350 °С и кратковременной - до 400 °С. По удельной прочности b/d) высокопрочные литейные М. с. имеют преимущества по сравнению с алюминиевыми сплавами, самые высокопрочные деформируемые находятся на одном уровне с наиболее высокопрочными деформируемыми алюминиевыми сплавами (или несколько уступают им). Модуль упругости М. с. равен 41 - 45 Гн/м2 (4100-4500 кгс/мм2) (3/5 модуля алюминиевых сплавов, Vs модуля сталей), модуль сдвига составляет 16-16,5 Гн/м2 (1600-1650 кгс/мм2). При низких темп-pax модуль упругости, пределы текучести и прочности М. с. увеличиваются, а удлинение и ударная вязкость снижаются; резкого падения пластичности, характерного для низколегированных конструкционных сталей, у М. с. не наблюдается.

Табл. 2. - Физические свойства наиболее широко применяемых в СССР магниевых сплавов
 

Тип сплава

Плотность,

кг/м3

Коэффициент линейного расширения при 20-100 °С а 106, 1/°С

Коэффициент теплопроводности , ет/м • К

Удельная теплоёмкость, кдж/кг • К

Удельное электросопротивлениер-106ом х см

Литейные сплавы

Mg - Al - Zn

J810

26,8

65

1,05

13,4

Mg - Zn - Zr

1810

26,2

134

0,98

6,6

Mg - Nd - Zr

1780

27,7

113

0,963

8,4

Деформируемые сплавы

Mg - Al - Zn

1790

26

83,8

1,05

12

Mg - Zn - Zr

1800

20,9

117

1,03

5,65

Технология. Вследствие большого сродства магния с кислородом при плавке М. с. в возд. атмосфере поверхность расплавленного металла защищают слоем флюса; в качестве флюсов применяют различные смеси фтористых и хлористых солей щелочных и щёлочноземельных металлов. Чтобы избежать горения металла при литье, в состав формовочных земель вводят защитные присадки, кокили окрашивают спец. красками, в состав к-рых входит, напр., борная к-та. Отливки получают всеми известными способами литья, в т. ч. литьём в песчаные, оболочковые, стержневые, гипсовые формы, литьём в кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям, полужидкой штамповкой. Для получения качеств, отливок литниковая система строится по принципу расширяющегося потока. При затвердевании М. с. дают большую усадку (1,1-1,5). Благодаря мелкозернистой структуре отливки из М. с. с цирконием имеют более однородные и высокие механич. свойства, чем отливки из сплавов, легированных алюминием. Детали и узлы различных конструкций из деформируемых М. с. изготовляют механич. обработкой, сваркой и клёпкой, объёмной и листовой штамповкой. При комнатной темп-ре технологич. пластичность М. с. низкая, что объясняется гексагональным строением кристаллич. решётки магния (скольжение происходит по одной плоскости базиса). При высоких темп-рах (200- 450 °С) возникает скольжение по дополнит, плоскостям и технологич. пластичность большинства сплавов становится высокой. Поэтому все операции обработки давлением М. с. проводятся в нагретом состоянии при малых скоростях деформации. Исключение составляют М. с. с 10-14% Li, к-рые имеют объёмно-центрированную кубич. решётку и допускают обработку в холодном состоянии. При конструировании деталей из М. с. избегают острых надрезов и резких переходов сечений. Для соединения деталей применяют различные виды сварки, а также клёпку, пайку твёрдыми и мягкими припоями, склеивание. Сваркой исправляют дефекты литых деталей. Только сплавы с высоким содержанием цинка не подвергаются сварке. Большинство литых и деформированных полуфабрикатов из М. с. подвергается упрочняющей термич. обработке (закалке, старению) или отжигу для снятия внутр. напряжений (литейных, сварочных и др.). М. с. легко обрабатываются резанием - вдвое быстрее, чем алюминиевые сплавы, и в 10 раз быстрее, чем углеродистые стали. При работе с М. с. следует соблюдать правила пожарной безопасности.

Методы защиты от физико-химических воздействий. М. с. обладают пониженной коррозионной стойкостью из-за высокого электроотрицательного потенциала и недостаточных защитных свойств естеств. окисной плёнки. Защита М. с. от коррозии осуществляется искусственно создаваемыми хим. или электрохим. неорганич. плёнками в сочетании с лакокрасочными покрытиями. Покрытие состоит из грунтовочного пассивирующего слоя и внешних лаковых или эмалевых слоев. Надлежащая защита обеспечивает надёжную работу деталей из М. с. в атм. условиях, щелочных средах, минеральных маслах, бензине, керосине. М. с. повышенной чистоты, особенно по содержанию железа и никеля, пригодны для эксплуатации в морском воздухе. М. с. неприемлемы для работы в мор. воде, в соляных растворах, кислотах, их растворах и парах. Коррозионная стойкость магниевых деталей в значит, степени зависит от выбора правильной конструктивной формы (исключающей скопление влаги) и такого сочетания контактирующих материалов в изделиях, к-рое не вызывает контактной коррозии. Нек-рые высокопрочные деформируемые М. с. склонны к коррозии под напряжением и могут применяться при условии ограничения величины длительно действующих растягивающих напряжений.

Консервация деталей и полуфабрикатов из М. с. осуществляется с помощью хроматных плёнок, жидких нейтральных обезвоженных масел, спец. смазки и др, способами в зависимости от длительности и условий хранения. Длит, хранение собранных изделий и запасных частей из М. с. с лакокрасочным покрытием в нормальных складских условиях производится в чехлах из полихлорвиниловой или полиэтиленовой плёнки с силикагелевым осушителем.

Применение. М. с. пригодны для работы при криогенных, нормальных и повышенных темп-pax. Благодаря малой плотности, высокой удельной прочности, способности поглощения энергии удара и вибрационных колебаний, отличной обрабатываемости резанием М. с. широко используются в пром-сти, прежде всего для снижения массы изделий, повышения их жёсткости. М. с. применяются в автомобильной, тракторной пром-сти (картеры двигателей, коробки передач, барабаны колёс и др. детали), в электротехнике и радиотехнике (корпуса приборов, детали электродвигателей), в оптич. пром-сти (корпуса биноклей, фотоаппаратов), в текст, пром-сти (бобины, шпульки, катушки), в полиграфии (матрицы, клише, валики), в судостроении (протекторы), в авиац. и ракетной технике (детали колёс, детали управления и крыла самолёта, корпусные детали двигателей) и во мн. др. отраслях техники. Промышленностью используются гл. обр. литые детали из М. с. Осн. ограничение в применении М. с.- пониженная коррозионная стойкость в нек-рых средах.

Лит.: Конструкционные материалы, т. 2, М., 1964 (Энциклопедия современной техники); Р е и н о р Г. В., Металловедение магния и его сплавов, пер. с англ., [М.], 1964; Альтман М. Б., Лебедев А. А. и Чухров М. В., Плавка и литье легких сплавов, 2 изд., М., 1969.

Н. М. Тихова.

МАГНИЕВЫЕ УДОБРЕНИЯ, удобрения, содержащие магний. К М. у. относятся: калийно-магниевый концентрат, содержит 8-9% MgO и 17,7-19% К2О; эпсомит (технич. MgSO.i) - не менее 17,7% MgO; аммошенит [(NH4)2SO4-MgSO4-6H2O] - 10% MgO и 7% N; доломито-аммиачная селитра [смесь CaMg (CO3)2 и МН43] - ок. 10% MgO, 17% N и 14% СаО; серпентинит (тонко измельчённая горная порода)-32 - 43% MgO; жжёная магнезия - не менее 89% MgO, а также доломит, магниевый плавленый фосфат, дунит, кали-магнезия, каинит и др. Норма М. у. на кислых песчаных и супесчаных почвах (особенно бедны магнием в усвояемой для растений форме) - 20-40 кг/га MgO. О магниевом голодании с.-х. культур судят по их внешним признакам (см. Диагностика питания растений).

МАГНИЕВЫЙ ЭЛЕМЕНТ, химич. источник тока с магниевым анодом. Катод преим. состоит из хлоридов серебра, свинца или меди. Электролитом служит обыкновенная пресная вода, морская вода или водные растворы солей. Эдс 1,65-1,0 в; удельная энергия 73- 120 вт х ч/кг, или 90-145 вт х ч/л. Батареи М. э. выпускаются и хранятся в сухом виде, перед эксплуатацией заливаются электролитом или на неск. мин погружаются в воду. Применяются гл. обр. в качестве резервных источников тока (см. Химические источники тока).

МАГНИЙ (лат. Magnesium), Mg, химич. элемент II группы периодич. системы Менделеева, ат. н. 12, ат. м. 24,305. Природный М. состоит из трёх стабильных изотопов: 24Mg (78,60%), 25Mg (10,11%) и 26Mg (11,29%). М. открыт в 1808 Г. Дэви, к-рый подверг электролизу с ртутным катодом увлажнённую магнезию (давно известное вещество); Дэви получил амальгаму, а из неё после отгонки ртути - новый порошкообразный металл, названный магнием. В 1828 франц. химик А. Бюсси восстановлением расплавленного хлорида М. парами калия получил М. в виде небольших шариков с металлич. блеском.

Распространение в природе. М.- характерный элемент мантии Земли, в ультраосновных породах его содержится 25,9% по массе. В земной коре М. меньше, средний кларк его 1,87%; преобладает М. в основных породах (4,5% ), в гранитах и др. кислых породах его меньше (0,56%). В магматич. процессах Mg2+ - аналог Fe2+, что объясняется близостью их ионных радиусов (соответственно 0,74 и 0,80 А). Mg2+ вместе с Fe2+ входит в состав оливина, пироксенов и др. магматич. минералов.

Минералы М. многочисленны - силикаты, карбонаты, сульфаты, хлориды и др. (см. Магниевые руды). Более половины из них образовались в биосфере - на дне морей, озёр, в почвах и т. д.; остальные связаны с высокотемпературными процессами.

В биосфере наблюдается энергичная миграция и дифференциация М.; здесь гл. роль 'принадлежит физ.-хим. процессам - растворению, осаждению солей, сорбции М. глинами. М. слабо задерживается в биологич. круговороте на континентах и с речным стоком поступает в океан. В морской воде в среднем 0,13% М.- меньше, чем натрия, но больше всех др. металлов. Морская вода не насыщена М. и осаждения его солей не происходит. При испарении воды в морских лагунах в осадках вместе с солями калия накапливаются сульфаты и хлориды М. В илах некоторых озёр накапливается доломит (напр., в озере Балхаш). В промышленности М. получают в основном из доломитов, а также из морской воды.

Физические и химические свойства. Компактный М.- блестящий серебристо-белый металл, тускнеющий на воздухе вследствие образования на поверхности окисной плёнки. М. кристаллизуется в гексагональной решётке, а = 3,2028А, с = 5,1998А. Атомный радиус 1,60А, ионный радиус Mg2+ 0,74А. Плотность М. 1,739 г/см3 (20 °С); tпл 651 °С; tкип 1107 °С. Уд. теплоёмкость (при 20 °С) 1,04х103 дж/(кг*К), т. е. 0,248 кал/(г*°С); теплопроводность (20 °С) 1,55-102 вт/(м*К), т. е. 0,37 кал/(см*сек*°С); термин, коэфф. линейного расширения в интервале 0-550 °С определяется из уравнения 25,0*10-6 + 0,0188 t. Удельное электрич. сопротивление (20 °С) 4,5*10-8 ом-м (4,5 мком-см). М. парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость +0,5*10-6, М.- относительно мягкий и пластичный металл; его механич. свойства сильно зависят от способа обработки. Напр., при 20 °С свойства соответственно литого и деформированного М. характеризуются следующими величинами: твёрдость по Бринеллю 29,43*107 и 35,32*107 н/м2(30 и 36 кгс/мм2), предел текучести 2,45*107 и 8,83*107 н/м2 (2,5 и 9,0 кгс/мм2), предел прочности 11,28*107 и 19,62*107 н/м2 (11,5 и 20,0 кгс/мм2), относит. удлинение 8,0 и 11,5%.

Конфигурация внешних электронов атома М. 3s2, Во всех стабильных соединениях М. двухвалентен. В хим. отношении М.- весьма активный металл. Нагревание до 300-350 °С не приводит к значительному окислению компактного М., т. к. поверхность его защищена окисной плёнкой, но при 600-650 °С М. воспламеняется и ярко горит, давая магния окись и отчасти нитрид MgsN2. Последний получается и при нагревании М. ок. 500 °С в атмосфере азота. С холодной водой, не насыщенной воздухом, М. почти не реагирует, из кипящей медленно вытесняет водород; реакция с водяным паром начинается при 400 °С. Расплавленный М. во влажной атмосфере, выделяя из Н2О водород, поглощает его; при застывании металла водород почти полностью удаляется. В атмосфере водорода М. при 400-500 °С образует MgH2.

М. вытесняет большинство металлов из водных растворов их солей; стандартный электродный потенциал Mg при 25 °С - 2,38 в. С разбавленными минеральными кислотами М. взаимодействует на холоду, но в плавиковой к-те не растворяется вследствие образования защитной плёнки из нерастворимого фторида MgF2. В концентрированной H24 и смеси её с НМО3 М. практически нерастворим. С водными растворами щелочей на холоду М. не взаимодействует, но растворяется в растворах гидрокарбонатов щелочных металлов и солей аммония. Едкие щёлочи осаждают из растворов солей М. гидроокись Mg(OH)2, растворимость к-рой в воде ничтожна. Большинство солей М. хорошо растворимо в воде, напр, магния сульфат, мало растворимы MgF2, MgCО3 (см. Магния карбонат), Mg3(PO4)2 и некоторые двойные соли.

При нагревании М. реагирует с галогенами, давая галогениды; с влажным хлором уже на холоду образуется MgCl2. При нагревании М. до 500-600 °С с серой или с SO2 и H2S может быть получен сульфид MgS, с углеводородами - карбиды MgC2 и Mg2C3. Известны также силициды Mg2Si, Mg3Si2, фосфид Mg3P2 и др. бинарные соединения. М.- сильный восстановитель; при нагревании вытесняет др. металлы (Be, A1, щелочные) и неметаллы (В, Si, С) из их окислов и галогенидов. М. образует многочисленные металлоорганич. соединения, определяющие его большую роль в органич. синтезе (см. Магнийорганические соединения). М. сплавляется с большинством металлов и является основой многих технически важных лёгких сплавов.

Получение и применение. В пром-сти наибольшее количество М. получают электролизом безводного хлорида MgCl2 или обезвоженного карналлита KCl-MgCl2-6H2O (см. Магния хлорид). В состав электролита входят также хлориды Na, К, Са и небольшое количество NaF или CaF2. Содержание MgCl2 в расплаве - не менее 5-7%; по мере хода электролиза, протекающего при 720-750 °С, проводят корректировку состава ванны, удаляя часть электролита и добавляя MgCl2 или карналлит. Катоды изготовляют из стали, аноды - из графита. Расплавленный М., всплывающий на поверхность электролита, периодически извлекается из катодного пространства, отделённого от анодного перегородкой, не доходящей до дна ванны. В состав чернового М. входят до 2% примесей; его рафинируют в тигельных электрич. печах под слоем флюсов и разливают в изложницы. Лучшие сорта первичного М. содержат 99,8% Mg. Последующая очистка М. проводится сублимацией в вакууме: 2-3 сублимации повышают чистоту М. до 99,999%. Анодный хлор после очистки используется для получения безводного MgCl2 из магнезита, тетрахлорида титана TiCU из двухокиси ТiO2 и др. соединений.

Другие способы получения М.- метал лотермический и углетермический. По первому брикеты из прокалённого до полного разложения доломита и восстановителя (ферросилиция или силикоалюминия) нагревают при 1280-1300°С в вакууме (остаточное давление 130- 260 н/м2, т.е. 1-2 ммрт.ст.). Пары М. конденсируют при 400-500 °С. Для очистки его переплавляют под флюсом или в вакууме, после чего разливают в изложницы. По углетермич. способу брикеты из смеси угля с окисью М. нагревают в электропечах выше 2100 °С; пары М. отгоняют и конденсируют.

Важнейшая область применения металлич. М.- произ-во сплавов на его основе (см. Магниевые сплавы). Широко применяют М. в металлотермич. процессах получения трудновосстанавливаемых и редких металлов (Ti, Zr, Hf, U и др.), используют М. для раскисления и десульфурации металлов и сплавов. Смеси порошка М. с окислителями служат как осветительные и зажигат. составы. Широкое применение находят соединения М.

Лит.: Стрелец X. Л., Тайц А. Ю., Гуляницкий Б. С., Металлургия магния, 2 изд., М., 1960; Ulbmann Encyklopädie der technischen Chemie, 3 Aufl., Bd 12, Munch.- В., 1960.

В.Е. Плющев.

Магний в организме. М.- постоянная часть растит, и животных организмов (в тысячных - сотых долях процента). Концентраторами М. являются нек-рые водоросли, накапливающие до 3% М. (в золе), нек-рые фораминиферы - до 3,5%, известковые губки - до 4% . М. входит в состав зелёного пигмента растений - хлорофилла (в общей массе хлорофилла растений Земли содержится ок. 100 млрд. т М.), а также обнаружен во всех клеточных органеллах растений и рибосомах всех живых организмов. М. активирует мн. ферменты, вместе с кальцием и марганцем обеспечивает стабильность структуры хромосом и коллоидных систем в растениях, участвует в поддержании тургорного давления в клетках. М. стимулирует поступление фосфора из почвы и его усвоение растениями, в виде соли фосфорной к-ты входит в состав фитина. Недостаток М. в почвах вызывает у растений мраморность листа, хлороз растений (в подобных случаях используют магниевые удобрения). Животные и человек получают М. с пищей. Суточная потребность человека в М.-0,3-0,5 г; в детском возрасте, а также при беременности и лактации эта потребность выше. Нормальное содержание М. в крови - примерно 4,3 мг%; при повышенном содержании наблюдаются сокливость, потеря чувствительности, иногда паралич скелетных мышц. В организме М. накапливается в печени, затем значит. его часть переходит в кости и мышцы. В мышцах М. участвует в активировании процессов анаэробного обмена углеводов. Антагонистом М. в организме является кальций. Нарушение магниево-кальциевого равновесия наблюдается при рахите, когда М. из крови переходит в кости, вытесняя из них кальций. Недостаток в пище солей М. нарушает нормальную возбудимость нервной системы, сокращение мышц. Крупный рог. скот при недостатке М. в кормах заболевает т. н. травяной тетанией (мышечные подёргивания, остановка роста конечностей). Обмен М. у животных регулируется гормоном паращитовидных желез, понижающим содержание М. в крови, и проланом, повышающим содержание М. Из препаратов М. в мед. практике применяют: сульфат М. (как успокаивающее, противосудорожное, спазмолитич., слабительное и желчегонное средство), магнезию жжёную (магния окись) и карбонат М. (как щёлочи, лёгкое слабительное).

Г. Я. Жизневская.

МАГНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ, соединения, содержащие связь углерод - магний. Известны два типа М. с.: полные - магнийдиалкилы или магнийдиарилы R2Mg и смешанные - алкил- или арилмагнийгалогениды RMgX (X = С1, Вг, I). Полные М. с.- кристаллич. вещества, весьма чувствительные к воздействию кислорода, влаги и углекислого газа (самовоспламеняются). Они были получены в сер. 19 в. при взаимодействии ртутьорганич. соединений R2Hg с магнием; применения в органич. синтезе не нашли.

В 1900 франц. химик Гриньяр разработал простой метод получения смешанных М. с. и показал широкие возможности использования этих соединений в органич. синтезе. Он установил, что металлич. магний в абсолютном (безводном) эфире реагирует с алкил- или арилгалогенидами RX с образованием соединений, переходящих в эфирный раствор. Эти соединения, наз. реактивами Гриньяра, в свободном виде крайне нестойки. Поэтому их не выделяют, а используют в виде растворов, к-рые устойчивы в отсутствие влаги и кислорода воздуха.

Впоследствии были разработаны методы получения реактивов Гриньяра в углеводородных средах (напр., в бензоле, ксилоле, толуоле) и в отсутствие растворителя, благодаря чему появилась возможность использования М. с. в производств, условиях. Однако наибольшее распространение получил способ синтеза RMgX с применением растворителей эфирного характера. С возрастанием сольватирующих свойств растворителя образование реактивов Гриньяра облегчается. Так, винилгалогениды СН2 = СНХ не реагируют с магнием в эфире, однако образуют М- с. в тетрагидрофуране (А. Норман). Ацетиленилмагнийгалогениды могут быть получены взаимодействием алкилмагнийгалогенидов с производными ацетилена (Ж. И. Иоцич):
1512-3.jpg

М. с. широко применяют для получения различных классов органич. соединений (см. Гриньяра реакция). В пром-сти при помощи М. с. осуществляют синтезы нек-рых кремнийорганич. соединений, душистых и лекарств, веществ.

Лит.: Иоффе ф. Т., Несмеянов А. Н., Магний, берилий, кальций, стронции, барий, в сб.: Методы элементоорганической химии, под ред. А. Н. Несмеянова, К. А. Кочешкова, [ч. 1], М., 1963.

Б. Л. Дяткин.

МАГНИКО, магнитно-твёрдый материал на основе железа, содержащий 24% Со, 14% №, 8% А1, 3% Си. Основные тех-нологич. данные производства М. в СССР разработаны в 40-х гг. сов. учёным А. С. Займовским. М. относится к типу дисперсионно-твердеющих магнитных материалов. Анизотропность магнитных свойств М. достигается термической обработкой в магнитном поле. Послужил основой для создания целой серии магнитно-твёрдых материалов типа М. Магнитные характеристики М. приведены в ст. Магнитно-твёрдые материалы.

МАГНИТ ПОСТОЯННЫЙ [греч. magnetis, от Magnetis Hthos, букв.- камень из Магнесии (древний город в Малой Азии)], изделие определённой формы (в виде подковы, полосы и др.) из предварительно намагниченных ферромагнитных или ферримагнитных материалов, способных сохранять большую магнитную индукцию после устранения намагничивающего поля (т. н. магнитно-твёрдых материалов). М. п. широко применяются как автономные источники постоянного магнитного поля в электротехнике, радиотехнике, автоматике.

Основные физ. свойства М. п. определяются характером размагничивающей ветви петли магнитного гистерезиса материала, из к-рого М. п. изготовлен. Чем больше коэрцитивная сила Нс и остаточная магнитная индукция В, материала (рис.), т. е. чем более магнитно-твёрдым является материал, тем лучше он подходит для М. п. Индукция в М. п. может равняться наибольшей остаточной индукции В, лишь в том случае, если он представляет собой замкнутый магнитопровод. Обычно же М, п. служит для создания магнитного потока в воздушном зазоре, напр, между полюсами подковообразного магнита. Воздушный зазор уменьшает индукцию (и намагниченность) М. п.; влияние зазора подобно действию нек-рого внешнего размагничивающего поля На. Значение поля На, уменьшающего остаточную индукцию В, до значения Bd (см. рис.), определяется конфигурацией М. п. (см. Размагничивающий фактор). Т. о., при помощи М. п. могут быть созданы магнитные поля, индукция к-рых В<=Вr. Действие М. п. наиболее эффективно в том случае, если состояние магнита соответствует точке кривой размагничивания, где максимально значение (BH)max, т. е. максимальна магнитная энергия единицы объёма материала. К числу материалов, из к-рых изготовляют М. п., относятся сплавы на основе Fe, Co, Ni, A1 (см. Ални сплавы), гексагональные ферриты и др, К новейшим, наиболее эффективным материалам для М. п. относятся ферримагнитные интерметаллич. соединения редкоземельных металлов Sm и Nd с Со (типа SmCos). Эти соединения обладают рекордно высокой величиной (ВH)тах (см. табл.).

Кривые размагничивания (а) и магнитной анергии (б) ферромагнетика. Вr - остаточная магнитная индукция; Нc - коэрцитивная сила; На- размагничиваю" щее поле; Вd - индукция в поле Нd.

Основные характеристики материалов для постоянных магнитов (данные усреднены)  

Материал

Нс, э

Вr, гс

(BH)max 106 гс*э

Дата первого применения

Углеродистая сталь

50

10000

0,26

1880

Кобальтовая сталь

240

9200

0,9

1917

Сплав Fe - Ni - Al

480

6100

1 ,05

1933

Бариевый гексагональный феррит

1800

2000

0,9

1952

Сплав Pt - Co

4300

6500

9,5

1958

Соединение SmCo5

9500

9000

20,0

1968

Важным условием для достижения наивысших магнитных характеристик М. п. является его предварительное намагничивание до состояния магнитного насыщения. Др. важное требование - неизменность магнитных свойств со временем, отсутствие магнитного старения. М. п, изготовленные из материалов, склонных к магнитному старению, подвергают спец. обработкам (термической, переменным магнитным полем и др.), стабилизирующим состояние магнитов (см. Старение магнитное).

Лит.: Займовский А. С., Чудневская Л. А., Магнитные материалы, [3 изд.], М.- Л., 1957; Бозорт Р., Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Смит Я., Вейн X., ферриты, пер. с англ., М., 1962; Постоянные магниты. Справочник, пер. с англ., М.- Л., 1963; Р а б к и н Л. И., С о с к и н С. А., Э п ш т е й н Б. Ш., Ферриты, Л., 1968; Б е л о в К. П., Редкоземельные магнитные материалы, "Успехи физических наук", 1972, 1. 106, в. 2.

К. П. Белов.

МАГНИТ СВЕРХПРОВОДИЩИЙ, соленоид или электромагнит с обмоткой из сверхпроводящего материала. Обмотка в состоянии сверхпроводимости обладает нулевым омич. сопротивлением. Если такая обмотка замкнута накоротко, то наведённый в ней электрич. ток сохраняется практически сколь угодно долго. Магнитное поле незатухающего тока, циркулирующего по обмотке М. с., исключительно стабильно и лишено пульсаций, что важно для ряда приложений в науч. исследованиях и технике.

Обмотка М. с. теряет свойство сверхпроводимости при повышении темп-ры выше критической температуры Тк сверхпроводника, при достижении в обмотке критического тока Iк или критического магнитного поля Нк. Учитывая это, для обмоток М. с. применяют материалы с высокими значениями Тк, lК и Нк (см. табл.).

Для стабилизации тока в обмотке М. с. (предотвращения потери сверхпроводимости отдельными её участками) сверх-проводящие обмоточные материалы выпускаются в виде проводов и шин, состоящих из тонких жил сверхпроводника в матрице нормального металла с высокой электро- и теплопроводностью (медь или алюминий). Жилы делают не толще неск. десятков мкм, что снижает тепловыделение в обмотке при проникновении в неё растущего с током магнитного поля. Кроме того, весь проводник при изготовлении скручивают вдоль оси (рис. 1), что способствует уменьшению токов, наводящихся в сверхпроводящих жилах и замыкающихся через металл матрицы. Обмоточные материалы из хрупких интерметаллич. соединений Nb3Sn и V3Gа выпускают в виде лент из Nb или V толщиной 10-20 мкм со слоями интерметаллида (2-3 мкм) на обеих поверхностях. Такая лента для стабилизации сверхпроводящего тока и упрочнения покрывается тонким слоем меди или нержавеющей стали.  

Рис. 1. Схематическое изображение многожильного сверхпроводящего провода: а - комбинированный скрученный проводник (1 - сверхпроводящие нити, 2- матрица); 6 - поперечное сечение многожильного комбинированного проводника с 61 нитью (слева) и 1045 нитями (справа) в медной матрице.

Свойства сверхпроводящих материалов, применяемых для обмоток сверхпроводящих магнитов

Материал

Нкпри 4,2 К,

КЗ

Критическая темп-ра

тк, к

Критическая плотность тока (а/см2) в магнитном поле

50 кгс

100 кгс

150 кгс

200 кгс

Сплав ниобий - цирконий (Nb 50%-Zr 50%) ....

90

10,5

1*105

0

0

0

Сплав ниобий - титан (Nb 50%-Ti 50%) .......

120

9,8

3*105

1*104

0

0

Соединение ниобий - олово (NbзSn) ...........

245

18,1

(1,5-2)*106

1*106

(0,7-1)*105

(3-5)*104

Соединение ванадий - галлий <V3Ga) .............

210

14,5

1*106

(2-3)* 105

(1,5-2)*105

(3-5)*104

1 э= 79,6 а/м

Сравнительно небольшие М. с. (с энергией магнитного поля до неск. сотен кдж) изготавливают с плотно намотанной обмоткой, содержащей 30-50% сверхпроводника в сечении провода. У крупных М. с., с энергией поля в десятки и сотни Мдж, проводники (шины) в своём сечении содержат 5-10% сверхпроводника, а в обмотке предусматриваются каналы, обеспечивающие надёжное охлаждение витков жидким гелием.

Рис. 2. Основные элементы конструкции сверхпроводящего магнита: 1 - контакт для присоединения к внешним цепям; 2 - многожильный сверх-проводящий провод в изоляционном покрытии, припаянный к контакту; 3 - рабочий объём соленоида, максимальная напряжённость поля создаётся в его центре; 4 - текстолитовый диск для монтажа контактов и закрепления соленоида в криостате; 5 - металлический каркас соленоида; 6 - сверхпроводящая обмотка; 7 - силовой бандаж обмотки; 8 - изолирующие прокладки между слоями обмотки из полимерной плёнки или лакоткани.

Электромагнитное взаимодействие витков соленоида создаёт механич. напряжения в обмотке, к-рые в случае длинного соленоида с полем ~ 100 кгс эквивалентны внутр. давлению ~ 400 am (3,9*107 н/м2). Обычно для придания М. с. необходимой механич. прочности применяют спец. бандажи (рис. 2). В принципе, механич. напряжения могут быть значительно снижены такой укладкой витков обмотки, при к-рой линии тока совпадают с силовыми линиями магнитного поля всей системы в целом (т. н. ч бессиловая" конфигурация обмотки).

При создании в обмотке М. с. электрич. тока требуемой величины сначала включают нагреватель, расположенный на замыкающем обмотку сверхпроводящем проводе. Нагреватель повышает темп-ру замыкающего провода выше его Тк, и цепь шунта перестаёт быть сверхпроводящей. Когда ток в соленоиде достигнет требуемой величины, нагреватель выключают. Цепь шунта, охлаждаясь, становится сверхпроводящей, и после снижения тока питания до нуля в обмотке М. с. и замыкающем её проводе начинает циркулировать незатухающий ток.

Работающий М. с. находится обычно внутри криостата (рис. 3) с жидким гелием (темп-pa кипящего гелия 4,2 К ниже Тксверхпроводящих обмоточных материалов). Для предотвращения возможных повреждений сверхпроводящей цепи и экономии жидкого гелия при выделении запасённой в М. с. энергии в цепи М. с. имеется устройство для вывода энергии на разрядное сопротивление (рис. 4). Предельная напряжённость магнитного поля М. с. определяется в конечном счёте свойствами материалов, применяемых для изготовления обмотки магнита (см. табл.).

Современные сверхпроводящие материалы позволяют получать поля до 150-200 кгс. Стоимость крупных М. с. с напряжённостью поля порядка десятков кгс в объёме неск. м3 практически не отличается от затрат на сооружение водоохлаждаемых соленоидов с такими же параметрами, в то время как суммарные затраты электрич. энергии на питание М. с, и его охлаждение приблизительно в 500 раз меньше, чем для обычных электромагнитов. Для обеспечения работы такого М. с. требуется ок. 100-150 квт, тогда как для эксплуатации аналогичного водоохлаждаемого магнита потребовалась бы мощность ~40- 60 Мвт.

Рис. 3. Установка Института атомной энергии им. И. В. Курчатова, в к-рой испытываются секции сверхпроводящих магнитных систем диаметром около 1 м. В средней части фотографии видна закреплённая на крышке криостата испытываемая секция (С), внизу - цилиндрический криостат (К).

Значительное число созданных М. с. используется для исследования магнитных, электрич. и оптич. свойств веществ, в экспериментах по изучению плазмы, атомных ядер и элементарных частиц. М. с. получают распространение в технике связи и радиолокации, в качестве индукторов магнитного поля электромашин. Принципиально новые возможности открывает сверхпроводимость в создании М. с.- индуктивных накопителей энергии с практически неограниченным временем её хранения.

Рис. 4. Схематическое изображение включения сверхпроводящего магнита в цепи питания и защиты (разрядки): 1 - дьюар с жидким азотом; 2 - дьюар с жидким гелием; 3 - соленоид; 4 - нагреватель; 5 - источник питания соленоида; б - разрядное сопротивление; 7 - реле защиты; 8 - управляющее устройство.

Лит.: Р о у з - И н с А., Родерик Е., Введение в физику сверхпроводимости, пер. с англ., М., 1972; Зенкевич В. Б., Сычев В. В., Магнитные системы на сверхпроводниках, М., 1972; К р е м л ё в М. Г., Сверхпроводящие магниты, "Успехи физических наук", 1967, т. 93, в. 4.

Б. Н. Самойлов.

МАГНИТКА, посёлок гор. типа в Кусинском р-не Челябинской обл. РСФСР. Расположен на Юж. Урале, на р. Куса (басе. Камы), в 17 км к С. от Златоуста. 12,5 тыс. жит. (1972). Добыча железной руды.

МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ, неодинаковость магнитных свойств тел по различным направлениям. Причина М. а. заключается в анизотропном характере магнитного взаимодействия между атомными носителями магнитного момента в веществах. В изотропных газах, жидкостях, поликристаллич. твёрдых телах М. а. в макромасштабе не проявляется. Напротив, в монокристаллах М. а. приводит к большим наблюдаемым эффектам, напр, к различию величины магнитной восприимчивости парамагнетиков вдоль различных направлений в кристалле. Особенно велика М. а. в монокристаллах ферромагнетиков, где она проявляется в наличии осей лёгкого намагничивания, вдоль к-рых направлены векторы самопроизвольной намагниченности J ферромагнитных доменов. Мерой М. а. для данного направления в кристалле является работа намагничивания внешнего магнитного поля, необходимая для поворота вектора J, из положения вдоль оси наиболее лёгкого намагничивания в новое положение - вдоль внешнего поля. Эта работа при постоянной темп-ре определяет свободную энергию М. а. Ран для данного направления (см. Ферромагнетизм). Зависимость Faaот ориентации Js в кристалле определяется из соображений симметрии. Напр,, для кубич. кристаллов:
1512-5.jpg

где ш, аз, аз- направляющие косинусы J, относительно осей кристалла [100] (рис.), Ki- первая константа естественной кристаллографич. М. а. Величина и знак её определяются атомной структурой вещества, а также зависят от темп-ры, давления и т. п. Напр., в железе при комнатной темп-ре K1 ~ 105 эрг/см3(104дж/м3), а в никеле K1 ~ - 104эрг/см3(- 103 дж/м3).

Магнитная анизотропия кубических монокристаллов железа. Приведены кривые намагничивания для трёх главных кристаллографических осей [100], [110] и [111] ячейки кристалла железа; J - намагниченность, Н - напряжённость намагничивающего поля.

С ростом темп-ры эти величины уменьшаются, стремясь к нулю в Кюри точке. У антиферромагнетиков, ввиду наличия у них не менее двух магнитных подрешёток (J1 и J2), имеется, по крайней мере, две константы М. а. Для одноосного антиферромагнитного кристалла F записывается в виде (r - направление оси М, а.). Значения констант а и & того же порядка, что и у ферромагнетиков. У антиферромагнетиков наблюдается большая анизотропия магнитной восприимчивости и; вдоль оси лёгкого намагничивания и стремится с понижением темп-ры к нулю, а в перпендикулярном к оси направлении (ниже Нееля точки) х не зависит от темп-ры.
1512-6.jpg
Экспериментально константы М. а. могут быть определены из сопоставления значений энергии М. а. для различных кристаллографич. направлений. Др. метод определения констант М. а. сводится к измерению моментов вращения, действующих на диски из ферромагнитных монокристаллов во внешнем поле (см. Анизометр магнитный), т. к. эти моменты пропорциональны константам М. а. Наконец, эти константы можно определить графически по площади, ограниченной кривыми намагничивания ферромагнитных кристаллов и осью намагниченности, ибо эта площадь также пропорциональна константам М. а. Значения констант М. а. могут быть определены также из данных по электронному парамагнитному резонансу (для парамагнетиков), по ферромагнитному резонансу (для ферромагнетиков) и по антиферромагнитному резонансу (для антиферромагнетиков). Вследствие маг-нитострикции в магнетиках наряду с естественной кристаллографич. М. а. наблюдается также магнитоупругая анизотропия, к-рая возникает при наложении на образец внешних односторонних напряжений. В поликристаллах, при наличии в них текстуры магнитной или текстуры кристаллографической, также проявляется М. а.

Лит.: Акулов Н С, Ферромагнетизм, М.- Л., 1939; Б о з о р т Р , Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Вонсовский С. В. и Шур Я. С., Ферромагнетизм, М.- Л., 1948; Вонсовский С. В., Магнетизм, М, 1971,

С В, Вонсовский.

МАГНИТНАЯ АНТЕННА, рамочная антенна (обычно многовитковая) с сердечником из магнитного материала, В качестве магнитных материалов чаще всего используют магнитодиэлектрики или ферриты (ферритовая антенна). М. а, применяются преимущественно для приёма радиоволн в радиопеленгации, радионавигации и особенно широко в малогабаритных радиовещат. приёмниках. Диаграмма направленности их такая же, как у обычной рамочной антенны. Рамка М. а. обычно подключается к конденсатору переменной ёмкости, образуя на входе приёмника настраиваемый на рабочую длину волны параллельный резонансный контур. При больших мощностях электрич. колебаний (напр., в режиме передачи) в сердечнике М. а. возбуждается сильное электромагнитное поле, что приводит к нежелат. изменению её характеристик. Сердечник М. а. выполняется в виде сплошного стержня либо, при больших её размерах, набирается из отд. секций. Внесение сердечника внутрь рамки (обмотки из проводника тока) увеличивает индуктируемую в рамке эдс в N раз, сопротивление излучения М. а в N2 раз, индуктивность рамки примерно в N раз. Значение N определяется по формуле: N = nэф*b2/p2, где nэф - эффективное значение магнитной проницаемости сердечника, зависящее от начальной магнитной проницаемости материала сердечника nо и отношения его длины к радиусу, b - радиус сердечника, р - радиус рамки.

Наряду с положительным эффектом увеличения эдс введение сердечника в рамку сопровождается увеличением тепловых потерь в ней, вызванных наведёнными в сердечнике токами проводимости и потерями на гистерезис. Потери, как правило, больше при использовании материалов с высокими значениями магнитной проницаемости и растут с укорочением длины принимаемой волны. Это ограничивает диапазон использования М. а. гектометровыми и километровыми волнами и целесообразные значения N, к-рые для декаметровых волн, напр., не превышают неск десятков,

Лит.: X о м и ч В. И., Ферритовые антенны, 3 изд., М., 1969; Вершков М. В., Судовые антенны, Л., 1972.

Г. А. Лавров.

МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ, физическая величина, характеризующая связь между магнитным моментом (намагниченностью) вещества и магнитным полем в этом веществе.

Объёмная М. в, равна отношению намагниченности ед. объёма вещества J к напряжённости Н намагничивающего магнитного поля: n = J/H. М. в.- величина безразмерная и измеряется в безразмерных единицах М. в., рассчитанная на 1 кг (или 1 г) вещества, наз. удельной (nуд = n/р, где р - плотность вещества), а М. в. одного моля - молярной: х = nуд-M, где М - молекулярная масса вещества.

М. в, может быть как положительной, так и отрицательной. Отрицательной М. в. обладают диамагнетики, они намагничиваются не по полю, а против поля. У парамагнетиков и ферромагнетиков М, в. положительна (они намагничиваются по полю). М. в. диамагнетиков и парамагнетиков мала (~10-4 - 10-6), она слабо зависит от Н и то лишь в области очень сильных полей (и низких темп-р). Значения М. в. приведены в табл.

Магнитная восприимчивость некоторых диамагнетиков и парамагнетиков (при нормальных условиях)  

Диамагнетики

Х*106

Парамагнетики

Х*106

Элементы

 

Элементы

 

Гелий Не

-2,02

Литий Li

24,6

Неон Ne

-6,96

Натрий Na

16,1

Аргон Аr

-19,23

Калий К

21,35

Медь Сu

-5,41

Рубидий Rb

18,2

Серебро Ag

-21,5

Цезий Cs

29,9

Золото Аu

-29,59

Магний Mg

13.25

Цинк Zn

-11,40

Кальций Са

44,0

Бериллий Be

- 9,02

Стронций Sr

91 ,2

Висмут Bi

-284,0

Барий Ва

20,4

 

 

 

 

Титан Ti

161,0

Неорган и ч. соединения

 

Вольфрам W

55

AgCl

-49,0

Платина Pt

189,0

BiCl3

-100,0

Уран U

414,0

СО2 (газ)

-21

Плутоний Рu

627,0

Н2О (жидкость)

-13,0 (0°С)

 

 

 

Орган и ч. соединения

 

Неорганич. соединения

 

Анилин C6H7N

-62,95

CoCl2

121 660

Бензол С6Н6

-54,85

EuCl2

26 500

Дифениламин C12H11

- 107,1

MnCl2

14 350

Метан СН4 (газ)

- 16.0

FeS

1074

Октан C8H18

-96,63

UF6

43

Нафталин С10Н8

-91,8

 

 

 

* Данные приведены для СГС системы единиц.

М. в. достигает особенно больших значений в ферромагнетиках (от неск десятков до многих тыс единиц), причём она очень сильно и сложным образом зависит от Н. Поэтому для ферромагнетиков вводят дифференциальную М. в. nд = dJ/dH. При H = О (см. рис.) М.в, ферромагнетиков не равна нулю, а имеет значение nа, наз. начальной М.в. С увеличением Н М. в. растёт, достигает максимума (Имакс) и затем вновь уменьшается. В области очень высоких значений Н М, в. ферромагнетиков (при темп-рах, не очень близких к точке Кюри) становится столь же незначительной, как и в обычных парамагнетиках (область парапроцесса). Вид кривой n(Н) (кривая Столетова) обусловлен сложным механизмом намагничивания ферромагнетиков. Типичные значения nа и nмакc: Fe ~ 1100 и ~ 22 000, Ni ~ 12 и ~ 80, сплав пермаллой ~ 800 и ~ 8000 (в нормальных условиях).

Кривая зависимости дифференциальной магнитной восприимчивости Ид ферромагнетиков от напряжённости намагничивающего поля Н.

М. в., как правило, зависит от темп-ры (исключение составляют большинство диамагнетиков и нек-рые парамагнетики - щелочные и, отчасти, щёлочноземельные металлы). М. в. парамагнетиков уменьшается с темп-рой, следуя Кюри закону или Кюри - Вейса закону. В ферромагнитных телах М. в. с ростом температуры увеличивается, достигая резкого максимума вблизи точки Кюри. М в. антиферромагнетиков увеличивается с ростом темп-ры до точки Нееля, а затем падает по закону Кюри - Вейса (см. Кюри точка).

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Бозорт Р., ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Tables de constantes et donnees numeriques, 7. Constantes selectionnees. Diamagnetisme et paramagnetisme, par G. Foex, P., 1957.

С. В. Вонсовский.

МАГНИТНАЯ ВЯЗКОСТЬ, 1) в ферромагнетизме (наз также магнитным последействием)- отставание во времени изменения магнитных характеристик (намагниченности, проницаемости и т. д.) ферромагнетиков от изменений напряжённости внешнего магнитного поля. Вследствие М. в. намагниченность образца устанавливается после изменения напряжённости поля через время от 10-9 сек до десятков минут и даже часов (см. также Релаксация магнитная). При намагничивании ферромагнетиков в переменном поле наряду с потерями электромагнитной энергии на вихревые токи и гистерезис возникают потери на М. в., к-рые в полях высокой частоты достигают значительной величины. М. в. в проводниках часто маскируется действием вихревых токов, "вытесняющих" магнитный поток из ферромагнетиков. С целью уменьшения влияния вихревых токов при экспериментальном исследовании М. в. образцы материалов берутся в виде тонких проволок (рис.).

Экспериментальная кривая (а) спада намагниченности (в условных единицах) проволоки диаметром 0,5 мм из сплава Fe - Ni и вычисленная кривая (б) спада намагниченности того же образца при наличии только вихревых токов. Различие кривых а и б объясняется влиянием М. в.

В зависимости от структуры ферромагнетика, условий его намагничивания, температуры, М. в. может вызываться различными причинами. При апериодич. изменении напряжённости поля в интервале значений, близких к коэрцитивной силе, где изменение намагниченности обычно осуществляется необратимым смещением границ между доменами (см. Намагничивание), вязкостный эффект в проводниках вызывается в основном вихревыми микротоками (1-й тип М. в.). Эти токи возникают при изменениях поля, связанных с перемагничиванием доменов. Время установления магнитного состояния в этом случае пропорционально дифференциальной магнитной восприимчивости и для чистых ферромагнитных металлов (Fe, Co, Ni) обратно пропорционально абс темп-ре. Др. тип М. в. обусловлен примесями, снижающими свободную энергию междоменных границ. Перемещающиеся вследствие изменения поля доменные границы задерживаются в местах концентрации атомов примеси, и процесс намагничивания прекращается. Со временем, после диффузии атомов примеси в др. места, границы получают возможность двигаться дальше, намагничивание продолжается (2-й тип М. в.).

В высококоэрцитивных сплавах и нек-рых др. ферромагнетиках наблюдается т. н. сверхвязкость, для к-рой время магнитной релаксации составляет неск. минут и более (3-й тип М. в.). Этот тип М.в. связан с флуктуациями энергии, преимущественно тепловыми. Флуктуации вызывают перемагничивание доменов, к-рые при изменении поля получили недостаточно энергии, чтобы сразу перемагнититься. Диффузионные и флуктуационные процессы существенно зависят от темп-ры, поэтому М.в. 2-го и 3-го типов характеризуется сильной температурной зависимостью: с понижением темп-ры М. в. возрастает. Четвёртый тип М. в., характерный гл. обр. для ферритов, обусловлен диффузией электронов между ионами 2-валентного и 3-валентного железа. Этот процесс эквивалентен диффузии самих ионов, но осуществляется значительно легче, поэтому М. в. ферритов обычно невелика. В сильных магнитных полях действие М, в. незначительно. Часто в ферромагнетиках одновременно проявляются неск. типов М. в., что затрудняет анализ явления. Важный вклад в исследование М. в. внесли советские физики В. К. Аркадьев, Б. А. Введенский и др., из зарубежных учёных - Л. Неель, голландский физик Я. Снук и др.

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Kronmuller H., Nachwirkung in Ferromagnetika, В., 1968.

Р. В. Телеснин.

2) В магнитной гидродинамике - величина, характеризующая свойства электропроводящих жидкостей и газов при их движении в магнитном поле. В аос. системе единиц Гаусса (см. СГС система единиц) М.в. vm = c2/4na, где с-скорость света в вакууме, о-электрическая проводимость среды.

Лит. см. при ст. Магнитная гидродинамика.

МАГНИТНАЯ ГИДРОДИНАМИКА (МГД), наука о движении электропроводящих жидкостей и газов в присутствии магнитного поля; раздел физики, развившийся "на стыке" гидродинамики и классической электродинамики. Характерными для М. г. объектами являются плазма (настолько, что М. г. иногда рассматривают как раздел физики плазмы), жидкие металлы и электролиты.

Первые исследования по М. г. восходят ко временам М. Фарадея, но как самостоятельная отрасль знания М. г. стала развиваться в 20 в. в связи с потребностями астрофизики и геофизики. Было установлено, что мн. космич. объекты обладают магнитными полями. Так, в атмосферах звёзд наблюдаются поля напряжённостью ~ 10 000 э (на Солнце до 5000 э), а в открытых в 1969 пульсарах, по совр. представлениям, напряжённости полей достигают 1012 э. Динамич. поведение находящейся в подобных полях плазмы радикально изменяется, т. к. плотность энергии магнитного поля становится сравнимой с плотностью кинетич. энергии частиц плазмы (или превышает её). Этот же критерий справедлив и для слабых космич. магнитных полей напряжённостью 10-3 - 10-5 э (в межзвёздном пространстве, поле Земли в верхней атмосфере и за её пределами), если в областях, занимаемых ими, концентрация заряж. частиц низка. Т. о., возникла необходимость в создании спец. теории движения космической плазмы в магнитных полях, получившей название космической электродинамики, а в случае, когда плазму можно рассматривать как сплошную среду - космической магнитогидродинамики (космич. МГД).

Осн. положения М. г. были сформулированы в 1940-х гг. X. Альфвеном, к-рый в 1970 за создание М. г. был удостоен Нобелевской пр. по физике. Им было теоретически предсказано существование специфич. волновых движений проводящей среды в магнитном поле, получивших назв. волн Альфвена. Начав формироваться как наука о поведении космич. плазмы, М. г. вскоре распространила свои методы и на проводящие среды в земных условиях (гл. обр. создаваемые в научных исследованиях и в производств, деятельности). В нач. 1950-х гг. развитию М. г., как и физики плазмы в целом, дали мощный импульс нац. программы (СССР, США, Великобритания) исследований по проблеме управляемого термоядерного синтеза. Появились и быстро совершенствуются многочисл. технич. применения М. г. (МГД-насосы, генераторы, сепараторы, ускорители, перспективные для космич. полётов плазменные двигатели и пр.).

В основе М. г. лежат две группы законов физики: ур-ния гидродинамики и ур-ния электромагнитного поля (Максвелла уравнения). Первые описывают течения проводящей среды (жидкости или газа); однако, в отличие от обычной гидродинамики, эти течения связаны с распределёнными по объёму среды электрическими токами. Присутствие магнитного поля приводит к появлению в ур-ниях дополнит, члена, соответствующего действующей на эти токи распределённой по объёму электродинамич. силе (см. Ампера закон, Лоренца сила). Сами же токи в среде и вызываемые ими искажения магнитного поля определяются второй группой ур-ний. Т. о., в М. г. ур-ния гидродинамики и электродинамики оказываются существенно взаимосвязанными. Следует отметить, что в М. г. в ур-ниях Максвелла почти всегда можно пренебречь токами смещения (нерелятивистская М. г.).

В общем случае ур-ния М. г. нелинейны и весьма сложны для решения, но в практич. задачах часто можно ограничиться теми или иными предельными режимами, при оценке к-рых важным параметром служит безразмерная величина, наз. магнитным Рейнолъдса числом:
1512-7.jpg

(L - характерный для течения среды размер, V - характерная скорость течения, Vm= с2/4Пи*б - т. н. магнитная вязкость, описывающая диссипацию энергии магнитного поля, а - электрич. проводимость среды, с - скорость света в вакууме; здесь и ниже используется абс. система единиц Гаусса, см. СГС система единиц).

При Rm << 1 (что обычно для лабораторных условий и технич. применений) течение проводящей среды слабо искажает магнитное поле, к-рое поэтому можно считать заданным внешними источниками. Такое течение может быть использовано, напр., для генерации электрич. тока - энергия гидродинамич. движения среды превращается в энергию тока во внешней цепи (см. Магнитогидродинамический генератор). Напротив, если ток в среде поддерживается внешней эдс, то наличие внешнего магнитного поля вызывает появление упомянутой выше объёмной электродинамич. силы, к-рая создаёт в среде перепад давления и приводит её в движение. Этот эффект используется в МГД-насосах (напр., для перекачивания расплавленного металла) и плазменных ускорителях. Объёмная электродинамич. сила даёт также возможность создавать регулируемую выталкивающую (архимедову) силу, к-рая действует на помещённые в проводящую жидкость тела. На этом важном эффекте основано действие МГД-сепараторов. Таковы осн. технич. применения М. г. Кроме того, в М. г. находят естеств. обобщение известные задачи обычных гидродинамики и газовой динамики: обтекание тел, пограничный слой и др.; в ряде случаев (напр., при полётах в ионосфере космич. аппаратов, в каналах, по к-рым текут проводящие среды) оказывается возможным с помощью магнитного поля существенно влиять на свойства соответствующих течений.

Однако наиболее интересные и разнообразные эффекты характерны для др. лредельного класса сред, рассматриваемых в М. г.,- для сред с Дт" 1, т. е. с высокой проводимостью и (или) большими размерами. Эти условия, как правило, выполняются в средах, изучаемых в гео- и астрофизич. приложениях М. г., а также в горячей (напр., термоядерной) плазме. Течения в таких средах чрезвычайно сильно влияют на магнитное поле в них. Одним из важнейших эффектов в этих условиях является вмороженность магнитного поля. В хорошо (строго говоря - идеально) проводящей среде индукция электромагнитная вызывает появление токов, препятствующих какому бы то ни было изменению магнитного потока через всякий материальный контур. В движущейся МГД-среде с Rm " 1 это справедливо для любого контура, образуемого её частицами. В результате магнитный поток через любой движущийся и меняющий свои размеры элемент среды остаётся неизменным (с тем большей степенью точности, чем больше величина Rm), и в этом смысле говорят о "вмороженности" магнитного поля. Это во многих случаях позволяет, не прибегая к громоздким расчётам, с помощью простых представлений получить качественную картину течений среды и деформаций магнитного поля - следует только рассматривать магнитные силовые линии как упругие нити, на которые нанизаны частицы среды. Более строгое рассмотрение этого "упругого" действия магнитного поля на проводящую среду показывает, что оно сводится к изотропному (т. е. одинаковому по всем направлениям) "магнитному" давлению рм = В2/8Пи, которое добавляется к обычному газодинамическому давлению среды р, и магнитному натяжению Т = В2/4Пи направленному вдоль силовых линий поля (магнитная проницаемость всех представляющих интерес для М. г. сред с большой точностью равна 1, и можно с равным правом пользоваться как магнитной индукцией В, так и напряжённостью Н).

Наличие дополнит, "упругих" натяжений в МГД-средах приводит к специфическому колебательному (волновому) процессу - волнам Альфвена. Они обусловлены магнитным натяжением Т и распространяются вдоль силовых линий (подобно волнам, бегущим вдоль упругой нити) со скоростью
1512-8.jpg

где р - плотность среды. Волны Альфвена описываются точным решением нелинейных ур-ний М. г. для несжимаемой среды. Ввиду сложности этих ур-ний таких точных решений для больших Rmполучено очень немного. Ещё одно из них описывает течение несжимаемой (р = const) жидкости с той же альф-веновской скоростью (2) вдоль произвольного магнитного поля. Известно точное решение и для т. н. МГД-разрывов, к-рые включают контактные, тангенциальные и вращательные разрывы, а также быструю и медленную ударные волны. В контактном разрыве магнитное поле пересекает границу раздела двух различных сред, препятствуя их относительному движению (в приграничном слое среды неподвижны одна относительно другой). В тангенциальном разрыве поле не пересекает границу раздела двух сред (его составляющая, нормальная к границе, равна нулю), и эти среды могут находиться в относит, движении. Частным случаем тангенциального разрыва является нейтральный токовый слой, разделяющий равные по величине и противоположно направленные магнитные поля. В М. г. доказывается, что при нек-рых условиях магнитное поле стабилизирует тангенциальный разрыв скорости, к-рый абсолютно неустойчив в обычной гидродинамике. Специфическим для М. г. (не имеющим аналога в гидродинамике непроводящих сред) является вращательный разрыв, в к-ром вектор магнитной индукции, не изменяясь по абс. величине, поворачивается вокруг нормали к поверхности разрыва. Магнитные натяжения в этом случае приводят среду в движение таким образом, что вращательный разрыв распространяется по направлению нормали к поверхности с альфвеновской скоростью (2), если под В в (2) понимать нормальную составляющую индукции. Быстрые и медленные ударные волны в М. г. отличаются от обычных ударных волн тем, что частицы среды после прохождения фронта волны получают касательный к фронту импульс за счёт магнитных натяжений (ведь магнитные силовые линии можно рассматривать как упругие нити, см. выше). В быстрой ударной волне магнитное поле за её фронтом усиливается, скачок магнитного давления на фронте действует в ту же сторону, что и скачок газодинамич, давления, и поэтому скорость такой волны больше скорости звука в среде. В медленной ударной волне, напротив, поле после её прохождения ослабевает, перепады газодинамич. и магнитного давления на фронте волны направлены противоположно; скорость медленной волны меньше скорости звука. Число теоретически мыслимых необратимых ударных волн в М. г. оказывается значительно больше, чем реально существующих. Отбор решений, соответствующих действительности, производится с помощью т. н. условия эволюционности, следующего из рассмотрения устойчивости ударных волн при их взаимодействии с колебаниями малой амплитуды.

Известные точные решения, однако, далеко не исчерпывают содержания теоретич. М. г. сред с Rм"1. Широкий класс задач удаётся исследовать приближённо. При таком исследовании возможны два основных подхода: приближение слабого поля, когда магнитные давление и натяжение малы по сравнению с остальными динамическими факторами (газодинамическим давлением и инерциальными силами), и приближение сильного поля, когда
1512-9.jpg

здесь v - скорость среды, р - ее газодинамич. давление.

В приближении слабого поля течение среды определяется обычными газодинамич. факторами (влиянием магнитных натяжений пренебрегают). При этом требуется рассчитать изменения поля в среде, движущейся по заданному закону. К этому классу задач относится очень важная проблема гидро магнитного динамо и проблема МГД-турбулентности. Первая состоит в отыскании ламинарных течений проводящих сред, к-рые могут создавать, усиливать и поддерживать магнитное поле. Задача о гидромагнитном динамо является основой теории земного магнетизма и магнетизма Солнца и звёзд. Существуют простые кинематич. модели, показывающие, что гидромагнитное динамо в принципе может быть осуществлено при спец. выборе распределений скоростей среды. Однако строгого доказательства, что такие распределения реализуются в действительности, пока нет.

Основным в проблеме МГД-турбулентности является выяснение поведения слабого исходного ("затравочного") магнитного поля в турбулентной проводящей среде (см. Турбулентность). Имеется доказательство роста среднего квадрата напряжённости случайно возникшего слабого начального поля, т. е. возрастания магнитной энергии в начальной стадии процесса. Однако остаётся открытой проблема установившегося турбулентного состояния, связанная с происхождением магнитных полей в космич. пространстве, в частности в нашей и др. галактиках.

Приближение сильного поля, в к-ром определяющими являются магнитные натяжения, применяют при изучении разреженных атмосфер космич. магнитных тел, напр. Солнца и Земли. Есть основания полагать, что именно это приближение окажется полезным для исследования процессов в удалённых астрофизич. объектах - сверхновых звёздах, пульсарах, квазарах и пр. В условиях, отвечающих (3), изменения магнитного поля вблизи его источников (появление активных областей и пятен на Солнце, смещение магнитопаузы в магнитном поле Земли под действием солнечного ветра и т. д.) переносятся с альфвеновской скоростью (2) вдоль поля, вызывая соответствующие перемещения плазмы. В результате действия магнитных сил возникают такие характерные образования, как выбросы и протуберанцы, шлемовидные структуры и стримеры на Солнце, магнитный хвост Земли (см. Солнце; Солнечная активность; Земля, раздел Магнитосфера).

Особенно интересные явления имеют место в окрестностях тех точек сильного поля, в к-ром оно обращается в нуль. В таких областях образуются тонкие токовые слои, разделяющие магнитные поля противоположного направления (т. н. нейтральные слои). В этих слоях происходит процесс "аннигиляции" магнитной энергии, т. е. её высвобождение и превращение в др. формы. В частности, в них возникают сильные электрич. поля, ускоряющие заряж.частицы. Аннигиляция магнитного поля в нейтральных токовых слоях ответственна за появление хромосферных вспышек на Солнце и суббурь в земной магнитосфере (см. Магнитные бури). Вероятно, с ней связаны и мн. др. резко нестационарные процессы во Вселенной, сопровождающиеся генерацией ускоренных заряж. частиц и жёстких излучений. С точки зрения М. г. нейтральные слои представляют собой разрывы непрерывности магнитного поля (подобно ударным волнам и тангенциальным разрывам). Однако процессы в токовых слоях и прежде всего неустойчивости, приводящие к появлению сильных ускоряющих электрич. полей, выходят за рамки М. г. и относятся к тонким и ещё не вполне разработанным вопросам физики плазмы.

Лит.: А п ь ф в е н Г., фельтхаммар К.- Г., Космическая электродинамика, пер. с англ., 2 изд., М., 1967; Сыроватский С. И., Магнитная гидродинамика, "Успехи физических наук", 1957, т. 62, в. 3; Куликовский А. Г., Любимов Г. А., Магнитная гидродинамика, М.. 1962; Шерклиф Дж., Курс магнитной гидродинамики, пер. с англ., М., 1967; Половин Р. В., Ударные волны в магнитной гидродинамике, "Успехи физических наук", 1960, т. 72, в. 1; Брагинский С. И., Явления переноса в плазме, в сб.: Вопросы теории плазмы, вып. 1, М., 1963; П и к е л ь н е р С. Б., Основы космической электродинамики, М., 1966; Данжи Д ж., Космическая электродинамика, пер. с англ., М., 1961; Андерсон Э., Ударные волны в магнитной гидродинамике, пер. с англ., М., 1968; Ландау Л. Д., Л и ф ш и ц Е. М., Электродинамика сплошных сред, М., 1959 (Теоретическая физика).

С. И, Сыроватский.  

МАГНИТНАЯ ГОЛОВКА, узел устройства для магнитной записи (стирания) информации или её воспроизведения. Осн. элементы М. г.- сердечник (магнитопровод) для концентрации магнитного потока и одна или неск. обмоток для подвода или снятия электрич. сигналов. Сердечники М. г. изготовляют из железоникелевых сплавов 79НМ, 79НМ-У и 80НХС, сплавов алюминия Ю-16 и Ю-16М (алфенол), из ферритов и пермаллоя. Со стороны, обращённой к носителю записи, сердечник имеет рабочий зазор - промежуток, заполняемый немагнитным материалом (напр., фольгой из бериллиевой бронзы), обеспечивающий магнитную связь М. г. с носителем записи. В зависимости от положения рабочего зазора относительно носителя можно получить магнитную запись с продольным, поперечным и перпендикулярным намагничиванием. Сердечник М. г. может соприкасаться с носителем (контактная запись) или быть отделён от него воздушным промежутком (бесконтактная запись). На рис. схематично изображена- М. г. для наиболее употребительной контактной записи с продольным намагничиванием. В режиме записи электрич. сигналы, подаваемые в обмотку 5, наводят в сердечнике 1 магнитный поток, к-рый, пронизывая участок магнитной поверхности движущегося носителя записи 3 вблизи рабочего зазора 4, изменяет остаточную намагниченность этого участка в соответствии с записываемым сигналом. В режиме воспроизведения полезная эдс (сигнал) возникает в результате электромагнитной индукции, обусловленной относительным взаимным перемещением М. г. и носителя записи.

Схема магнитной индукционной головки: 1 - магнитопровод; 2 - дополнительный зазор; 3 - носитель записи; 4 - рабочий зазор; 5 - обмотка.  

Существуют М. г., чувствительные к изменению полезного магнитного потока, эдс к-рых не зависит от скорости относит, перемещения головки вдоль дорожки записи; полупроводниковые М. г., использующие эффект Холла; М. г., действие к-рых основано на периодич. изменении магнитного сопротивления сердечника или рабочего зазора; М. г., основанные на взаимодействии магнитного поля сигналограммы с электронным лучом, и др. М. г. широко применяют в устройствах магнитной записи и воспроизведения информации (диктофонах, магнитофонах, видеомагнитофонах, запоминающих устройствах, регистраторах измерит, информации и т. п.).

Лит.: Ефимов Е. Г., Магнитные головки, М., 1967; К а г а н Б. М., А д а с ь к о В. И., П у р э Р. Р., Запоминающие устройства большой емкости, М., 1968.

Д. П. Брунштейн.

МАГНИТНАЯ ГОРА, гора на Вост. склоне Юж. Урала, в Челябинской обл РСФСР. Выс. 616 м. Расположена в полосе осадочных (известняки, песчаники) и эффузивных толщ нижнекаменноугольного возраста, прорванных гранитами, диабазами и др. изверженными породами. На контакте осадочных и изверженных пород образовалось крупное месторождение магнитного железняка (Магнитогорское месторождение; значит, часть его уже выработана, и гора частично деформирована). Рядом с М.г. на р. Урал в годы Сов. власти построены крупный металлургич. комбинат и г. Магнитогорск.

МАГНИТНАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ, метод дефектоскопии, основанный на исследовании искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромагнитных материалов.

МАГНИТНАЯ ЗАПИСЬ, система записи и воспроизведения информации, в к-рой запись осуществляется изменением остаточного магнитного состояния носителя или его отд. частей в соответствии с сигналами записываемой информации; при воспроизведении происходит обратное преобразование и вырабатываются сигналы информации, соответствующие указанным изменениям. М. з. очень распространена. Она применяется для записи звука (магнитофоны, диктофоны), изображения и его звукового сопровождения (видеомагнитофоны), сигналов измерения, управления и вычисления (точная запись) и т. д.

При М. з. (рис.) электрич. сигналы, поступающие на вход канала записи (напр., усилителя магнитофона), подвергаются усилению и различным преобразованиям для получения необходимого качества записи. Последним звеном канала является записывающая магнитная головка. Магнитное поле головки, рассеиваемое над рабочим зазором, пропорционально силе тока в её обмотке. Оно действует на движущийся носитель и, намагничивая его отд. участки в соответствии с записываемыми сигналами, образует дорожку магнитной записи. Носителем может быть хорошо намагничиваемое и длительно сохраняющее магнитное состояние ферромагнитное тело различной формы: нить (магнитная проволока), лента (магнитная лента), диск, барабан, лист. Сигналограмма, т. е. носитель с нанесённой дорожкой записи, соприкасаясь во время движения с рабочим зазором сердечника воспроизводящей магнитной головки, аналогичной по конструкции записывающей, возбуждает в нём магнитный поток, пропорциональный намагниченности отд. участков дорожки. Изменения потока вызывают появление (в обмотке головки) эдс, содержащей записанную информацию. В канал воспроизведения, кроме головки, входят устройства для усиления сигналов и их преобразований, обратных преобразованиям в канале записи. Стирание (уничтожение) записи осуществляется размагничиванием или однородным намагничиванием носителя до насыщения. Его производят или в спец. устройствах, где вся запись на носителе может быть стёрта одновременно, или во время записи - стирающей головкой, установленной до записывающей (по движению носителя). При этом через обмотку стирающей головки пропускают определённой силы постоянный или переменный ток. Качество М. з. тем выше, чем больше скорость записи. Для записи электрич. колебаний со звуковыми частотами от 30 гц до 16 кгц достаточна скорость движения ленты 9,5 см/сек. В видеомагнитофоне для записи сигналов в диапазоне частот до 10-15 Мгц скорость перемещения вращающейся головки относительно ленты повышается почти до 50 м/сек. Для увеличения плотности М. з. на носителе располагается неск. параллельных дорожек записи.

Схема устройства для магнитной записи и воспроизведения: Л - движущийся носитель; ГЗ - магнитная головка записи; ГВ - магнитная головка воспроизведения; ГС - магнитная головка стирания; ИС - источник электропитания головки стирания; УЗ - усилитель записываемых электрических сигналов; УВ - усилитель воспроизводимых электрических сигналов; K1, К2 - соответственно подающая и принимающая (магнитную ленту) катушки; Р1 Р2 - ролики, направляющие магнитную ленту Л.

Существует неск. способов М. з., различающихся: направлением намагничивания носителя, видами преобразования сигналов в каналах записи и воспроизведения и иногда подачей в обмотку записывающей головки, кроме тока сигнала, дополнит, постоянного или переменного тока подмагничивания (для достижения почти полной пропорциональности между намагниченностью носителя и силой тока сигнала). Так, напр., в магнитофонах подмагничивание носителя при записи осуществляется током с частотой 40-200 кгц (высокочастотное подмагничивание). В этом случае процесс записи становится процессом безгистерезисного намагничивания носителя полем записываемых сигналов и устраняются искажения, связанные с кривизной обычной (гистерезисной) характеристики ферромагнетика. Преимущество М. з. заключается в простоте аппаратуры, моментальной готовности записи, практич. неизнашиваемости сигналограммы и возможности многоразового использования носителя. К недостаткам М. з. относятся её невидимость, что в нек-рых случаях (напр., в звуковом кино) затрудняет монтаж сигналограммы, искажения информации из-за относительно больших шумов, возникающих от магнитной и механич. неоднородности носителя, и копирэффекта. Копии магнитных сигналограмм изготавливаются либо перезаписью (иногда на повышенной скорости), либо контактным копированием в тепловом или магнитном поле. Осн. направлением развития М. з. является совершенствование носителя с целью повышения плотности записи и увеличения её достоверности.

Лит.: физические основы магнитной звукозаписи, М., 1970; Техника магнитной видеозаписи, М., 1970.

В. Г. Корольков.  

МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ, вектор магнитной индукции В, основная характеристика магнитного поля (см. Индукция электрическая и магнитная). Единицей М. и. в Международной системе единиц служит тесла (тл), в СГС системе единиц - гаусс (гс), 1 тл = 104гс. Магнитометры, применяемые для измерения М. и., называют т е с л а м е т р а м и.

МАГНИТНАЯ ЛЕНТА, носитель магнитной записи, представляющий собой тонкую гибкую ленту, состоящую из основы и магнитного рабочего слоя. Рабочие свойства М. л. характеризуются её чувствительностью при записи и искажениями сигнала в процессе записи и воспроизведения. Наиболее широко применяется многослойная М. л. с рабочим слоем из игольчатых частиц магнитно-твёрдых порошков гамма-окиси железа (у-Fе2О3), двуокиси хрома (СrО2) и гамма-окиси железа, модифицированной кобальтом, ориентированных обычно в направлении намагничивания при записи. В 1973 фирмой "Филипс" (Нидерланды) разработан высококачественный порошок с очень мелкими игольчатыми частицами железа. В качестве основы М. л. используются полиэтилен-телефталатная (лучшая), поливинилхлоридная, ди- и триацетатная плёнки. Рабочий слой наносится на основу в виде магнитного лака, состоящего из магнитного порошка, связующего вещества, растворителя, пластификатора и различных добавок, улучшающих качество М. л. После нанесения магнитного лака и его затвердевания М. л. сматывается в рулоны, а затем разрезается на полосы нужной ширины. Для улучшения качества поверхности рабочего слоя М. л. каландрируют или полируют. М. л. желательно хранить в помещении с кондиционированным и обеспыленным воздухом при темп-ре 20 ± 5 °С и относит, влажности 60 ± 5%. Для работы в особо тяжёлых климатич. условиях применяют металлич. или биметаллич. М. л.

Ширина и толщина М. л. зависят от её назначения. В звукозаписи используют М. л. шириной 3,81 и 6,25 мм и толщиной 9, 12, 18, 27, 37 и 55 мкм (кассетные и катушечные бытовые магнитофоны, студийные магнитофоны). Видеозапись осуществляется на М. л. шириной 50,8 и 25,4 мм и толщиной 37 мкм (студийные видеомагнитофоны), 6,25 и 12,7 мм при толщине 37 мкм (бытовые видеомагнитофоны). В запоминающих устройствах применяют М. л. шириной 12,7 мм и толщиной 37 мкм (в ЭВМ первого "поколения" использовались также М. л. шириной 19,05 и 35 мм при толщине св. 50 мкм). В измерит, аппаратуре применяются М. л. шириной 6,25 мм и толщиной 18 мкм, а также 12,7 и 25,4 мм и толщиной 37 мкм. В кино используют перфорированные М. л. шириной 35 мм и толщиной 150 мкм. В СССР тип М. л. обозначается комбинацией из пяти элементов: первый элемент - буква, обозначает назначение (напр., А - звукозапись; Т - видеозапись и т. д.); второй элемент - цифра (от О до 9), указывает на материал основы; третий элемент - цифра (от 0 до 9), обозначает толщину М. л. (напр., 2 - 18 мкм, 3 - 27 мкм и т. д.); четвёртый элемент - цифра (от 01 до 99), обозначает технологич. разработку; пятый элемент - ширина М. л. в мм. Иногда ставят шестой дополнит, буквенный индеке: П - для перфорированных М. л.; Р - для М. л. к студийным магнитофонам; Б - для М. л. к бытовым магнитофонам. Напр., А-4402-6 обозначает М. л. для звукозаписи на лавсановой основе, толщиной 37 мкм, шириной 6,25 мм (технологич. разработка - 02). Разрабатываются металлизированные М. л. с тонким рабочим слоем из сплавов Со - Ni, Со - Р, Со - N - Р и Со - W, нанесённым электроосаждением, химич. восстановлением или напылением в вакууме.

Лит.: М а з о Я. А., Магнитная лента, М., 1968; Каган Б. М., Адасько В. И., Пурэ Р. Р., Запоминающие устройства большой емкости, М., 1968.

Я. А. Мазо, Д. П. Брунштейн.

МАГНИТНАЯ ОБРАБОТКА водных систем, изменение свойств технич. воды, водных растворов и суспензий после их протекания сквозь магнитные поля. Впервые М. о. была применена в Бельгии (1945) для уменьшения образования накипи в паровых котлах. Впоследствии сов. учёными было установлено, что М. о. изменяет мн. коллоидно-хим. процессы. Так, она ускоряет коагуляцию взвесей, смачивание водой твёрдых поверхностей, адсорбцию поверхностно-активных веществ, процессы кристаллизации и растворения. С помощью М. о. можно уменьшать образование различных отложений на твёрдых поверхностях (напр., накипи различных солей). В промышленности для этой цели применяются тысячи магнитных аппаратов. Путём М. о. улучшаются очистка воды от взвесей, процессы обогащения полезных ископаемых, повышаются пластичность бетонной смеси и прочность бетона, кирпича и др. изделий из вяжущих веществ. Обработанная вода изменяет свои биологич. свойства.

М. о. осуществляется с помощью аппаратов, состоящих из неск. пар постоянных магнитов или электромагнитов, между полюсами к-рых протекают водные системы. Эффективность М. о. зависит гл. обр. от напряжённости и градиента напряжённости магнитного поля, скорости течения, состава жидкой фазы водной системы. Изменение свойств в результате М. о. вызвано воздействием магнитных полей на примеси, содержащиеся в водной системе.

Лит.: Вопросы теории и практики магнитной обработки воды и водных систем, М., 1971.

В. И. Классен.

МАГНИТНАЯ ПОСТОЯННАЯ, коэффициент пропорциональности n0, появляющийся в ряде формул магнетизма при записи их в рационализованной форме (в Международной системе единиц). Так, индукция В магнитного поля и его напряжённость Н связаны в вакууме соотношением В = nоН, где nо=4Пи*10-7 гн/м а ~1,26-10-6 гн/м.

МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ, физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией В и магнитным полем Н в веществе. Обозначается д, у изотропных веществ n = В/Н СГС системе единиц) или д = В/nоН (в Международной системе единиц СИ, nо-магнитная постоянная). У анизотропных тел (кристаллов) М. п.- тензор. М. п. связана с магнитной восприимчивостью и соотношением д, = 1 + 4Пи*n (в СГС системе единиц) или ц = 1 + и (в ед. СИ), д измеряется в безразмерных единицах. Для физич. вакуума x = 0 и n = 1.

У диамагнетиков x < 0 и n < 1, у парамагнетиков и ферромагнетиков х>0 и n > 1. В зависимости от того, измеряется ли ц ферромагнетиков в статич. или переменном магнитном поле, её наз. соответственно статической или динамической М. п. Значения этих М. п. не совпадают, т. к. на намагничивание ферромагнетиков в переменных полях влияют вихревые токи, магнитная вязкость и резонансные явления. М. п. ферромагнетиков сложно зависит от Н, для описания этой зависимости вводят понятия дифференциальной, начальной и максимальной М. п. (см. Магнитная восприимчивость).

Лит.: Вонсовский С. В,, Магнетизм, М., 1971.

С. В. Вонсовский.

МАГНИТНАЯ РАЗВЕДКА, магниторазведка, геофизич. метод разведки, основанный на различии магнитных свойств горных пород. Применяется на всех этапах геологич. исследований и включает: измерения напряжённости геомагнитного поля или его элементов (см. Земной магнетизм); построение магнитных карт; геологич. истолкование результатов измерений, опирающееся на определения магнитных характеристик горных пород.

М. р. изучает магнитные аномалии, создаваемые геологич. телами, намагниченными современным (индуцированная намагниченность) и древним (остаточная намагниченность) магнитными полями Земли. Намагниченность горных пород определяется наличием в них ферромагнитных минералов (магнетит, пирротин). Особенно интенсивные магнитные аномалии создают изверженные породы основного и ультраосновного составов, магнетитовые железные руды и др. Измерения при М. р. производятся на поверхности Земли, с самолётов или вертолётов (аэромагнитная съёмка), с движущихся судов (гидромагнитная съёмка или морская М. р.), в горных выработках (подземная М. р.), в буровых скважинах (скважинная М. р.). Для измерений применяются различные магнитометры. Чаще всего измеряются относительные значения (приращения в пространстве) вертикальной составляющей напряжённости магнитного поля Земли Z (наземные съёмки), реже - горизонтальной составляющей Н, а при аэромагнитных и гидромагнитных съёмках - модуль вектора полной напряжённости геомагнитного поля Т или его приращение T. При М. р. приходится учитывать вариации магнитные. Наземные съёмки, как правило, производятся по прямолинейным профилям, при соотношении расстояний между профилями и точками наблюдений на них от 10 : 1 до 1:1. При аэромагнитной и гидромагнитной съёмке измерения производятся непрерывно или дискретно в движении вдоль сети прямолинейных, а иногда криволинейных (в горной местности) профилей.

В результате интерпретации данных М. р. определяют глубину и др. элементы залегания намагниченных тел в земной коре, к-рые служат источниками аномального магнитного поля. М.р. самостоятельно, а также в комплексе с др. геофизич. и геологич. методами, применяется для изучения регионального глубинного строения земной коры, в т. ч. для определения глубины залегания фундамента платформ (при поисках нефти и газа); геологического картирования поисков магнитных разновидностей железных руд, а также рудных и нерудных месторождений, связанных с основными и ультраосновными породами (никель, хром, титан, алмазы и др.); цветных, редких и благородных металлов, руды к-рых содержат акцессорные магнитные минералы (свинец, олово, россыпные золото и платину и др.); рудных скарновых месторождений, обогащённых, как правило, магнетитом (железо, вольфрам, молибден, медь и др.); месторождений пьезооптич. минералов (пьезокварц, исландский шпат, оптич. флюорит), связанных с магнетитовой минерализацией, зонами дробления и интрузиями ультраосновных пород; алюминиевых руд, если они представлены магнитными разновидностями бокситов,

При разведке жел. руд М. р. в сочетании с измерениями магнитной восприимчивости пород в горных выработках и буровых скважинах позволяет уточнять положение железорудных тел, а также оценивать процентное содержание магнитного железа в рудах.

М. р. зародилась в 17 в., когда в Швеции Д. Тиласом был изобретён прибор для поисков магнитных руд - шведский горный компас. В России первые магнитные наблюдения с компасом для поисков жел. руд осуществлены в сер. 18 в. на Урале, где была открыта гора Магнитная. В 20-х гг. 19 в. в США и Канаде производились поиски сильномагнитных руд с помощью стрелочного инклинатора. По инициативе Д. И. Менделеева в 1899 на Урале проведены магниторазведочные работы, в результате к-рых оконтурен ряд железорудных залежей. С помощью М. р. открыты железорудные месторождения Курской магнитной аномалии. В 1922 на основе идей советского геолога А. Д. Архангельского магнитные съёмки начали применять для изучения глубинного геологич. строения - фундамента платформ, перекрытого толщами осадочных пород. В 1936 сов. геофизик А. А. Логачёв создал (совместно с А. Т. Майбородой) первый в мире аэромагнитометр и разработал методику аэромагнитной съёмки. В 50-х и 60-х гг. 20 в. в Финляндии, Швеции и СССР разработаны аппаратура и методика М. р. в буровых скважинах.

Лит.: Логачев А. А., Магниторазведка, 3 изд., Л., 1968; Федынский В. В., Разведочная геофизика, 2 изд., М., 1967; Магниторазведка, М., 1969 (Справочник геофизика, т. 6).

В. Е. Никитский.

МАГНИТНАЯ СТРУКТУРА атомная, периодическое пространственное расположение и ориентация атомных магнитных моментов в магнитоупорядоченном кристалле (ферро-, ферри- или антиферромагнетике). Атомную М. с. следует отличать от доменной магнитной структуры, определяемой характером и взаимным расположением доменов. Периодичность расположения атомных магнитных моментов в пространстве определяется кристаллич. структурой вещества. За взаимную ориентацию моментов ответственно обменное взаимодействие электрич. природы, за их общую ориентацию относительно кристаллографич. осей - силы магнитной анизотропии. Более сложные (и слабые) типы магнитного взаимодействия могут усложнять атомную М. с. (см. Метамагнетик). Различают два основных класса магнитных веществ, связанных с определённой атомной М. с.: вещества с ненулевым суммарным макроскопич. магнитным моментом М (М не равно 0) и вещества с М = 0. Первому случаю соответствует ферромагнитная М. с. (рис. 1, а): магнитные моменты всех атомов выстраиваются вдоль одного направления (оси лёгкого намагничивания), которое может быть различным у разных кристаллов. Второму случаю соответствует антиферромагнитная М. с. (рис. 1, б): у каждого магнитного момента в ближайшем окружении имеется компенсирующий момент, ориентированный строго антипараллельно. В зависимости от характера ближайшего окружения могут осуществляться различные антиферромагнитные М. с. (напр., структуры, показанные на рис. 1, б, в и г). Антиферромагнитные М. с. могут иметь периоды большие, чем периоды атомной структуры, в целое число раз. Иногда осуществляются антиферромагнитные М. с. с ориентацией магнитных моментов вдоль двух или трёх осей и ещё более сложные - зонтичные, треугольные и др. (рис. 1, д, е).

Рис. 1. Типы магнитных структур: а - ферромагнитная, периоды атомной а и магнитной ам элементарных ячеек совпадают; б, в и г - антиферромагнитные структуры, Дм в нек-рых направлениях в два раза больше а; д - треугольная; е - зонтичная; ж - ферримагнитная; з - слабоферромагнитная, угол склонения на рисунке сильно увеличен.

Близки к антиферромагнитной М. с. ферри-магнитные структуры с М не равно 0. Они имеют место, когда антиферромагнитная М. с. образуется атомами или ионами с разными по величине магнитными моментами (рис. 1, ж). При этом значение М определяется величиной разности моментов двух магнитных подрешёток (систем одинаково ориентированных магнитных моментов). Другой случай осуществляется в слабых ферромагнетиках: наличие дополнительных сил межатомного воздействия приводит к неколлинеарности магнитных моментов и появлению суммарной ферромагнитной составляющей (рис. 1, з). См. Слабый ферромагнетизм.

Более сложный (дальнодействующий) характер межатомного взаимодействия в нек-рых случаях приводит к установлению геликоидальных М. с. В последних магнитные моменты соседних атомов повёрнуты друг относительно друга так, что концы изображающих их векторов лежат на одной спиральной линии. В зависимости от величины проекции магнитных моментов на направление оси спирали различают неск. видов геликоидальных М. с. (рис. 2). Существенное отличие геликоидальных М. с. от остальных М. с. заключается в том, что в общем случае шаг спирали несоизмерим с соответствующим периодом кристаллич. решётки и, кроме того, зависит от темп-ры.

Полная классификация М. с. основывается на теории магнитной симметрии, учитывающей не только расположение, но и ориентацию атомных магнитных моментов в кристалле. В число преобразований магнитной симметрии, кроме обычных поворотов вокруг осей симметрии, отражения в плоскостях симметрии и трансляций, дополнительно входит преобразование К, изменяющее направления магнитных моментов на противоположные. Введение преобразования R увеличивает число классов симметрии с 32 до 122, а число пространственных групп симметрии - с 230 до 1651. Вещества, обладающие М. с., описываются теми группами магнитной симметрии, в к-рые R входит в виде произведений с обычными элементами симметрии кристаллов.

Рис. 2. Примеры спиральных магнитных структур (А - период спирали): а - простая спираль с нулевым значением проекции магнитного момента на ось спирали; б - ферромагнитная (коническая) спираль с постоянным значением проекции магнитного момента на ось спирали.

М. с. кристалла и его физ. (в первую очередь магнитные) свойства тесно взаимосвязаны. Поэтому косвенные суждения о М. с. могут быть высказаны на основе данных об этих физ. свойствах вещества. Прямые данные о М. с. кристаллов позволяет получить магнитная нейтронография. Со времени первой работы в этой области (1949) нейтронографически установлена М. с. более тысячи различных металлов, сплавов и хим. соединений. Для установления М. с. может быть использован также ядерный гамма-резонанс (Мёссбауэра эффект).

Лит.: И з ю м о в Ю. А., Озеров Р. П.. Магнитная нейтронография. М., 1966: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Коп цик В. А., Шубниковские группы, М., 1966.

Р. П. Озеров.

МАГНИТНАЯ СЪЁМКА, систематические измерения элементов земного магнетизма и составление по данным измерениймагнитных карт. Различают общую и детальную М. с. Общая М. с., осуществляемая на больших площадях при сравнительно редкой сети пунктов измерения (отстоящих на десятки и сотни км), позволяет изучить основные закономерности распределения геомагнитного поля. Карты, составленные на основе общей М. с., необходимы для морской и воздушной навигации, обнаружения значительных магнитных аномалий, изучения векового хода элементов земного магнетизма. Детальная М. с. с расстоянием между пунктами (маршрутами) измерений от 1 м до неск. км служит гл. обр. для геологич. картирования и поиска рудных месторождений (см. Магнитная разведка).

При М. с. обычно измеряют модуль вектора полной напряжённости геомагнитного поля, однако для целей геологической разведки часто ограничиваются относит, определением вертикальной составляющей геомагнитного поля. М. с. осуществляют различного типа магнитометрами, устанавливаемыми на спутниках, самолётах (см. Аэромагнитная съёмка), немагнитных судах и наземных видах транспорта. Непрерывные наблюдения за изменениями геомагнитного поля с течением времени (за вековым ходом поля) проводятся сетью магнитных обсерваторий.

Лит.: Яновский Б. М., Земной магнетизм, [3 изд.]. т. 1, Л., 1964.

МАГНИТНАЯ ТЕКСТУРА, см. Текстура магнитная.

МАГНИТНАЯ ТЕРМОМЕТРИЯ, метод измерения температур, применяемый в основном ниже 1К. В М. т. термометрическим свойством служит магнитная восприимчивость х парамагнетика. Для М. т. подбирают парамагнетики, у к-рых х простейшим образом зависит от темп-ры: X = С/Т (см. Кюри закон). По измеренному в слабом внешнем магнитном поле значению х и известной для данного парамагнетика постоянной Кюри С может быть определена т. н. магнитная темп-pa Т*. В области темп-р, в к-рой выполняется закон Кюри, Т* совпадает с термодинамич. темп-рой Т. При понижении темп-ры закон Кюри перестаёт быть точным и Т* может заметно отличаться от Т. Практически магнитную темп-ру переводят в термодинамич. по таблицам и кривым, составленным на основании тщательных исследований зависимости восприимчивости х парамагнитных солей от темп-ры (см. Магнитное охлаждение).

Лит.: Физика низких температур, пер. с англ.. под общ. ред. А. И. Шальникова, М., 1959, гл. 7; Мендельсон К., На пути к абсолютному нулю, пер. с англ., М.. 1971.

МАГНИТНАЯ ТОНКАЯ ПЛЁНКА, поли- или монокристаллич. слой ферромагнитного металла, сплава или магнитного окисла (феррита и др.) толщиной от 0,01 до 10 мкм. М. т. п. находит применение в качестве запоминающих элементов в вычислит, технике (см. Запоминающее устройство) и индикаторов при физич. исследованиях. Металлич. плёнки получают вакуумным напылением или электролитическим осаждением металла на подложку (сплошным слоем или отдельными "пятнами"), окисные - с помощью хим. реакций и другими методами. Толщины М. т. п. сравнимы с равновесными размерами магнитных доменов. Малая толщина магнитных плёнок препятствует возникновению в них при перемагничивании значит, токов индукции (вихревых токов). Перечисленные и др. особенности М. т. п. приводят к отличию их физ. свойств от свойств массивных образцов .магнитных материалов.

У металлич. М. т. п. толщиной ~0,1 мкн намагниченность однородна по толщине ц ориентируется в их плоскости.

Изготовленные в магнитном поле, такие плёнки обладают значит, магнитной анизотропией, осью лёгкого намагничивания, направленной вдоль поля, и прямоугольной петлей гистерезиса.

Значение коэрцитивной силы Нс(порогового поля перемагничивания) у плёнок из пермаллоя (80-82% Ni, остальное Fe) толщиной 0,1-10 мкм составляет 0,2 - 2 а/см.

Важным свойством М. т. п., применяемых в вычислительной технике, является быстрота их перемагничивання. Пермаллоевые М. т. п. способны в импульсных полях ~10 а/см перемагничи-ваться за 10-9 сек (быстрее др. магнитных материалов), скорость перемагничивания здесь уже частично ограничена инерционными свойствами элементарных носителей магнитного момента (спинов).

У М. т. п. обнаружены особенности в ферромагнитном резонансе и в гальваномагнитных свойствах; при перемагничивании М. т. п. за 10-9 сек в ней возникает инверсия населённостей магнитных ядерных уровней и возможен мазерный эффект (см. Мазер).

У металлич. М. т. п. толщиной ~10 мкч получено особое пернодич. распределение намагниченности с частичным её выходом из плоскости плёнки - полосовая доменная структура. Поле, необходимое для её перестройки, составляет у пермаллоевых плёнок 10-100 а!см и уменьшается при нагреве, в частности, световым лучом. М. т. п. из сплава Mn - Bi намагничиваются по нормали к поверхности, диаметр независимо намагничиваемых участков может быть снижен до 1 мкм. Плёнки и более толстые слои окислов редкоземельных металлов прозрачны для видимого света, что важно для изучения процессов их намагничивания и технич. применений.

На М. т. п. осуществляются запоминающие и логич. устройства, основанные на управлении поворотом намагниченности отд. плёночных элементов или участков плёнки, на смещении доменных границ, изменении параметров полосовой доменной структуры и т. д. Запись информации и её неразрушающее считывание возможны как посредством подаваемых по проводникам электрич. сигналов, так и световым лучом. В распространённых запоминающих устройствах матричного типа используется наличие у М. т. п. с прямоугольной петлей гистерезиса двух устойчивых антипараллельных направлений намагниченности, соответствующих записи "О" и "1" в двоичной системе счисления (1 бит информации). Установленное записывающим сигналом направление намагниченности определяет полярность сигнала при считывании и, следовательно, характер записанной информации ("О" или "1"). В таких устройствах наряду с одно- и многослойными плоскими пермаллоевыми М. т. п. применяются цилиндрич., наносимые непосредственно на провода. Плотность записи информации достигает 100 бит/мм2. Низкокоэрцитивные М. т. п. применяются также в сочетании со слоями редкоземельных магнитных окислов, ферритов-гранатов и др., толщиной до 100 мкм, в к-рых могут быть созданы цилиндрич. домены с намагниченностью, нормальной к поверхности слоя. На 1 мм2такой плёнки может расположиться до 600 доменов, что перспективно для дальнейшей миниатюризации и увеличения быстродействия вычислит, машин. Плёнки с полосовой доменной структурой используются для оптич. записи изображений, в частности голографической (см. Голография).

Лит.: Суху Р., Магнитные тонкие пленки, пер. с англ., М., 1967; Б :а р д и ж В. В., Магнитные элементы цифровых вычислительных машин, М., 1967; физика магнитных плёнок, Иркутск, 1968; Колотов О. С., Погожее В. А., Телеснин Р. В., Методы и аппаратура для исследования импульсных свойств тонких магнитных пленок, М., 1970; Фотографирование на магнитные плёнки, М., 1971; "Изв. АН СССР, Серия физика", 1972, т. 36, № 7; Крайзмер Л. П., Быстродействующие ферромагнитные запоминающие устройства, М.- Л., 1964; "Institute of Electrical Electronics Engineers. Transactions on Magnet", 1965-72, v. 1-8.

К. М. Поливанов, А. Л. Фрумкин.

МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ, последовательность магнетиков, по к-рым проходит магнитный поток. Понятием М. ц. широко пользуются при расчётах электрич. машин, трансформаторов, постоянных магнитов, электромагнитов, реле, магнитных усилителей, электроизмерительных и др. приборов. В технике распространены как М. ц., в к-рых магнитный поток практически полностью проходит в ферромагнитных телах (замкнутые М. ц.), так и М. ц., включающие, помимо ферромагнетиков, диамагнитные среды (напр., воздушные зазоры). Если магнитный поток возбуждается в М. ц. постоянными магнитами, то такую цепь наз. поляризованной. М. ц. без постоянных магнитов наз. нейтральной, магнитный поток в ней возбуждается током, протекающим в обмотках, охватывающих часть или всю М. ц. В зависимости от характера тока возбуждения различают М. ц. постоянного, переменного и импульсного магнитных потоков. Вследствие полной формальной аналогии электрич. и магнитных цепей к ним применим общий математич. аппарат. Напр., для М. ц. аналогом Ома закона служит формула F = Ф*Rm, где Ф - магнитный поток, Rm - магнитное сопротивление, F - магнитодвижущая сила. К М. ц. применимы Кирхгофа правила и т. д. Существует, однако, и принципиальное различие между М. ц. и электрической цепью: в М. ц. с неизменным во времени потоком Ф не выделяется Джоулево тепло (см. Джоуля - Ленца закон), т. е. нет рассеяния электромагнитной энергии.

Лит.: Калашников С. Г., Электричество, М., 1956 (Общий курс физики, т. 2); Поливанов К. М., Ферромагнетики, М.- Л., 1957.

МАГНИТНОЕ НАСЫЩЕНИЕ, состояние парамагнетика или ферромагнетика, при к-ром его намагниченность J достигает предельного значения Jбесконечность - намагниченности насыщения, не меняющейся при дальнейшем увеличении напряжённости намагничивающего поля. В случае ферромагнетиков Jбесконечность достигается при окончании процессов т. н. технич. намагничивания: а) роста доменов с магнитным моментом, ориентированным по оси лёгкого намагничивания, в результате процесса смещения границ доменов; 6) поворота вектора намагниченности образца в направлении намагничивающего поля (т. н. процесса вращения); и парапроцесса - увеличения под действием сильного внешнего поля числа спинов, ориентированных по полю, за счёт спинов, имеющих антипараллельную ориентацию. На практике обычно получают технич. М. н. (при 20 оС в полях от неск. э до ~104 э), т. к. для осуществления парапроцесса (вдали от Кюри точки) требуются очень сильные поля. В случае парамагнетиков состояние, близкое к М. н., достигается в полях ~10 кэ (~103 ка/м) при темп-pax ~1К.

Лит.: Киренский Л. В., Магне-тизм, 2 изд., М., 1967; Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971.

МАГНИТНОЕ ОБОГАЩЕНИЕ, способ отделения полезных минералов от пустой породы и вредных примесей, основанный на действии магнитного поля на минеральные частицы, обладающие различной магнитной восприимчивостью. Создание первых магнитных сепараторов относится к 18 в., а совершенствование и пром. применение - к 1892-1906 (Швеция и др.). В России первый магнитный сепаратор сконструирован в 1911; их серийное изготовление и сооружение фабрик для М. о. началось только в годы Сов. власти. В СССР на обогатит, фабриках с помощью М. о. ежегодно перерабатывается ок. 500 млн. т полезных ископаемых (1973). Исходные материалы для прямого М. о.: бедные железные руды (гл. обр. магнетитовые), марганцевые, титановые (содержащие ильменит и титаномагнетит), вольфрамовые (вольфрамитовые) и нек-рые др. полезные ископаемые, при этом в магнитную фракцию (магнитный концентрат) выделяются ценные минералы. В результате М. о. содержание полезного компонента увеличивается в неск. раз и составляет в магнитных концентратах 95% и более, а содержание вредных Примесей значительно снижается. Доля (извлечение) полезного минерала, переходящего в концентрат (магнитную фракцию), обычно не менее 75% от исходного его количества, а для сильномагнитных - может быть более 95%. Различают М. о., при к-ром магнитные или сильномагнитные минералы под действием магнитного поля выделяются в магнитную фракцию, а слабомагнитные или немагнитные минералы - в немагнитную.

Применяется также "обратное" М. o., когда минералы магнитной фракции являются вредной примесью (напр., при перечистке оловянных, циркониевых, литиевых, бериллиевых, полевошпатовых, кварцевых и др. концентратов).

Принципиальная схема М. о. показана на рис. При сухом М. о. руда загружается на верхние барабаны магнитного сепаратора, в к-рых помещены разомкнутые постоянные магниты, создающие на барабане поле напряжённостью ок. 90 ка/м. Магнетитовая руда притягивается к полюсам (к поверхности барабана), а слабомагнитная фракция отрывается н попадает для перечистки на нижние барабаны с более сильным полем (110 ка/м). Здесь происходит до-извлечение менее магнитных кусков руды из хвостов. В случае мокрого М. о. тонкоизмельчённая магнетитовая руда с водой поступает под барабаны, вращающиеся навстречу потоку пульпы и извлекающие из него ферромагнитные минералы. При мокром обогащении марганцевых и др. слабомагнитных руд сепараторы имеют значительно более сильное поле (1500 ка/м), создаваемое в зазорах между валками и полюсами благодаря замкнутой электромагнитной системе. Рудные частицы из пульпы извлекаются валками и выносятся ими в концентратное отделение ванны. Менее магнитные фракции проходят перечистку на нижних валках. Параметры устройства и работы магнитных сепараторов определяются большим числом взаимосвязанных элементов: типом магнитной системы, числом, формой и расположением полюсов, составом магнитных материалов, диаметром роторов, частотой их вращения, крупностью руды, содержанием и вкраплением магнитных минералов, а при мокром М. о.- ещё и количеством воды, типом ванны и пр.

Схема магнитного обогащения магнетитовой руды на Соколовско-Сарбайском комбинате (Казахская ССР).

В СССР освоен (1971) выпуск большой номенклатуры магнитных сепараторов, конусов, железоотделителей, намагничивающих и размагничивающих устройств для сухого и мокрого М. о. сильномагнитных руд (магнитная восприимчивость св. 3*10-5) и для регенерации суспензий, а также для обогащения слабомагнитных материалов, восприимчивость к-рых превышает лишь 1,2*10-7. Созданы оригинальные конструкции барабанных магнитных сепараторов с электромагнитными системами и постоянными магнитами (для магнетитовых руд и суспензий) и валковых, роторных и полиградиентных барабанно-ручейковых сепараторов (для слабомагнитных руд). Это оборудование используется не только для производства рудных, но и металлизированных концентратов. Выпуск последних резко возрастает в связи с развитием прямого восстановления руд, т. е. бескоксовой и порошковой металлургии.

Лит.: Кармазин В. И., Современные методы магнитного обогащения руд черных металлов, М., 1962; Д е р к а ч В. Г., Специальные методы обогащения полезных ископаемых, М., 1966; Кармазин В. В., Кармазин В. И., Бинкевич В. А., Магнитная регенерация и сепарация при обогащении руд и углей, М., 1968.

В. И. Кармазин.

МАГНИТНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ, метод получения темп-р ниже 1 К путём адиабатического размагничивания парамагнитных веществ. Предложен П. Дебаем и амер. физиком У. Джиоком (1926); впервые осуществлён в 1933. М. о.- один из двух практически применяемых методов получения темп-р ниже 0,ЗК (др. методом является растворение жидкого гелия 3Не в жидком 4Не).

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

Рис. 1. Энтропийная диаграмма процесса магнитного охлаждения (S - энтропия, Т - темп-pa). Кривая So - изменение энтропии рабочего вещества с темп-рой без магнитного поля; Sн - изменение энтропии вещества в поле напряжённостью Н; Speш - энтропия кристаллич. решётки (Speш~ Т3): Ткон- конечная темп-ра в цикле магнитного охлаждения.

Процесс М. о. принято изображать на термодинамич. диаграмме в координатах темп-pa Т-энтропия S (рис. 1). Получение низких темп-р связано с достижением состояний, в к-рых вещество обладает малыми значениями энтропии, В энтропию кристаллич. парамагнетика, характеризующую неупорядоченность его структуры, свою долю вносят тепловые колебания атомов кристаллич. решётки ("тепловой беспорядок") и разориентированность спинов ("магнитный беспорядок"). При Т -> 0 энтропия решётки Speш убывает быстрее энтропии системы спинов Sмагн, так что Speш при темп-рах Т < 1К 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) изотермич. намагничивания (линия АБ) и 2) адиабатич. размагничивания парамагнетика (линия БВ). Перед намагничиванием темп-ру 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 адиабатич. размагничивания энтропия парамагнетика в целом не меняется. Увеличение Sмагн компенсируется уменьшением Speш т. е. охлаждением парамагнетика.

Взаимодействие спинов между собой и с кристаллич. решёткой (спин-решёточное взаимодействие) определяет темп-ру, при к-рой начинается резкий спад кривой Sмагн при Т -> 0 и становится возможным М. о. Чем слабее взаимодействие спинов, тем более низкие темп-ры можно получить методом М. о. Парамагнитные соли, применяемые для М о., позволяют достичь темп-р ~10-3К.

Значительно более низких темп-р 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 К требуются сильные магнитные поля ( ~ 107э). Практически применяют поля 105э, но тогда необходимы более низкие темп-ры (~ 0,01 К). При исходной темп-ре ~0,01 К адиабатич размагничиванием системы ядерных спинов (напр., в образце меди) удаётся достигнуть темп-ры 10-5-10-6 К. До этой темп-ры охлаждается не весь образец. Полученная темп-pa (её называют спиновой) характеризует интенсивность теплового движения в системе ядерных спинов сразу после размагничивания. Электроны же и кристаллич. решётка остаются после размагничивания при исходной темп-ре ~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 темп-ры (~10-2К 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 коэфф. теплопроводности внутри камеры 1, к-рая погружена в криостат 2 с жидким гелием 4Не. Откачкой паров гелия темп-pa в криостате поддерживается на уровне 1,0-1,2 К (применение жидкого 3Не позволяет снизить исходную темп-ру до ~0,ЗК). 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 т. о. блок соли С теплоизолируют от жидкого гелия. После размагничивания темп-pa соли понижается и может достигнуть неск. тысячных долей градуса. Запрессовывая в блок соли к.-л. вещество или соединяя вещество с блоком соли пучком тонких медных проволочек, можно охладить вещество практически до тех же темп-р Наиболее низкие темп-ры получают методом двухступенчатого М о. (рис. 2, б). Сначала производят адиабатич. размагничивание соли С и через тепловой ключ (теплопроводящую перемычку) К охлаждают предварительно намагниченную соль D. Затем, после размыкания ключа К, размагничивают соль D, к-рая при этом охлаждается до темп-ры существенно более низкой, чем была получена в блоке соли С. Тепловым ключом в установках описанного типа обычно служит проволочка из сверхпроводящего вещества, теплопроводность к-рой 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 (напр., меди), для намагничивания к-рого применяется поле напряжённостью в неск. десятков кэ. М. о. широко применяется при изучении низкотемпературных свойств жидкого гелия (сверхтекучести и др.), квантовых явлений в твёрдых телах (напр., сверхпроводимости), явлений ядерной физики и т. д.

Рис. 2. Схемы установок для магнитного охлаждения: а - одноступенчатого (N, 5 - полюсы электромагнита), 6 - двухступенчатого.

Лит.: В о н с о в с к и и С. В., Магнетизм, М., 1971, с. 368-382; физика низких температур, под общ. ред. А. И. Шальникова, пер. с англ., М., 1959, с. 421-610; Мендельсон К., На пути к абсолютному нулю, пер. с англ., М., 1971; Амблер Е. и Хадсон Р. П., Магнитное охлаждение, "Успехи физических наук", 1959, т. 67, в. 3.

А. Б. Фрадков.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, силовое поле, действующее на движущиеся электрич. заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. М. п. характеризуется вектором магнитной индукции В, к-рый определяет: силу, действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд (см. Лоренца сила); действие М. п. на тела, имеющие магнитный момент, а также другие свойства М. п.

Впервые термин "М. п." ввёл в 1845 М. Фарадей, считавший, что как электрич., так и магнитные взаимодействия осуществляются посредством единого материального поля. Классич. теория электромагнитного поля была создана Дж. Максвеллом (1873), квантовая теория - в 20-х гг. 20 в. (см. Квантовая теория поля).

Источниками макроскопич. М. п. являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела. Природа этих источников едина: М. п. возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц собственного (спинового) магнитного момента (см. Магнетизм).

М.. п. электрического тока определяется Био - Савара законом; М. п. тел, имеющих магнитный момент, - формулами, описывающими поле магнитного диполя (в общем случае - мулътиполя).

Переменное М. п. возникает также при изменении во времени электрического поля. В свою очередь, при изменении во времени М. п. возникает электрич. поле. Полное описание электрич. и магнитного полей в их взаимосвязи дают Максвелла уравнения. Для характеристики М. п. часто вводят силовые линии поля (линии магнитной индукции). Касательная в каждой точке такой линии имеет направление вектора В в этой точке. Числом силовых линий, проходящих через единичную перпендикулярную к ним площадку, количественно определяют индукцию поля. В местах повышенных значений В линии индукции сгущаются, в тех же местах, где поле слабее, линии расходятся (см., напр., рис. 1).

Для М. п. наиболее характерны след. проявления.

1. В постоянном однородном М. п. на магнитный диполь с магнитным моментом рт действует вращающий момент N = т В] (так, магнитная стрелка в М. п. поворачивается по полю; виток с током I, также обладающий магнитным моментом, стремится занять положение, при котором его плоскость была бы перпендикулярна линиям индукции; атомный диполь прецессирует вокруг силовой линии с характеристической частотой; рис. 1, а).

2. В постоянном однородном М. п. действие силы Лоренца приводит к тому, что траектория движения электрич. заряда имеет вид спирали с кривизной, обратно пропорциональной скорости (рис. 1, б). Искривление траектории электрич. зарядов под действием силы Лоренца сказывается, напр., в перераспределении тока по сечению проводника При внесении его в М. п. Этот эффект лежит в основе гальваномагнитных, термомагнитных и др. родственных им явлений.

3. В пространственно неоднородном М. п. на магнитный диполь действует сила F, перемещающая диполь в направлении градиента поля: F = grad (pm В); так, пучок атомов, содержащий атомы с противоположно ориентированными магнитными моментами, в неоднородном М. п. разделяется на два расходящихся пучка (рис. 1, в).

Рис. 1. а- действие однородного постоянного магнитного поля на магнитную стрелку, виток с током I и атомный диполь (е- электрон атома); б -действие однородного постоянного магнитного поля на свободно движущиеся электрические заряды a (их траектория в общем случае имеет вид спирали); в-разделение пучка магнитных диполей в неоднородном магнитном поле; г -возникновение тока индукции в витке при усилении внешнего магнитного поля В (стрелками показано направление тока индукции и создаваемого магнитного поля Bинд). Здесь Рт - магнитный момент, q - электрический заряд, v - скорость заряда.

4. М. п., непостоянное во времени, оказывает силовое действие на покоящиеся электрич. заряды и приводит их в движение; возникающий при этом в контуре ток Iинд (рис. 1, г) своим М. п. Винд противодействует изменению первоначального М. п. (см. Индукция электромагнитная).

Магнитная индукция В определяет среднее макроскопич. М. п., создаваемое в данной точке поля как токами проводимости (движением свободных носителей зарядов), так и имеющимися намагниченными телами (ионами и атомами вещества). М. п., созданное токами проводимости и не зависящее от магнитных свойств вещества, характеризуется вектором напряжённости магнитного поля Н = = В - 4Пи*J или Н = (В/nо) - J (соответственно в СГС системе единиц и Международной системе единиц). В этих соотношениях вектор J - намагниченность вещества (магнитный момент единицы его объёма), nо -магнитная постоянная.

Отношение n = В/n0Н, определяющее магнитные свойства вещества, наз, его магнитной проницаемостью. В зависимости от величины ц вещества делят на диамагнетики (n<1) и парамагнетики n>1), вещества с n>>1 наз. ферромагнетиками.

Объёмная плотность энергии М. п. в отсутствии ферромагнетикоэ: Wч = nН2/8Пи или Wм = BH/8Пи (в единицах СГС); Wм = nnоН2/2 или ВН/2 (в единицах СИ). В общем случае, где пределы интегрирования определяются начальными и конечными значениями магнитной индукции В, сложным образом зависящей от поля Н.
1512-10.jpg
Для измерения характеристик М. п. и магнитных свойств веществ применяют различного типа магнитометры. Единицей индукции М. п. в системе единиц СГС является гаусс (гс), в Международной системе единиц - тесла (тл), 1 тл = 104 гс. Напряжённость измеряется, соответственно, в эрстедах (э) и амперах на метр(а/м), 1 а/м = 4Пи/103 э~0,01256э; энергия М. п.- в эрг/см3или дж/м3', 1 дж/м3= 10 эрг/см3.

Магнитные поля в природе чрезвычайно разнообразны как по своим масштабам, так и по вызываемым ими эффектам. М. п. Земли, образующее земную магнитосферу, простирается до расстояния в 70-80 тыс. км в направлении на Солнце и на многие миллионы км в противоположном направлении (см. Земля). У поверхности Земли М. п. равно в среднем 0,5 гс, на границе магнитосферы ~ 10-3 гс. Геомагнитное поле экранирует поверхность Земли и биосферу от потока заряженных частиц солнечного ветра и частично космических лучей. Влияние самого геомагнитного поля на жизнедеятельность организмов изучает магнитобиология. В околоземном пространстве М. п. образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий - радиационный пояс Земли. Содержащиеся в радиац. поясе частицы представляют значит, опасность при полётах в космос. Происхождение М. п. Земли связывают с конвективными движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре (см. Земной магнетизм).

Непосредств. измерения при помощи космич. аппаратов показали, что ближайшие к Земле космич. тела - Луна, планеты Венера и Марс не имеют собственного М. п., подобного земному. Из др. планет Солнечной системы лишь Юпитер и, по-видимому, Сатурн обладают собственными М. п., достаточными для создания планетарных магнитных ловушек. На Юпитере обнаружены М. п. до 10 гс и ряд характерных явлений (магнитные бури, синхротронное радиоизлучение и др.), указывающих на значительную роль М. п. в планетарных процессах.

Межпланетное М. п.- это гл. обр. поле солнечного ветра (непрерывно расширяющейся плазмы солнечной короны). Вблизи орбиты Земли межпланетное поле ~ 10-4-10-5 гс. Силовые линии регулярного межпланетного М. п. имеют вид идущих от Солнца раскручивающихся спиралей (их форма обусловлена сложением радиального движения плазмы и вращения Солнца). М. п. межпланетной плазмы имеет секторную структуру: в одних секторах оно направлено от Солнца, в других - к Солнцу. Регулярность межпланетного М. п. может нарушаться из-за развития различных видов плазменной неустойчивости, прохождения ударных волн и распространения потоков, быстрых частиц, рождённых солнечными вспышками (см. Космическая магнитогидродинамика).

Во всех процессах на Солнце - вспышках, появлении пятен и протуберанцев, рождении солнечных космич. лучей М. п. играет важнейшую роль (см. Солнечный магнетизм). Измерения, основанные на эффекте Зеемана, показали, что М. п. солнечных пятен достигает неск. тыс. гс, протуберанцы удерживаются полями ~ 10-100 гс (при среднем значении общего М. п. Солнца ~1 гс). Удалённость звёзд не позволяет пока наблюдать у них М. п. типа солнечных. В то же время более чем у двухсот т. н. магнитных звёзд обнаружены аномально большие ноля (до 3,4*104 гс). Поля ~ 107 гс измерены у неск. звёзд - белых карликов. Особенно большие (~1010-1012 гс) М. п. должны быть, по совр. представлениям, у нейтронных звёзд. С М. п. космич. объектов тесно связано ускорение заряженных частиц (электронов, протонов, ядер) до релятивистских скоростей (близких к скорости света). При движении таких частиц в космич. М. п. возникает электромагнитное синхротронное излучение. Индукция межзвёздного М. п., определённая по Зеемана эффекту (в радиолинии 21 см спектра водорода) и по Фарадея эффекту (вращению плоскости поляризации электромагнитного излучения в М. п.), составляет всего ~5*10-6 гс. Однако общая энергия межзвёздного (галактического) М. п. превышает энергию хаотического движения частиц межзвёздного газа и сравнима с энергией космических лучей.

В явлениях микромира роль М. п. столь же существенна, как и в космич. масштабах. Это объясняется существованием у всех частиц - структурных элементов вещества (электронов, протонов, нейтронов) магнитного момента, а также действием М. п. на движущиеся электрические заряды. Если суммарный магнитный момент М частиц, образующих атом или молекулу, равен нулю, то такие атомы и молекулы наз. диамагнитными. Атомы (ионы, молекулы) с М не равно 0 наз. парамагнитными. У всех атомов (как с М = 0, так и с М не равно 0) при наложении внешнего М. п. возникает индуцированный магнитный момент, направленный навстречу намагничивающему полю (см. Диамагнетизм). Однако у парамагнитных атомов в М. п. этот эффект маскируется преим. поворотом их магнитных моментов по полю (см. Парамагнетизм). У парамагнетиков и ферромагнетиков намагниченность увеличивается с ростом внешнего М. п. (до состояния насыщения). Вид кривых намагничивания ферромагнетиков (и антиферромагнетиков) в значит, степени определяется магнитным взаимодействием атомных носителей магнетизма. Это взаимодействие обусловливает также большое разнообразие типов атомной магнитной структуры у ферримагнетиков (ферритов).

Внутрикристаллич. М. п., измеренное в ферримагнетиках (ферритах-гранатах) на ядрах ионов железа, оказалось ~5*105 гс, на ядрах, редкоземельного металла диспрозия ~8*106гс. На расстоянии порядка размера атома (~ 10-8 см) М. п. ядра составляет ~50 гс. Внешнее М. п. и внутриатомные М. п., создаваемые электронами атома и его ядром, расщепляют энергетич. уровни атома (Зеемана эффект); в результате спектры атомов приобретают сложное строение (см. Тонкая структура и Сверхтонкая структура). Расстояния между зеемановскими подуровнями энергии (и соответствующими спектральными линиями) пропорциональны величине М. п., что позволяет спектральными методами определять значение М. п С возникновением зеемановских подуровней энергии в М. п. и с квантовыми переходами между ними связано ещё одно важное физ. явление - резонансное поглощение веществом радиоволн (явление магнитного резонанса). Зависимость положения и формы линий спектра магнитного резонанса от особенностей взаимодействия молекул, атомов, ионов, а также ядер в жидкостях и твёрдых телах даёт возможность исследовать при помощи электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ядерного магнитного резонанса (ЯМР) структуру жидкостей, кристаллов и сложных молекул, кинетику химических и биохимических реакций.

М. п. способно заметно влиять на оптич. свойства среды и процессы взаимодействия электромагнитного излучения с веществом (см. Фарадея эффект, Магнитооптика), вызывать гальваномагнитные явления и термомагнитные явления в проводниках и полупроводниках. М. п. оказывает влияние на сверхпроводимость веществ: при достижении определённой величины М. п. разрушает сверхпроводимость (см. Критическое магнитное поле). М. п. при намагничивании ферромагнитных тел изменяет их форму и упругие свойства (см. Магнитострикция). Особые свойства в М. п. приобретает плазма. М. п. препятствует движению заряженных частиц плазмы поперёк силовых линий поля (см. Магнитная гидродинамика). Этот эффект используется, напр., для термоизоляции плазмы и обеспечения её устойчивости в установках для изучения свойств высокотемпературной плазмы.

Применение магнитных полей в науке и технике. М. п. обычно подразделяют на слабые (до 500 гс), средние (500 гс - 40 кгс), сильные (40 кгс - 1 Мгс) и сверхсильные (св. 1 Мгс). На использовании слабых и средних М. п. основана практически вся электротехника, радиотехника и электроника. В науч. исследованиях средние М. п. нашли применение в ускорителях заряженных частиц, в Вильсона камере, искровой камере, пузырьковой камере и др. трековых детекторах ионизующих частиц, в масс-спектрометрах, при изучении действия М. п. на живые организмы и т. д. Слабые и средние М, п. получают при помощи магнитов постоянных, электромагнитов, неохлаждаемых соленоидов, магнитов сверхпроводящих.

М. п. до ~500 кгс широко применяются в науч. и прикладных целях: в физике твёрдого тела для изучения энергетич. спектров электронов в металлах, полупроводниках и сверхпроводниках; для исследования ферро- и антиферромагнетизма, для удержания плазмы в МГД-генераторах и двигателях, для получения сверхнизких темп-р (см. Магнитное охлаждение), в электронных микроскопах для фокусировки пучков электронов и т. д. Для получения сильных М. п. применяют сверхпроводящие соленоиды (до 150-200 кгс, рис. 2), соленоиды, охлаждаемые водой (до 250 кгс, рис. 3), импульсные соленоиды (до 1,6 Мгс, рис. 4). Силы, действующие на проводники с током в сильных М. п., могут быть очень велики (так, в полях ~ 250 кгс механич. напряжения достигают 4*108 н/м2, т. е. предела прочности меди). Эффект давления М. п. учитывают при конструировании электромагнитов и соленоидов, его используют для штамповки изделий из металла. Предельное значение поля, к-рое можно получить без разрушения соленоида, не превышает 0,9 Мгс.

Рис. 2. Сверхпроводящий соленоид с обмоткой из сплава Nb - Zr на 30 кгс (рабочий объём диаметром 32 мм находится при комнатной температуре): 1 - соленоид: 2 - жидкий гелий: 3 - жидкий азот: 4 - азотный экран; 5 - кожух; 6 - заливная горловина.

Рис. 3. Схематический разрез водоохлаж-даемого соленоида на 250 кгс (движение воды показано стрелками). 1-я секция имеет массу 2 кг, потребляет мощность 0,4 Мвт и создаёт поле Втах~ 45 кгс; 2-я секция - 16 кг, 2 Мвт и 65 кгс; 3-я секция - 1250 кг, 12 Mвm и 140 кгс.

Рис. 4. Модель импульсного одновиткового соленоида (длина 10 мм, диаметр отверстия 2 мм). Источник питания - батарея конденсаторов на 2,4 кдж. Получаемые поля - до 1,6 Мгс.

Сверхсильные М. п. используют для получения данных о свойствах веществ в полях св. 1 Мгс и при сопутствующих им давлениях в десятки млн. атмосфер. Эти исследования позволят, в частности, глубже понять процессы, происходящие в недрах планет и звёзд. Сверхсильные М. п. получают методом направленного взрыва (рис. 5). Медную трубу, внутри к-рой предварительно создано сильное импульсное М. п., радиально сжимают давлением продуктов взрыва. С уменьшением радиуса R трубы величина М. п. в ней возрастает ~ 1/R2 (если магнитный поток через трубу сохраняется). М. п., получаемое в установках подобного типа (т. н. взрывомагнитных генераторах), может достигать неск. десятков Мгс. К недостаткам этого метода следует отнести кратковременность существования М. п. (неск. мксек), небольшой объём сверхсильного М, п. и разрушение установки при взрыве.

Рис. 5. Взрывомагнитный генератор. Первичное импульсное поле создаётся разрядом батареи конденсаторов. Когда поле достигает максимальной величины, осуществляется взрыв (ВВ - взрывчатое вещество), приводящий к резкому возрастанию поля в медной трубе (ловушке магнитного поля). Тригер применялся для синхронизации первичного импульсного магнитного поля и детонации взрывчатого вещества.

Лит.: Ландау Л. Д. и Лифшиц Е. М., Теория поля, 6 изд., М., 1973 (Теоретическая физика, т. 2); Т а м м И. Е., Основы теории электричества, 8 изд., М., 1966; Парселл Э., Электричество и магнетизм, пер. с англ., М., 1971 (Берклеевский курс физики, т. 2); Карасик В. Р., Физика и техника сильных магнитных полей, М., 1964; Монтгомери Б., Получение сильных магнитных полей с помощью соленоидов, пер. с англ., М., 1971; Кнопфель Г., Сверхсильные импульсные магнитные поля, пер. с англ., М., 1972; Кольм Г., Фриман А., Сильные магнитные поля, "Успехи физических наук", 1966, т. 88. в. 4, с. 703; С а х а р о в А. Д., Взрывомагнитные генераторы, там же, с. 725; Б и т т е р Ф., Сверхсильные магнитные поля, там же, с. 735; Вайнштейн С. И., Зельдович Я. Б., О происхождении магнитных полей в австрофизике, там же, 1972, т. 106, в. 3.

Л. Г. Асламазов, В. Р. Карасик, , С. Б.Пикельнер.

Яндекс.Метрика

© (составление) libelli.ru 2003-2017