БСЭ. Магнитные ловушки - Магнитодистрикция
Начало Вверх

МАГНИТНЫЕ ЛОВУШКИ, конфигурации магнитного поля, способные длительное время удерживать заряженные частицы внутри определённого объёма пространства. М. л. природного происхождения является магнитное поле Земли; огромное число захваченных и удерживаемых им космич. заряженных частиц высоких энергий (электронов и протонов) образует радиационные пояса Земли за пределами её атмосферы В лабораторных условиях М. л. различных видов исследуют гл. обр. применительно к проблеме удержания смеси большого числа положительно и отрицательно заряженных частиц - плазмы. Совершенствование М. л. для плазмы направлено на осуществление с их помощью управляемой термоядерной реакции, в к-рой ядерная энергия лёгких элементов высвобождается не в виде мощного взрыва, а сравнительно медленно, в ходе контролируемого и регулируемого человеком процесса (см. Управляемый термоядерный синтез).

Для того чтобы быть М. л., магнитное поле должно удовлетворять определённым условиям. Известно, что оно действует только на движущиеся заряженные частицы. Скорость частицы v в любой точке всегда можно представить в виде геометрич. суммы двух составляющих - vпер , перпендикулярной к напряжённости Н магнитного поля в этой точке, и vпар, совпадающей по направлению с Н. Сила F воздействия поля на частицу, т. н. Лоренца сила, определяется только vпер и не зависит от vпар.

В СГС системе единиц F по абс. величине равна
1513-3.jpg
где с - скорость света, е - заряд частицы. Сила Лоренца всегда направлена под прямым углом как к vпер, так и к vпар и не изменяет абс. величины скорости частицы, однако меняет направление этой скорости, искривляя траекторию частицы. Наиболее простым является движение частицы в однородном магнитном поле (Н повсюду одинакова по величине и направлению). Если скорость частицы направлена поперёк такого поля (v=vvпер), то её траекторией будет окружность радиуса R (рис. 1, а). Сила Лоренца в этом случае играет роль центростремительной силы (равной mv2пер/R, m-масса частицы), что даёт возможность выразить R через v j_ и Н : R =г)1/шн, где wн = еН/тс.

Окружность, по к-рой движется заряженная частица в однородном магнитном поле, наз. ларморовской окружностью, её радиус-ларморовским радиусом (Rл)> а сон - ларморовской частотой. Если скорость частицы направлена к полю под углом, отличающимся от прямого, то, кроме vпер, частица обладает и vпар. Ларморовское вращение при этом сохранится, но к нему добавится равномерное движение вдоль магнитного поля, так что результирующая траектория будет винтовой линией (рис. 1, 6).

Рассмотрение даже этого простейшего случая однородного поля позволяет сформулировать одно из требований к М. л.: её размеры должны быть велики по сравнению с Rл, иначе частица выйдет за пределы ловушки. Т. к. Rл убывает с возрастанием Н, то удовлетворить этому условию можно не только увеличением размеров М. л., но и увеличением напряжённости магнитного поля. При экспериментах в лабораториях идут по второму пути, в то время как в природных условиях, не стеснённых человеческими масштабами, чаще возникают М.л. с протяжёнными, но сравнительно слабыми полями (напр., радиационный пояс Земли).

Рис. 1. В однородном (Н=const) магнитном поле заряженная частица движется по окружности, если её скорость направлена поперёк поля (о), и по винтовой линии, если скорость частицы, кроме поперечной vпер, имеет и продольную (по полю) составляющую vпар (б). R - радиус окружности (ларморовский радиус).

Далее, малость Rл обеспечивает ограничение движения частицы в направлении поперёк поля, но его необходимо ограничить и в направлении вдоль силовых линий поля. В зависимости от метода ограничения различают два типа М. л.: тороидальные и зеркальные (адиабатические).

Тороидальные М. л. Один из способов предотвращения ухода частиц из М. л. вдоль направления поля состоит в придании ловушке конфигурации, при к-рой у объёма, занимаемого ею, вообще нет "концов"; такой конфигурацией является, напр., тор. Ловушка этого типа была первой М. л., предложенной И. Е. Таммом и А. Д. Сахаровым в 1950 в связи с проблемой осуществления управляемой термоядерной реакции. Простейшим примером М. л. этого типа является тороидальный соленоид (рис. 2, а). Однако в ловушке со столь простой геометрией поля частицы удерживаются не очень долго: за каждый оборот вокруг тора частица отклоняется на небольшое расстояние поперёк поля (т. н. тороидальный дрейф). Эти смещения накапливаются, и в конце концов частицы попадают на стенки М. л. Для компенсации тороидального дрейфа можно сделать поле неоднородным вдоль М. л., как бы "прогофрировав" его (рис. 2, б). Но более удобно создать конфигурацию, при к-рой силовые линии магнитного поля винтообразно навиваются на замкнутые поверхности, причём эти поверхности вложены одна в другую. Напр., если внутри тороидального соленоида поместить проводник с током, проходящий по его средней линии (рис. 2, в), то силовые линии поля будут навиваться на тороидальные поверхности. Частицы с малым Rл будут не очень сильно отклоняться от этих поверхностей. Аналогичные конфигурации можно создать с помощью внеш. обмоток, напр., как предложено амер. учёным Л. Спицером в 1951, добавляя к обмотке тора (рис. 2, а) винтовую обмотку с попеременно направленными токами. Ещё один способ состоит в скручивании тора в фигуру типа "восьмёрки" (рис. 2, г). Можно также использовать более сложные конфигурации, комбинируя различные элементы "гофрированных" и винтовых полей.

Рис. 2. Конфигурации тороидальных магнитных ловушек, а - тороидальный соленоид ("бублик"), в котором винтовая траектория заряженной частицы обвивает круговые силовые линии магнитного поля; траектория не замкнута - за каждый оборот вокруг тора частица смещается поперёк него на расстояние б от своего исходного положения (тороидальный дрейф); б- "гофрированный" тор; в- тороидальный соленоид с центральным проводником. Складываясь, магнитные поля обмотки соленоида и центрального проводника образуют поле, силовые линии которого винтообразно навиваются на тороидальные поверхности; г - "скрученный" тор.

Зеркальные М. л. Другой метод удержания частиц в М. л. в продольном (по полю) направлении был предложен в 1952 сов. физиком Г. И. Будкером и независимо от него амер. учёными Р. Постом и Х. Йорком. Он состоит в использовании магнитных пробок, или магнитных зеркал, - областей, в к-рых напряжённость магнитного поля сильно (но плавно) возрастает. Такие области могут отражать "падающие" на них вдоль силовых линий поля заряженные частицы. На рис. 3 изображена траектория частицы в неоднородном магнитном поле, напряжённость к-рого меняется вдоль его силовых линий. Эффект отражения обусловлен тем, что при продвижении частицы в область более сильного поля при нек-рых условиях её поперечная скорость vпер возрастает и увеличивается связанная с этой скоростью "поперечная энергия" частицы ½ mv22пер.

Рис. 3. Движение заряженной частицы в "зеркальной" магнитной ловушке: при продвижении в область сильного поля радиус траектории частицы уменьшается. "Магнитное зеркало", от которого отражается частица, находится в "горловой" части конфигурации.

Но полная энергия заряженной частицы при движении в магнитном поле не изменяется, т. к. сила Лоренца, будучи перпендикулярна скорости, работы не производит. Поэтому одновременно с увеличением vпер уменьшается vпар В какой-то точке vпар может стать равной нулю. В этой точке и происходит отражение частицы от "магнитного зеркала". Подобный механизм "перекачки" энергии, связанной с vпер в энергию, связанную с vпер (и наоборот), действует только в том случае, если магнитное поле за один период винтового движения частицы меняется относительно мало. Процессы, происходящие при сравнительно медленном изменении внеш. условий, наз. адиабатическими. Соответственно, так называют и М. л. с "магнитными зеркалами". Простейшая зеркальная (адиабатическая) М. л. создаётся двумя одинаковыми коаксиальными катушками, в к-рых ток протекает в одинаковом направлении (рис. 4).

Рис, 4. Простейшая адиабатическая магнитная ловушка. Стрелки указывают направления тока в коаксиальных катушках.

"Магнитными зеркалами" в ней являются области наиболее сильного поля внутри катушек. Адиабатич. М. л. удерживают не все частицы: если р.. достаточно велика по сравнению с vпер, то частицы вылетают за пределы "магнитных зеркал". Максимальное отношение vпар/vпер, при к-ром отражение ещё происходит, тем больше, чем выше т. н. "зеркальное отношение" наибольшей напряжённости магнитного поля в "зеркалах" к полю в центральной части М. л. (между "зеркалами"). Напр., магнитное поле Земли убывает пропорционально кубу удаления от её центра. Соответственно, при приближении заряженной частицы к Земле вдоль силовой линии, уходящей в плоскости экватора достаточно далеко от Земли, магнитное поле возрастает очень сильно. "Зеркальное отношение" в этом случае велико; макс, отношение vпар/vпер также велико (доля вылетающих из М. л. частиц мала). М. л. для плазмы. Если заполнять М. л. частицами одного вида (напр., электронами), то по мере накопления этих частиц увеличивается создаваемое ими электрич. поле. Сила электростатич. Отталкивания одноимённых зарядов растёт, и эффективность ловушки падает. Поэтому заполнить М. л. с достаточно большой плотностью можно только смесью частиц разных зарядов (напр., электронов и протонов), взятых в таком соотношении, чтобы их общий электрич. заряд был близок к нулю. Такая смесь заряженных частиц наз. плазмой..

Когда электрич. поле в плазме настолько мало, что можно пренебречь его влиянием на движение частиц, механизмы их удержания в ловушке не отличаются от рассмотренных применительно к отд. частицам. Поэтому в М. л. для плазмы должны быть выполнены все сформулированные выше условия. Но, кроме того, к таким М. л. предъявляются дополнит, требования, связанные с необходимостью стабилизации т. н. плазменных неустойчивостей - самопроизвольно возникающих и резко нарастающих отклонений электрич. поля и плотности частиц в плазме от их средних значений. Простейшая неустойчивость, получившая название желобковой, обусловлена диамагнетизмом плазмы, вследствие к-рого плазма выталкивается из областей более сильного магнитного поля. Происходит след, процесс: сначала поверхность плазмы становится волнистой - образуются длинные желобки, направленные вдоль силовых линий поля (отсюда название неустойчивости); затем эти желобки увеличиваются и плазма распадается на отд. трубочки, движущиеся к боковым границам объёма, занимаемого М. л. Напр., в простой зеркальной М. л. (рис. 4), в к-рой поле убывает в направлении, перпендикулярном общей оси катушек, плазма может быть выброшена в этом направлении. Желобковую неустойчивость, как впервые показали в 1961 сов. физики (М. С. Иоффе и др.), можно стабилизировать с помощью дополнит, проводников с током, устанавливаемых вдоль М. л. по её периферии. При этом напряжённость магнитного поля достигает минимума на нек-ром расстоянии от оси М. л., а на удалениях от оси,. превышающих это расстояние, Н опять возрастает. В тороидальных М. л. также может возникнуть желобковая неустойчивость; её стабилизируют, создавая конфигурацию со средним (по силовой линии) минимумом магнитного поля. Примером таких М. л. являются установки типа т о к а м а к, исследуемые коллективом советских физиков, возглавлявшимся до 1973 Л. А. Арцимовичем, а также во многих зарубежных лабораториях. Название "токамак" представляет собой сокращение полного наименования подобных устройств - "тороидальная камера с аксиальным (направленным по оси) магнитным полем". В токамаках тороидальное магнитное поле создаётся соленоидом типа изображённого на рис. 2, а; по плазме, заключённой внутри тора, пропускается сильный продольный ток, магнитное поле к-рого, складываясь с тороидальным, образует магнитные поверхности, близкие к описанным для рис. 2, в. На этих установках стабилизированы не только желобковая, но и многие др. виды неустойчивости и достигнуто сравнительно длительное устойчивое удержание высокотемпературной плазмы (сотые доли сек при темп-ре в десятки миллионов градусов). В М. л., наз. стеллараторами, конфигурации магнитного поля, при к-рых силовые линии навиваются на тороидальные поверхности (напр., скрученные в "восьмёрку", рис. 2, г), в отличие от токамаков, создаются только внеш. обмотками. Различные модификации стеллараторов также интенсивно исследуются в целях использования их для удержания горячей плазмы.

Существуют и иные механизмы стабилизации желобковой неустойчивости. Напр., в радиац. поясах Земли она стабилизируется за счёт электрич. контакта плазмы с ионосферой: заряженные частицы ионосферы могут компенсировать электрич. поля, возникающие в радиац. поясах. Борьба с желобковой и др. видами неустойчивости плазмы составляет одну из осн. задач лабораторных исследований М. л.

Лит.: Арцимович Л. А., Элементарная физика плазмы, М., 1966; Роуз Д.-Дж., Кларк М., Физика плазмы и управляемые термоядерные реакции, пер. с англ., М., 1963.

Б. Б. Кадомцев.

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, вещества, существенно изменяющие значение магнитного поля, в к-рое они помещены. Ещё в древности был известен природный намагниченный минерал магнетит, из к-рого в Китае изготовляли стрелки магнитного компаса уже более 2 тыс. лет назад. Магнетит - слабый магнетик; значительно более сильным магнетиком оказалось железо. Практич. применение железа как М. м. началось в 19 в. после открытия X. К. Эрстедом, М. Фарадеем, Э. X. Ленцем законов электромагнетизма, изобретения Б. С. Якоби машин постоянного тока, П. Н. Яблочковым - трансформатора и генератора переменного тока, М. О. Доливо-Добровольским - трёхфазного тока. С 1900 в электротехнике начали применять железо-кремнистые стали, несколько позднее - легко намагничивающиеся в слабых полях Fe - Ni сплавы, получившие широкое распространение в технике связи. Значительно ускорило процесс разработки новых М. м. развитие теории ферромагнетизма. В сер. 20 в. появились оксидные М. м.- ферриты, слабо проводящие электрич. ток, их стали использовать в технике высоких и сверхвысоких частот.

Кол-во применяемых в технике М. м. очень велико. Если рассматривать М. м. с точки зрения лёгкости намагничивания и перемагничивания, то их можно подразделить на магнитно-твёрдые материалы и магнитно-мягкие материалы.

Хотя к магнитно-мягким и магнитно-твёрдым материалам относится подавляющее большинство М. м., в отд. группы выделяют термомагнитные сплавы, магнитострикционные материалы, магнитодиэлектрики и др. спец. материалы.

Качество М. м. непрерывно повышается путём применения всё более чистых исходных (шихтовых) материалов и совершенствования технологии произ-ва (термич. обработки материалов в защитных средах, вакуумной плавки и др.). Улучшение кристаллич. и магнитной текстуры М. м. позволит уменьшить потери энергии в них на перемагничивание, что особенно важно для электротехнич. сталей. Формирование спец. вида кривых намагничивания и петель гистерезиса возможно при воздействии на М. м. магнитных полей, радиоактивного излучения, нагрева и др. При создании М. м. (напр., магнитно-мягких материалов с большой индукцией насыщения и с малой шириной магнитного резонанса) перспективны редкоземельные элементы. Разрабатываются М. м., в к-рых магнитные свойства сочетаются с целым рядом др. свойств (электрическими, оптическими, тепловыми).

Физ. свойства основных М. м. приведены в таблицах к статьям Магнитно-мягкие материалы и Магнитно-твёрдые материалы.

Лит.: Б о з о р т Р. М., Ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Займовский А. С. и Чудновская Л. А., Магнитные материалы, 3 изд., М.- Л., 1957; Дружинин В. В., Магнитные свойства электротехнической стали, М.- Л., 1962; Смит Я., Вейн X., ферриты, физические свойства и практические применения, пер. с англ., М., 1962; Вольфарт Э., Магнитно-твердые материалы, пер. с англ., М.- Л., 1963; Редкоземельные ферромагнетики и антиферромагнетики, М., 1965; Лаке Б., Б а т т о н К., Сверхвысокочастотные ферриты и ферримагнетикн, пер. с англ., М., 1965; Ра б к и н Л. И., Соскин С. А., Эпштейн Б. Ш., ферриты. Строение, свойства, технология производства, Л., 1968; Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Pfeifer F., Zum Verstandnis der magnetischen Eigenschaften technischen Permalloylegierungen, "Zeitschaft fur Metallkunde", 1966, Bd 57, H 4; Т e b b 1 e R. S., Сraik D. J., Magnetic materials, L.- N. Y.- Toronto, 1969; Chin G. Y., Review of Magnetic Properties of Fe-Ni Alloys, "IEEE Transaction on Magnetics", 1971, v. 7, № 1, p. 102.

И. М. Пузей.

МАГНИТНЫЕ ОБСЕРВАТОРИИ, научно-исследовательские учреждения, в к-рых осуществляется непрерывная регистрация временных изменений (вариаций) магнитного поля Земли и проводятся регулярные измерения абс. значений напряжённости геомагнитного поля и его направления (см. Земной магнетизм). М. о. снабжены различного типа магнитографами и магнитометрами; их размещают преим. вдали от городов, электрифицированных жел. дорог и крупных пром. предприятий, способных исказить геомагнитное поле. Ряд М. о. входит в состав комплексных магнитно-ионосферных станций.

Данные М. о. служат для изучения поведения геомагнитного поля, к-рое является чутким индикатором сложных процессов, протекающих в магнитосфере, ионосфере и в недрах Земли. Кроме того, их используют при наземной и аэромагнитной съёмке для учёта магнитных вариаций и приведения к одной эпохе результатов измерений, выполненных в разное время. М. о. осуществляют также поверку полевых магнитометров, применяемых для разведки полезных ископаемых.

В России к 1829 М. о. были построены в Петербурге и Казани (они были первыми в Европе), затем М. о. были созданы в Нерчинске, Барнауле, Колывани, Екатеринбурге, Тбилиси и др. Первая в мире полярная М. о. открыта в 1924 в проливе Маточкин Шар на Новой Земле. В 1939 на базе магнитного отделения Главной геофизической обсерватории под Москвой организован Институт земного магнетизма (см. Земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн институт АН СССР). В СССР функционирует более 40 М. о. (1972), в т. ч. ряд обсерваторий в полярных районах (в Арктике и Антарктике). В мире насчитывается св. 130 постоянно действующих М. о., в т. ч. в Вене (Австрия), Нанте (Франция), Ситке (Аляска), Гонолулу (Гавайские острова) и др. Однако распределение их крайне неравномерно: наибольшее количество М. о. приходится на терр. Европы, меньше всего на терр. океанов и морей. 29 советских и 90 зарубежных М. о. регулярно направляют информацию о состоянии магнитного поля и ионосферы Земли в Международные центры, к-рые находятся в СССР, США, Дании и Японии.

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

Ю. А. Бурцев.

МАГНИТНЫЕ ЧЕРНИЛА, разновидность магнитного носителя информации для записи текстовых и графич. материалов на обыкновенной бумаге и считывания магнитным способом. М. ч. изготавливают в виде суспензии из карбонильного железа и гептана либо в виде мастики с микроскопич. магнитными частицами; часто для облегчения визуального контроля записи в М. ч. добавляют красящие вещества (т, н. видимые М. ч.). Применяются М. ч. гл. обр. для механизации процессов обработки документов (сортировка, идентификация, учёт, кодирование и др.). М. ч. наносятся вручную либо с помощью печатающего устройства.

МАГНИТНЫЕ ЭТАЛОНЫ, см. Эталоны магнитные.

МАГНИТНЫЙ АНИЗОМЕТР, см. Анизометр магнитный.

МАГНИТНЫЙ БАРАБАН, запоминающее устройство ЦВМ, в к-ром носителем информации является покрытый слоем магнитного материала цилиндр, вращающийся с постоянной угловой скоростью. Цилиндр М. б. (рис.) изготавливают из немагнитных сплавов, в т. ч. из нержавеющей стали; диаметр цилиндра от 100 до 500 мм, длина от 300 до 700 мм; магнитное покрытие - сплавы Ni-Co, Со - W и др., наносимые гальванич. способом. Магнитная запись и считывание информации производятся с помощью магнитных головок, к-рые устанавливают вдоль образующих цилиндра М. б. на расстоянии 15-30 мкм от его поверхности. М. б. относятся к запоминающим устройствам с произвольным обращением, информация размещается на "дорожках" - участках поверхности М. б., расположенных с шагом 0,2-0,8 мм; плотность записи (от 25 до 40 импульсов на 1 мм) в значит, мере зависит от зазора между головками и поверхностью М. о. При зазорах в неск. мкм большое значение имеют тщательная балансировка М. б. и центровка его при установке в подшипниках, а также пыле- и влагоизоляция рабочей поверхности и головок от окружающей среды. Применением "плавающих" головок, к-рые не крепятся жёстко, а "плавают" на возд. подушке у поверхности М. б., можно уменьшить зазор и увеличить плотность записи, а также снизить требования к точности изготовления и установки М. б.

Магнитный барабан: 1 - электродвигатель; 2 - цилиндр (барабан); 3 - магнитные головки; 4 - "дорожки"; 5 - ось магнитного барабана; б - станина (корпус).

Количество дорожек на М.б.от десятков до неск. тыс., информационная ёмкость от 6*105 до 8*109 бит, среднее время доступа (выборки информации) 2,5-50 мсек, частота вращения М. б. от 500 до 20 000 об/мин. В М. б. небольшой ёмкости головки неподвижны, число их обычно равно числу разрядов машинного слова. Для увеличения плотности записи головки устанавливают с нек-рым сдвигом. В М. б. большой ёмкости применяют подвижные головки с автоматическим перемещением; запись ведётся не полным словом, а частями (обычно байтами).

Лит.: Каган Б. М., Адасько В. И., Пурэ Р. Р., Запоминающие устройства большой ёмкости, М., 1968.

Д. П. Брунштейн.

МАГНИТНЫЙ ГИСТЕРЕЗИС, см. в ст. Гистерезис.

МАГНИТНЫЙ ДИПОЛЬ, см. в ст. Диполь электрический и магнитный.

МАГНИТНЫЙ ДИСК, запоминающее устройство ЦВМ, в к-ром носителем информации является тонкий алюминиевый или пластмассовый диск, покрытый слоем магнитного материала. Применяются М. д. диаметром от 180 до 1200 мм при толщине 2,5-5 мм в качестве магнитного покрытия используют сплавы Ni - Со - Р, Со - W и др. На М. д. информация наносится посредством магнитной записи. На рабочих поверхностях М. д. информация располагается на концентрич. дорожках и кодируется адресом, к-рый указывает номер диска и номер дорожки на нём. Каждой дорожке может соответствовать своя неподвижная магнитная головка записи (считывания) или одна подвижная - общая для неск. дорожек, а иногда и для неск. дисков. Рычаг съёма механизма выборки (см. рис.) с установленными на нём магнитными головками перемещается электрич. или пневматич. приводным механизмом, обеспечивая подвод головок как к любому из дисков, так и к любой дорожке диска. Наиболее распространена конструкция устройства с "плавающими" головками. Обычно запоминающее устройство на М. д. содержит неск. десятков дисков, насаженных на общую ось, вращаемую электродвигателем. Возможна смена одного или неск. (пакета) дисков, что позволяет создавать дисковые картотеки. Число М. д. в одном запоминающем устройстве может достигать 100; на каждой рабочей поверхности диска размещается от 64 до 5000 информационных дорожек; плотность записи 20- 130 импульсов на 1 мм. Информационная ёмкость запоминающих устройств на М. д. от неск. десятков тыс. до неск. млрд. бит, среднее время доступа от 10 до 100 мсек.

Схема запоминающего устройства на маг" нитных дисках: 1 - магнитные диски; 2 - магнитные головки; 3- механизм выборки; 4 - дешифратор адреса (выбор диска) с потенциометром R и опорным напряжением Е; 5 - преобразователь кода номера диска в сигнал управления приводом механизма выборки; 6 - привод механизма выборки; 7 - электродвигатели.

М. д. появились в сер. 50-х гг. 20 в. и сразу же нашли широкое применение ввиду их весьма высоких технич. характеристик. Занимая по быстродействию промежуточное положение между оперативными и внешними запоминающими устройствами, М. д. обладают достаточно большим объёмом хранимых данных, низкой стоимостью на единицу запоминаемой информации (бит) при высокой эксплуатац. надёжности.

Лит.: Каган Б. М., А д а с ь к о В. И., Пурэ Р. Р., Запоминающие устройства большой ёмкости, М., 1968.

Д.. П. Брунштейн. В. П. Исаев.

МАГНИТНЫЙ ЗАРЯД, вспомогательное понятие, вводимое при расчётах статических магнитных полей (по аналогии с электрич. зарядом, создающим электростатич. поле). М. з., в отличие от электрич. зарядов, реально не существуют, т. к. магнитное поле не имеет особых источников, помимо электрич. токов. Гипотеза П. Дирака (1931) о существовании в природе М .з. (магнитных монополей) экспериментально не подтверждена, хотя попытки обнаружить М. з. продолжаются. Для тел, обладающих намагниченностью, можно ввести понятия объёмной рmи поверхностной бm плотностей М. з. Первая связана с неоднородным распределением намагниченности по объёму тела, вторая - со скачком нормальной составляющей намагниченности на поверхности магнетика, М. з. располагаются двойными слоями на поверхностях, где происходит скачок нормальной составляющей намагниченности, причём элементарные М. з. противоположных знаков оказываются связанными в магнитные диполи.

Лит.: Т а м м И. Е., Основы теории электричества, 8 изд., М., 1966.

С. В. Вонсовский.

МАГНИТНЫЙ ЛИСТОК, бесконечно тонкий двойной магнитный слой, образованный магнитными диполями. Магнитное поле М. л. при определённых условиях эквивалентно полю постоянного электрич. тока, текущего по контуру листка (см. Ампера теорема). Эквивалентность М. л. и замкнутого линейного тока используется в электротехнич. расчётах.

МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ, основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Источником магнетизма, согласно классич. теории электромагнитных явлений, являются электрич. макро- и микротоки. Элементарным источником магнетизма считают замкнутый ток. Из опыта и классич. теории электромагнитного поля следует, что магнитные действия замкнутого тока (контура с током) определены, если известно произведение (М) силы тока i на площадь контура б (М = i б/с в СГС системе единиц, с - скорость света). Вектор М и есть, по определению, М. м. Его можно записать и в иной форме: М = ml, где т - эквивалентный магнитный заряд контура, а l - расстояние между "зарядами" противоположных знаков (+ и -).

М. м. обладают элементарные частицы, атомные ядра, электронные оболочки атомов и молекул. М. м. элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и др.), как показала квантовая механика, обусловлен существованием у них собственного механич. момента - спина. М. м. ядер складываются из собственных (спиновых) М. м. образующих эти ядра протонов и нейтронов, а также М. м., связанных с их орбитальным движением внутри ядра. М. м. электронных оболочек атомов и молекул складываются из спиновых и орбитальных М. м. электронов. Спиновый магнитный момент электрона nсп может иметь две равные и противоположно направленные проекции на направление внешнего магнитного поля Н. Абс. величина проекции
1513-4.jpg
где nв= (9,274096 ±0,000065)*10-21 эрг/гс- Бора магнетон, h - h/2Пи, где h - Планка постоянная, е и те - заряд и масса электрона, с - скорость света; SH- проекция спинового механич. момента на направление поля Н. Абс. величина спинового М. м.
1513-5.jpg
где s= 1/2 - спиновое квантовое число. Отношение спинового М, м. к механич. моменту (спину)
1513-6.jpg
Исследования атомных спектров показали, что (nнсп фактически равно не nв, а nв (1 + 0,0116). Это обусловлено действием на электрон т. н. нулевых колебаний электромагнитного поля (см. Квантовая электродинамика, Радиационные поправки).

Орбитальный М. м. электрона nорб связан с механич. орбитальным моментом ЭЛорб соотношением gорб= |nорб|/|Mорб| = = |е|/2теС, т. е. магнитомеханическое отношение gорб в два раза меньше, чем gсп. Квантовая механика допускает лишь дискретный ряд возможных проекций nорб на направление внешнего поля (т. н. квантование пространственное): nнорб = mi*nв, где mi - магнитное квантовое число, принимающее 2l+1 значений (0,±1, ±2, ..., ±l, где l- орбитально е квантовое число). В многоэлектронных атомах орбитальный и спиновый М. м. определяются квантовыми числами L и S суммарного орбитального и спинового моментов. Сложение этих моментов проводится по правилам пространственного квантования. В силу неравенства магнитомеханических отношений для спина электрона и его орбитального движения (gсп не равно gорб) результирующий М. м. оболочки атома не будет параллелен или антипараллелен её результирующему механич. моменту J. Поэтому часто рассматривают слагающую полного М. м. на направление вектора J, равную
1513-7.jpg
где gj - магнитомеханическое отношение электронной оболочки, J - полное угловое квантовое число.

М.м. протона, спинк-рого равен корню из 3h/2, должен был бы по аналогии с электроном равняться
1513-8.jpg

где Мр - масса протона, к-рая в 1836,5 раз больше тe nяд - ядерный магнетон, равный 1/1836,5nв У нейтрона же М. м. должен был бы отсутствовать, поскольку он лишён заряда. Однако опыт показал, что М. м. протона nр = 2,7927nяд, а нейтрона nп= - 1,91315тnяд. Это обусловлено наличием мезонных полей около нуклонов, определяющих их специфич. ядерные взаимодействия (см. Ядерные силы, Мезоны) и влияющих на их электромагнитные свойства. Суммарные М. м. сложных атомных ядер не являются кратными nяд или np и nп. Таким образом, М. м. ядра калия.  К равен - 1,29nяд. Причиной этой неаддитивности является влияние ядерных сил, действующих между образующими ядро нуклонами. М. м. атома в целом равен векторной сумме М. м. электронной оболочки и атомного ядра.

Для характеристики магнитного состояния макроскопич. тел вычисляется среднее значение результирующего М. м. всех образующих тело микрочастиц. Отнесённый к единице объёма тела М. м. наз. намагниченностью. Для макротел, особенно в случае тел с атомным магнитным упорядочением (ферро-, феррии антиферромагнетики), вводят понятие средних атомных М. м. как среднего значения М. м., приходящегося на один атом (ион) - носитель М. м. в теле. В веществах с магнитным порядком эти средние атомные М. м. получаются как частное от деления самопроизвольной намагниченности ферромагнитных тел или магнитных подрешёток в ферри- и антиферромагнетиках (при абс. нуле темп-ры) на число атомов - носителей М м. в единице объёма. Обычно эти средние атомные М. м. отличаются от М. м. изолированных атомов; их значения в магнетонах Бора nв оказываются дробными (напр., в переходных d-металлах Fe, Co и Ni соответственно 2,218 nB) 1,715 nв и 0,604 цв) Это различие обусловлено изменением движения d-электронов (носителей М. м.) в кристалле по сравнению с движением в изолированных атомах. В случае редкоземельных металлов (лантанидов), а также неметаллических ферро- или ферримагнитных соединений (напр., ферриты) недостроенные d- или f-слои электронной оболочки (основные атомные носители М. м.) соседних ионов в кристалле перекрываются слабо, поэтому заметной коллективизации этих слоев (как в d-металлах) нет и М. м. таких тел изменяются мало по сравнению с изолированными атомами. Непосредственное опытное определение М. м. на атомах в кристалле стало возможным в результате применения методов магнитной нейтронографии, радиоспектроскопии (ЯМР, ЭПР. ФМР и т. п.) и Мёссбауэра эффекта. Для парамагнетиков также можно ввести понятие среднего атомного М. м., к-рый определяется через найденную на опыте постоянную Кюри, входящую в выражение для Кюри закона или Кюри - Вепса закона (см. Парамагнетизм).

Лит.: Т а м м И. Е., Основы теории электричества, 8 изд., М., 1966; Ландау Л. Д. и Л и ф ш и ц Е. М., Электродинамика сплошных сред, М., 1959; Д о р ф м а н Я. Г., Магнитные свойства и строение вещества, М., 1955; Вонсовский С. В., Магнетизм микрочастиц, М., 1973.

С. В. Вонсовский.

МАГНИТНЫЙ МОНОПОЛЬ. Законы природы обнаруживают большую степень подобия между электрическим и магнитным полями. Уравнения поля, установленные Дж. Максвеллом, одни и те же для обоих полей. Имеется, однако, одно большое различие. Частицы с электрич. зарядами, положительными и отрицательными, постоянно наблюдаются в природе, они создают в окружающем пространстве кулоновское электрич. поле. Магнитные же заряды, ни положительные, ни отрицательные, никогда не наблюдались по отдельности. Магнит всегда имеет два равных по величине полюса на двух своих концах - положительный и отрицательный, и магнитное поле вокруг него есть результирующее поле обоих полюсов.

Законы классич. электродинамики допускают существование частиц с одним магнитным полюсом - магнитных монополей и дают для них определённые уравнения поля и уравнения движения. Эти законы не содержат никаких запретов, в силу к-рых М. м. не могли бы существовать.

В квантовой механике ситуация несколько иная Непротиворечивые уравнения движения для заряженной частицы, движущейся в поле М. м., и для М. м., движущегося в поле частицы, можно построить только при условии, что электрич. заряд е частицы и магнитный заряд n М. м. связаны соотношением:

en = 1/2nhc, (*) где h - Планка постоянная, с - скорость света, а п - положительное или отрицательное целое число. Это условие возникает вследствие того, что в квантовой механике частицы представляются волнами и появляются интерференционные эффекты в движении частиц одного типа под влиянием частиц другого типа. Если M/ м. с магнитным зарядом n существует, то формула (*) требует, чтобы все заряженные частицы в его окрестности имели заряд е, равный целому кратному величины hс/2n. Т. о., электрич. заряды должны быть квантованы.

Но именно кратность всех наблюдаемых зарядов заряду электрона является одним из фундаментальных законов природы. Если бы существовал М. м., этот закон имел бы естеств. объяснение. Никакого другого объяснения квантования электрич. заряда не известно.

Принимая, что е - заряд электрона, величина которого определяется соотношением e2/hc =1/137, можно чз формулы (*) получить наименьший магнитный заряд nо монополя, определяемый равенством nо2/hс = 137/4. Т. о., до значительно больше е. Отсюда следует, что трек быстро движущегося М. м. в Вильсона камере или в пузырьковой камере должен очень сильно выделяться на фоне треков других частиц. Были предприняты тщательные поиски таких треков, но до сих пор М. м. не были обнаружены.

М. м.- стабильная частица и не может исчезнуть до тех пор, пока не встретится с другим монополем, имеющим равный по величине и противоположный по знаку магнитный заряд. Если М. м. генерируются высокоэнергичными космическими лучами, непрерывно падающими на Землю, то они должны встречаться повсюду на земной поверхности. Их искали, но также не нашли. Остаётся открытым вопрос, связано ли это с тем, что М. м. очень редко рождаются, или же они вовсе не существуют, п. А. М. Дирак.

От редакции. Гипотеза о возможности существования М. м.- частицы, обладающей положительным или отрицательным магнитным зарядом, была высказана П. А. М. Дираком (1931), поэтому М. м. называют также монополем Дирака.

Лит.: D i г а с Р. А. М., Quantised singularities in the electromagnetic field, "Proceedings of the Royal Society", Ser. A, 1931, v. 133, № 821; Д э в о н с С., Поиски магнитного монополя, "Успехи физических наук", 1965, т. 85, в. 4, с. 755 - 60 (Дополнение Б. М. Болотовского, там же, с. 761-62); Ш в и н г е р Ю., Магнитная модель материи, там же, 1971, т. 103, в. 2, с. 355-65; Монополь Дирака. Сб. ст., пер. с англ., под ред. Б. М. Болотовского и Ю. Д. Усачева, М., 1970.

МАГНИТНЫЙ ПОЛЮС, участок поверхности намагниченного образца (магнита), на к-ром нормальная составляющая намагниченности Jn отлична от нуля. Если магнитный поток в образце и окружающем пространстве изобразить графически с помощью линий индукции магнитного поля, то М. п. будет соответствовать месту пересечения поверхности образца этими линиями (см. рис.). Обычно участок поверхности, из к-рого выходят силовые линии, наз. северным (N) или положительным М. п., а участок, в к-рый эти линии входят,- южным (S) или отрицательным. Одноимённые М. п. отталкиваются, разноимённые притягиваются. Если следовать аналогии с взаимодействием электрич. зарядов, то М. п. можно приписать отличную от нуля поверхностную плотность магнитных зарядов бт= Jn, хотя в действительности магнитных зарядов не существует (см. Магнитный монополь). Отсутствие в природе магнитных зарядов приводит к тому, что линии магнитной индукции не могут прерываться в образце и у намагниченного образца наряду с М. п. одной полярности всегда должен существовать эквивалентный М. п. другой полярности. Для многих технич. целей используются магниты и электромагниты с большим числом пар М. п. (напр., в электрич. машинах постоянного тока).

В учении о земном магнетизме также рассматривают М. п. (см. Полюсы геомагнитные и Полюсы магнитные Земли). Стрелка магнитного компаса своим северным М. п. указывает направление на Сев. полюс Земли (точнее, на юж. М. п. Земли, к-рый расположен в Сев. полушарии), Южным полюсом - направление на Юж. полюс (сев. М. п. Земли).

Магнитное поле и полюсы (N и S) намагниченного стального стержня. Линиями со стрелками обозначены линии магнитной индукции (линии замыкаются в окружающем стержень пространстве).

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Яновский Б. М., Земной магнетизм, [3 изд.], т. 1, Л., 1964.

МАГНИТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛОМЕТР, устройство для измерения разности магнитных потенциалов между двумя точками магнитного поля или магнитодвижущей силы по замкнутому контуру, к-рый охватывает проводники с током, создающие магнитное поле. Магнитный потенциал - условное понятие, т. к. в силу замкнутости силовых линий магнитного поля (отсутствия в природе магнитных зарядов) это поле не является потенциальным. Однако при технич. расчётах и измерениях часто пользуются понятием разности магнитных потенциалов (магнитного напряжения) Uмагн между двумя точками поля, определяя Uмагн как работу по перемещению единичного магнитного заряда между выбранными точками поля.

М. п. представляет собой индукционную катушку (катушку поля). Она имеет гибкий или жёсткий каркас (обычно плоский с постоянным сечением по длине), на к-ром равномерно намотана обмотка из тонкого провода (рис.). Концы обмотки присоединяются к измерителю, в качестве к-рого при измерениях в постоянных магнитных полях обычно применяют баллистич. гальванометр или микровеберметр, в переменных магнитных полях - вольтметр или осциллограф. Если такой М. п. находится в постоянном магнитном поле, причём его концы располагаются в точках с разными магнитными потенциалами, то магнитный поток, пронизывающий М. п.- потокосцепление потенциалометра, - пропорционален магнитному напряжению между его концами (Uмагн). При удалении М. п. из поля, смыкании его концов или выключении поля происходит отброс стрелки баллистич. гальванометра, пропорциональный изменению по-токосцепления Ф. Измеряемое магнитное напряжение Uмагн = Ф/k, где k - постоянная М. п. По величине Uмагн рассчитывают среднюю напряжённость магнитного поля НСР между концами М. п.: Hср = Uмагн/l, где l - расстояние между фиксированными точками поля. Если М. п. замкнуть, охватив проводники с током, создающие магнитное поле, то измеренное ДФ пропорционально магнитодвижущей силе.

Схематическое изображение магнитных потенциалометров с катушкой поля: а - жёсткий дуговой потенциалометр, 6 - прямолинейный потенциалометр, в - потенциалометр на гибком каркасе (пояс Роговского). В - линии индукции магнитного поля.

М. п. можно измерять разности магнитных потенциалов (магнитодвижущую силу), начиная с 10-3-10-2а Международной системе единиц магнитодвижущую силу измеряют в ампер-витках или амперах).

Лит.: К и ф е р И. И., Испытания ферромагнитных материалов, М., 1969; Чечерников В. И., Магнитные измерения, 2 изд., М., 1969.

И. И. Кифер,

МАГНИТНЫЙ ПОТОК. поток магнитной индукции, поток Ф вектора магнитной индукции В через к.-л. поверхность. М. п. dФ через малую площадку dS, в пределах к-рой вектор В можно считать неизменным, выражается произведением величины площадки и проекции Впвектора на нормаль к этой площадке, т. е. = BndS. М. п. Ф через конечную поверхность S определяется интегралом: BndS. Для замкнутой поверхности этот интеграл равен нулю, что отражает соленоидальный характер магнитного поля, т. е. отсутствие в природе магнитных зарядов - источников магнитного поля. Единица М. п. в Международной системе единиц (СИ) - вебер, в СГС системе единиц - максвелл; 1 вб = 108 мкс.

МАГНИТНЫЙ ПРОБОЙ, см. Пробой магнитный.

МАГНИТНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ, электрический аппарат низкого напряжения, Предназначенный для дистанционного управления (пуска, остановки, изменения направления) и защиты асинхронных электродвигателей малой и средней мощности с короткозамкнутым ротором. Существуют М. п. нереверсивные и реверсивные; выпускаются также спец. М. п. для переключения обмоток многоскоростных электроприводов. М. п. состоят из контактора, кнопочного поста и теплового реле. Контактор М. п., как правило, имеет 3 гл. контактные системы (для включения в трёхфазную сеть) и от 1 до 5 блок-контактов. На рис. представлена схема нереверсивного М. п. переменного тока. При нажатии кнопки "пуск" на обмотку контактора ОР подаётся напряжение, контактор срабатывает, замыкая гл. контакты ГК и блок-контакты БК; БК шунтируют контакты нажатой кнопки, что позволяет отпустить её после запуска двигателя. С нажатием кнопки "стоп" цепь питания ОР разрывается и ГК размыкаются. При резком возрастании силы потребляемого тока вследствие перегрузки или неисправности электродвигателя срабатывает тепловое реле ТР а размыкает контакты КТР, включённые в цепь питания ОР. Номинальный ток срабатывания ТР от 0,2 до 200 а. Реверсивные М. п. оборудованы двумя контакторами, сблокированными между собой механически и электрически, при этом во включённом положении может находиться лишь один из контакторов. При поочерёдном включении контакторов переключаются фазы питания и направление вращения электродвигателя изменяется. М. п. общего применения изготовляются на напряжения переменного тока 127, 220, 380 и 500 в; номинальный ток через силовые контакты от 6 до 400 а, номинальный ток блок-контактов 6-10 а. При нормальном режиме работы М. п. допускают 3-5 (иногда до 10) млн. циклов включение - выключение. М. п, могут работать с частотой 150-1200 вкл/ч, а М. п. малой мощности - с частотой до 3000 вкл/Ча Выпускаются М.п. в обыкновенном, защищённом и взрывобезопасном исполнении.

Схема нереверсивного магнитного пускателя: ГК -главные контакты; КТР -контакты теплового реле; ОР -обмотка контактора; ТР - тепловое реле; БК -блок-контакты; КП -кнопочный пульт; ЭД - электродвигатель.

Лит.: Бабвков М. А., Электрические аппараты, ч. 2, М., 1956; Ч у н и х и н А. А., Электрические аппараты, М., 1967

В. К. Иванов.

МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС, избирательное поглощение веществом электромагнитных волн определённой длины волны, обусловленное изменением ориентации магнитных моментов электронов или атомных ядер. Энергетич. уровни частицы, обладающей магнитным моментом д, во внешнем магнитном поле Н расщепляются на магнитные подуровни, каждому из к-рых соответствует определённая ориентация магнитного момента д относительно поля Н (см. Зеемана эффект). Электромагнитное поле резонансной частоты w вызывает квантовые переходы между магнитными подуровнями. Условие резонанса имеет вид:

E = hw, где E - разность энергий между магнитными подуровнями, h - Планка постоянная.

Если поглощение электромагнитной энергии осуществляется ядрами, то М, р. наз. ядерным магнитным резонансом, ЯМР. Магнитные моменты ядер обусловлены их спинами I. Число ядерных магнитных подуровней равно 2I + 1, а расстояния между соседними подуровнями одинаковы и равны:
1513-9.jpg
где y - магнитомеханическое отношение. Отбора правила допускают переходы только между соседними подуровнями, поэтому всем переходам соответствует одинаковая резонансная частота (рис.), линии поглощения перекрываются и наблюдается одна линия.

Однако в нек-рых кристаллах для ядер со спином I > 1 возникает дополнительное смещение уровней, вызванное взаимодействием электрич. квадрупольного момента ядра с внеядерным неоднородным внутрикристаллич. электрич. полем Е в месте расположения ядра (см. Кристаллическое поле). В результате этого в спектре поглощения появляются дополнительные линии (см. Ядерный квадрупольный резонанс, ЯКР).

М. р., обусловленный магнитными моментами электронов в парамагнетиках, наз. электронным парамагнитным резонансом (ЭПР). Спектр ЭПР зависит как от спина, так и от орбитального движения электронов, входящих в состав парамагнитных атомов и молекул, и обычно чувствителен к внутрикристаллическому полю в месте расположения парамагнитной частицы. В ферромагнетиках и антиферромагнетиках электронный М. р. наз. соответственно ферромагнитным резонансом и антиферромагнитным резонансом.

Расщепление уровней энергии во внешнем магнитном поле H0 в случае ядерного магнитного резонанса при I =3/2.

Во многих случаях полезно классич. описание М- р., основанное на том, что магнитный момент частицы д испытывает во внешнем магнитном поле Н Лармора прецессию около направления вектора Н с частотой со = уН. Переменное магнитное поле H1, перпендикулярное Н и вращающееся синхронно с n, т. е. с частотой со, оказывает постоянное воздействие на магнитный момент, к-рое и ведёт к изменению его ориентации в пространстве.

К М. р. иногда относят также наблюдаемый в металлах и полупроводниках, помещённых в постоянное магнитное поле, циклотронный резонанс - резонансное поглощение электромагнитной энергии, связанное с периодич. движением электронов проводимости и дырок в плоскости, перпендикулярной полю Н (см. Лоренца сила, Диамагнетизм).

Лит.: С л и к т е р Ч., Основы теории магнитного резонанса, пер. с англ., М., 1967; Абрагам А., Ядерный магнетизм, пер. с англ., М., 1963; Альтшулер С. А., Козырев Б. М., Электронный парамагнитный резонанс, М., 1961.

В. А. Ацаркин.

МАГНИТНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ, усилитель электрич. сигналов, основанный на использовании присущей ферромагнитным материалам нелинейной зависимости магнитной индукции В от напряжённости магнитного поля Н. Управляемыми элементами в М, у, являются индуктивности катушки с ферромагнитными сердечниками, в к-рых действуют 2 переменных магнитных поля; одно изменяется с частотой источника питания, другое - с частотой усиливаемого сигнала. Простейший М. у. состоит из 2 замкнутых магнитол роводов, обмотки к-рых W1 включены последовательно и питаются от источника переменного напряжения ~U (рис.). Вторичные обмотки W2 включаются последовательно и навстречу друг другу, поэтому замыкание обмоток W2 на небольшое сопротивление не вызывает к.-л. изменения силы тока i1 в первичных обмотках. Если по обмоткам W2 пропустить постоянный ток, то вследствие нелинейного характера кривой намагничивания сердечников динамич. магнитная проницаемость уменьшается и соответственно уменьшается индуктивность L1первичных обмоток, при этом ток в обмотках возрастает. Устройство, собранное по схеме на рис. (без сопротивления нагрузки RK), наз. управляемым дросселем, к-рый становится усилителем, если последовательно с его обмотками W1 включить RH, а вместо постоянного тока в обмотку W2 подать усиливаемый сигнал постоянного или медленно (по сравнению со скоростью изменения питающего напряжения = V) изменяющегося тока i2.

М. у. принципиально отличается от лампового и транзисторного усилителей тем, что усиливаемый сигнал изменяет не внутр. сопротивление лампы (транзистора), а индуктивность L1, включённую последовательно с нагрузкой RH, в результате чего изменяется протекающий через нагрузку ток. М. у. по существу является модулятором, в к-ром ток в нагрузке более высокой частоты модулируется по амплитуде усиливаемым сигналом (низкой частоты). Для получения на выходе М. у. сигнала той же формы, что и усиливаемый сигнал, устройство дополняют выпрямителем в цепи нагрузки, выполняющим роль детектора.

Схема простейшего магнитного усилителя: ~U-переменное напряжение; RH - сопротивление нагрузки; W1 - первичные обмотки; W2-вторичные обмотки; МС - магнитные сердечники; = U - постоянное напряжение; i1 - ток в первичной обмотке; iг - ток во вторичной обмотке (усиливаемый сигнал).

Коэфф. усиления по току Ki и по мощности Кр для простейших М. у. равны:
1513-10.jpg

где Ry - активное сопротивление обмоток W2, icp - приращение тока нагрузки, соответствующее приращению тока сигнала i2, п1и n2 - число витков в первичной и вторичной обмотках. По сравнению с ламповыми и полупроводниковыми усилителями М. у. имеют относительно высокую инерционность, к-рая объясняется гл. обр. отставанием во времени изменения тока i2 в управляющей обмотке от изменения напряжения, подаваемого на вход М. у. Поэтому их применяют преим. для усиления сигналов постоянного или медленно изменяющегося тока. Инерционность М. у. можно снизить (повысить быстродействие) введением гибкой обратной связи, увеличением числа каскадов усиления, а также включением дифференцирующего контура на входе М. у., шунтированием нагрузки ёмкостью и др. Для расширения частотного диапазона усиливаемых колебаний в сторону более высоких частот целесообразно применять М. у. совместно с ламповыми, полупроводниковыми, электромашинными и др. типами усилителей.

Существуют сотни модификаций схем и конструкций М. у., отличающихся видом нагрузочной характеристики, способом осуществления обратной связи, числом и формой сердечников, видом усиливаемых сигналов, системой смещения, режимом работы. Выбор типа М. у. зависит от требуемых коэфф. усиления, частоты усиливаемых колебаний, области использования. М. у. имеют самое разнообразное применение- от точных измерит, приборов до устройств автоматич. управления мощными производств, агрегатами (прокатными станами, экскаваторами и т. п.). Широкое применение М. у. обусловлено преимуществами: большим сроком службы, высокой надёжностью, простотой обслуживания, значит, коэфф. усиления, низким порогом чувствительности для сигналов постоянного тока (10-19-10-17 вm), широким диапазоном усиливаемых мощностей - от 10-13-10-6вт до неск. десятков и даже сотен квт, постоянной готовностью к работе, возможностью суммировать на входе неск. управляющих сигналов, значит, перегрузочной способностью, пожаро- и взрывобезопасностью, стабильностью характеристик в процессе эксплуатации.

Лит.: Розенблат М. А., Магнитные усилители, 3 изд., М., 1960; его же, Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники, М., 1966.

МАГНИТОБИОЛОГИЯ, раздел биофизики, изучает влияние внешних искусственных и естественных магнитных полей на живые системы (клетка, организм, популяция и т. д.), исследует магнитные поля, генерируемые живыми структурами (сердце, мозг, нерв и т. п.), и определяет магнитные свойства веществ биол. происхождения. Сведения о влиянии искусств, магнитных полей (МП) на организм человека появились в глубокой древности. О лечебных свойствах магнита упоминали Аристотель (4 в. до н. э.) и Плиний Старший (1 в. н. э.), нем. врач Парацельс (16 в.) и англ. естествоиспытатель У. Гильберт (17 в.). В древности часто преувеличивали леч. свойства магнита, считая, что им можно вылечить любую болезнь и даже вернуть молодость. Европ. медики 19 в. (среди них франц. невропатолог Ж. М. Шарко и рус. клиницист С. П. Боткин) указывали на успокаивающее действие МП на нервную систему. В нач. 20 в. применение МП в физиотерапии было вытеснено более мощными средствами электротерапии (диатермия, поле УВЧ и т. п.). Интенсивное развитие М. начинается с 60-х гг. в связи с зарождением космической биологии. Большинство работ по М. посвящено изучению биол. действия усиленных (по сравнению с геомагнитным полем) искусств. МП. Напряжённость этих МП варьировала от долей эрстеда до 140 000 эрстед, чаще всего изучали биол. действие МП напряжённостью неск. сот эрстед. Такие поля вызывают разнообразные эффекты у человека, животных, растений, микроорганизмов, а также в изолированных тканях, клетках и внутриклеточных органеллах. В организме млекопитающих на МП реагируют все системы, но наиболее реактивными являются те, которые выполняют регуляторные функции (нервная, эндокринная и кровеносная). Особенно чувствительны к МП эмбриональные ткани и наиболее интенсивно функционирующие органы взрослых животных.

На нервную систему МП оказывает преим. тормозное действие, угнетая условные и безусловные рефлексы, изменяя электроэнцефалограмму в сторону преобладания медленных ритмов и уменьшая частоту электрич. разрядов отдельных нейронов. В клетках нейроглии при этом изменяются биохим. процессы. Электронномикроскопич. исследования обнаружили нарушения структуры митохондрий в нервных клетках. Из отделов головного мозга наиболее магнитореактивными оказались гипоталамус и кора больших полушарий. Изолированные структуры мозга реагировали на МП интенсивнее, чем целостный мозг, что свидетельствует о непосредственном действии МП на нервную ткань. Гипофиз в ответ на магнитное воздействие изменял продукцию отдельных гормонов и прежде всего гонадотропных. Значит, морфоло-гич. изменения наблюдали в половых железах (особенно мужских), в надпочечниках и щитовидной железе. Изменения кровеносной системы выражались в расширении сосудов и кровоизлияниях. В крови наблюдались увеличение числа лейкоцитов, изменение свойств тромбоцитов и РОЭ. Реакции экспериментальных животных на МП обычно носили обратимый характер.

Сильные МП (неск. тыс. эрстед) вызывали у растений подавление роста корней, уменьшение интенсивности фотосинтеза, изменения в окислит, процессах и др. эффекты. Под влиянием МП изменялись характер и скорость роста микроорганизмов, активность их ферментных систем, синтез РНК и чувствительность к повышенным темп-рам. Часть перечисленных эффектов объясняют изменением проницаемости биологических мембран, ориентации макромолекул и свойств содержащихся в организме водных растворов.

Предполагают, что геомагнитное поле и его изменения (см. Земной магнетизм) играют важную роль в ориентации живых организмов в пространстве и во времени. Наряду с др. физич. факторами оно может оказывать ориентирующее действие не только при дальних миграциях птиц и рыб, но и при передвижении насекомых, червей, моллюсков и др. животных. Нек-рые растения ориентируют свою корневую систему относительно магнитного меридиана (см. Магнитотропизм). Колебания геомагнитного поля, вызванные изменением солнечной активности, сказываются на мн. процессах в биосфере и изучаются гелиобиологией. Длительное искусственное ослабление геомагнитного поля путём экранировки или компенсации оказывало неблагоприятное влияние на жизнедеятельность животных, растений и микроорганизмов, что заставляет предполагать экологическую значимость геомагнитного поля.

Данные М. важны для терапевтич. целей и при гигиенич. оценке МП, используемых на различных произ-вах. Поскольку МП обладает проникающим действием и влияет прежде всего на регуляторные системы организма, оно может служить удобным инструментом при управлении нек-рыми биол. процессами. Для осуществления этой задачи необходимо выяснить зависимость биол. эффекта от напряжённости, градиента, частоты и направления МП, а также от локализации и продолжительности воздействия поля. Большой интерес представляют данные о противоопухолевом, антирадиационном и противотемпературном защитном действии постоянного МП. Однако отсутствие общепризнанной теории первичного (физико-химич.) механизма биол. действия МП и разрозненный эмпирич. характер большинства исследований тормозят развитие М„ Для обсуждения полученных результатов и координации работ по М. были проведены три симпозиума в Москве (Биологическое действие магнитных полей и статического электричества, 1963; Реакция биологических систем на слабые магнитные поля и Подходы к гигиенической оценке магнитных полей, 1971), конференции в Томске (1964, 1965) и Всесоюзные совещания по изучению влияния МП на биологические объекты (Москва, 1966, 1969). В Чикаго (США) состоялись Международные симпозиумы по М. (1961, 1963. 1966).

Лит.: Биологическое и лечебное действие магнитного поля и строго-периодической вибрации, Пермь, 1948; Пресман А. С., Электромагнитные поля и живая природа, М., 1968; Холодов Ю. А., Магнетизм в биологии, М., 1970; Влияние магнитных полей на биологические объекты. Библиографический указатель отечественной и иностранной литературы, М., 1970; Влияние солнечной активности на атмосферу и биосферу Земли, М., 1971; Новости медицинского приборостроения, в. 3, М., 1971, с. 63- 92; Влияние магнитных полей на биологические объекты, М., 1971; Biological effects of magnetic fields, v. 1-2, N. Y.-L., 1964-69.

Ю. А. Холодов.

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР, МГД-генератор, энергетическая установка, в к-рой энергия рабочего тела (жидкой или газообразной электропроводящей среды), движущегося в магнитном поле, преобразуется непосредственно в электрич. энергию. Название "М. г." связано с тем, что движение таких сред описывается магнитной гидродинамикой, Прямое (непосредственное) преобразование энергии составляет гл. особенность М. г-, отличающую его от генераторов электромашинных. Так же, как и в последних, процесс генерирования электрич. тока в М. г. основан на явлении индукции электромагнитной, т. е. на возникновении тока в проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля; отличие М. г. в том, что в нём проводником является само рабочее тело, в к-ром при движении поперёк магнитного поля возникают противоположно направленные потоки носителей зарядов противоположных знаков. Рабочими телами М. г. могут служить электролиты, жидкие металлы и ионизованные газы (плазма). В типичном для М. г. случае, когда рабочим телом служит газообразный проводник - плазма, носителями зарядов являются в основном свободные электроны и положит, ионы, отклоняющиеся в магнитном поле от траектории, по которой газ двигался бы в отсутствие поля. В сильных магнитных полях или разреженном газе заряженные частицы успевают между соударениями сместиться (в плоскости, перпендикулярной магнитному полю); такое направленное смещение заряженных частиц в М. г. приводит к тому, что появляется дополнительное электрич. поле, т. н. поле Холла (см. Холла эффект), направленное параллельно потоку газа. Термин "М. г.", первоначально обозначавший устройства, в к-рых рабочим телом являлась электропроводная жидкость, в дальнейшем стал применяться также для обозначения всех устройств подобного типа, в т. ч. использующих в качестве рабочего тела электропроводный газ.

Идея возможной замены твёрдого проводника жидким была выдвинута англ. физиком М. Фарадеем. Однако его попытка экспериментально подтвердить эту идею в 1832 окончилась неудачей, и лишь в 1851 англ, учёный Волластон практически подтвердил предположение М. Фарадея, измерив эдс, индуцированную приливными течениями в Ла-Манше, Отсутствие необходимых знаний по электрофизич. свойствам газообразных и жидких тел долго тормозило работы по практическому использованию идеи Фарадея В дальнейшем исследования развивались по двум оси" направлениям; использование эффекта индуцирования эдс для измерения скорости движущейся среды (напр., в электромагнитных расходомерах) и генерирование электрич. энергии. Первые патенты по использованию метода МГД-преобразования энергии были выданы в 1907-10, однако упоминающиеся в них способы и средства как ионизации, так и получения необходимых электрофизич. свойств рабочего тела были неприемлемы. Практич. реализация МГД-преобразования энергии оказалась возможной только в кон. 50-х гг., после разработки теории магнитной гидродинамики и физики плазмы и исследований в области физики высоких температур, благодаря главным образом успехам ракетной техники и созданию к этому времени жаропрочных материалов.

Первый экспериментальный М. г. мощностью 11,5 квт, в к-ром осуществлялось достаточно сильное взаимодействие между ионизированным газом и магнитным полем, был построен в 1959 в США. Источником рабочего тела - плазмы с температурой 3000 К - служил плазмотрон, работавший на аргоне с присадкой щелочного металла для повышения степени ионизации газа. На этом М. г. был продемонстрирован эффект Холла, В 1960 в США был построен лабораторный М. г. на продуктах сгорания с присадкой щелочного металла. К середине 60-х гг. мощность М. г, на продуктах сгорания удалось повести до 32 Мвт ("Марк-V", США).

В СССР усилия специалистов были направлены гл. обр, на создание комплексных энергетич. установок с М. г. В 1962-65 была проведены теоретич. и экспериментальные исследования, созданы лабораторные установки. Результаты исследований и накопленный инж. опыт позволили в 1965 ввести в действие комплексную модельную энергетич. установку "У-02", включавшую осн. элементы ТЭС с М. г. и работавшую на природном топливе. На "У-02" были получены экспериментальные данные, сушественно расширившие представление о возможностях практич. использования МГД-установок. Несколько позднее было начато проектирование опытно-пром. МГД-установки "У-25", к-рое проводилось одновременно с исследоват. работами на "У-02". Успешный пуск первой в СССР опытно-пром. энергетич. установки с М. г., имеющим расчётную мощность 20-25 Мвт, состоялся в 1971.

М. г. состоит из канала, по к-рому движется рабочее тело (обычно плазма), электромагнитной системы для создания магнитного поля и устройств для отвода электроэнергии (электродов) с включённой нагрузкой (рис. 1).

Рис. 1, Простейшая схема установки с МГД-гене-ратором: 1-обмотка электромагнита; 2-камера сгорания; 3 - присадка; 4 - воздух; 5 - топливо; 6 -сопло; 7 - электроды с последовательно включённой нагрузкой; 8 - выход продуктов сгорания.

Системы с М. г. могут работать по открытому и замкнутому циклам. В первом случае продукты сгорания являются рабочим телом, а использованные газы после удаления из них присадки щелочных металлов (вводимой в рабочее тело для увеличения электропроводности) выбрасываются в атмосферу. В М.г, замкнутого цикла тепловая энергия, полученная при сжигании топлива, передаётся в теплообменнике рабочему телу, к-рое затем, пройдя М, г., возвращается, замыкая цикл, через компрессор или насос. Источниками тепла могут служить реактивные двигатели, ядерные реакторы, теплообменные устройства. Рабочим телом в М. г, могут быть продукты сгорания ископаемых топлив и инертные газы с присадками щелочных металлов (или их солей); пары щелочных металлов; двухфазные смеси паров и жидких щелочных металлов; жидкие металлы и электролиты. Но если жидкие металлы и электролиты являются природными проводниками, то для того чтобы газ стал электропроводным, его необходимо ионизовать до определённой степени, что осуществляется главным образом нагреванием до температур, достаточных для начала термической ионизации (большинство газов ионизуется только при температуре около 10 000 К). Необходимая степень ионизации при меньших температурах достигается обогащением газа парами щелочных металлов; при введении в продукты сгорания щелочных металлов (напр., К, Cs, Na) или их солей газы становятся проводниками уже при 2200-2700 К.

В М. г. с жидким рабочим телом генерирование электроэнергии идёт только за счёт преобразования части кинетич. или потенциальной энергии потока электропроводной жидкости практически при постоянной темп-ре. В М. г. с газовым рабочим телом принципиально возможны три режима: с сохранением темп-ры и уменьшением кинетич. энергии; с сохранением кинетич. энергии и уменьшением темп-ры; со снижением и темп-ры и кинетич. энергии.

По способу отвода электроэнергии М. г. разделяют на кондукционные и индукционные. В кондукционных М г. в рабочем теле, протекающем через поперечное магнитное поле, возникает электрич. ток, к-рый через съёмные электроды, вмонтированные в боковые стенки канала, замыкается на внешнюю цепь. В зависимости от изменения магнитного поля или скорости движения рабочего тела такой М. г. может генерировать постоянный, как правило, или пульсирующий ток. В индукционных М. г. (по аналогии с обычными электромашинными генераторами) электроды отсутствуют. Такие установки генерируют только переменный ток и требуют создания бегущего вдоль канала магнитного поля. Возможны различные формы каналов: линейная - общая для кондукционных и индукционных М. г.; дисковая и коаксиальная холловекая - в кондукционных; радиальная - в индукционных М. г. По системам соединений электродов различают: фарадеевский генератор со сплошными или секционированными электродами (рис. 2, а), холловский генератор (рис. 2, б), в к-ром расположенные друг против друга электроды короткозамкнуты, а напряжение снимается вдоль канала за счёт наличия поля Холла, и сериесный генератор с диагональным соединением электродов (рис. 2, в). Секционирование самым направить носители зарядов перпендикулярно оси канала на электроды и в нагрузку; чем значительнее эффект Холла, тем на большее число секций необходимо разделить электроды, причём каждая пара электродов должна иметь свою нагрузку, что весьма усложняет конструкцию установки. Применение схемы холловского М. г. наиболее выгодно при больших магнитных полях. За счёт наличия продольного электрического поля в холловском и М. г. с диагональным соединением электродов можно получить значительное напряжение на выходе генератора. Наибольшее распространение в 70-х гг. получили кондукционные линейные М. г. на продуктах сгорания ископаемых топлив с присадками щелочных металлов, работающие по открытому циклу.

Рис. 2. Схемы соединения электродов в МГД-генераторах: а. - линейный фарадеевский генератор с секционированными электродами; б - линейный холловский генератор; в - сериесный генератор с диагональным соединением электродов.

Мощность М. г. пропорциональна проводимости рабочего тела, квадрату его скорости и квадрату напряжённости магнитного поля. Для газообразного рабочего тела в диапазоне темп-р 2000-3000 К проводимость пропорциональна темп-ре в 11-13-й степени и обратно пропорциональна корню квадратному из давления. Скорости потока в М. г. могут быть в широком диапазоне - от дозвуковых до сверхзвуковых. Индукция магнитного поля определяется конструкцией магнитов и ограничивается значениями около 2 тл для магнитов со сталью и до 6- 8 тл для сверхпроводящих магнитных систем.

Осн. преимущество М. г.- отсутствие в нём движущихся узлов или деталей, непосредственно участвующих в преобразовании тепловой энергии в электрическую. Это позволяет существенно увеличить начальную темп-ру рабочего тела и, следовательно, кпд электростанции. Если после М. г. поставить обычный турбоагрегат, то общий макс, кпд такой энергетич. установки достигнет 50-60%.

Отличит, особенностью М. г. является также возможность получения больших мощностей в одном агрегате - 500-1000 Мет и сочетания их с паросиловыми блоками такой же мощности. Существуют три осн. направления возможного пром. применения М. г.: 1) ТЭС с М. г. (рис. 3) на продуктах сгорания топлива (открытый цикл); эти установки наиболее просты по своему принципу и имеют ближайшую перспективу пром. применения; 2) атомные электростанции с М. г. на инертном газе, нагреваемом в ядерном реакторе (закрытый цикл); перспективность этого направления зависит от развития ядерных реакторов с темп-рой рабочего тела св. 2000 К; 3) циклы с М. г. на жидком металле, к-рые весьма перспективны для атомной энергетики и для спец. энергетич. установок сравнительно небольшой мощности, однако существующие на 1972 проработки этих циклов не позволяют судить определённо об их использовании в пром. энергетике.

Рис. 3. Схема энергетической установки с МГД-генератором, работающей по открытому циклу: 1 - камера сгорания; 2 - теплообменник; 3 - канал МГД-генератора; 4 - обмотки электромагнита; 5 - парогенератор; 6- паровая турбина; 7 - электрический генератор; 8 - конденсатор; 9 - конденсатный насос.

Созданная в СССР опытно-пром. установка "У-25" - прототип ТЭС с М. г. Она работает на продуктах сгорания природного газа с добавкой К2СО3 в качестве ионизирующейся присадки, позволяющей при относительно невысоких темп-pax (около 3000 К) сделать продукты сгорания электропроводными. "У-25" имеет два контура: первичный, разомкнутый, в к-ром преобразование тепла продуктов сгорания в электрическую энергию происходит в М. г., и вторичный, замкнутый- паросиловой контур, использующий тепло продуктов сгорания вне канала М. г.

Установка работает по следующей тепловой схеме. ATM. воздух, обогащённый кислородом, сжимается в компрессоре и подаётся в воздухоподогреватели, откуда воздушно-кислородная смесь, нагретая до нужной темп-ры, направляется в камеру сгорания. Перед камерой сгорания в воздушный поток впрыскивается водный раствор легкоионизирующейся присадки. Ионизированные продукты сгорания разгоняются в сопле и поступают в канал М. г. Канал М. г. размещён в рабочем зазоре магнитной системы с индукцией 2 тл. Из канала М. г. продукты сгорания поступают в парогенератор и отдают своё тепло паросиловому циклу, затем при темп-ре 420-450 К они направляются в систему удаления присадки и после очистки выбрасываются в атмосферу. Электрическое оборудование "У-25" состоит из М. г. и инверторной установки, собранной на ртутных игнитронах. Устойчивость совместной работы М. г. и многоэлементной инверторной установки обеспечивается системой автоматического регулирования. "У-25" обеспечена телеметрической системой управления и контроля. Полученные экспериментальные данные обрабатываются ЭВМ.

Энергетич. установки с М. г. могут применяться также как резервные или аварийные источники энергии в энергосистемах, для космич. техники (бортовые системы питания), в качестве источников питания различных устройств, требующих больших мощностей на короткие промежутки времени (напр., для питания электроподогревателей аэродинамич. труб и т. п.).

К нач. 70-х гг работы по проблеме МГД-метода преобразования энергии вышли за рамки научного поиска и создания небольших лабораторных исследоват. установок и вступили в стадию строительства опытно-пром. электростанций. Накоплен обширный фактич. материал по результатам научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ в области М. г. Для обмена информацией, анализа состояния и оценки перспектив развития М. г. было проведено неск. международных симпозиумов и нац. конференций; в 1966 была основана Международная группа связи по вопросам МГД-метода преобразования энергии, куда вошли представители Австралии, Австрии, Англии, Бельгии, Италии, Нидерландов, ПНР, СССР, США, Франции, ФРГ, ЧССР, Швейцарии и Швеции.

Лит.: Фаворский О. Н., Установки для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую, М., 1965; Роза Р., Магнитогидродинамическое преобразование энергии, пер. с англ., М., 1970; Магнитогидродинамический метод получения электроэнергии. [Сб. ст.], М., 1971.

В. А. Прокудин.

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ HACОC, МГД-насос, электромагнитный насос, машина для подачи жидкости, являющейся проводником электричества (напр., жидких металлов). М. н. подразделяются на индукционные насосы и кондукционные насосы.

МАГНИТОГОРСК, город в Челябинской обл. РСФСР. Расположен у подножия горы Магнитной, на вост. склоне Юж. Урала, по обоим берегам р. Урал. Один из крупнейших центров металлургич. пром-сти СССР. В 1930 проведена ж.-д. линия, связавшая М. со станцией Карталы (на линии Троицк - Орск). Население 379 тыс. чел, (1973; 146 тыс. чел. в 1939; 311 тыс. чел. в 1959). Имеется 3 городских р-на. Возник в 1929-31 в связи со стр-вом Магнитогорского металлургического комбината. Важнейшие предприятия (кроме металлургич. комбината): з-ды калибровочный, крановый, по ремонту горного и металлургич. оборудования, метизно-металлургич.; развита пром-сть стройматериалов, лёгкая и пищевая (швейная и обувная ф-ки, молочный з-д, мясокомбинат и др.). Город получает газ по газопроводу Средняя Азия-Урал.Стр-во М. начиналось на лев. берегу р. Урал, где был создан проспект Пушкина с гостиницей (1929), зданием горкома КПСС (1934, арх. П. И. Бронников), Дворцом металлургов (1936, арх. П. И. Бронников, М. Куповской). Жилая застройка - замкнутые кварталы вдоль магистралей и регулярно распланированные посёлки с индивидуальными жилыми домами. С 1945 застраивается правый берег (ген. план 1940 переработан в 1945-48 ин-том "Ленгипрогор", арх. Ю. М. Киловатов и др., проект детальной планировки - арх. Л. О. Бумажный и др.), связанный с левым тремя магистралями с мостами-дамбами через водохранилище (на р. Урал), к-рому параллельны гл. улицы Правобережья. В его центре - площадь, связанная лучевыми улицами (гл.- проспект Металлургов; илл. см. т. 7, табл. XIV, стр. 208- 209) с парком. Вначале создавались небольшие и замкнутые жилые кварталы с малоэтажной застройкой, после 1953 - микрорайоны с домами в 4-5 этажей. Построены Дом Советов, театр, концертный зал, новый Дворец металлургов, стадион.

Новые жилые дома на проспекте К. Маркса.

В М.- горно-металлургич. и педагогич. ин-ты, 8 средних спец. уч. заведений, драматич. и кукольный театры, краеведч. музей. 28 янв. 1971 город награждён орденом Трудового Красного Знамени.

Лит.: Сержантов В. Г., Магнитогорск, Челябинск, 1955; Казаринова В. И., Павличенков В. И., Магнитогорск, М., 1961; Из истории Магнитогорского металлургического комбината и города Магнитогорска. (1929 - 1941). Сб. документов и материалов, Челябинск, 1965; Магнитка. Краткий исторический очерк, Челябинск, 1971.

МАГНИТОГОРСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ и м. В. И.Ленина, крупнейшее в СССР и одно из самых крупных в мире предприятий чёрной металлургии в г. Магнитогорске Челябинской обл. РСФСР. Начал строиться в 1929 у подножия горы Магнитной как составная часть угольно-металлургич. базы на востоке - Урало-Кузбасса. 15 мая 1931 вступил в строй рудник, 31 янв. 1932 задута первая доменная печь, 8 июля 1933 пущена первая мартеновская печь, 28 июля 1933 вступил в строй блюминг, в нояб. 1933 - непрерывно-заготовочный стан, в авг. 1934- крупносортный прокатный стан 500. 11 апр. 1970 комбинату присвоено имя В. И. Ленина. Осн. железорудная база комбината - гора Магнитная и Соколовско-Сарбайский горно-обогатит. комбинат (Кустанайская обл. Казах. ССР). В состав комбината входят горнорудное произ-во, коксохимич. цех, агломерац. ф-ки, доменный и мартеновские цехи, обжимные, сортопрокатные и листовые станы горячей прокатки, цехи по произ-ву холоднокатаного стального листа, белой жести, оцинкованного листа, эмалированной и оцинкованной посуды, огнеупоров, вспомогат. цехи. За 1946-70 произ-во чугуна возросло в 3,8 раза, стали в 4,3 раза и проката в 4,5 раза. За годы существования комбинат произвёл (на дек. 1971) 173,4 млн т чугуна, 217,4 млн. m стали, 170,8 млн. то проката. Удельный вес продукции комбината в произ-ве чёрных металлов в СССР в 1971 составил по чугуну 11%, стали - 10,6%, прокату - 10,5%. М. м. к.- одно из самых рентабельных предприятий отрасли. Награждён 2 орденами Ленина (1943 и 1971) и орденом Трудового Красного Знамени (1945).

Лит.: Петров Ю., Магнитка, М., 1971. М. Е. Чурилин.

МАГНИТОГРАФ (от греч. magnetis- магнит и ...граф), прибор, непрерывно регистрирующий изменения земного магнитного поля во времени (магнитные вариации). М. состоит из вариометров магнитных и регистрирующего (записывающего) устройства. Самый простой М. содержит фоторегистратор, осветитель и 3 оптико-механич. вариометра, чувствительным элементом к-рых является магнитная стрелка (с зеркалом), подвешенная на упругой нити. Такой М. регистрирует на ленте (фотоплёнке или фотобумаге) вариации 3 ортогональных компонентов магнитного поля Земли с периодами от неск. секунд до неск. месяцев с точностью ~ 10-5 э (см. Земной магнетизм). Полученная магнитограмма несёт информацию о времени, амплитуде и периоде магнитных вариаций (см. Вариации магнитные). М. могут быть оснащены оптикомеханич. вариометрами с фотоэлектрич. преобразователем угла поворота магнитной стрелки, магнитонасыщенными, индукционными, протонными, квантовыми и сверхпроводящими преобразователями с электрич. сигналом на выходе, частота или амплитуда к-рого пропорциональна амплитуде магнитной вариации (см. Магнитометры).
1513-11.jpg

* 1 э= 79,6 а/м.

Регистрирующими устройствами таких М. могут служить: частотомеры, цифровые вольтметры с цифропечатающим устройством, перопишущие электрич. потенциометры, магнитофоны, перфораторы и др. Показания М. кодируются и обрабатываются на электронно-вычислительных машинах. Чувствительность М. в значит, степени определяется технич. возможностями используемых вариометров.

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

Ю. А. Бурцев.

МАГНИТОГРАФ СОЛНЕЧНЫЙ, прибор для измерения магнитного поля на Солнце. Впервые был применён амер. астрономом X. Бабкоком в 1952 для регистрации продольной составляющей магнитного поля, а в последующие годы усовершенствован в СССР. Осн. элементы М. с.: электрооптический светрмодулятор, спектрограф, светоприёмники (фотоумножители), записывающее устройство. Метод измерения основан на Зеемана эффекте, в результате к-рого спектральная линия расщепляется на две о-компоненты, поляризованные по кругу в противоположных направлениях. Изображение Солнца фокусируется на щель спектрографа, за к-рой установлен электрооптич. кристалл в комбинации с поляризатором. Под действием переменного электрич. напряжения устройство пропускает ст-компоненты, поочерёдно сдвигая линию на величину 2ДХ (см. рис.). В фокальной плоскости спектрографа свет от крыла линии проходит через щель и падает на фотоумножитель, соединённый с усилителем, переменный сигнал к-рого регистрируется. Заштрихованная на рис. площадь пропорциональна изменению интенсивности света, проходящего через щель, при очередном пропускании поляризованных компонент линий б1 и б2. При небольших расщеплениях сигнал М. с. пропорционален напряжённости продольного поля.

Схема М. с. для измерения поперечного поля разработана сов. астрономами А. Б. Северным и В. Е. Степановым в 1959. В этом варианте М. с. перед щелью спектрографа помещается фазовая пластинка, превращающая линейную поляризацию света в круговую. Имеется конструкция М. с.- так наз. солнечный вектор-магнитограф, с помощью к-рого измеряются одновременно все три компоненты поля. М. с. обычно снабжены устройством для составления карт магнитного поля Солнца, яркости и скорости движения вещества на отдельных участках или на всей поверхности Солнца. Чувствительность современных М. с. 0,3-1 гс для продольного и 50-100 гс для поперечного магнитного поля.

Лит.: Степанов В. Е., Северный А. Б., фотоэлектрический метод измерения величины и направления магнитного поля на поверхности Солнца, "Изв. Крымской астрофизической обсерватории", 1962, т. 28; Solar magnetic fields, ed. R. Howard, Dordrecht, 1971.

В. А. Котов.
МАГНИТОГРАФИЯ (от греч. magnetis - магнит и ...графил), ф е р р о г р а ф и я, способ получения на обычной бумаге буквенных) цифровых и др. отпечатков при помощи магнитного порошка. Наиболее часто М. реализуется по т. н. схеме с промежуточным магнитным носителем. На приведённой схеме печатающего устройства промежуточным носителем служит магнитный барабан, по окружности к-рого последовательно расположены магнитные записывающие головки, узел проявления, прижимной ролик, узел очистки и стирающая головка. В процессе работы устройства магнитный барабан вращается равномерно; в его магнитном слое образуется скрытое магнитное изображение записываемого знака в виде мозаики из отд. магнитных отпечатков, созданных соответствующими магнитными головками записи. В узле проявления к намагниченным участкам поверхности барабана притягиваются частицы ферромагнитного порошка, образуя видимое изображение записанных знаков. Соприкасаясь с бумагой, порошок "прилипает" к её поверхности. Полученные таким образом отпечатки закрепляются, в простейшем случае вдавливанием частиц порошка в бумагу при прокатке между валками. Для лучшего сцепления с бумагой ферромагнетик покрывают термопластичной смолой, а валки нагревают. При прокатывании бумаги через валки смола расплавляется и прочно спаивает порошковое изображение с бумагой. Оставшийся на магнитном барабане после переноса изображения на бумагу порошок снимается в узле очистки меховыми щётками и струёй воздуха, а скрытое магнитное изображение стирается магнитной головкой - барабан готов к новой записи. Если требуется получить неск. копий, скрытые магнитные изображения знаков не стирают; процесс печати может быть повторен практически неограниченное число раз. Минимальный размер отпечатка знака, получаемый при М., составляет 2X3 мм, скорость печати на устройстве, выполненном по рассмотренной схеме, обычно составляет 6000 строк/мин, но может быть значительно увеличена. Основное применение М.-печатающие устройства для вывода информации из ЭВМ.

Схема устройства для магнитографии: 1 - магнитный барабан; 2 - магнитный слой барабана; 3 - блок магнитных записывающих головок; 4 - скрытое магнитное изображение; 5 - ферромагнитный порошок; 6 - порошковое изображение; 7 - бумага; 8 - прижимной ролик; 9 - порошковое изображение на бумаге; 10 - обжимные валики; 11 - узел очистки; 12 - магнитная стирающая головка.

Лит.: Арутюнов М. Г., Патрунов В. Г., феррография - магнитная скоростная печать, М.- Л., 1964; Арутюнов М. Г., Маркович В. Д., Скоростной ввод - вывод информации, М., 1970.

М. Г. Арутюнов.

МАГНИТОДВИЖУЩАЯ СИЛА, намагничивающая сила, величина, характеризующая магнитное действие электрического тока. Вводится при расчётах магнитных цепей по аналогии с электродвижущей силой в электрич. цепях. М. с. F равна циркуляции вектора напряжённости магнитного поля Н по замкнутому контуру L, охватывающему электрич. токи, к-рые создают это магнитное поле:
1513-12.jpg

проекция Н на направление элемента контура интегрирования dl, n - число проводников (витков) с током Ii, охватываемых контуром. Единица М. с. в Международной системе единиц (СИ)- ампер (или ампер-виток), в СГС системе единиц (симметричной) - гилъберт.
1513-13.jpg

МАГНИТОДИНАМИКА, магнетодинамика, раздел учения о магнетизме, в к-ром рассматриваются процессы намагничивания в изменяющихся во времени полях. Изучение частотной зависимости магнитных свойств (см., напр., Магнитный резонанс), помимо теоретич. значения, имеет большой практич. интерес в связи с применением ферромагнитных материалов в приборах и устройствах, работающих в переменных полях (см. Ферромагнетизм). Термин "М." в совр. науч. литературе применяется редко.

МАГНИТОДИЭЛЕКТРИКИ, магнитные материалы, представляющие собой связанную в единый конгломерат смесь ферромагнитного порошка и связки-диэлектрика (напр., бакелита, полистирола, резины); в макрообъёмах обладают высоким электрич. сопротивлением, зависящим от количества и типа связки. М. могут быть как магнитно-твёрдыми материалами, так и магнитно-мягкими материалами. Магнитно-мягкие М. вырабатывают в основном из тонких порошков карбонильного железа, молибденового пермаллоя и альсифе-ра с различной связкой. Магнитно-мягкие М. применяют для изготовления сердечников катушек индуктивности, фильтров, дросселей, радиотехнич. броневых сердечников, работающих при частотах 104-108 гц.

Магнитно-твёрдые М. изготовляют на основе порошков из ални сплавов, Fe - Ni - Al - Со сплавов (альнико), ферритов. Коэрцитивная сила этих М. ниже, чем массивных материалов, на неск. десятков %, а остаточная индукция меньше почти в 2 раза. Однако они всё больше применяются в телефонии и приборостроении (постоянные магниты, эластичные герметизаторы для разъёмных соединений и др.).

Лит.: Толмасский И. С., Металлы и сплавы для магнитных сердечников, М., 1971.

МАГНИТОЛА, радиотехнический аппарат бытового назначения, конструктивно объединяющий радиоприёмник и магнитофон. Преимущество такого объединения заключается в использовании общих усилителя электрич. колебаний, выпрямителя переменного тока и громкоговорителей. Отечеств, пром-стью в нач. 70-х гг. 20 в. выпускаются М. "Рекорд-301", "Миния-4" и др.

МАГНИТОМЕТР (от греч. magnetis - магнит и ... метр), прибор для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств веществ (магнитных материалов). В зависимости от определяемой величины различают приборы для измерения: напряжённости поля (эрстедметры), направления поля (инклинаторы и деклинаторы), градиента поля (градиентометры), магнитной индукции (тесламетры), магнитного потока (веберметры, или флюксметры), коэрцитивной силы (коэрцитиметры), магнитной проницаемости (мю-метры), магнитной восприимчивости (каппа-метры), магнитного момента.

В более узком смысле М.- приборы для измерения напряжённости, направления и градиента магнитного поля. В совр. М. для отсчёта значений измеряемой величины применяются следующие методы: визуальный отсчёт по шкале, запись в цифровой или аналоговой форме, фотозапись, запись на магнитных лентах, перфолентах и перфокартах. Шкалы М. градуируются в единицах напряжённости магнитного поля СГС системы единиц (эрстед, мэ, мкэ, гамма 105 э) и в единицах магнитной индукции СИ (тесла, мктл, нтл).

Различают М. для измерений абс. значений характеристик поля и относительных изменений поля в пространстве или во времени. Последние наз. вариометрами магнитными. М. классифицируют также по условиям эксплуатации (стационарные, на подвижных платформах и т. д.), и, наконец, в соответствии с физ. явлениями, положенными в основу их действия (см. Магнитные измерения).

Магнитостатнческие М. основаны на измерении механич. момента У, действующего на индикаторный магнит прибора в измеряемом поле Низм, J = [М, Низм], где М - магнитный момент индикаторного магнита. Момент J в М. различной конструкции сравнивается: а) с моментом кручения кварцевой нити (действующие по этому принципу кварцевые М. и универсальные магнитные вариометры на кварцевой растяжке обладают чувствительностью G ~ ~ 1 нтл), б) с моментом силы тяжести (магнитные весы с G ~ 10-15 нтл); в) с моментом, действующим на вспомо-гат. эталонный магнит, установленный в определённом положении (оси индикаторного и вспомогательного магнитов в положении равновесия перпендикулярны). В последнем случае, определяя дополнительно период колебания вспомогательного магнита в поле Низм, можно измерить абс. величину Низм (абс. метод Гаусса). Осн. назначение магнитостатич. М.- измерение компонент и абс. величины напряжённости геомагнитного поля (рис. 1), градиента поля, а также магнитных свойств веществ.

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

Электрические М. основаны на сравнении Низм с полем эталонного соленоида Н = kI, где k - постоянная соленоида, определяемая из геометрич. и конструктивных его параметров, I - измеряемый ток. Электромагнитные М. состоят из компаратора для измерения размеров соленоида и обмотки, теодолита для точной ориентации оси соленоида по направлению измеряемой компоненты поля, потенциометрич. системы для измерения тока I и чувствительного датчика - индикатора равенства полей. Чувствительность М. этого типа ~1 мкэ, осн. область применения - измерение горизонтальной и вертикальной составляющих геомагнитного поля.

Индукционные М. основаны на явлении электромагнитной индукции- возникновении эдс в измерительной катушке при изменении проходящего сквозь её контур магнитного потока Ф. Изменение потока ДФ в катушке может быть связано: а) с изменением величины или направления измеряемого поля во времени (примеры - индукционные вариометры, флюксметры). Простейший флюксметр (веберметр) представляет собой баллистич. гальванометр, действующий в сильно переуспокоенном режиме (G~10-4вб/деление); широко применяются магнитоэлектрич. веберметры с G ~ ~ 10-6 еб/деление, фотоэлектрич. веберметры с G ~10-8вб/деление и др. (подробнее см. Флюксметр); б) с периодич. изменением положения (вращением, колебанием) измерит, катушки в измеряемом поле (рис. 2); простейшие тесламетры с катушкой на валу синхронного двигателя обладают G ~ 10-4 тл. У наиболее чувствительных вибрационных М. G ~ 0,1-1 нтл; в) с изменением магнитного сопротивления измерит, катушки, что достигается периодич. изменением магнитной проницаемости пермаллоевого сердечника (он периодически намагничивается до насыщения вспомогат. переменным полем возбуждения); действующие по этому принципу феррозондовые М. имеют G ~ 0,2-1 нтл (см. Феррозонд). Индукционные М. применяются для измерения земного и космич. магнитных полей, технич. полей, в магнитобиологии и т. д.

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

Квантовые М.- приборы, основанные на ядерном магнитном резонансе, электронном парамагнитном резонансе, свободной прецессии магнитных моментов ядер или электронов во внешнем магнитном поле и др. квантовых эффектах. Для наблюдения зависимости частоты w прецессии магнитных моментов микрочастиц от напряжённости Низм измеряемого поля (w = у * Низм, где у - магнитомеханическое отношение) необходимо создать макроскопич. магнитный момент ансамбля микрочастиц (ядер или электронов). В зависимости от способа создания макроскопич. магнитного момента и метода детектирования сигнала различают: протонные М. (свободной прецессии, с динамич. поляризацией и с синхронной поляризацией), резонансные М. (электронные и ядерные), М. с оптич. накачкой и др. (подробнее см. в ст. Квантовый магнитометр). Квантовые М. применяются для измерения напряжённости слабых магнитных полей (в т. ч. геомагнитного и магнитного поля в космич. пространстве), в геологоразведке, в магнето-химии (G до 10-s-10-7нтл). Значит, меньшую чувствительность (G~ 10-5 тл) имеют квантовые М. для измерения сильных магнитных полей.

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

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

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

Рис. 3. Принципиальная схема тесламет" ра, основанного на эффекте Холла (компенсационного типа): E1 и Е2 - источники постоянного тока; rt и r2 - резисторы; G - гальванометр, тА - миллиамперметр; ПХ - преобразователь Холла (полупроводниковая пластинка). Эдс Холла компенсируется падением напряжения на части калиброванного сопротивления r2, через которое протекает постоянный ток.

Лит.: Яновский Б. М., Земной магнетизм, [т. 2, 2 изд.], Л., 1963; Чечурина Е. Н., Приборы для измерения магнитных величин, М., 1969; Померанцев Н. М., Рыжков В. М., Скройкий Г. В., физические основы квантовой магнитометрии, М., 1972; Instrumenten und Massenmethoden, в кн.: Geomagnetismus und Aeronomie, Bd 2, В., 1960; Communications presentees an colloque international champs magnetiques faibles d'lnteret geophysique et spatial, Paris, 20-23 mai 1969, "Revue de physique appliquee", 1970, t. 5, № 3.

Ш. Ш. Долгинов.

МАГНИТОМЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, гиромагнитные явления, группа явлений, обусловленных взаимосвязью магнитного и механич. моментов микрочастиц - носителей магнетизма. Любая микрочастица, обладающая определённым моментом количества движения (электрон, протон, нейтрон, атомное ядро, атом), имеет также и определённый магнитный момент. Благодаря этому увеличение момента количества движения системы микрочастиц - физич. тела, образца - приводит к возникновению у образца дополнит, магнитного момента и, наоборот, при намагничивании образец приобретает дополнит, механич. момент.

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

М. я. позволяют определить отношение магнитного момента атома к его полному механич. моменту (т. н. гиромагнитное или магнитомеханическое отношение) и сделать заключение о природе носителей магнетизма в различных веществах. Так было установлено, что в 3 d-металлах (Fe, Co, Ni) магнитный момент обусловлен спиновыми моментами электронов (см. Спин). В др. веществах (напр., редкоземельных металлах) магнитный момент создаётся как спиновыми, так и орбитальными моментами электронов.

В связи с созданием новых, в первую очередь резонансных, методов исследования магнетизма (см. Магнитный резонанс) интерес к М. я. в значит, степени уменьшился.

Лит.: Д о р ф и а н Я. Г., Магнитные свойства и строение вещества, М., 1955; В о н с о в с к и и С. В., Магнетизм, М., 1971; Scott G., Review of gyromagnetic ratio experiments, "Reviews of Modern Physics", 1962, v. 34, № 1, p. 102.

P. З. Левитин.

МАГНИТОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОТНОШЕНИЕ, гиромагнитное отношение, отношение магнитного момента элементарных частиц (и состоящих из них систем - атомов, молекул, атомных ядер и т. д.) к их моменту количества движения (механическому моменту). Для каждой элементарной частицы, обладающей отличным от нуля механич. моментом - спином, М. о. имеет определённое значение. Значения М. о. для различных состояний атомной системы определяются по формуле у = gуо, где yо - единица М. о., g - Ланде множитель. В этом случае за единицу М. о. принимают его величину для орбитального движения электрона в атоме: -е/2тес, где е - величина элементарного электрического заряда, те - масса электрона, с - скорость света. В случае ядер за единицу М. о. принимают аналогичную величину для протона в ядре: е/2mрс (тр - масса протона).

Величина М. о. определяет действие магнитного поля на систему, обладающую магнитным моментом. Согласно клас-сич. теории, магнитный момент во внешнем магнитном поле напряжённости Н совершает прецессию - равномерно вращается вокруг направления Н, сохраняя определённый угол наклона, с угловой скоростью w = - у * Н. В частном случае, когда магнитный момент обусловлен орбитальным движением электронов, получается Лармора прецессия. Согласно квантовой теории, масштаб магнитного расщепления уровней энергии в магнитном поле (см. Зеемана эффект) определяется М. о.; он равен уhН = gуоhН (h - Планка постоянная). М. А. Елъяшевич.

МАГНИТООПТИКА, магнетооптика, раздел физики, в к-ром изучаются изменения оптич. свойств сред под действием магнитного поля и обусловливающие эти изменения особенности взаимодействия оптического излучения (света) с помещённым в поле веществом.

Магнитное поле, как и всякое векторное поле, выделяет в пространстве определённое направление; поле в среде придаёт этой среде дополнит, анизотропию, в частности оптическую анизотропию. (Своеобразие симметрии, к-рой обладает магнитное поле, заключается в том, что его напряжённость Н и магнитная индукция В - не просто векторы, но осевые векторы.) Энергия атома (молекулы, иона) среды начинает зависеть от взаимного направления поля и магнитного момента атома; в результате уровни энергии атома расщепляются (иначе гово-

рят, что поле снимает вырождение уровней). Соответственно, расщепляются спектральные линии оптич. переходов между уровнями (см. также Атом, Излучение, Молекула). В этом состоит один из эффектов М.- Зеемана эффект. Поляризация зеемановских компонент ("отщеплённых" линий) различна (см. Поляризация света), поэтому в веществе, помещённом в магнитное поле, поглощение таких же компонент проходящего света (обратный эффект Зеемана) различно в зависимости от состояния их поляризации. Так, при распространении монохроматического света вдоль поля (продольном эффекте Зеемана) его право- и левоциркулярно поляризованные составляющие поглощаются по-разному (т. н. магнитный круговой дихроиз м), а при распространении света поперёк поля (поперечном эффекте Зеемана) имеет место магнитный линейный дихроизм, т. е. разное поглощение составляющих, линейно-поляризованных параллельно и перпендикулярно магнитному полю. Эти поляризационные эффекты проявляют сложную зависимость от длины волны излучения (сложный спектральный ход), знание к-рой позволяет определить величину и характер зеемановского расщепления в тех случаях, когда оно много меньше ширины спектральных линий. (Аналогичные эффекты наблюдаются в люминесценции. )

Расщепление спектральных линий влечёт за собой дополнит, расщепление дисперсионных кривых, характеризующих зависимость показателя преломления среды от длины волны излучения (ем. Дисперсия света, Преломление света). В результате при продольном (по полю) распространении показатели преломления для света с правой и левой круговыми поляризациями становятся различными (магнитное циркулярное двойное лучепреломление), а линейно-поляризованный монохроматич. свет, проходя через среду, испытывает вращение плоскости поляризации. Последнее явление наз. Фарадея эффектом. Вблизи линии поглощения ("скачка" на дисперсионной кривой) фа-радеевское вращение проявляет характерную немонотонную зависимость от длины волны - эффект Макалузо - Корбино. При поперечном относительно магнитного поля распространении света различие показателей преломления для линейных поляризаций приводит к линейному магнитному двойному лучепреломлению, известному как Коттона - Мутона эффект (или эффект Фохта).

Изучение и использование всех этих эффектов входит в круг проблем совр. М.

Оптич. анизотропия среды в магнитном поле проявляется также и при отражении света от её поверхности. При таком отражении происходит изменение поляризации отражённого света, характер и степень к-рого зависят от взаимного расположения поверхности, плоскости поляризации падающего света и вектора намагниченности. Этот эффект наблюдается в первую очередь для ферромагнетиков и носит назв. магнитооптич. Керра эффекта.

М. твёрдого тела интенсивно развивалась в 60-70-е гг. 20 в. Особенно это относится к М. полупроводников и таких магнитоупорядоченных кристаллов, как ферриты и антиферромагнетики.

Одно из осн. магнитооптич. явлений в полупроводниках состоит в появлении (при помещении их в магнитное поле) дискретного спектра поглощения оптич. излучения за краем сплошного поглощения, соответствующего оптич. переходу между зоной проводимости и валентной зоной (см. Полупроводники, Твёрдое тело). Эти т. н. осцилляции коэфф. поглощения, или осцилляции магнитопоглощения, обусловлены специфич. "расщеплением" в магнитном поле указанных зон на системы подзон - подзон Ландау. Оптич. переходы между подзонами и ответственны за дискретные линии поглощения. Возникновение подзон Ландау вызвано тем, что электроны проводимости и дырки в магнитном поле начинают совершать орбитальные движения в плоскости, перпендикулярной полю. Энергия такого движения может изменяться лишь скачкообразно (дискретно) - отсюда дискретность оптич. переходов. Эффект осцилляции магнитопоглощения широко используется для определения параметров зонной структуры полупроводников. С ним связаны и т. н. междузонные эффекты Фарадея и Фохта в полупроводниках.

Подзоны Ландау, в свою очередь, расщепляются в магнитном поле вследствие того, что электрон обладает собственным моментом количества движения - спином. При определённых условиях наблюдается вынужденное рассеяние света на электронах в полупроводнике с переворотом спина относительно магнитного поля. При таком процессе энергия рассеиваемого фотона изменяется на величину спинового расщепления подзоны, к-рое для нек-рых полупроводников весьма велико. На этом эффекте основано плавное изменение частоты излучения мощных лазеров и создан светосильный инфракрасный спектрометр сверхвысокого разрешения.

Большой раздел М. полупроводников составляет изучение зеемановского расщепления уровней энергии мелких водородоподобных примесей и экситонов (см. также Квазичастицы). Наблюдение магнитопоглощения и отражения инфракрасного излучения в узкозонных полупроводниках позволяет исследовать коллективные колебания электронной плазмы (см. Плазма твёрдых тел) и её взаимодействие с фононами.

В прозрачных ферритах и антиферромагнетиках магнитооптич. методы применяют для изучения спектра спиновых волн, экситонов, примесных уровней энергии и пр. В отличие от диамагнетиков и парамагнетиков, но взаимодействии света с магнитоупорядоченными средами гл. роль играют не внешние поля, а внутренние магнитные поля этих сред (их напряжённости достигают 105 - 106 э), к-рые определяют спонтанную намагниченность (подрешёток или кристалла в целом) и её ориентацию в кристалле. Магнитооптич. свойства прозрачных ферритов и антиферромагнетиков могут быть использованы в системах управления лазерным лучом (напр., для создания модуляторов света; см. Модуляция света) и для оптич. записи и считывания информации, особенно в электронно-вычислительных машинах.

Создание лазеров привело к обнаружению новых магнитооптич. эффектов, проявляющихся при больших интенсивно-стях светового потока. Показано, в частнести, что поляризованный по кругу свет, проходя через прозрачную среду, действует как эффективное магнитное поле и вызывает появление намагниченности среды (т. н. обратный эффект Фарадея).

В тесной связи с магнитооптич. явлениями находятся явления оптич. ориентации атомов, спинов электронов и ядер в кристаллах, циклотронный резонанс, электронный парамагнитный резонанс и др. Магнитооптич. методы используются при исследовании квантовых состояний, ответственных за оптич. переходы, физико-химич. структуры вещества, взаимодействий между атомами, молекулами и ионами в основном и возбуждённом состояниях, электронной структуры металлов и полупроводников, фазовых переходов и пр.

Лит.: Борн М., Оптика, пер. с нем., Хар., 1937; Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Старостин Н. В., ФеофиловП.П., Магнитная циркулярная анизотропия в кристаллах, "Успехи физических наук", 1969, т. 97, в. 4; Smith S. D., Magneto-Optics in crystals, в кн.: Encyclopedia of Physics (Handbuch der Physik), v. 25, pt. 2a, В. -[а. о.], 1967.

В. С. Запасский, Б. П. Захарченя.

МАГНИТОПРИВОД, компонент магнитной цепи, предназначенный для локализации потока магнитной индукции. Для этого М. изготавливают из материалов с высокой магнитной проницаемостью. М. являются сердечники электромагнитов, трансформаторов, электромагнитных реле, механизмов электроизмерит. приборов, статоров и роторов электрич. машин и др. Материал и конструктивное оформление определяются назначением и условиями работы устройства.

МАГНИТОРАДИОЛА, радиотехнический аппарат бытового назначения, конструктивно объединяющий радиоприёмник, магнитофон и электропроигрыватель грампластинок. Преимущество такого объединения заключается в использовании в аппарате общих узлов: усилителя звуковых частот, выпрямителя переменного тока и громкоговорителей при всех видах работы, что упрощает и удешевляет аппарат. Пром-стью СССР в нач. 70-х гг. 20 в. выпускаются М. "Романтика-103", "Харьков-63" и др.

МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ЭФФЕКТ, то же, что магнетосопротивление.

МАГНИТОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, магнитное поле, созданное постоянными магнитами (неподвижными магнитными зарядами) и постоянными электрическими токами. В электротехнике для расчёта М. п. применяют формулы, аналогичные формулам электростатики.

МАГНИТОСТРИКЦИОННОЕ БУРЕНИЕ, разновидность ударно-вращат. бурения, в к-ром для разрушения горной породы применяется звуковой магнитострикц. вибратор.  

МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, магнитно-мягкие материалы, у к-рых достаточно велик эффект магнитострикции. М. м. применяют в качестве преобразователей электромагнитной энергии в др. виды (напр., в механическую), для датчиков давления и т. п. (см. Магнитострикционный преобразователь, Магнитоупругий датчик). К М. м. относятся: никель, сплавы Fe - А1 (алфер), Fe - Ni (пермаллой), Со - Ni, Fe - Со, Go - Fe - V (пермендюр) и др.; ряд ферритов (СоFе2O4, NiFe2O4 и др.), нек-рые редкоземельные металлы, их сплавы и соединения. Никель обладает хорошими магнитострикционными, механич. и антикоррозионными свойствами; пермендюр имеет большие значения магнитострикции насыщения Ls и намагниченности; ферриты обладают высокими удельными электросопротивлением и коррозийной стойкостью, кроме того, ферриты - самые дешёвые М. м. См. также Магнитные материалы.

Основные характеристики важнейших магнитострикционных материалов  

Марка материала

Состав, % (по массе)

Uа

Ur

а*10-5, дин/ гс*см2

B-105, гс*см2 /дин

k

Ls*106

Никель

99,9Ni

200

50

16

61

0,30

-35

Co-Ni

18Со, ост. Ni

1000

200

19

127

0,35

-25

Пермендюр

49Со, 2V, ост. Fe

600

80

11

83

0,30

65

Ю14 (алфер)

14А1, ост. Fe

1000

250

8

65

0,24

50

Ni- Со феррит

NiO0,98Co00,02*Fe2O3

70

70

20

58

0,28

-25

Примечание. 1 дин/гс*см2 = 103 н/тл*м2 и 1 гс*см2/дин =10-3 тл*м2

В табл. U0 и Ur - начальная и обратимая магнитные проницаемости М. м.;

- магнитострикционная постоянная, характеризующая зависимость механич. напряжения от магнитной индукции В в образце при его неизменной

деформации чувствительность М. м. к напряжению в неизменном магнитном поле Н; k - коэфф. магнитомеханич. связи, существенный для ультразвуковых магнитострикц. излучателей (отношение преобразованной излучателем механич. энергии к подводимой электромагнитной энергии).

Лит.: Туричин А. М., Электрические измерения неэлектрических величин, 4 изд., М.- Л., 1966; Гершгал Д. А., Фридман В. М., Ультразвуковая аппаратура, М. - Л., 1961; Редкоземельные ферромагнетики и антиферромагнетпкн, М., 1965.

МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, электромеханич. или электроакустич. преобразователь, в к-ром энергия магнитного поля преобразуется в энергию механич. колебаний и наоборот благодаря обратимому эффекту магнитострикции. Применяется как излучатель или приёмник ультразвука, при измерениях вибраций различных конструкций и сооружений, в фильтрах и стабилизаторах электро- и радиотехнич. устройств. М. п. представляет собой сердечник из магнитострикц. материала (никель, спец. сплавы, ферриты и др.) с обмоткой. Преобразующим элементом является сам сердечник, в к-ром относит, удлинение при намагничивании достигает значений дельта l/l = 10-3 - 10-3, где l - длина, дельта l - приращение длины сердечника при его намагничивании. При частотах 10-100 кгц наиболее рационально применять М. п. из металлич. материалов, обладающих более высокими механич. прочностью и индукцией насыщения. М. п. гидроакустич. и ультразвуковых пром. установок чаще всего имеют стержневую или кольцевую форму, иногда выполняются в виде тонкостенных трубок, колеблющихся по длине; звук излучается или принимается торцевыми поверхностями магнитопровода.  

МАГНИТОСТРИКЦИЯ (от магнит и лат. strictio - сжатие, натягивание), изменение формы и размеров тела при намагничивании. Явление М. было открыто Дж. Джоулем в 1842. В ферро- и ферри-магнетиках (Fe, Ni, Co, Gd, Tb и др., ряде сплавов, ферритах) М. достигает значит, величины (относит. удлинение дельта l/l~10-6-10-2). В антиферромагнетиках, парамагнетиках и диамагнетиках М. очень мала.

Обратное по отношению к М. явление- изменение намагниченности ферромагнитного образца при деформации - наз. магнитоупругим эффектом, иногда - Виллари эффектом.

1514-1.jpg
В совр. теории магнетизма М. рассматривают как результат проявления осн. типов взаимодействий в ферромагнитных телах: электрич. обменного взаимодействия и магнитного взаимодействия (см. Ферромагнетизм). В соответствии с этим возможны 2 вида различных по природе магнитострикционных деформаций кристаллпч. решётки: за счёт изменения магнитных сил (диполь-дипольных и спин-орбитальных) и за счёт изменения обменных сил.

При намагничивании ферро- и ферримагнетиков магнитные силы действуют в интервале полей от 0 до поля напряжённостью Hs, в к-ром образец достигает технич. магнитного насыщения Is. Намагничивание в этом интервале полей обусловлено процессами смещения границ между доменами и вращения магнитных моментов доменов. Оба эти процесса изменяют энергетич. состояние кристаллич. решётки, что проявляется в изменении равновесных расстояний между её узлами. В результате атомы смещаются, происходит магнитострикционная деформация решётки. М. этого вида носит анизотропный характер (зависит от направления и величины намагниченности J) и проявляется в основном в изменении формы кристалла почти без изменения его объёма (линейная М.). Для расчёта линейной М. существуют полуэмпирич. формулы. Так, М. ферромагнитных кристаллов кубич. симметрии, намагниченных до насыщения, рассчитывается по формуле:
1514-2.jpg

где si, sj и Bi, Bj - направляющие косинусы соответственно вектора Js и направления измерения относительно рёбер куба, a1 и a2 - константы анизотропии М., численно равные
1514-3.jpg
1514-4.jpg

макс, линейные М. соответственно в направлении ребра и диагонали ячейки кристалла. Величину Лs = (дельта l/l)s наз. М. насыщения или магнитострикционной постоянной.

М., обусловленная обменными силами, в ферромагнетиках наблюдается в области намагничивания выше технич. насыщения, где магнитные моменты доменов полностью ориентированы в направлении поля и происходит только рост абс. величины JS, (парапроцесс, или истинное намагничивание). М. за счёт обменных сил в кубич. кристаллах изотропна, т. е. проявляется в изменении объёма тела. В гексагональных кристаллах (напр., гадолинии) эта М. анизотропна. М. за счёт парапроцесса в большинстве ферромагнетиков при комнатных темп-рах мала, она мала и вблизи точки Кюри, где парапроцесс почти полностью определяет ферромагнитные свойства вещества. Однако в нек-рых сплавах с малым коэфф. теплового расширения (инварных магнитных сплавах) М. велика [в магнитных полях ~8*104а/м (103 э) отношение дельта V/V ~ 10-5]. Значительная по величине М. парапроцесса возникает также в ферритах при разрушении или создании магнитным полем неколлинеарных магнитных структур.

М. относится к т. н. чётным магнитным эффектам, т. к. она не зависит от знака магнитного поля. Экспериментально больше всего изучалась М. в поликристаллич. ферромагнетиках. Обычно измеряется относит, удлинение образца в направлении поля (продольная М.) или перпендикулярно направлению поля (поперечная М.). Для металлов и большинства сплавов продольная и поперечная М. в области полей технич. намагничивания имеют разные знаки, причём величина поперечной М. меньше, чем продольной, а в области парапроцесса эти величины одинаковы (рис. 1). Для большинства ферритов как продольная, так и поперечная М. отрицательны; причина этого ещё не ясна. Величина, знак и графич. ход зависимости М. от напряжённости поля и намагниченности зависят от структурных особенностей образца (кристаллографич. текстуры, примесей посторонних элементов, термич. и холодной обработки). У Fe (рис. 2) продольная М. в слабом магнитном поле положительна (удлинение тела), а в более сильном поле - отрицательна (укорочение тела). Для Ni при всех значениях поля продольная М. отрицательна. Сложный характер М. в поликристаллич. образцах ферромагнетиков определяется особенностями анизотропии М. в кристаллах соответствующего металла, Большинство сплавов Fe - Ni, Fe - Со, Fe - Pt и др. имеют положит, знак продольной М.: дельта l/l ~(1-10)*10-5. Наибольшей продольной М обладают сплавы Fe - Pt, Fe - Pd, Fe - Co, Mn - Sb, Mn - Cu - Bi, Fe - Rh. Среди ферритов наибольшая М. у CoFe2O4, TbsFesO^, Dy3Fe5O12: дельта l/l~(2-25)*10-4. Рекордно высока М. у некоторых редкоземельных металлов, их сплавов и соединений, напр, у Тb и Dy, у TbFe2 и DyFe2: дельта l/l ~ 10-3-10-2 (в зависимости от величины приложенного поля). М. примерно такого же порядка обнаружена у ряда соединений урана (U3AS4, U3P4 и др.).

Рис. 1. Продольная (кривая I) и поперечная (кривая II) магнитострикция сплава Ni (36%)-Fe (64%). В слабых полях они имеют разные знаки, в сильных - при парапротдессе - одинаковый знак (здесь магнитострикция носит объёмный характер).

Рис. 2. Зависимость продольной магнитострикщт ряда поликристаллических металлов, сплавов и соединений от напряжённости магнитного поля.

М. в области технич. намагничивания обнаруживает явление гистерезиса (рис. 3). На М. в сильной степени влияют также темп-pa, упругие напряжения и даже характер размагничивания, к-рому подвергался образец перед измерением.

Всестороннее изучение М. прежде всего способствует выяснению физич. природы сил, к-рые определяют ферри-, антиферро- и ферромагнитное поведение вещества. Исследование М., особенно в области технич. намагничивания, играет также большую роль при изысканиях новых магнитных материалов; напр., отмечено, что высокая магнитная проницаемость сплавов типа пермаллоя связана с тем, что в них мала М. (наряду с малым значением константы магнитной анизотропии).

С магнитострикц. эффектами связаны аномалии теплового расширения ферро-, ферри- и антиферромагнитных тел. Эти аномалии объясняются тем, что магнитострикц. деформации, вызываемые обменными (а в общем случае и магнитными) силами в решётке, проявляются не только при помещении указанных тел в магнитное поле, но также при нагревании их в отсутствии поля (термострикция). Изменение объёма тел вследствие термострикции особенно значительно при магнитных фазовых переходах (в точках Кюри и Нееля, при темп-ре перехода коллинеарной магнитной структуры в неколлинеарную и др.). Наложение этих изменений объёма на обычное тепловое расширение (обусловленное тепловыми колебаниями атомов в решётке) иногда приводит к аномально малому значению коэфф. теплового расширения у нек-рых материалов. Экспериментально доказано, напр., что малое тепловое расширение сплавов типа инвар объясняется влиянием возникающих при нагреве отрицат. магнитострикц. деформаций, к-рые почти полностью компенсируют "нормальное" тепловое расширение таких сплавов.

Рис. 3. Магнитострикционный гистерезис железа, обусловленный его магнитным гистерезисом.

С М. связаны различные аномалии упругости в ферро-, ферри- и антиферромагнетиках. Резкие аномалии модулей упругости и внутр. трения, наблюдаемые в указанных веществах в районе точек Кюри и Нееля и др. фазовых магнитных переходов, обязаны влиянию М., возникающей при нагреве. Кроме того, при воздействии на ферро- и ферримагнитные тела упругих напряжений в них даже при отсутствии внешнего магнитного поля происходит перераспределение магнитных моментов доменов (в общем случае изменяется и абс. величина самопроизвольной намагниченности домена). Эти процессы сопровождаются дополнит, деформацией тела магнитострикц. природы - механострикцией, к-рая приводит к отклонениям от закона Гука. В непосредств. связи с механострикцией находится явление изменения под влиянием магнитного поля модуля упругости Е ферромагнитных металлов (E-эффект).

Для измерения М. наибольшее распространение получили установки, работающие по принципу механооптич. рычага, позволяющие наблюдать относит, изменения длины образца до 10~6. Ещё большую чувствительность дают радиотехнич. и интерференц. методы. Получил распространение также метод проволочных датчиков, в к-ром на образец наклеивают проволочку, включённую в одно из плечей моста измерительного. Изменение длины проволочки и её электрич. сопротивления при магнитострикц. изменении размеров образца с высокой точностью фиксируется электроизмерит. прибором.

М. нашла широкое применение в технике. На явлении М. основано действие магнитострикц. преобразователей (датчиков) и реле, излучателей и приёмников ультразвука, фильтров и стабилизаторов частоты в радиотехнич. устройствах, магнитострикц. линий задержки и т. д.

Лит.: Вонсовский С. В., Магнетизм, М., 1971; Белов К. П., Упругие, тепловые и электрические явления в ферромагнетиках, 2 изд., М.- Л., 1957; Бозорт Р., ферромагнетизм, пер. с англ., М., 1956; Редкоземельные ферромагнетики и антиферромагнетикн, М., 1965; Ультразвуковые преобразователи, пер. с англ., под ред. И. П. Голяминой, М., 1972.

К. П. Белов.

Яндекс.Метрика

© (составление) libelli.ru 2003-2017