СЛОВАРЬ ЮНОГО ФИЗИКА

ПОЛЬ ЛАНЖЕВЕН (1872— 1946)   

Французский физик и общественный деятель. Родился в Париже, в рабочей семье участника Парижской коммуны. В 1891 г. окончил Школу физики и химии, а в 1897 г.— Нормальную школу в Париже. Затем в течение года Ланжевен работал в Англии, в Кембриджском университете, у известного английского физика Дж. Томсона. По возвращении во Францию начал заниматься преподавательской деятельностью в Парижском университете, Коллеж де Франс, Школе физики и химии. В 1925 г. он стал директором этой школы.

Научная деятельность Ланжевена развивалась в различных направлениях. Он исследовал процесс ионизации газов под действием рентгеновских лучей. Открыл существование тяжелых положительно заряженных ионов, масса которых в 1000 раз больше, чем обычных ионов. Впоследствии выяснилось, что именно такие ионы создают облака на больших высотах.

Мировую известность принесли Ланжевену исследования в области магнитных явлений. Продолжая работы известного французского физика П. Кюри, он дал объяснение основных магнитных явлений на основе электронной теории металлов. В 1905 г. Ланжевен разработал термодинамическую и статистическую теорию диамагнетизма и парамагнетизма . Доказал универсальный характер диамагнетизма — диамагнитный эффект присутствует также в парамагнетиках и даже в ферромагнетиках, но там он перекрывается другими, более сильными эффектами. Статистическая теория парамагнетизма стала образцом применения статистической механики к исследованию свойств вещества.

Важное практическое значение имеют работы Ланжевена в области ультразвука. Он использовал пьезоэлектрический эффект (изменение размеров кварцевых пластинок под действием переменного электрического поля, приложенного к их поверхностям) для создания мощных ультразвуковых волн. Это позволило осуществить подводную сигнализацию, измерение глубин и обнаружение подводных лодок в годы первой мировой войны.

Прогрессивное значение имела общественная деятельность Ланжевена. Он был одним из активных деятелей Лиги прав человека, созданной в 1898 г. Принимал участие в создании Кружка друзей новой России (1919), выступал за развитие культурных связей с Советской Россией. Всю жизнь он активно боролся за мир, против фашизма. В 1944 г. вступил во Французскую коммунистическую партию. Он был большим другом нашей страны, одним из организаторов общества дружбы «Франция — СССР» и его председателем.

Ферромагнитный материал обладает как бы свойством запоминать свою магнитную историю. Если после намагничивания убрать магнитное поле, то результирующий магнитный момент не будет равен нулю. Это связано с тем, что не все домены займут прежнюю ориентацию, некоторые из них будут ориентированы близко к ранее наложенному полю. Оставшийся результирующий магнитный момент носит название остаточной намагниченности . Теперь сам ферромагнетик стал источником магнитного поля, интенсивность которого зависит от величины остаточной намагниченности.

Для достижения нулевого результирующего магнитного момента необходимо наложить магнитное поле противоположного направления. Это поле называется коэрцитивной силой (Нс). Увеличивая обратное поле, затем уменьшая его и накладывая вновь положительное поле, мы получим в координатах I — Н петлю гистерезиса .

Какие же внутренние силы заставили векторы спиновых магнитных моментов выстроиться параллельно внутри каждого домена? Классическая физика не смогла дать на это ответ. Вероятностное определение местонахождения волны-частицы электрона, даваемое квантовой механикой, позволило понять, что заставляет магнитные моменты выстраиваться параллельно — это так называемое обменное взаимодействие. Пытаясь описать его классическим языком, можно сказать, что это электростатическая энергия взаимодействия двух электронов, когда первый электрон находится на месте второго, а второй — на месте первого. Вероятность такой ситуации в квантовой механике не равна нулю. При определенном расстоянии между взаимодействующими атомами обменное взаимодействие будет минимально, если магнитные моменты спинов параллельны (ферромагнетизм) или антипараллельны (антиферромагнетизм).

Таким образом, упорядоченное выстраивание магнитных моментов спинов электронов есть результат взаимодействия электронов. Встает вопрос: а какое направление выберут магнитные моменты спинов в кристаллической решетке? В данном случае необходимо учесть пространственное расположение орбиты электрона в кристаллической решетке. В силу вступает взаимодействие между магнитными моментами орбит и спинов, и там, где оно будет минимально, в этом направлении и выстроятся магнитные моменты.

Возникает анизотропия (различие в направлениях) спонтанного намагничивания в кристаллической решетке. Для железа, например, таким направлением будет ребро куба элементарной ячейки.

Температура мешает упорядоченному расположению магнитных моментов. Увеличение амплитуды колебаний атомов приводит к разориентации магнитных моментов, и при определенной температуре — точке Кюри — правильный порядок нарушается, и ферромагнетик становится парамагнетиком.

Связь направления выстраивания магнитных моментов с кристаллической решеткой имеет еще одно интересное следствие. Параллельное или антипараллельное расположение магнитных моментов приводит к изменению объема и геометрии кристалла. Так, если кристалл был правильной сферой, то в результате магнитного упорядочения он становится немножко больше в объеме и пребращается в эллипсоид .

Изменение формы ферромагнитных тел при их намагничивании называют магннтострикцией. Линейные изменения тела невелики (от десятитысячной до сотой доли процента), но этого достаточно, чтобы использовать явление магнитострикции в практике.

Магнитный момент — важное понятие в физике. В состав атомов входят ядра, вокруг которых вращаются электроны. Каждый движущийся вокруг ядра электрон как заряженная частица создает ток, образуя как бы микроскопическую рамку с током.