Источник магнитного поля постоянного магнита

[Anton_Peplov]

В школе нам рассказывали, что магнитное поле постоянного магнита создают элементарные токи, которые в постоянном магните, в отличие от обычного вещества, все ориентированы одинаковым образом. Правда, была оговорка "согласно гипотезе Ампера", но де-факто пользовались именно этой гипотезой и никакой иной, так что создавалось полное впечатление, что она верна.

Попытавшись выяснить, где конкретно текут эти токи, я взял второй том Савельева и почерпнул из него утверждение, что движение электрона в поле ядра (которое естественно считать тем самым "элементарным током") ни при чем, а определяются магнитные свойства вещества собственным магнитным моментом электронов, который является их фундаментальной характеристикой, такой же, как, например, заряд.

Следует ли понимать это так, что гипотеза Ампера приказала долго жить, и школьникам просто морочат голову? Конечно, при очень большом желании можно истолковать как "элементарный ток" сам электрон с его магнитным моментом, но мне это видится каким-то насилием над языком и разумом. Или я ошибаюсь?

[Metford]

Anton_Peplov в сообщении #1202971 писал(а):

Следует ли понимать это так, что гипотеза Ампера приказала долго жить, и школьникам просто морочат голову?

Учитывая, как много "хорошо известных и привычных" вещей получили с открытием квантовой теории совершенно новое обоснование, можно сказать, что тогда школьникам почти всегда морочат голову. Это если к тому же принять во внимание, насколько упрощённо в принципе излагается физика в школе.

Я вот не помню, доказывается ли в ЛЛ-5 или ЛЛ-8, что из чисто классических соображений существование магнетиков вообще не получится вывести. Так что в принципе говорить о магнетизме, начиная с восьмого класса - это морочить голову в строгом смысле.

Школьникам совершенно спокойно говорят об орбитах, по которым движутся электроны. Только заговаривают где-то в глубинах 11 класса (если остаётся время от подготовки к ЕГЭ) о соотношении неопределённостей, возможно что-то говорят о "нехорошести" орбит с таких позиций - но никто на это не обращает внимания. Если же продолжать мыслить в классических терминах, то движущийся по орбите электрон вполне можно считать током, а у кольцевого тока есть магнитный момент - у того же Савельева его можете найти. Про собственный момент школьникам вообще говорить опасно: это ведь нужно о спине упоминать. Ну вот наверняка половина воспримет спин как собственное вращение электрона...

[Anton_Peplov]

Metford в сообщении #1202975 писал(а):

Если же продолжать мыслить в классических терминах, то движущийся по орбите электрон вполне можно считать током, а у кольцевого тока есть магнитный момент - у того же Савельева его можете найти.

Найти-то нашел, "орбитальный магнитный момент" называется. Но он же не при делах.

[Metford]

А с диамагнетиками что будем делать? См. по-прежнему Савельев - параграф "Диамагнетизм".

[Anton_Peplov]

Ну, я имел в виду - не при делах в постоянных магнитах. Которые ферромагнетики.

[Metford]

Я вот на это реагировал:

Anton_Peplov в сообщении #1202971 писал(а):

я взял второй том Савельева и почерпнул из него утверждение, что движение электрона в поле ядра (которое естественно считать тем самым "элементарным током") ни при чем, а определяются магнитные свойства вещества собственным магнитным моментом электронов

Ферромагнетизм таким способом вроде бы не объяснить. Там всё сложно устроено. Боюсь, школьникам не объяснить. Во всяком случае, я бы не взялся.

[Munin]

Anton_Peplov в сообщении #1202971 писал(а):

Следует ли понимать это так, что гипотеза Ампера приказала долго жить, и школьникам просто морочат голову?

Да.

Источников магнитного поля постоянного магнита существует великое множество. Достаточно открыть пятитомную Физическую Энциклопедию (очень рекомендую скачать, и открывать регулярно), и почитать про магнетизм, магнетизм в веществе, и узнать, сколько много видов магнетизма современная физика знает. Вроде, ещё какая-то статья в УФН на эту тему была, тоже  пугающая  развлекательная.

Хёрд К. М. Многообразие видов магнитного упорядочения в твердых телах. УФН 142 (2) 331-355 (1984).
http://ufn.ru/ru/articles/1984/2/e/
кажется...

Однако даже и по Савельеву в этом не разобраться.

Сформулируйте-ка цель, пожалуйста.

-- 23.03.2017 23:27:23 --

Кое-что на эту тему сказано в замечательном
Зильберман. Электричество и магнетизм.
Но я не уверен, что сказано хорошо. Давно не перечитывал.

[amon]

.

Anton_Peplov в сообщении #1202971 писал(а):

Следует ли понимать это так, что гипотеза Ампера приказала долго жить, и школьникам просто морочат голову?

Есть замечательная, на мой взгляд, книжка Тамма "Основы теории электричества". Там в 5-й главе выжато все, что можно выжать без квантовой механики (но со спином электрона) в теории магнетиков. Посмотрите, там все проходимо.

[Anton_Peplov]

Хорошо. На данный момент я понял, что магнитные свойства вещества устроены сложно, и, чтобы получить об этом адекватное представление, придется всласть посидеть над вузовскими учебниками, а то и над монографиями.

Теперь вопрос (он уже скорее в "Вопросы преподавания"). Вот Вы - школьный учитель физики, скажем, в девятом классе. У Вас на руках классический учебник Перышкина и Гутника, где сказано про гипотезу Ампера, во веки веков, аминь. Перед Вами сильный (подчеркну это!) ученик, интересующийся физикой.
Стоит ли говорить ему, что "на самом деле с постоянными магнитами все гораздо сложнее, но гипотеза Ампера - лучшее, что мы можем изложить в рамках средней школы"? Будет ли от этого польза или одна лишь сумятица в голове?

[amon]

Anton_Peplov,
Я бы ответил примерно так. Всякое магнитное поле, убывающее на бесконечности, я могу представить как поле некоторых токов. Это так же, как поле металлического шара вне шара можно заменить на поле точечного заряда, находящегося в центре шара. Дальше, производя математические манипуляции с этими, возможно фиктивными, токами, я получу вполне пристойную математическую теорию, описывающую магнитные материалы. Для постоянных магнитов кроме токов надо еще ввести, такую же возможно фиктивную, силу взаимодействия магнитного поля с материалом магнита. В такой теории появится некоторое количество констант, связанных с величиной этих токов и сил. Их я возьму из эксперимента, и полученная модель будет вполне соответствовать реальности.

Если же я попытаюсь сосчитать эти константы и силы, пользуясь наивными представлениями об их природе (токи - вращение электронов вокруг атомов, силы - магнитное взаимодействие маленьких магнитиков), то тут будет полный облом - ничего соответствующего реальности не получится, поскольку эти силы и токи описываются квантовой механикой, и в этом месте даже взрослые дяди до конца еще не разобрались.

[Cos(x-pi/2)]

Anton_Peplov
Не знаю, как сейчас, а раньше вдумчивым школьникам (и самому себе :) можно было посоветовать читать выпуски библиотечки "Квант". Там есть и о магнетизме: Природа магнетизма. Каганов М.И., Цукерник В.М. (Библиотечка «Квант». Выпуск 16).

[Dmitriy40]

amon
А как тогда ответить на вопрос почему магнит не греется этими вот токами - источниками магнитного поля? Ведь не потому же что они фиктивные? Собственно с гипотезой Ампера вопрос тот же. Или ответить наподобии "почему не излучает электрон в атоме? - потому что такое приближение теории к реальности."?

[amon]

Dmitriy40 в сообщении #1203024 писал(а):

Ведь не потому же что они фиктивные?

Именно поэтому.

[Munin]

Dmitriy40 в сообщении #1203024 писал(а):

А как тогда ответить на вопрос почему магнит не греется этими вот токами - источниками магнитного поля?

"Скорее, интересно и удивительно то, что обычный проводник греется током. Ведь когда электроны летят в вакууме, то ток есть, а никакого нагревания нет. Причина этого - в дефектах и колебаниях кристаллической решётки металла... А те токи, которые образуют магнитное поле магнетика, протекают в масштабах меньше, чем расстояния между дефектами, - внутри атомов. И поэтому они не приводят к нагреванию, не теряют энергию, и могут существовать вечно."

[sin(90-A)]

Metford в сообщении #1202975 писал(а):

Школьникам совершенно спокойно говорят об орбитах, по которым движутся электроны.

И после этого стоит ли удивляться такому количеству альтов, тусующихся на разных форумах?

А сказать школьнику что-то вроде "электрон в атоме находиться в потенциальной яме", для наглядности представив это, как шарик в лунке, нельзя?