Yago в 11:33, 10 апреля 2011

2011-04-10T11:33:36Z

Новая страница

{{Учёный
|Имя = Федор Федорович Менде
|Оригинал имени =
|Фото =
|Ширина =
|Подпись =
|Дата рождения = 02.07.1939 г.
|Место рождения =
|Дата смерти =
|Место смерти =
|Гражданство = {{Флаг СССР}}{{Флаг Украины}}
|Научная сфера =
|Место работы =
|Учёная степень = {{Учёная степень|доктор|технических наук}}
|Учёное звание =
|Альма-матер =
|Научный руководитель =
|Знаменитые ученики =
|Известен как =
|Известна как =
|Награды и премии =
|Роспись =
|Ширина росписи =
|Сайт = http://fmnauka.narod.ru/ http://bolshoyforum.org/forum/index.php?board=50.0
}}

== Введение ==

Все привыкли думать, что любое механическое движение всегда является инерционным и не может мгновенно прекратиться после снятия силы его побуждающей. Однако это не так. Прецессионное движение волчка, осуществляющего прецессионное движение в поле силы тяжести, является безинерционным и мгновенно прекращается в случае утраты опоры его оси. В этом легко убедиться, быстро убрав из под волчка его опору. При своём свободном падении волчек продолжает вращаться, однако его ось прекращает прецессию и остаётся в том положении, в котором находилась в момент потери опоры.

В электродинамике инерционные свойства заряда сопоставляют с его кинетической индуктивностью. Однако известно, что в магнитном поле атомы или молекулы, имеющие магнитный момент, тоже осуществляют прецессионное движение, которое является безинерционным и мгновенно прекращается при снятии магнитного поля. И если инерционные свойства зарядов описываются их кинетической индуктивностью, то возникает вопрос, какими параметрами описывается безинерционное прецессионное движение магнитных моментов в магнитном поле.

== Кинетическая емкость ==

Второе уравнение Максвелла для проводящих сред имеет вид:

[[Файл: Кинетическая емкость001.gif]]

(1)

где [[Файл: Кинетическая емкость002.gif]] - проводимость, [[Файл: Кинетическая емкость003.gif]]- диэлектрическая проницаемость вакуума, [[Файл: Кинетическая емкость004.gif]]- кинетическая индуктивность свободных зарядов.

Уравнение (1) даёт суммарную плотность тока в проводящей среде. Первое слагаемое правой части представляет резистивный ток, второе – ток смещение и третье слагаемое представляет ток проводимости.

В то же время, первое уравнение Максвелла записывается следующим образом:

[[Файл: Кинетическая емкость005.gif]]
(2)

где [[Файл: Кинетическая емкость006.gif]] - магнитная проницаемость среды. Видно, что уравнения (1) и (2) несимметричны.

Несколько улучшить симметрию этих уравнений можно введя в уравнение (2) член линейный по магнитному полю, учитывающий тепловые потери в магнетиках в переменных полях:

[[Файл: Кинетическая емкость007.gif]]
(3)

где [[Файл: Кинетическая емкость008.gif]] - проводимость магнитных токов. Но вот интеграла такого типа, который имеется в правой части уравнения (1), в данном уравнении нет. В то же время нам известно, что атом, обладающий магнитным моментом [[Файл: Кинетическая емкость009.gif]], помещённый в магнитное поле, и осуществляющий в нём прецессионное движение, имеет потенциальную энергию [[Файл: Кинетическая емкость010.gif]]. Поэтому потенциальная энергия может накапливаться не только в электрических полях, а и в прецессионном движении магнитных моментов, которое не обладает инерцией. Аналогичный случай имеется и в механике, когда гироскоп, прецессирующий в поле внешних сил, накапливает потенциальную энергию. По определению механическое прецессионное движение также является безинерционным и сразу же прекращается после снятия внешних сил. Например, если из под прецессирующего волчка, вращающегося в поле земного тяготения, быстро убрать опору, то он начнёт падать, сохраняя в пространстве то направление своей оси, которое было в момент, когда была убрана опора. Такая же ситуация имеет место и для случая прецессирующего магнитного момента. Его прецессия является безинерционной и прекращается в момент снятия магнитного поля.

С учётом сказанного можно ожидать, что при описании прецессионного движения магнитного момента во внешнем магнитном поле в правой части соотношения (3) может появиться слагаемое того же типа, что и в соотношении (1). Только вместо [[Файл: Кинетическая емкость004.gif]] будет стоять [[Файл: Кинетическая емкость011.gif]], т.е. кинетическая ёмкость, характеризующая ту потенциальную энергию, которую имеет прецессирующий магнитный момент в магнитном поле:

[[Файл: Кинетическая емкость012.gif]]

(4)

Впервые такое представление первого уравнения Максвелла с учётом кинетической ёмкости было дано в работе [1].

Посмотрим, может ли реализоваться такой случай на практике, и что из себя представляет кинетическая ёмкость. Резонансные процессы в плазме и диэлектриках характеризуются тем, что в процессе колебаний происходит попеременное преобразование электростатической энергии в кинетическую энергию движения зарядов и наоборот. Такой процесс может быть назван электрокинетическим и все устройства: лазеры, мазеры, фильтры и т.д., которые используют этот процесс, могут быть названы электрокинетическими. Наряду с этим существует и другой тип резонанса – магнитный. Если пользоваться существующими представлениями о зависимости магнитной проницаемости от частоты, то не трудно показать, что такая зависимость связана с наличием магнитного резонанса. Чтобы показать это, рассмотрим конкретный пример ферромагнитного резонанса. Если намагнитить феррит, приложив постоянное поле [[Файл: Кинетическая емкость013.gif]] параллельно оси [[Файл: Кинетическая емкость014.gif]], то по отношению к внешнему переменному полю среда будет выступать как анизотропный магнетик с комплексной проницаемостью в виде тензора [2]

[[Файл: Кинетическая емкость015.gif]]

где

[[Файл: Кинетическая емкость016.gif]]

причем '''Ω''' = '''|γ|''' [[Файл: Кинетическая емкость013.gif]]

(4)

есть собственная частота прецессии, а

[[Файл: Кинетическая емкость017.gif]]

(5)

есть намагниченность среды. Учитывая (4) и (5) для [[Файл: Кинетическая емкость018.gif]], можно записать

[[Файл: Кинетическая емкость019.gif]]

(6)

Получилось, что магнитная проницаемость магнетика зависит от частоты, и могут возникнуть подозрения, что, как и в случае с плазмой, здесь есть какой-то подвох.

Если считать, что электромагнитная волна распространяется вдоль оси [[Файл: Кинетическая емкость020.gif]] и имеются компоненты полей [[Файл: Кинетическая емкость021.gif]] и [[Файл: Кинетическая емкость022.gif]], то первое уравнение Максвелла примет вид:

[[Файл: Кинетическая емкость023.gif]]

Учитывая (6), получим

[[Файл: Кинетическая емкость024.gif]]

Для случая [[Файл: Кинетическая емкость025.gif]]>>'''Ω''' имеем

[[Файл: Кинетическая емкость026.gif]]

(7)

Полагая [[Файл: Кинетическая емкость027.gif]] и учитывая, что в этом случае

[[Файл: Кинетическая емкость028.gif]]

из (7) получаем

[[Файл: Кинетическая емкость029.gif]]

или

[[Файл: Кинетическая емкость030.gif]]

(8)

Для случая '''ω<<Ω''' находим

[[Файл: Кинетическая емкость031.gif]]

Величину

[[Файл: Кинетическая емкость032.gif]]

которая введена в соотношении (8) назовем кинетической емкостью.

С чем связано существование этого параметра, и каков его физический смысл? Если направление магнитного момента не совпадает с направлением внешнего магнитного поля, то вектор такого момента начинает прецессировать вокруг вектора магнитного поля с частотой '''Ω'''. Магнитный момент [[Файл: Кинетическая емкость033.gif]] обладает при этом потенциальной энергией [[Файл: Кинетическая емкость034.gif]]. Эта энергия подобно энергии заряженного конденсатора является потенциальной, потому что прецессионное движение, хотя и является механическим, однако, оно безинерционно и мгновенно прекращается при снятии магнитного поля. При наличии же магнитного поля прецессионное движение продолжается до тех пор, пока не будет израсходована накопленная потенциальная энергия, и вектор магнитного момента не станет параллельным вектору магнитного поля.

Эквивалентная схема рассмотренного случая приведена на рис. 1. В точке [[Файл: Кинетическая емкость025.gif]]='''Ω''' имеет место магнитный резонанс, при этом '''μ<sub>τ</sub>*(ω)→ −''' бесконечность. Резонансная частота макроскопического магнитного резонатора, как легко видеть из эквивалентной схемы, также не зависит от размеров линии и равна '''Ω'''. Таким образом, параметр

[[Файл: Кинетическая емкость035.gif]]

не является частотно зависимой магнитной проницаемостью, а включает в себя m0, m и Сk, которые включены в соответствии с эквивалентной схемой, изображенной на рис. 1.

Нетрудно показать, что в данном случае имеет место распространение трех волн: электрической, магнитной и волны, несущей потенциальную энергию, которая связана с прецессией магнитных моментов вокруг вектора [[Файл: Кинетическая емкость013.gif]].

[[Файл: Кинетическая емкость036.gif]]

Рис. 1. Эквивалентная схема двухпроводной линии, заполненной магнетиком.

По этой причине такие волны могут быть названы электромагнитнопотенциальными. Все устройства, в которых используются такие волны, также могут быть названы электромагнитнопотенциальными.

До появления работы [1] в электродинамике такое понятие, как кинетическая ёмкость не использовалось, хотя это реальный параметр имеет очень понятную физическую интерпретацию.

== Литература ==

*1. Менде Ф. Ф. К вопросу об уточнении уравнений элетромагнитной индукции. - Харьков, депонирована в ВИНИТИ, №774-В88 Деп., 1988.-32с.
*2. Никольский В. В., Никольская Т. И. Электродинамика и распространение радиоволн. М: Наука, 1989.- 543 с.

[[Категория:Научный журнал]]

Кинетическая ёмкость - История изменений

Yago в 11:33, 10 апреля 2011