با استفاده از افکت فارادی اثر فارادی و استفاده از آن کاربردهای عملی اثر فارادی

این اثر توسط M. Faraday در سال 1845 کشف شد.

توضیحات اولیه در مورد اثر فارادی توسط دی. ماکسول در کار خود "کارهای منتخب در مورد نظریه میدان الکترومغناطیسی" ارائه شد، جایی که او طبیعت چرخشی مغناطیس را در نظر می گیرد. بر اساس، از جمله، کار کلوین، که تأکید می کرد که علت اثر مغناطیسی بر نور باید چرخش واقعی (و نه خیالی) در یک میدان مغناطیسی باشد، ماکسول محیط مغناطیسی شده را مجموعه ای از «گرداب های مغناطیسی مولکولی می داند. " این نظریه که جریان های الکتریکی را خطی و نیروهای مغناطیسی را پدیده های دورانی می داند، از این نظر با نظریه های آمپر و وبر مطابقت دارد. تحقیقات انجام شده توسط دی.

• ضخامت ماده
• جزء نیروی مغناطیسی موازی با پرتو،
• ضریب شکست پرتو،
• با مجذور طول موج هوا نسبت معکوس دارد،
• شعاع متوسط ​​گردابه های مغناطیسی،
• ظرفیت القای مغناطیسی (نفوذپذیری مغناطیسی).

د. ماکسول تمام مفاد «نظریه گرداب‌های مولکولی» را به‌طور دقیق ریاضی اثبات می‌کند، به این معنی که همه پدیده‌های طبیعی اساساً مشابه هستند و به روشی مشابه عمل می‌کنند.

بسیاری از مفاد این کار متعاقباً فراموش شدند یا درک نشدند (مثلاً توسط هرتز)، اما معادلات شناخته شده امروز برای میدان الکترومغناطیسی توسط D. Maxwell از مقدمات منطقی این نظریه استخراج شد.

فیزیکدان نظری اتریشی، L. Boltzmann، در یادداشت هایی به کار D. Maxwell، به شرح زیر پاسخ داد:

می‌توانم بگویم که پیروان ماکسول احتمالاً چیزی در این معادلات به جز حروف تغییر نداده‌اند... بنابراین، نتایج مجموعه‌ای از آثار ترجمه شده در اینجا باید در زمره مهم‌ترین دستاوردهای نظریه فیزیکی قرار گیرد.»

همچنین ببینید

• جلوه های نوری مغناطیسی

نظری در مورد مقاله "اثر فارادی" بنویسید

یادداشت

منبع

• . دایره المعارف فیزیکی. v.5. صفحه 275

گزیده ای از توصیف اثر فارادی

منظره هولناک میدان جنگ پوشیده از اجساد و مجروحان، همراه با سنگینی سر و با خبر کشته و زخمی شدن بیست ژنرال آشنا و با آگاهی از ناتوانی دست قوی قبلی خود، تأثیر غیرمنتظره ای را بر مردم نهاد. ناپلئون که معمولاً دوست داشت به مردگان و مجروحان نگاه کند و از این طریق قدرت روحی خود را آزمایش کند (آنگونه که فکر می کرد). در این روز، منظره هولناک میدان جنگ، نیروی معنوی را که لیاقت و عظمت خود را در آن باور داشت، شکست داد. او با عجله میدان جنگ را ترک کرد و به تپه شواردینسکی بازگشت. زرد، متورم، سنگین، با چشمان مات، بینی قرمز و صدایی خشن، روی صندلی تاشو نشسته بود و بی اختیار به صدای تیراندازی گوش می داد و چشمانش را بلند نمی کرد. با اندوهی دردناک در انتظار پایان آن امری بود که خود را عامل آن می‌دانست، اما نمی‌توانست جلوی آن را بگیرد. احساس شخصی انسانی برای لحظه ای کوتاه بر آن شبح مصنوعی زندگی که او برای مدت طولانی در خدمتش بود، ارجحیت یافت. رنج و مرگی را که در میدان جنگ دید، تحمل کرد. سنگینی سر و سینه‌اش، احتمال رنج و مرگ را برای خودش یادآوری می‌کرد. در آن لحظه او مسکو، پیروزی یا شکوه را برای خود نمی خواست. (به چه شکوهی بیشتر نیاز داشت؟) تنها چیزی که اکنون می خواست آرامش، آرامش و آزادی بود. اما زمانی که او در ارتفاعات سمنوفسکایا بود، رئیس توپخانه به او پیشنهاد کرد که چندین باتری را در این ارتفاعات قرار دهد تا آتش را بر روی نیروهای روسی که در مقابل کنیازکوف ازدحام کرده بودند، تشدید کند. ناپلئون موافقت کرد و دستور داد تا اخباری در مورد تأثیر این باتری ها برای او بیاورند.
آجودان آمد تا بگوید که به دستور امپراتور دویست اسلحه به سمت روس ها نشانه رفته است، اما روس ها هنوز آنجا ایستاده اند.
آجودان گفت: "آتش ما آنها را در ردیف بیرون می کشد، اما آنها می ایستند."
ناپلئون با صدایی خشن گفت: "Ils en veulent encore!.. [آنها هنوز هم می خواهند!...]."
- آقا؟ [حاکم؟] - آجودانی که گوش نداد تکرار کرد.
ناپلئون با اخم و با صدایی خشن گفت: «Ils en veulent encore»، «donnez leur en». [شما هنوز می خواهید، پس از آنها بپرسید.]
و بدون دستور او آنچه می خواست انجام شد و فقط به این دلیل دستور داد که گمان می کرد از او انتظار می رود. و او دوباره به دنیای مصنوعی سابق خود از ارواح با عظمتی منتقل شد و دوباره (مانند اسبی که روی چرخ محرک شیبدار راه می‌رود تصور می‌کند که دارد کاری برای خودش انجام می‌دهد) او مطیعانه شروع به اجرای آن بی‌رحمانه، غمگین و دشوار کرد. ، غیر انسانی نقشی که برایش در نظر گرفته شده بود.
و فقط برای این ساعت و روز نبود که ذهن و وجدان این مرد که بار سنگین تر از همه شرکت کنندگان دیگر در این موضوع اتفاق می افتاد را متحمل شد. اما هرگز تا آخر عمر نتوانست خوبی، زیبایی، حقیقت یا معنای اعمالش را که آنقدر در تضاد با خوبی و حقیقت بود و از همه چیز انسانی دور بود تا معنای آنها را بفهمد، درک نکرد. او نمی توانست از اعمال خود که توسط نیمی از جهان ستایش می شد چشم پوشی کند و به همین دلیل مجبور بود از حقیقت و خوبی و هر چیز انسانی چشم پوشی کند.
نه تنها در این روز، با رانندگی در اطراف میدان نبرد، پر از افراد مرده و مثله شده (همانطور که فکر می کرد، به اراده خود)، او با نگاهی به این افراد، شمارش کرد که برای یک فرانسوی چند روس وجود دارد و با فریب دادن خود، پیدا کرد. دلایلی برای خوشحالی از اینکه به ازای هر فرانسوی پنج روس وجود داشت. نه تنها در این روز او در نامه‌ای به پاریس نوشت که میدان جنگ بسیار باشکوه بود، زیرا پنجاه هزار جسد در آن وجود داشت. اما همچنین در جزیره سنت هلنا، در خلوت تنهایی، جایی که او گفت که قصد دارد اوقات فراغت خود را به نمایش اعمال بزرگی که انجام داده است اختصاص دهد، نوشت:
"La guerre de Russie eut du etre la plus populaire des temps modernes: c"etait celle du bon sens et des vrais interets، celle du repos و de la securite de tous؛ elle etait purement pacifique et conservatrice.
C "etait pour la grande sedema، la fin des hasards elle commencement de la securite. Un nouvel horizon، de nouveaux travaux allaient se derouler, tout plein du bien etre et de la prosperite de tous. Le systeme europeen se trouvait fonde; il. "etait plus question que de l" organizer.
رضایت از نقاط بزرگ و بخش آرام، j "aurais eu aussi mon kongres et ma sainte alliance. Ce sont des idees qu" on m"a volees. Dans cette reunion de grands souverains, nous eussions traits de nos interets en famille de clerc a maitre avec les peuples.
L"Europe n"eut bientot fait de la sorte veritablement qu"un meme peuple, et chacun, en voyageant partout, se fut trouve toujours dans la patrie commune. que les grandes armees permanentes fussent reduites desormais a la seule garde des souverains.

موادی که در یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرند ناهمسانگرد می شوند. هنگامی که نور در جهت میدان مغناطیسی منتشر می شود، ناهمسانگردی دایره ای است. این خود را در چرخش آزیموت قطبش خطی توسط یک زاویه نشان می دهد φ بسته به شدت میدان مغناطیسی نو فواصل لکه نور در میدان مغناطیسی حرکت می کند،

جایی که V- ثابت Verdet، مشخص کننده خواص مغناطیسی نوری یک ماده.

اثر چرخش آزیموت پلاریزاسیون با انتشار نور در جهت میدان مغناطیسی را اثر فارادی می نامند. اجازه دهید در اینجا به تفاوت مهم بین چرخش طبیعی آزیموت پلاریزاسیون در مواد فعال نوری و اثر فارادی توجه کنیم. در حالت اول، جهت چرخش صرفاً با جهت انتشار نور، به عنوان مثال، در جهت عقربه های ساعت تعیین می شود. بنابراین، اگر نوری که از یک ماده فعال نوری عبور کرده است در آینه منعکس شود، با بازگشت به نقطه شروع، جهت نوسانات بردار الکتریکی را باز می گرداند.

در مورد اثر فارادی، جهت چرخش آزیموت پلاریزاسیون توسط بردار القای مغناطیسی تعیین می شود، صرف نظر از اینکه نور در امتداد میدان منتشر می شود یا در مقابل میدان. اگر در این حالت نور از آینه منعکس شده و به عقب فرستاده شود، زاویه چرخش در موقعیت اولیه دو برابر می شود.

اثر فارادی به فرد اجازه می دهد تا حوزه های مغناطیسی را در مواد فرومغناطیسی شفاف مشاهده کند. برای این منظور از کریستال های گارنت فریت (گادولینیم ارتوآلومینات) استفاده می کنیم که از یک طرف دی الکتریک است و در ناحیه مرئی طیف شفاف است و از طرف دیگر دارای خواص فرومغناطیسی بارز است. نمونه به شکل یک صفحه نازک (0.5 × 5 × 5 میلی متر) است که در آن حوزه های مغناطیسی هزارتویی از مناطق با دو جهت مخالف مغناطش خود به خود را تشکیل می دهند. به طور کلی، نمونه مغناطیسی نمی شود، زیرا حجم دامنه های مغناطیسی "بالا" و "پایین" برابر است (شکل 5.15).

بیایید این نمونه را روی صحنه میکروسکوپ قرار دهیم و آن را با نور پلاریزه خطی روشن کنیم (شکل 8.71). پس از عبور از نمونه، قطبش نور دیگر یکنواخت نخواهد بود، در تمام نقاط مقطع پرتو یکسان است. قطبش نوری که از برخی حوزه ها عبور کرده است با زاویه کوچکی در یک جهت می چرخد ​​و قطبش نوری که از حوزه های دیگر عبور کرده است با همان زاویه در جهت دیگر می چرخد. اگر اکنون یک آنالایزر را در مقابل چشمی میکروسکوپ قرار دهید، سپس با چرخاندن آن، می توانید برخی از حوزه ها را تیره و برخی دیگر را روشن کنید (شکل 8.72a). برعکس، با چرخاندن بیشتر تحلیلگر، می توانید اولین دامنه ها را روشن و بقیه را تاریک کنید (شکل 8.72b).

آ	ب
V	جی

برنج. 8.72. دامنه های مغناطیسی روی صفحه نمایشگر.

اگر نمونه را در یک میدان مغناطیسی طولی قرار دهید (یک سیم پیچ کوچک با جریان برای این کار استفاده می شود)، سپس مغناطیسی شدن گارنت فریت اتفاق می افتد، در حالی که اندازه برخی از حوزه ها کاهش می یابد، در حالی که برخی دیگر افزایش می یابند (شکل 8.72c). در این حالت تا حدی مغناطیسی شده، نشان دادن تاریک شدن برخی از حوزه ها و روشن شدن برخی دیگر در هنگام چرخش تحلیلگر واضح است. با افزایش بیشتر میدان مغناطیسی، می توان به مغناطیسی کامل نمونه دست یافت (شکل 8.72d). با خاموش کردن میدان مغناطیسی، نمونه به حالت اصلی و غیر مغناطیسی باز می گردد. این فرومغناطیس نرم هیچ مغناطیسی باقیمانده ندارد.

با استفاده از یک میدان مغناطیسی پالسی، می‌توان سعی کرد از نواری به حوزه‌های مغناطیسی استوانه‌ای حرکت کرد، که هنگام مشاهده بین قطبش‌کننده‌های متقاطع مانند نقاطی به نظر می‌رسند. این حوزه ها هستند که برای ایجاد سیستم های پردازش اطلاعات الکترونیکی مورد توجه قرار می گیرند.

نور پلاریزه خطی انتشار در منطقه در امتداد یک میدان مغناطیسی ثابت. کشتزارهایی که روستا در آن قرار دارد.

تحت تاثیر مغناطیسی میدان ها، ذرات باردار در جزایر چرخش پیدا می کنند. حرکت در صفحه ای عمود بر جهت میدان. جسم دارای آهنربای القایی است. لحظه از آنجایی که برقی است و ماگ. القاء در ماده به وجود مغناطیس بستگی دارد. گشتاور و مغناطیسی قطبش محیط تحت تأثیر میدان، سپس این وابستگی در این واقعیت آشکار می شود که نور تک رنگ است. موجی که در جهت میدان منتشر می شود و در یک دایره قطبی می شود، یک تغییر فاز رخ می دهد و علامت تغییر به جهت قطبش دایره ای بستگی دارد. در نتیجه، برای هر موجی که برهم نهی دو جزء است - امواجی که در یک دایره در جهت مخالف قطبیده شده اند - نسبت فاز اجزا تغییر می کند. به طور خاص، نور پلاریزه خطی، که ترکیبی خطی با وزن مساوی از امواج قطبی شده سمت چپ و راست در یک دایره است، دوباره به نور قطبی شده خطی تبدیل می شود، اما با چرخش صفحه قطبش (با زاویه a) نسبت به جهت انتشار موج چنین تغییر فازی معادل تفاوت در ضریب شکست یک ماده (یا همان سرعت انتشار موج نور) برای امواج قطبی شده چپ و راست است.

در ناحیه آهنرباهای نه چندان قوی. زاویه چرخش a صفحه قطبش با فرمول زیر تعیین می شود:

a = V(w,T) l B,

که در آن V(w,T) ثابت Verdet است، بسته به دما، فرکانس w تک رنگ. تابش و t-ryT; ل - نوری طول مسیر، به عنوان مثال، طول کووتی که ماده در آن قرار دارد. B-magn. القای مغناطیسی دائمی زمینه های. برای محلول غلظتی با مقدار l باید با cl جایگزین شود. ثابت Verdet V M برای یک مول از یک ماده، چرخش مولی یک ماده خالص را تعیین می کند: V M = VM/r (M - جرم مولی، r - چگالی یک ماده) یا چرخش مولی یک ماده در یک محلول: V M = V/c.

علامت زاویه چرخش (اگر انتشار نور با جهت میدان مغناطیسی منطبق باشد و ناظر به منبع نور نگاه کند X برای چرخش جهت عقربه‌های ساعت صفحه قطبش مثبت در نظر گرفته می‌شود. این انتخاب از علائم در شیمی رایج است. در فیزیک معمولاً برعکس علامت‌ها پذیرفته می‌شود. از نظر مقدار عددی، ثابت‌ها ثابت‌های Verdet، به طور معمول، بسیار کوچک هستند: صدم دقیقه قوسی. برای تعدادی از مواد پارامغناطیس آنها به دهم دقیقه می‌رسند. Verdet برای مواد فرومغناطیسی ثابت ها بالاترین مقادیر را دارند که به ده ها دقیقه می رسد.

در فرکانس خط D سدیم (w ~ 17000 cm-1)، برای اکثر گونه ها ثابت های Verdet منفی و فقط برخی پارامغناطیس هستند. مواد (به عنوان مثال، نمک های آهن) صفحه قطبش را در جهت مثبت می چرخانند. هنگامی که یک پرتو نور به سمت عقب می‌گذرد، صفحه قطبش آن نسبت به این پرتو در جهت مخالف می‌چرخد، در حالی که نسبت به جهت میدان B، در همان جهتی می‌چرخد که در هنگام عبور به جلو می‌چرخد. این اجازه می دهد تا پرتو چندین بار از آن عبور کند تا زاویه چرخش a جمع شود.

وابستگی زاویه چرخش a به فرکانس تماس. پراکندگی مغناطیسی نوری چرخش: a= a(w). پراکندگی به شدت به ساختار انرژی بستگی دارد. طیف یک مولکول، به ویژه در مورد اینکه چگونه اثر زیمن خود را در مولکول های منحط در غیاب مغناطیس نشان می دهد. میدان های انرژی سطوح انتقال هابین سطوح فرعی زیمن در حضور تقسیم می شود. میدان ها به دلیل اثر فارادی، قطبی می شوند که به نوبه خود بر شکل منحنی های پراکندگی مغناطیسی تأثیر می گذارد. نوری چرخش میدان مغناطیسی نیز با همان دلایل مرتبط است - قطبش انتقال. دو رنگی دایره ای، که با تفاوت در ضرایب مولی تعیین می شود. جذب نور قطبی دایره ای چپ و راست: D e (w) = e L (w) - e P (w).

در شیمی، اغلب از نتایج تجربی استفاده می شود. روابطی که ثابت های وردت را با شیمی مرتبط می کند. ساختار مولکول ها، به عنوان مثال، در همولوگ. ردیف ها افزودنی بودن مقادیر V M را روی قطعات ساختاری اعمال می کنند

هنگامی که یک ماده در یک میدان مغناطیسی قرار دارد، چرخش صفحه قطبش نور مشاهده می شود. از نظر تئوری، اثر فارادی همچنین می‌تواند خود را در خلاء در میدان‌های مغناطیسی مرتبه 10 11 -10 12 گاوس نشان دهد.

تبیین پدیدارشناختی

تابش قطبی خطی که از یک محیط همسانگرد عبور می کند همیشه می تواند به صورت برهم نهی دو موج قطبی شده راست و چپ با جهت مخالف چرخش نمایش داده شود. در یک میدان مغناطیسی خارجی، ضریب انکسار نور قطبی شده دایره‌ای راست و چپ، متفاوت می‌شود. n + (\displaystyle n_(+))و n - (\displaystyle n_(-))). در نتیجه، هنگامی که تابش قطبی شده خطی از یک محیط عبور می کند (در امتداد خطوط میدان مغناطیسی)، اجزای قطبی شده دایره ای چپ و راست آن با سرعت های فاز متفاوت منتشر می شوند و اختلاف مسیری به دست می آورند که به طور خطی به طول مسیر نوری بستگی دارد. در نتیجه، صفحه قطبش نور تک رنگ قطبی خطی با طول موج λ (\displaystyle \lambda)مسیر را در محیط طی کرد l (\displaystyle l)، در یک زاویه می چرخد

در ناحیه میدان های مغناطیسی نه چندان قوی، تفاوت n + − n − (\displaystyle n_(+)-n_(-))به طور خطی به شدت میدان مغناطیسی بستگی دارد و به طور کلی زاویه چرخش فارادی با رابطه توصیف می شود

جایی که ν (\displaystyle \nu)- ثابت Verdet، یک ضریب تناسب که به خواص ماده، طول موج تابش و دما بستگی دارد.

توضیح ابتدایی

اثر فارادی ارتباط نزدیکی با اثر زیمن دارد که شامل تقسیم سطوح انرژی اتمی در یک میدان مغناطیسی است. در این حالت، انتقال بین سطوح تقسیم شده با انتشار فوتون های قطبش راست و چپ رخ می دهد که منجر به ضرایب شکست و ضرایب جذب متفاوت برای امواج با قطبش متفاوت می شود. به طور کلی، تفاوت در سرعت امواج قطبی متفاوت به دلیل تفاوت در طول موج فوتون های جذب شده و بازتابیده شده است.

توصیف دقیق اثر فارادی در چارچوب مکانیک کوانتومی انجام شده است.

اعمال یک اثر

در ژیروسکوپ های لیزری، تجهیزات اندازه گیری لیزری، فرستنده های لیزری در سیستم های ارتباطی به عنوان عنصری از جداکننده نوری محافظ استفاده می شود. علاوه بر این، از اثر در ایجاد دستگاه های مایکروویو فریت استفاده می شود. به طور خاص، اثر فارادی زیربنای عملکرد مایکروویو و گردشگرهای نوری است.

داستان

این اثر توسط M. Faraday در سال 1845 کشف شد.

توضیحات اولیه در مورد اثر فارادی توسط دی. ماکسول در کار خود "کارهای منتخب در مورد نظریه میدان الکترومغناطیسی" ارائه شد، جایی که او طبیعت چرخشی مغناطیس را در نظر می گیرد. بر اساس، از جمله، کار کلوین، که تأکید می کرد که علت اثر مغناطیسی بر نور باید چرخش واقعی (و نه خیالی) در یک میدان مغناطیسی باشد، ماکسول محیط مغناطیسی شده را مجموعه ای از «گرداب های مغناطیسی مولکولی می داند. " این نظریه که جریان های الکتریکی را خطی و نیروهای مغناطیسی را پدیده های دورانی می داند، از این نظر با نظریه های آمپر و وبر مطابقت دارد. تحقیقات انجام شده توسط دی.

• ضخامت ماده
• جزء نیروی مغناطیسی موازی با پرتو،
• ضریب شکست پرتو،
• با مجذور طول موج هوا نسبت معکوس دارد،
• شعاع متوسط ​​گردابه های مغناطیسی،
• ظرفیت القای مغناطیسی (نفوذپذیری مغناطیسی).

د. ماکسول تمام مفاد «نظریه گرداب‌های مولکولی» را به‌طور دقیق ریاضی اثبات می‌کند، به این معنی که همه پدیده‌های طبیعی اساساً مشابه هستند و به روشی مشابه عمل می‌کنند.

بسیاری از مفاد این کار متعاقباً فراموش شدند یا درک نشدند (مثلاً توسط هرتز)، اما معادلات شناخته شده امروز برای میدان الکترومغناطیسی توسط D. Maxwell از مقدمات منطقی این نظریه استخراج شد.