Theorien des Magnetismus

318 Pages·1925·9.438 MB·German

by  S. L. Quimby (auth.)

DIE WISSENSCHAFT
Sammlung von Einzeldarstellungen aus den Gebieten der
Naturwissenschaft und der Technik
Herausgegeben von Prof. Dr. EILHARD WIEDEMANN
BAND 74
Theorien des Magnetismus
Aus dem Amerikanischen iibersetzt
von
Joseph Wtirschmidt
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
1925
Theorien des MagnetisIDUs
Bericht des Komitees tiber Theorien des
Magnetismus des National Research Council
in Washington von S.J. Barnett, L. R. Ingersoll,
J. Kunz, S. L.Quim by, E. M.Terry, S. R.Williams,
A. P. Wills. Nach der im Bulletin of the· National
Research Council erschienenen Veroffentlichung
iibersetzt von
Joseph WUrschmidt
Mit 67 Abbildungen
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
ISBN 978-3-663-03326-4 ISBN 978-3-663-04515-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-04515-1
Softcover reprint of the hardcover 1s t edition 1925
AIle Rechte vorbehalten
VOrWort zur amerikanisohen Ausgabe.
Die vorliegende Arbeit versucht in grofien UmrisBen die
Entstehung und Entwicklung der magnetischen Theorien Ton
der Zeit Poissons und Amperes bis jetzt zu s1dzzieren, mit
Einschlufi einiger experimenteller Ergebnisse, besonders in dem
Gemet der Magnetostriktion, wo Theorie und Experiment sich
in verhaltwsmiifiig. bester Ubereinstimmung befinden.
Es ist zu bemerken; dafi in dem vorliegenden Werke der
Hall-Effekt oder verwandte Erscheinungen nicht beriicksichtigt
werden, der Grund hierflir liegt darin, dafi dieBes Gebiet von
dem National Research Council einem anderen Komitee liber
geben wurde. Wenn einige Gebiete, die sonst eigentlicb bier
einschlii.gig .waren, fortgelassen sind, so liegt der Grund in der
uns auferlegten rii.umlichen Beschrankung. GewisseAbschnitte
sind vielleicht mehr hervorgetreten, als ihrer Bedeutung ent
spricht, .wahrend andere wider Geblihr zukurz gekommen sind.
Da der vorliegende zusammenfassende Bericht dureh die
Mitarbeit vieler geographisch weit getrennter Verfasser, denen
enge Zusammeparbeit nicht immer moglich war, entstanden ist,
mag stellenweise die Einheitlichkeit etwas zuriicktreten. Aber
troti solcher Mangel hoffen wir, dafi das Werk einen "Ober
blick liber das Thema liefern moge, der in seinen Hallptumrissen
widerspruchsfrei ist, und dafi der Leser durch seine L'ektlire
ein treues Bild des gegenwartigen Standes der magnetischen
Theorien erhalte.
Das Komitee ist Herrn Professor L. R. Ingersoll von der
Univemitii.t fUr seinen Beitrag liber Magneto-Optik zu Dank ver
pflichtet.
Vo rwort des Ubersetzers.
Als der Unterzeichnete vor einiger Zeit durch die Liebens
wiirdigkei t des Herrn S. R. Willi am s ,Oberlin College, das
"Theories of Magnetism" betitelte Bulletin of the National
Research Council, Vol. 3, Part 3, Nr. 18 zugeschickt erhalten
und auf seinen Inhalt durchgesehen hatte, kam ihm der Mangel
eines derartigen Werkes in deutscher Sprache zum Bewu6tsein,
da in keinem der deutschen Werke iiber Magnetismus die theo
retische Seite in ihrer historischen Entwicklung bis auf die
neueste Zeit in gleicher Weise wie hier Beriicksichtigung findet,
und man deshalb bisher auf das Durchsehen der meist in Zeit
schriften verstreut erschienenen Originalarbeiten angewiesen war.
Der Herausgeber der Sammlung "Die Wissenschaft", Herr
Geheimer Rat Prof. Dr. E. Wiedemann in Erlangen, hat nun
in liebenswiirdigster Weise die Aufnahme einer Ubersetzung der
"Theorien des Magnetismus" in diese Sammlung ermoglicht.
Es sei ihm auch an dieser Stelle herzlichst gedankt.
Bei der Anfertigung der Ubersetzung hat mich meine Frau
Lore wesentlich unterstiitzt; Herro Dr. F. Stablein in Essen
bin ich fiir eine genaue Durchsicht und das Lesen einer Kor
rektur zu Dank verpflichtet.
Die Autoren der einzelnen Aufsatze hatten die Freundlich
keit, das der Ubersetzung zugrunde gelegte Exemplar noch
einmal zu iiberarbeiten bzw. durchzusehen und eine Reihe von
Verbesserungen und Erganzungen anzubringen.
Tucuman, im August 1925.
Joseph Wiirscbmidt.
Inhaltsverzeiehnis.
Seite
S. L. Quimby. Magnetlsche Theorlen tor der Entdeckung des
Elektrons. • . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1
Die Anfange der Lehre yom Magnetismus, Gil b e r t s De magnete 1
Poissons Theorie des Magnetismus • • • • . . 3
Amp eres Theorie des Magnetismus • • . • • • 6
Die magnetischen Untersuchungen von Faraday. " 7
Web e r s Theorle des Magnetismus 9
0 0 0 0 0 0 0
Maxwells Modifikation der Theorie Weberso < 13
0
Ewings Theorie des permanenten Magnetismus undder Hysteresis 15
A. P. Wllh. DerFortschritt in derEntwlckiung der Theorlen des
Para- und Dlamagnetismus yon UIOO bls 1920 • . 18
0
10 Das dutch ein bewegtes Elektron hervorgemfene elektrische
und magnetische Feld 21
0 0 • • 0 0 • 0 • • • 0
Mechanische Wirkung auf ein bewegtes Elektron in einem
iiuBeren elektromagnetischen Felde • 26
0 • • 0 0'
n. Das Magneton • 26
0 • 0 0 • 0 0 0 • • • • 0 0 • 0
Gmndannahmen iiber die Struktureigenschaften des Magnetons 26
Das elektrische und daB magnetische Potential fiir ein rotie-
rendes Magneton 27
0 0 0 0 0 • 0 • • • • 0 .. 0 0 • •
Der Mittelwert des Vektorpotentials fiir ein rotierendes
starres M.agneton • • . 28
0 0 • • • • • • • • • 0 0 •
Der M.ittelwert der durch ein rotierendes starres Magneton
hervorgemfenen magnetischen Kraft. 29
0 • • • • 0 • •
Das magnetische Moment eines rotierenden starren Magnetons 30
Das dutch ein iiuBeres elektromagnetisches Feld auf ein
Magneton hervorgemfene Drehmoment. . . . 30
Gleichungen fiir ein rotierendes starres Magneton, bezogen
auf seine Hauptladungsachsen. • . • • • • . . • , , 33
Gleichungen fUr rotierende sphiirische und axiale Magnetonen,
bezogen auf Hauptachsen. 34
0 ••• 0 • 0 0 •••• 0
Die Rotationsbewegung eines einem iiuJleren elektromagne-
tischen Felde unterworfenen starren Magnetons • 36
Spezialfall des sphiirischen Magnetons. • 36
0 • • • • • • •
Spezialfall des axialen Magnetons. • 39
0 • 0 0 • • • • • •
Energie eines axialen rotierenden Magnetons in einem kon-
stanten iiuBeren magnetischen Felde. 41
0 0 • • 0 • 0 0
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
III. Die Verteilungsfunktion in den Theorien des Paramagnetismus 43
Fall eines Systems axialer Magnetonen in einem konstanten
auJleren magnetischen Felde. . . • • • . . . • " 45
Die Verteilungsformeln von Langevin. • . . . . . .. 49
Modifikation von Langevins Verteilungsformel durch Ein
fiihrung des magnetlschen molekularen Feldes. . .. 50
Die Verteilungsfunktion in den Quantentheorien des Para-
magnetismus. . . . . . • . . • . . . . . . . " 56
IV. Friihere Versuche zu Elektronentheorien des Magnetismus 56.
V 0 i g t s Versuch einer Elektronentheorie des Magnetismus 57
V. Die Theorie von Langevin 66
Diamagnetismus . . . . . . . . . . 67
Paramagnetismus. . .'. . . . . . . 74
Theorie eines paramagnetischen Gases 76
VI. Von Quantenhypothesen unabhangige Modifikationen der
Langevinschen Theorie . 81
Theorie von H 0 n d a . 81
Theorien von R. G a n s . . . . 83
Diamagnetismus . . . . . . . 86
Tragheitsmomente der diamagnetischen Magnetonen. 88
Paramagnetismus und Metamagnetismus . 90
Theorie von Honda und Okubo 98
Theorie von Oxl e y . . . . . . . 99
Theorie von Fri voId . . . . . . 100
VII. Auf Quantenhypothesen beruhende Theorien des Para-
magnetismus. • • . . '. 100
Theorie von Oosterhuis 102
Theorie von Ke e so m .. 102
Theorie von G an s. . . . 103
Theorie von. v. Weyssenhoff 107
Auf die P I an c ksche Quantelungsmethode gegriindete Theorien 115
Theorie von Reiche .••..•.•... 117
Andere Theorien. • . . . . . . . . . . . • . . • . . 118
Vergleich der Theorien mit dem Experiment. . . . . . . 119
VIII. Der durch die Bewegnng freier Elektronen in Metallen
hervorgerufene Diamagnetismus 122
Theorie von Schroedinger •••• 122
Der Diamag,netismus freier Elektronen 123
Diskussion der Ergebnisse. . . . • • 130
Die Abhangigkeit deJ; Suszeptibilitat kr von der Feldstarke 132
E. M. Terry. Theorien des Ferromagnetismus. - Innere Felder 134
Historische 1i'bersicht. . . . . . . • . . . . . . 134
Theorie von Ewing •........•.... 135
Die Wei s s sche Hypothese des molekularen Feldes 136
Ubersicht iiber die Theorie von Lan g e v in. . . . 136
Inhaltsverzeichnis. IX
Seite
Das molekulare Feld • . • • • • • 138
Spontane }lagnetisierung • • • . . 139
Die GroBe d,es molekularen Feldes • 140
Experimenteller Nachweis der Existenz "e~ '/nolekull1l"en
Feides • • • • . • • • • • . . • 141
1. Das Gesetz der korrespondierenden' Zustinde und die
Anderung der Sattigungsintensitat· mit 11er Temperatur 141
2. Die Abhingigkeit der spezitischen Wil.rme von dem
molekularen Felde. . • . . • • • • • • • '. • 143
3. Die magnetischen Eigenschaften derKristalIe und die
Hysteresekurve • . • . . • • • • • • • • • • 145
Die Elementarmagnete der ferromagnetischen KlIrper . 149
Die Natur des Molekularfeldes . 151
Theorie von Frivold ..•.. 155
Theorie von G a n S. • • • • • • 162
Theorie von Honda und Okubo 167
Das mittlere molekulare Feld der diamagnetischen Korper 177
Das ortliche molekulare Feld . . 183
Spannnngen und Energie des molekularen Feldes. . . . 186
Molekulares Feld und Zugfestigkeit. . . • • . . . . . . 187
Die Dichteanderung bei der Kristallisation als Magneto·
striktionseHekt des molekularen Feldes • • • . • . . 188
J. Kiln z. Theorlen del magnetlschen IUlstaUe und das Magneton 190
Pyrrhotit ••.....•......••...... 192
Messungen bei gewohnlichen Temperaturen . • . . • . • 193
Hypothese von Wei s s. Das innere molekulare Feld HI 194
Hysteresis. . . . . . . . . • . 197
EinfiuJJ der Temperatur. . . . . 199
Die anormalen Pyrrhotitkristalle . . '200
Kristallgruppen 201
Magnetit •.• 203
Symmetrie .. '. 203
Eisenkristall e . 205
Himatit .•.. 209
Gruppe 1. Anormale Kristalle • 210
Gruppe 2. Einfache Kristalle . 211
OMr die Theorie der ferromagnetischen Kristalle 212
Magnetonen. • . • . . . . . • • . . . 220
Losungen . • . • : . . . . . . . . • . . . • 223
Paramagnetische Korper in festem Zustand . . • • 227
Ferromagnetische Metalle bei tiefen Temperaturen . 229
Magnetische Eigenschaften beim Cur i e schen Punkte 230
Momente der Elementarmagnete nach J. K u n z 233
Das Magneton von B 0 hr. . • 234
Das Magneton von Parson .•.•..• .' . 239
x
Inhaltsverzeichnis.
Seite
s. R. W illla m s. Magnetostriktlon uDd ime Bedeutung fir -dIe
magnetlsehen Theorlen . . . . . . . . . . . . . 244
:S. L. Quimby. Theorlen der Magnetostrlktlon . ....... 258
Max well s Theorie der Spannung in einem magnetisierten
Medium ........•............ 259
Die Theorie der Magnetostriktion von v. He I mho It z und
Kirchhoff. . • . . . . • • . . . 261
La r m 0 rs Anwendung des Energieprinzips . . . . . . . 263
Die Untersuchungen von J. J. Thomson .....•.. 265
Die M a x well schen Spannungen in der Elektronentheorie 267
S. J. Barnett. Das Impulsmoment des Elementarmagnets 270
L. R. In g e r soli. Magneto-Optik . 293
Der Faraday-Effekt. 294
Der Zeeman-Effekt . 298
D~r Kerr-Effekt . . 304
Magnetisehe Theorien
vor der Entdeekung des ElektrQns.
s.
Von L. Quimby,
Professor der Physik an der Columbia-Universitat.
Die Anflinge
der Lebre vom Magnetismus. Gilberts "De Magnete".
Die Lehre' vom Magnetismus begann, ebenso wie die von der
Elektrizitiit, mit den Untersuchungen von William Gilbert
(* 1540, t 1603). Den Alten war die Tatsache bekannt, daD ge
riebener Bernstein leichte 'Korper anzieht, daJ.l der Magnetstein die
Fiihigkeit hat, Eisen anzuziehen, und daD die gleiche Fa~gkeit
auch dem Eisen mitgeteilt werden kann, dadurch, daD man. es in
die Nahe eines Magnetsteins bringt oder es mit ihm streicht. So
behandeltes Eisen war mindestens seit der Zeit der Kreuzzlige von
den Seeleuten als KompaJ.l benutzt worden. J edoch hatte man nicht
versucht, den geringen sicheren Wissensbestand liber diese Er
sche~ungen zu ordnen oder zu erweitern. Vielmehr war er in
eine.r Menge falscher Lehren untergegangen, die derStand der .A.rzte
urn ihn herumgebaut hatte; denn dieser hatte hauptsachlich Interesse
darjlJl, die geheimnisvolle Eigenschaft des Magnetsteins zur HeUung
von Krankheiten nutzbar zu machen. Gilbert, selbst Arzt, zer
streute diese irrigen Ansichten, indem er die medizinischen Eigen
schaften des Magnetsteins klar von seinen magnetischen tren:nte
und dann zu einer erschOpfEmden U ntersuchung der letzteren fort
schritt.
Er unterschied scharf zwischen' der elektrischen und der mag
netischen Anziehung, indem er den Unterschied des Verhaltens von
elektrisiertem Bernstein und magnetisiertem Eisen hervorhob. Er
Wiirs~hmidt, Theorien des Mallnetismus. 1