Сделай Сам Свою Работу на 5

Намагниченность и напряжённость магнитного поля





Магнитное поле в веществе

 

Анализируя параметры магнитных полей, созданных постоянными токами различной конфигурации, мы предполагали, что постоянные токи протекают по проводникам, находящимся в вакууме. Иначе говоря, мы отдельно не рассматривали свойства среды, в которых постоянные токи создавали магнитные поля. Однако если несущие ток проводники находятся в некоторой среде (не в вакууме) или если в магнитное поле, образованное токами в проводах, внести вещество, магнитное поле изменится. Это объясняется тем, что всякое вещество является магнетиком, т.е. способно под действием магнитного поля намагничиваться (приобретать магнитный момент).

Объяснение этого родилось из идеи А. Ампера. Он предположил, что любые магнитные поля создаются токами. А в постоянных магнитах текут, названные им, молекулярными токами, которые и создают магнитное поле постоянных магнитов.

При изучении магнитного поля в веществе (в магнетике) различают два типа токов: макротоки и микротоки, связанные с упорядоченным, направленным движением зарядов.

Микротоки это гениальная догадка Ампера. То, что он назвал молекулярными токами это токи, связанные с движением электронов в атомах. Электрон откроют только через 77 лет.



Намагниченное вещество создает свое магнитное поле , которое вместе с полем , созданным токами проводимости, образует результирующее поле . Под и понимаются усредненные (макроскопические) поля. Поле , как и поле токов проводимости , не имеет источников, т.е. магнитных зарядов, поэтому для результирующего поля при наличии магнетика справедлива теорема Гаусса

Это означает, что и при наличии магнетика линии вектора остаются непрерывными.

Ясно, что результирующее поле (B) должно зависеть от магнитных свойств магнетика. Магнитное поле микротоков возникает в результате воздействия внешнего магнитного поля, т.е. первичным источником магнитного поля в веществе являются макротоки.

В вакууме магнитное поле создают только макротоки, а в веществе и макротоки, и микротоки. Следовательно, для поля в веществе циркуляция вектора магнитной индукции запишется следующим образом.



(1)

I – макроток, I' – микроток.

Т.е. циркуляция равна алгебраической сумме токов, охватываемых контуром L.

В алгебраическую сумму молекулярных токов (I') входят только те молекулярные токи, которые нанизаны на контур (I'мол). Другие молекулярные токи либо не пересекают поверхность внутри контура, либо пересекают его дважды – в разных направлениях (I''мол), и их вклад в алгебраическую сумму токов оказывается равным нулю.

 

Рассмотрим элемент контура dl, образующий с магнитным моментом Pm угол a, на который нанизаны те молекулярные токи, центры которых попадают внутрь косого цилиндра. Объём этого цилиндра.

Число молекул в этом объёме будет равно.

 

 

n – концентрация молекул.

Итак, малому элементу dl контура L будет соответствовать охватываемый этим контуром микроток.

 

Степень намагничивания магнетика характеризуется магнитным моментом единицы объема. Эту величину называют намагниченностью и обозначают буквой . - величина векторная. По определению.

где - физически бесконечно малый объем, - магнитный момент отдельной молекулы. Суммирование проводится по всем молекулам в объеме .

Намагниченность можно представить себе в следующем виде.

,

где - концентрация молекул, - средний магнитный момент одной молекулы. Из приведенной формулы видно, что вектор имеет то же направление, что и средний вектор .

Для простоты запишем вектор намагниченности без учета усреднения.

Тогда для микротока можно записать.

А сам микроток будет равен.

(2)

Подставим (2) в (1), разделим на m0 и соберём интегралы в правую часть.

 



Отсюда получим.

(3)

Это вектор напряжённости магнитного поля. Величина удобная именно тем, что определяется только внешними токами, внешним магнитным полем.

Циркуляция вектора напряжённости магнитного поля вдоль произвольного замкнутого контура равна алгебраической сумме макротоков, охватываемым этим контуром.

Вектор напряжённости магнитного поля есть "силовая" характеристика той части магнитного поля в веществе, которая обусловлена только макротоками, т.е. это внешнее магнитное поле.

В вакууме молекулярных токов нет, поэтому , т.е. . Так как вектор напряжённости определяется только внешними токами, то вектор намагниченности принято связывать с вектором . Опыт показывает, что эта связь выглядит следующим образом.

c – магнитная восприимчивость, безразмерная величина. Подставим последнее выражение в (3) и получим.

Отсюда имеем.

Безразмерная величина называется относительной магнитной проницаемостью или просто магнитной проницаемостью вещества. С учетом этой характеристики вещества связь между векторами и для магнетиков можно выразить так:

В отличие от электрической восприимчивости , которая была введена нами для диэлектриков, магнитная восприимчивость бывает как положительной, так и отрицательной. Поэтому магнитная проницаемость может быть как больше, так и меньше нуля.

Физический смысл . Это число, показывающее во сколько раз, изменяется магнитное поле в магнетике.

В зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости все магнетики подразделяются на три группы.

1. Диамагнетики. У диамагнетиков отрицательна и мала по абсолютной величине. Вектор диамагнетиков имеет направление, обратное направлению вектора ( );

2. Парамагнетики. парамагнетиков положительна и тоже мала по абсолютной величине. Вектор парамагнетиков имеет направление, совпадающее с направлением вектора ( );

3. Ферромагнетики. положительна и по абсолютной величине достигает очень больших значений.

В магнетиках, изученные нами законы, запишутся следующим образом.

Закон Био-Савара-Лапласа.

Поле прямого тока.

Поле соленоида и тороида.

Закон Ампера.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.