Силы в магнитном поле. Магнитные свойства вещества. Лекция № 15

1.

Лекция № 15
Силы в магнитном поле.
Магнитные свойства
вещества
А. А. Детлаф, Б. М. Яворский,
21.1 – 21.3; 24.1 – 24.5
Н.П.Калашников,
Н.М. Кожевников.
Интернет-тестирование
базовых знаний, 3 ДЕ

2.

cила Лоренца;
cила Ампера.

3.

ЛОРЕНЦ Хендрик Антон
(1853 - 1928) – нидерландский
физик-теоретик, создатель
классической электронной
теории, член Нидерландской
АН.

4.

Сила Лоренца
Действует на заряженную частицу, движущуюся в магнитном
поле
F Q B .

5.

Если В , то направление
силы Лоренца определяют по
правилу левой руки.
F
Q>0
B
B
Q<0
F
F Q B sin

6.

Сила Лоренца изменяет траекторию движения заряженной
частицы

7.

К расчету параметров движущейся частицы:
mg F
B const
2
m
. . .
Q B
;
R
. .F .
R
m
.
.
.
.
Q>0
. .
2 R
R
QB
;
2 m QB .
T
;
2 m
QB

8.

Заряженная частица влетает
в магнитное поле под углом
0 /2:
sin ;
" cos ;
m
R
;
QB
p h "T .

9.

Частицы движутся в электрическом
и
магнитном
полях: F QE Q B
(масс- спектрометр, ускоритель
заряженных частиц).

10.

Использование силы Лоренца
в электронно-лучевой трубке

11.

Движение электронов в
электрическом и магнитном
поле

12.

Магнитная термоизоляция
высокотемпературной
6
плазмы (10 К )

13.

Радиационные пояса Земли
Заряженные частицы в магнитных
ловушках радиационных поясов

14.

Сила Ампера
действует на проводник с
током в магнитном поле.
d длины проводника
На элемент
с током I в магнитном
поле
индукцией B действует сила
dF I [ d B ],
модуль которой dF Id BSin ,
где ( d B ).

15.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки,
если / 2.
F
Id B ;

16.

17.

Магнитное взаимодействие
параллельных токов

18.

19.

0 I1 индукция МП, созданного
B1
2 d током I1 в месте нахождения
проводника с током I 2 ,
0 I1 I 2
F21
l2 сила, действующая на провод2 d
ник с током I 2 ,
0 I 2
B2
2 d
0 I1I 2
F12
1
2 d
индукция МП, созданного
током I 2 в месте нахождения
проводника с током I1 ,
сила, действующая на проводник с током I1 .

20.

Определить направление токов
в проводниках

21.

Контур с током в однородном
магнитном поле деформируется:
растягивается
или сжимается
в зависимости
от направления
вектора индукции магнитного
поля и направления тока в
проводнике.
Как направлен вектор
индукции магнитного поля?

22.

По магнитным свойствам
вещества подразделяют на:

23.

Контур с током обладает
магнитным моментом
pm
S
I
n
I
- сила тока,
n
- нормаль к контуру,
S
- площадь контура,
pm - магнитный момент
контура с током.
pm n IS p А м 2
m

24.

Магнитные свойства веществ в
основном определяются электронами, входящими в состав
атомов.

25.

Орбитальный магнитный
момент электрона
pm
r
I
e r
pm IS
;
2
e
L
m
r
;
e
p
L
;
m
e
Lе
I e e / 2 r ;
e
.
2
S r ;
2m

26.

Орбитальный магнитный
момент атома
РАВЕН СУММЕ ОРБИТАЛЬНЫХ
МАГНИТНЫХ МОМЕНТОВ
ЭЛЕКТРОНОВ АТОМА
Z
Pm pm i ,
i 1
Z – число электронов в атоме

27.

Вектор намагниченности
количественно
характеризует
намагниченное состояние
вещества;
равен отношению магнитного
момента малого объема V
вещества к этому объему:
Pm i
1
J
V
Pm i ,
n
i 1
i го атома
n число атомов в объеме V вещества
-
магнитный момент

28.

Диамагнетики
НАМАГНИЧИВАЮТСЯ ВО ВНЕШНЕМ
МАГНИТНОМ ПОЛЕ так, что J B ;
К НИМ ОТНОСЯТСЯ ВЕЩЕСТВА, МАГНИТНЫЕ МОМЕНТЫ АТОМОВ, МОЛЕКУЛ
ИЛИ ИОНОВ КОТОРЫХ В ОТСУТСТВИЕ
ВНЕШНЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
РАВНЫ НУЛЮ.
J B
He, Ne, H 2 , N 2 , Zn , Cu , Au , H 2 0...

29.

Парамагнетики
Намагничиваются
во внешнем
магнитном поле в направлении
вектора J B .
Атомы, молекулы или ионы обладают собственным магнитным моментом, но в отсутствие внешнего магнитного поля эти моменты ориентированы беспорядочно.
Это щелочные и щелочноземельные
металлы,
O2 , NO , MnO, FCl2 , FeCl3 , Al ...

30.

Парамагнетик (1) и диамагнетик (2)
в неоднородном магнитном поле:
парамагнетик втягивается в область
сильного поля, диамагнетик –
выталкивается из него.

31.

Ферромагнетики
Обладают
самопроизвольной
(спонтанной) намагниченностью.
Внутреннее магнитное поле
значительно превосходит внешнее
магнитное поле.
Это переходные металлы (железо,
кобальт, никель), ферриты,
металлические стекла и др.

32. ЗАКОН ПОЛНОГО ТОКА ДЛЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ВЕЩЕСТВЕ

B Bвнеш Bвнутр ;
B
d
(
I
I
);
0
макро
микро
L
I микро
Jd ;
L
I макро
Hd .
L

33.

Циркуляция
H
вектора
магнитного поля вдоль произвольного замкнутого контура L
равна результирующему
макротоку сквозь поверхность,
натянутую на этот контур
H
d
I
.
макро
L
Hdl I макро
L

34.

Связь В и H магнитного поля
B 0 H ,
æ
μ=1+æ
-относительная магнитная
- проницаемость среды,
1
-магнитная
среды.
восприимчивость

35.

Магнитная проницаемость
показывает во сколько раз
индукция B магнитного поля в
однородной среде
отличается
от индукции B магнитного поля
0
в вакууме
B
B
B0

36.

Для парамагнетиков æ 1
для диамагнетиков æ 1
мах
ферро
10 10
2
5
Зависимость магнитной проницаемости
ферромагнетика от индукции внешнего
магнитного поля

37.

38. ПЕТЛЯ МАГНИТНОГО ГИСТЕРЕЗИСА

B
B0 - остаточная
индукция,
B
0
Hc
- коэрцитивная
сила.
Hc
0
H

39.

Намагничивание ферромагнитного образца.
Размер доменов
2
~ 10 10
4
см

40.

Полярные
Неполярные
Сегнетоэлектрики
Диамагнетики
Парамагнетики
Ферромагнетики
n своб
DdS Qi
Hd I макро
S
L
i 1
-теорема Гаусса -закон полного тока
Сегнетоэлектрики Ферромагнетики
остаточная
остаточная
поляризованность намагниченность

41.

Электрические и магнитные свойства
Диэлектрики
Магнетики
Дипольный момент Магнитный момент
pm ISn
pе Q
Вектор
поляризации
1
P
V
n
i 1
pei
Вектор
намагниченности
1 n
J
Pm i ,
V i 1

42.

Гистерезис
Гистерезис
P0
B0
Ec
P-0 остаточная
B
Hc
H
- остаточная
поляризованность,
индукция,
Ec- коэрцитивная H c - коэрцитивная
сила.
сила.
B0