ФизикаПохожие презентации:
Магнитное поле в веществе. Лекция 10
1.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕМагнитное поле B , создаваемое током в среде являющейся магнетиком,
отличается от магнитного поля в вакууме B0 , поскольку намагничивается
сама среда. Внешнее поле B0, складываясь с внутренним полем магнетика
B ' дает суммарное поле B
B B0 B '.
Внутреннее поле магнетика B ' и результирующее поле B на микроскопичеком уровне сильно меняются от точки к точке, поэтому под полями B ' и
B понимают их усредненные макроскопические значения.
Все тела состоят из атомов и молекул, в которых электроны в соответствии с гипотезой Ампера движутся по замкнутым траекториям, создавая молекулярные токи I m , охватывающие площади Sm . Их средние
магнитные моменты pm в отсутствии внешнего поля расположены
хаотично и ориентируются по полю при его включении. Этот процесс
называется намагничиванием. Его характеризуют вектором намагниченности J , равным суммарному магнитному моменту единицы объема
pm
магнетика
J V
n pm nI m Sm.
V
2.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕЦиркуляция вектора индукции магнитного поля в магнетике
Циркуляция вектора индукции магнитного поля в магнетике B равна
Bd ( B0 B ') d B0 d B' d 0 k I k I м .
где
- контур интегрирования, I м - сумма одинаковых по величине
молекулярных токов.
При вычислении циркуляции от молекулярных токов, пересекающих
поверхность S, охватываемых контуром интегрирования (рис. 58) необходимо учитывать только те токи, которые «нанизаны» на контур. Токи не
«нанизанные» на контур пересекают поверхность S дважды в противоположных направлениях и их вклад в циркуляцию равен нулю. «Нанизанными» на элемент контура интегрирования d (рис. 59) оказываются те
токи, центры которых находятся внутри косого цилиндра длиной d и
площадью основания, равной площади, охватываемой молекулярным
током Sм . Его объем равен V Sмd cos . Сумма молекулярных токов в
этом объеме (рис. 59) равна
3.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕРис. 58
Рис. 59
I nI V nI S d cos Jd .
м
m
m
м
d
Суммируя токи по всему контуру интегрирования
получим
I Jd .
м
Тогда циркуляция равна Bd 0 I k Jd . Преобразуем это
k
выражение к виду
B
0 J d k I k .
4.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕH
Удобно ввести величину
B
0
J, называемую напряжен-
ностью магнитного поля, которая является непрерывной при переходе из
вакуума в магнетик, а циркуляция этого вектора равна сумме
макроскопических токов, охватываемых контуром интегрирования
Hd I .
k
k
В вакууме J 0 и H B . Для прямого тока в вакууме H
0
I
2 R
,
откуда следует, что единицей напряженности магнитного поля является
1А м. Вектор намагничивания связывают с H , а не с B . Для не очень
больших полей J H , где - магнитная восприимчивость.
B
H
H
0
5.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕB
B
H
,
0 1 0
где 1 - магнитная проницаемость.
Можно показать, что
тангенциальная составляющая величины напряженности магнитного
поля в вакууме не меняется при переходе в магнетик, тогда
B
B 0 H 0 H 0 0 0 B0,
0
где B - индукция магнитного поля в вакууме. Магнитная
проницаемость
0
показывает
во сколько раз усиливается индукция магнитного поля в
магнетике.
Магнетики
Если рассматривать магнитную восприимчивость для одного киломоля
магнетиков м3 моль , то по ее значению все магнетики можно раз
км
бить на 3 группы:
1) диамагнетики - - 11 ÷ - 10 3
;
10 м моль
10
км
2) парамагнетики ÷
;
10 10 10 9 м3 моль
км
3) ферромагнетики - 1 3
.
м моль
км
У ферромагнетиков магнитная восприимчивость зависит от
6.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕПости магнитного поля H .
Магнитомеханические явления.
Магнитные моменты атомов и молекул
При движении электрона по орбите радиусом R вокруг ядра образуется
атомарный ток I ат с магнитным моментом pm I ат S e T R 2 1 2 evR , где
T - период обращения электрона по орбите, v - его скорость.
Отношение магнитного момента к механическому L mvR равно pm L e 2m и называется гиромагнитным соотношением. Связь магнитного и механического моментов электрона
(Рис.60) приводит к магнитомеханическим явлениям: намагничивание магнетика вызывает его вращение, а вращение вызыва- Рис. 60
ет его намагничивание. Первое явление наблюдалось в опытах Эйнштейна
и де Хааса, а второе в опыте Барнетта. В экспериментах Эйнштейна и де
Хааса тонкий железный стержень помещался на нити внутрь соленоида и
намагничивался, при этом стержень поворачивался.
Намагничивание магнетика вызывает ориетацию магнитных моментов
атомарных токов по направлении внешнего поля. Вместе с магнитными
моментами происходит и ориентация их механических моментов в
7.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕпротивоположную сторону, что и приводит к повороту магнетика. Однако,