Намагничивание вещества. Элементарная теория Ампера намагничивания вещества. Намагниченность магнетика

До сих пор мы рассматривали магнитное поле, создаваемое проводником c током в вакууме. Если проводники с током находятся не в вакууме, а в среде (вещества), то магнитное поле в ней изменяется. Это связано с тем, что всякое вещество под действием магнитного поля намагничивается, т.е. приобретает магнитные моменты. Намагниченное вещество создает свое магнитное поле , которое накладывается с полем, создаваемым проводником с током . Тогда результирующее поле равно

. (490)

     

Рис. 201

Опыты показывают, что величина зависит от формы и размеров тела. Вещества, способные намагничиваться, называют магнетиками.

Для объяснения намагничивания вещества Ампер предположил, что во всех веществах существуют молекулярные токи, замыкающие в пределах атомов и молекул (рис.201).

Каждый атом или молекула обладает магнитным моментом , где - молекулярный ток, - площадь, охватываемая молекулярным током и создает в окружающем пространстве магнитное поле . В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов или молекул из-за действия тепловой энергии ориентируются беспорядочно

Рис.202	Рис.203

(рис.202) и суммарные магнитные моменты всех атомов равны нулю, т.е. .

Вследствие этого результирующее магнитное поле, созданное молекулярными токами равно нулю. Поэтому вещество ненамагничено.

Под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов ориентируются вдоль поля за счет энергии взаимодействия магнитного момента атома с внешним полем . В результате суммарные моменты атомов неравны нулю, т.е. и вещество намагничено. Вследствие этого оно создает свое магнитное поле , которое накладывается на внешнее (рис.203).

Количественной характеристикой намагничивания вещества является намагниченность, которая равна векторной сумме магнитных моментов атомов, деленной на объем вещества, т.е.

. (491)

Единица измерения намагниченности .

Намагниченность магнетика зависит от многих факторов. В частности от типа магнетиков (диамагнетик, парамагнетик, ферромагнетик), температуры, напряженности магнитного поля и т.д.

3.2.2. Напряженность магнитного поля. Циркуляция вектора (закон полного тока). Магнитная проницаемость

Пусть магнитное поле создано токами проводимости и молекулярными токами . Тогда результирующая магнитная индукция равна

(492)

Охватываем эти токи замкнутым контуром L и найдем циркуляцию вектора .

(493)

Первое слагаемое является циркуляцией вектора для вакуума.

Из лекции 6-7 следует, что

, (494)

где - сила тока проводимости.

Очевидно, что второе слагаемое можно записать в виде

, (495)

где - молекулярный ток. С учетом (494) и (495) формула (493) запишется в виде

. (496)

Можно доказать, что сумма молекулярных токов равна (рассмотреть самостоятельно)

. (497)

В (496) деля на и с учетом (497) выражение (496) запишется в виде

(498)

Величина

(499)

называется напряженностью магнитного поля и измеряется в . Внесистемная единица напряженности Эрстед [э]. Примерно 1э=80. Тогда (498) запишется в виде

. (500)

Формула (500) называется циркуляцией вектора или законом полного то ка (постоянного).

Если магнетик анизотропный, то .

Для изотропного и однородного магнетика

, (501)

где называется магнитной восприимчивостью вещества.

Тогда с учетом (501) формула (499) запишется в виде

или , (502)

где

(503)

называется магнитной проницаемостью вещества.

Тогда выражение

(504)

называется материальным уравнением для изотропных магнетиков. Магнитная проницаемость зависит от многих факторов: от типа магнетиков, температуры, давления, напряженности Н поля, частоты и других.

Например, для диа-, парамагнетиков практически .

Дата добавления: 2014-01-07