Электродинамика

Магнитное поле.

В пространстве, окружающее токи и постоянные магниты, возникает силовое поле – магнитное.

Его наличие обнаруживается по сильному воздействию на внесённые в него проводники с током и постоянные магниты.

Рамка с током ориентируется в магнитном поле. Её можно использовать для количественного описания магнитного поля.

(Рисунок)

Вращающий момент сил:

(50)

где - вектор магнитной индукции,

- вектор магнитного момента.

(51)

где - площадь рамки

- сила тока

- единичный вектор в направлении нормали рамки.

Из выражений (50) и (51) следует, что вращающий момент М пропорционален силе тока и площади рамки . Таким образом, для другой точки стационарного магнитного поля вектор магнитной индукции будет величиной неизменной.

Движущиеся заряды (токи) изменяют свойства окружающей их среды, то есть создают магнитное поле.

Вектор магнитной индукции характеризует магнитное поле с учётом магнитных свойств среды.

Вектор напряжённости магнитного поля магнитное поле как функцию от электрического тока, создавшего это поле и от расстояния до тока от рассматриваемой точки поля, то есть без учёта магнитных свойств среды.

(52)

где - магнитная постоянная (характеризует магнитные свойства вакуума

- магнитная проницаемость среды ( показывает во сколько раз усиливается магнитное поле в среде за счёт ориентации атомов и молекул во внешнем магнитном поле).

Так как магнитное поле является силовым, то его изображают линиями магнитной индукции .

(Рисунок)

Линии магнитной индукции всегда замкнуты.

Поле, обладающее замкнутыми силовыми линиями, называют вихревым.

Поток вектора (магнитный поток) через площадку :

(53)

или

Из опыта следует принцип суперпозиции:

Магнитное поле, созданное несколькими токами или движущимися зарядами равно векторной сумме полей, создаваемых каждым током или движущимся зарядом в отдельности:

(54)

Магнитноеполе в веществе.

Всякое вещество является магнетиком, то есть способно намагничиваться под действием магнитного поля. Это явление объясняется тем, что электроны, входящие в состав атомов (молекул) создают при своём движении круговые токи. Каждый такой ток создаёт вокруг себя магнитное поле (обладает магнитным моментом).

(Рисунок)

- модуль магнитного момента

где е – заряд электрона

- скорость электрона

r – радиус орбиты

Без внешнего магнитного поля магнитные моменты в веществе ориентированы хаотично, вследствие теплового движения атомов и молекул. Во внешнем магнитном поле они ориентируются по полю, поэтому результирующее поле равно

где - внешнее поле

- поле, создаваемое намагниченным веществом

Характеристикой намагниченного магнетика является физическая величина, называемая намагниченностью - - представляет собой магнитный момент в единицу объёма.

Если магнитный момент атомов (молекул) относительно мал, то внешнее магнитное поле воздействует на электронную орбиту таким образом, что вектор магнитного момента прогрессирует относительно вектора магнитной индукции.

(Рисунок)

Это движение эквивалентно круговому току, который создаёт магнитное поле. Поле, создаваемое намагниченным веществом направлено противоположно внешнему полю и ослабевает его. Вещества, обладающие такими магнитными свойствами называются диамагнетиками.

Если магнитный момент относительно велик, то значительное число векторов ориентируется во внешнем магнитном поле - это парамагнитный эффект.

Диамагнитный эффект слабее парамагнитного, поэтому .

Ориентация всех магнитных моментов по внешнему магнитному полю не произойдет, так как этому мешает тепловое движение атомов (молекул). Вещества с такими свойствами – парамагнетики.

(Рисунок)

Для количественной оценки явления рассмотрим магнетик цилиндрической формы.

Вычислим индукцию магнитного поля, создаваемую молекулярным током:

Магнитный момент этого тока:

Так как длина равна 1, то, умножив на длину, получим:

, откуда

Подставив это значение в формулу для , получим:

Подставим и в предыдущее выражение:

Из опыта известно, что в слабых полях намагниченность пропорциональна , следовательно , где - магнитная

Для диамагнетиков

Для парамагнетиков

Используя эту формулу, можно записать:

Для диамагнетиков магнитная проницаемость среды

Для парамагнетиков - .

Существуют твёрдые тела, назыемые ферромагнетиками, у которых . Объясняется это тем, что в ферромагнетиках существуют области спонтанного (самопроизвольного) намагничивания, даже слабого внешнего магнитного поля достаточно для их ориентирования по этому полю. Температура, при которой ферромагнетик теряет свои магнитные свойства и становится парамагнетиком называется точкой Кюри.

Магнитное поле прямого тока

(проводник бесконечной дли

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать