1.3. Магнитная индукция.
На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера. В соответствии с законом Ампера на малый отрезок проводника с током I и длиной dl, помещенный в однородное магнитное поле с индукцией B, действует сила dF, модуль которой равен:
dF = I * dl * B * sin ά, (1.3.1)
где ά - угол между вектором B и проводником с током.
Вектор dF перпендикулярен к проводнику с током и к вектору B (рис. 1.3.1.)
По формуле закона Ампера в данной точке пространства может быть определен вектор магнитной индукции:
B = dF /(I * dl) [тл] (1.3.2)
Следовательно, наибольшее значение индукции достигается при условии, что проводник расположен перпендикулярно по отношению к вектору напряженности магнитного поля.
Одна тесла – индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр проводника, по которому течет ток 1 А и расположенного перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, действует сила 1 Н.
Рис.1.3.1. Закон Ампера
1.4. Магнитные силовые линии.
Описание свойств магнитного поля облегчается введением в рассмотрение т.н. силовых линий этого поля. Магнитные силовые линии – линии, направление касательных к которым в каждой точке поля совпадает с направлением напряженности поля Н в той же точке.
Магнитных зарядов (так называемых «монополей») не существует, а магнитное поле возбуждается не магнитными зарядами, а движением электрических зарядов, т.е. токами. Следовательно, магнитные силовые линии ни в каких точках поля не могут ни начинаться, ни кончаться, т.е. магнитные силовые линии, в отличие от линий электрических являются замкнутыми, либо идут из бесконечности в бесконечность.
2. Магнитные свойства вещества
2.1. Магнитные моменты электронов и атомов.
Приведенное ниже описание возникновения орбитального момента электрона основано на весьма упрощенной теории орбитального движения электронов в атоме. Однако эта модель весьма удобна для рассмотрения в данном курсе. Рассмотрение современной спиновой теории в рамках квантовомеханических теорий не входит в задачи данного курса.
Согласно закону Ампера, электрический ток производит магнитное поле. Электрон, вращающийся вокруг атома, можно рассматривать как циклический электрический ток очень малой силы I и радиуса, индуцирующий магнитное поле (рис. 2.1.1)
Рис. 2.1.1. Магнитное поле, индуцируемое электроном, движущимся по орбите.
I = е/Т, где: (2.1.1)
е - абсолютное значение заряда электрона
Т – период обращения электрона по орбите.
Магнитный момент рm электрического тока, вызванного движением электрона по орбите, называется орбитальным магнитным моментом электрона и вычисляется по формуле:
рm = I * S (2.1.2)
Все электроны, вращаясь вокруг атома, производят свое магнитное поле, и каждый атом, как следствие, обладает собственным магнитным полем, которое представляет собой суммарное поле, или суперпозицию магнитных полей отдельных электронов.
Орбитальным магнитным моментом атома Рm называется векторная сумма орбитальных магнитных моментов всех Z его электронов, где Z –порядковый номер атома в периодической системе элементов.
Рm = рm(1) + рm(2) + рm(3) +….. + рm(Z) (2.1.3)
Если вещество состоит из молекул, то магнитный момент молекулы является векторной суммой орбитальных моментов ее атомов, которая может быть как равной нулю, так и не равной нулю.