5. Робота при переміщенні контуру зі струмом.

Розглянемо контур зі струмом, один з елементів якого є рухомим.

Якщо він розміщений в зовнішньому магнітному полі з індукцією В, на рухомий провідник діятиме сила Ампера , яка здійснює роботу , яка залежить від добутку індукції та площі контуру, який пронизує магнітне поле. Цей добуток називається магнітним потоком або потоком вектора магнітної індукції

П отік вектора індукції магнітного поля через площадку S визначається і числом ліній індукції на одиницю площі (тобто величиною |В₀|) і площею площадки, і її орієнтацією.

(Щоб підкреслити скалярність магнітного потоку як числа ліній, орієнтацію задають не кутом (В, S), а кутом (В, n), де n — додатна нор­маль до площадки).

Тоді робота магнітного поля

6. Магнітне поле в речовині. Намагнічування речовини. Намагніченість.

Будемо вважати, що електрон, який рухається, створює мікрострум, на­прямлений протилежно напряму руху електрона. Такому мікроструму відповідає магнітне мікрополе з магнітним моментом .

У речовини, що не виявляє властивостей постійного магніту, кругові струми, створювані рухом електронів навколо ядер атомів, мають без­ладну просторову орієнтацію (а). -

У постійному магніті орієнтація мікрострумів упорядкована (б), при цьому їх магнітні мікрополя додаються, створюючи власне магнітне поле речовини.

Линії вектора індукції поля постійного магніту зображуються як такі, що виходять з полюса N, входять у полюс S і продовжуються всередині магніту.

Під впливом зовнішнього поля індукцією у різних речовинах відбу­ваються різні процеси, що приводять до появи власного поля індукцією і результуючого поля індукцією , яке: трохи слабкіше зовнішнього (діамагнетики); трохи сильніше (парамагнетики); на­багато сильніше (феромагнетики).

Величина, що показує у скільки разів числове значення індукції ре­зультуючого поля у речовині відрізняється від значення індукції зовніш­нього поля, називається магнітною проникністю речовини:

(введення поняття магнітної проникності обернене введенню поняття діелектричної проникності).

Діамагнетиками виявляються речовини, у валентних оболонках атомів яких міститься парне число електронів. При цьому магнітні моменти половини цих електронів мають один напрям, половини — протилеж­ний, у результаті атом не є мікромагнітом. Зовнішнє поле силами Лоренца прискорює половину валентних електронів і сповільнює другу половину, перетворюючи атом у мікромагніт, напрям індукції мікрополя якого протилежний індукції зовнішнього поля. Приклади діамагнетиків: Сu, Рb, Zn,Аg, Аu, Ві, N₂, H₂, H₂O, Не).

Отже, у діамагнетиків <1, (наприклад = 0,999987), зовнішнє поле наводить в них власне поле індукцією В'.

Результат: В=В₀—В'.

П арамагнетики ( >1, наприклад _А1 = 1,000023) — речовини, валентні оболонки атомів яких мають непарне число електронів, так що і при відсутності зовнішнього поля кожний атом — мікромагніт, але різні мікромагніти орієнтовані в речовині довільно (а). Зовнішнє поле орієнтує окремі мікромагніти у напрямі В₀ , створюючи в речовині власне поле індукцією В'. Результат: В = В₀ + В'.

Приклади парамагнетиків: Аl, Сr, Мn, Рt, U, O₂.

Окремо від інших речовин стоять феромагнетики, що багатократно підсилюють магнітні поля. Кожний окремо атом таких речовин — мікромагніт (як і у парамагне­тиків), але в межах всього кристала — не повний хаос в орієнтації мікромагнітів: є ділянки, що об'єднують сотні тисяч атомів (домени) з однаковою орієнтацією мікромагнітів. Однак у межах кристала орієнта­ція доменів хаотична (а).

Зовнішнє поле викликає зростання доменів, більш близьких по орі­єнтації до В₀ (б), які вишиковуються вздовж В₀ (в):

В=В₀+В.

У феромагнетиків (Fе, Со, Nі, GD) >>1 (у деяких речовин досягає значення сотень тисяч при досить великих значеннях | В₀|). При нагріванні до деякої досить високої температури (точки Кюрі) фе­ромагнетики перетворюються у парамагнетики.

Застосування феромагнетиків: виготовлення постійних магнітів і елект­ромагнітів; виготовлення трансформаторів; магнітний запис звуку.

Крім індукції, для характеристики магнітного поля використовують напруженість Н, яка не залежить від середовища і пов’язана з індукцією співвідношенням: .

При потраплянні феромагнетика у наростаюче зовнішнє магнітне поле спостерігається явище магнітного гістерезисна – відставання зміни магнітного поля речовини від зміни зовнішнього магнітного поля.

Форма петлі гістерезисну залежить від енергії, потрібної на повне розмагнічування матеріалу. Розрізняють магнітном’які та магнітнотверді феромагнетики. Магнітном’які феромагнетики мають петлю гістерезисну малої площі, тобто легко розмагнічуються і використовуються в електромагнітах. Магнітнотверді феромагнетики мають велику площу петлі гістерезисну, тобто на розмагнічування потрібна велика енергія. Отже використовуються такі феромагнетики в постійних магнітах.

Контрольні питання

1. Сформулюйте закон Ампера для провідників зі струмом.

2. Назвіть основні характеристики магнітного поля.

3. Що називають індукцією магнітного поля? Як вона направлена?

4. Дайте визначення силі Лоренца та силі Ампера. Як визначається їх напрям?

5. Сформулюйте закон Біо – Савара – Лапласа. В яких випадках і для чого він використовується?

6. Назвіть та охарактеризуйте відомі вам видимагнетиків. В чому відмінність між ними?

7. Що характеризує магнітна проникненість?

8. Від чого залежить робота магнітного поля?

9. Що таке магнітний гістерезис?

10. Що називають температурою Кюрі?

Література

1. И.В. Савельев, Курс физики, т.2, "Наука", М., 1989, §39-59.

2. І.М.Кучерук, І.Т.Горбачук, П.П.Луцик, Загальний курс фізики,т.2, „Техніка”, К, 2006, §8.1 -9.13.

9