Движение заряда в магнитном поле вдоль, поперек, под углом к силовым линиям. Приборы.
Движение заряженной частицы в магнитном поле
1. Если скорость υ заряженной частицы массой m направлена вдоль вектора индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по прямой с постоянной скоростью (сила Лоренца FL = 0, т.к. α = 0°) (рис. 4, а).
2. Если скорость υ заряженной частицы массой m перпендикулярна вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по окружности радиуса R, плоскость которой перпендикулярна линиям индукции (рис. 4, б). Тогда 2-ой закон Ньютона можно записать в следующем виде:
Где
, α =
90°, т.к. скорость частицы перпендикулярна
вектору магнитной индукции.
Тогда
3. Если скорость υ заряженной частицы массой m направлена под углом α (0 < α < 90°) к вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по спирали радиуса R и шагом h (рис. 4, в).
А Б В
Рис. 4
Действие силы Лоренца широко используют в различных электротехнических устройствах:
электронно-лучевых трубках телевизоров и мониторов;
ускорителях заряженных частиц;
экспериментальных установках для осуществления управляемой термоядерной;
МГД-генераторах
и т.д.
Магнитное поле в веществе. Ферро-, пара-, диамагнетики. Гистерезис.
Многочисленные опыты свидетельствуют о том, что все вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются и создают собственное магнитное поле, действие которого складывается с действием внешнего магнитного поля:
где B⃗ — магнитная индукция поля в веществе; B⃗ 0 — магнитная индукция поля в вакууме, B⃗ 1 — магнитная индукция поля, возникшего благодаря намагничиванию вещества. При этом вещество может либо усиливать, либо ослаблять магнитное поле. Влияние вещества на внешнее магнитное поле характеризуется величиной μ, которая называется магнитной проницаемостью вещества
Магнитная проницаемость — это физическая скалярная величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данном веществе отличается от индукции магнитного поля в вакууме.
Диа- и пара- магнетики
Все вещества обладают определенными магнитными свойствами, т. е. являются магнетиками.
Вещества, для которых магнитная проницаемость незначительно меньше единицы (μ < 1), называются диамагнетиками, незначительно больше единицы (μ > 1) — парамагнетиками.
Вещества, магнитная проницаемость которых зависит от величины внешнего поля и может значительно превышать единицу (μ » 1), называются ферромагнетиками.
Примерами диамагнетиков являются свинец, цинк, висмут (μ = 0,9998); парамагнетиков — натрий, кислород, алюминий (μ = 1,00023); ферромагнетиков — кобальт, никель, железо (μ достигает значения 8⋅103).
Если поле токов намагниченности направлено так же, как и внешнее поле, то индукция суммарного поля будет больше внешнего поля (парамагнетики, ферромагнетики) – в этом случае мы говорим, что вещество усиливает поле; если же поле токов намагниченности направлено противоположно внешнему полю (диамагнетики), то суммарное поле будет меньше внешнего поля– именно в этом смысле мы говорим, что вещество ослабляет магнитное поле.
Магнетизм атомов обусловлен двумя основными причинами:
1) движением электронов вокруг ядра по замкнутым орбитам (орбитальный магнитный момент) (рис. 1);
2) собственным вращением (спином) электронов (спиновой магнитный момент) (рис. 2).
Свойства ферромагнетиков
1) ферромагнитные свойства вещества проявляются только тогда, когда соответствующее вещество находится в кристаллическом состоянии;
2) магнитные свойства ферромагнетиков сильно зависят от температуры, так как ориентации магнитных полей доменов препятствует тепловое движение. Для каждого ферромагнетика существует определенная температура, при котором доменная структура полностью разрушается, и ферромагнетик превращается в парамагнетик. Это значение температуры называется точкой Кюри. Так для чистого железа значение температуры Кюри приблизительно равно 900°C;
3) ферромагнетики намагничиваются до насыщения в слабых магнитных полях.
4) магнитная проницаемость ферромагнетика зависит от внешнего магнитного поля
5) у ферромагнетиков наблюдается остаточная намагниченность.
При намагничивании и размагничивании ферромагнетика индукция B отстает от B0. Это отставание называется явлением гистерезиса. Изображенная на рисунке кривая называется петлей гистерезиса.
Гистерезис (греч. ὑστέρησις — «отстающий») — свойство систем, которые не сразу следуют за приложенными силам.
Некоторые магнитные материалы имеют широкую петлю с высокими значениями остаточной намагниченности и коэрцитивной силы, они называются магнитно-жесткими и используются для изготовления постоянных магнитов. Для других ферромагнитных сплавов характерны малые значения коэрцитивной силы, такие материалы легко намагничиваются и перемагничиваются даже в слабых полях. Такие материалы называются магнитно-мягкими и используются в различных электротехнических приборах — реле, трансформаторах, магнитопроводах и др.