Магнитное поле в веществе. Магнетики.

В 1907 г. Резерфорд создал планетарную модель атома.

х

Элементарный круговой ток электрона создает магнитное поле. Магнитный момент элементарного тока Р равен

Намагничение естественно характеризовать магнитным моментом единицы объема. Эту величину называют намагниченностью и обозначают J.

J – физическая величина, характеризующая изменение магнитного поля внутри магнетика, аналог поляризуемости магнетика.

Если магнетик намагничен неоднородно, то намагниченность в данной точке определяется следующим выражением:

,

где V – бесконечно малый объем, взятый в окрестности рассматриваемой точки.

Вектор намагниченности – магнитный момент единицы объема вещества.

j – линейная плотность поверхностного тока в магнетике

I = jl

P = IS = jlS = jV

Вектор намагниченности численно равно линейной плотности поверхностных токов.

Напряженность и индукция магнитного поля внутри магнетика.

В обычном состоянии элементарные токи ориентированны в пространстве произвольным образом, поэтому Р=0. В случае внесения магнетика в магнитное поле он намагничивается и внешнее магнитное поле внутри магнетика изменяется.

Результирующее магнитное поле равно:

- индукция, создаваемая намагничивающей катушкой

- индукция, создаваемая поверхностными токами

,

где J – намагниченность.

Она зависит от внешнего магнитного поля .

Если магнетик изотропный, то H↑↓J или H↑↑J

B = μ₀(H ± J)

для анизотропных направлений B и H не совпадают.

Для изотропных магнетиков

χ – магнитная восприимчивость

,

где μ – относительная магнитная проницаемость или просто магнитная проницаемость вещества, χ – характерная для данного магнетика величина, называемая магнитной восприимчивостью.

В отличие от диэлектрической восприимчивости, которая может иметь лишь положительные значения, магнитная восприимчивость может быть как положительной, так и отрицательной. Поэтому магнитная проницаемость может быть как больше, так и меньше единицы.

Классификация магнетиков

В зависимости от того, как магнетик изменяет внешнее магнитное поле они разделяются на диа-, пара-, и ферромагнетики. Количественным критерием является значение μ

μ < 1 –( χ меньше 0) , т.е.магнитное поле ослабляется, т.е

вектора J, H (коллинеарны и) направлены в противоположные стороны.

Если μ>1, то вектора J, H сонаправлены и магнитное поле усиливается парамагнетик.

Парамагнетик, внесенный в среду более сильного парамагнетика, ведет себя как диамагнетик. Диамагнетик, внесенный в среду более сильного диамагнетика , ведет себя как парамагнетик.

Если μ>>>1, μ Const - ферромагнетик.

1. диамагнетики μ < 1.

При отсутствии поля P_m = 0, а при внесении такого магнетика в поле возникает в нем Ларморова прецессия и наводится магнитный момент Р_орб , противоположный .

Намагниченность

n – концентрация атомов и z – число электронов в атоме

χ – восприимчивость ~ 10^-6

2. Парамагнетики:

При отсутствии поля результирующий магнитный момент атомов или молекул P_m ≠ 0, но квантово-механическое взаимодействие электронов не проявляется

Природа диа- и парамегнетизма

Электрон вращающийся вокруг ядра представляет собой псевдоток

-

Магнитный момент вращающегося электрона

Связь магнитного момента и механического момента импульса

+

v

- гиромагнитное отношение

удельный заряд электрона

Экспериментально получали вдвое больше следующее соотношение

Э кспериментально гиромагнитное отношение было определено в 1915 г. Эйнштейном и Гаазом. В опытах Эйнштейна и Гааза железный стержень, подвешенный на тонкой упругой нити, помещался внутрь соленоида (рис. 3.3). На упругой нити было закреплено зеркальце, на которое направлялся луч света. При пропускании постоянного электрического тока в соленоиде создается магнитное поле, которое намагничивает железный стержень. В результате стержень начинал поворачиваться, причем направление вращения стержня изменялось при изменении тока в соленоиде (магнитного поля внутри соленоида). Одновременно со стержнем во вращение приходит зеркальце. Отраженный луч при повороте системы смещается по шкале, установленной для повышения чувствительности на достаточно большом расстоянии. При повороте зеркальца на угол луч отклоняется на удвоенный угол

Причина- Спин электрона – собственный механический момент импульса электрона

Для атома водорода:

Дж с

- магнетон Бора