8.5.3. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
На проводник с током в магнитном поле действует сила Ампера. Если при этом проводник не закреплен, то он будет перемещаться в магнитном поле. Следовательно, магнитное поле будет совершать работу.
Рассмотрим проводник
длиной
,
с током I, способный
свободно перемещаться в магнитном поле
с индукцией
,
направленной перпендикулярно проводнику
(рис. 36). В этом случае на проводник будет
действовать сила Ампера
и при перемещении проводника на расстояние
,
будет совершена работа
,
но
и тогда
.
Интегрируя данное выражение, получим,
что работа по перемещению проводника
с током в магнитном поле будет определяться
выражением
,
5.21
где
-
магнитный поток, пересеченный проводником.
Н
айдем
работу по перемещению замкнутого контура
с током в магнитном поле. Пусть контур,
двигаясь в плоскости чертежа, совершает
бесконечно малое перемещение
из состояния I в состояние
II (рис. 37). Разобьем контур
на два проводника, соединенных своими
концами (adb, bca).
Полная работа
по перемещению контура будет равна
сумме работ
по перемещению каждого из проводников.
По формуле 5.21
,
а
и тогда
,
5.22
т.е. работа по перемещению контура с током в магнитном поле равна произведению силы тока на изменение магнитного потока, пронизывающего этот контур. Формула 5.22 остается справедливой и при произвольном перемещении контура.
Тема 6.3. Магнитные свойства электрона и электронной оболочки атома
1.6.3. Элементарный ток. Механический и магнитный моменты электрона.
С
огласно
планетарной модели, электрон в атоме
движется вокруг ядра по круговой орбите
радиуса R (рис. 38). При этом
через площадку S,
расположенную на пути электрона будет
переноситься заряд
,
где N – число оборотов
электрона за время t. Так
как, по определению
,
то
,
где
-
частота обращения электрона. Следовательно,
можно утверждать, что электрон, движущийся
вокруг ядра, эквивалентен элементарному
току
.
6.1
Движущийся электрон подобен контуру с током I и тогда его магнитный момент
6.2
называется орбитальным магнитным моментом.
Но движущийся вокруг ядра электрон обладает и механическим моментом импульса
.
6.3
Отношение
называется гиромагнитным отношением
орбитальных моментов. Для электрона,
движущегося вокруг ядра, это отношение
с учетом 6.2 и 6.3 будет равно:
.
6.4
Знак минус говорит
о том, что вектора
направлены в разные стороны (рис. 38).
Вследствие вращения вокруг ядра электрон подобен волчку. Это обстоятельство лежит в основе так называемых гиромагнитных или магнитомеханических явлений, заключающихся в том, что намагничивание магнетика приводит к его вращению, и, наоборот, вращение магнетика вызывает его намагничивание. Существование первого из них было доказано экспериментально Эйнштейном и де-Хаасом, второго – Барнеттом. В опытах Эйнштейна и де-Хааса, Барнетта было определено гиромагнитное отношение, которое оказалось равным
,
т.е. в два раза больше, чем теоретическое значение. Следовательно, объяснить процесс намагничивания железа орбитальным движением электронов невозможно.