1.3. Понятие о магнитной индукции

В веществе различают два типа токов – макротоки и микротоки. Магнитное поле в веществе является суперпозицией двух полей: внешнего магнитного поля, создаваемого макротоками (токи проводимости), и внутреннего собственного магнитного поля, создаваемого микротоками, обусловленными движением электронов в атомах, молекулах и ионах. Результирующее магнитное поле в веществе характеризуется вектором В магнитной индукции (рис.1.3). Вектор магнитной индукции В равен геометрической сумме магнитных индукций внешнего В_о и внутреннего полей В₁ (1.1.).

Закон полного тока для магнитного поля в веществе можно представить в виде

, (1.3)

где I_макро и I_микро - алгебраическая сумма макро- и микротоков сквозь поверхность, натянутую на замкнутый контур, µ₀ – магнитная проницаемость в вакууме. Первичным источником магнитного поля в среде являются микротоки, магнитное поле которых вызывает намагничивание вещества, помещенного в это поле.

Алгебраическая сумма сил микротоков связана с циркуляцией вектора намагниченности соотношением

.

Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является Тесла (Тл), равная магнитной индукции, при которой магнитный поток сквозь поперечное сечение площадью 1 м² равен 1 веберу. Единица магнитной индукции (Тесла) названа по имени физика Н.Тесла. Поскольку измеряемые магнитные поля Земли имеют небольшие величины, то в практике магниторазведки удобнее использовать дробную величину – нанотесла (нТл):

1 нТл = 1 10 ^-9 Тл.

1.4. Понятие о напряженности магнитного поля

При отсутствии магнетиков должно выполняться соотношение

rot B = μ₀ I_макро, (1.4)

описывающее порождение магнитного поля токами проводимости.

Учитывая, что при наличии магнетиков наряду с токами проводимости магнитное поле порождается также и молекулярными токами, то получим

. (1.5)

Величина, ротор которой определяется одними лишь макроскопическими токами, называется напряженностью магнитного поля Н. Ротор вектора Н соответствует вектору плотности макроскопических токов. Согласно теореме о циркуляции вектора Н циркуляция напряженности магнитного поля по некоторому контуру равна алгебраической сумме макроскопических токов, охватываемых этим контуром (рис.1.4).

Разделим обе части уравнения (1.5) на μ₀ и перенесем rot I в левую часть:

rot ( B / μ_o – I_микро ) = I_макро, (1.6)

где

Н = В / μ₀ – I_микро.

Напряженность магнитного поля Н является аналогом электрического смещения D.

Напряженность магнитного поля имеет размерность, равную размерности силы тока, деленной на размерность длины. Единица напряженности магнитного поля в СИ носит название ампер на метр (А/м). В магниторазведке еще в недавнем прошлом результаты магнитных съемок представлялись единицами системы СГС (Эрстед). Результаты измерений аэромагнитной съемки давались в мЭ, а наземные наблюдения измерялись в гаммах (γ). Материалы прошлых лет до сих пор остаются востребованными, представленные единицы измерения дополнительного перевода не требуют, так как

1 нТл = 1 γ.

Намагниченность J принято связывать не с магнитной индукцией, а с напряженностью магнитного поля Н. Полагают, что в каждой точке магнетика

J = æ Н, (1.7)

где æ -– характерная для данного магнетика величина, называемая магнитной восприимчивостью, æ –безразмерная.величина.

Зависимость В от Н принято записывать в виде

,

где µ_a= µ₀ µ - абсолютная магнитная проницаемость среды (Гн/м); µ₀ = 4π 10^-7 – магнитная проницаемость вакуума (Гн/м), μ – магнитная проницаемость среды.

Магнитная проницаемость µ диамагнетиков и парамагнетиков не зависит от В и Н. Чтобы найти соотношение между В и Н, сделаем подстановку в формулу (1.6) выражения (1.7), тогда получим

Н = В / μ₀ – æ Н, (1.8)

откуда

Н = В / μ₀ (1+ æ).

Безразмерная величина

μ = 1 + æ

называется относительной магнитной проницаемостью, или магнитной проницаемостью вещества. Магнитная восприимчивость может быть как положительной, так и отрицательной. Поэтому магнитная проницаемость μ может быть как больше, так и меньше единицы.

Формуле (1.8) можно придать вид

Н = В – 4 π æ Н.

Напряженность магнитного поля Н есть вектор, имеющий то же направление, что и вектор В, но в μ_оμ раз меньший по модулю. В анизотропных средах векторы Н и В не совпадают по направлению.