Раздел II. Электричество и магнетизм. Глава 9. Магнитное поле в веществе.
1. Физические |
величины, |
характеризующие |
магнитные свойства вещества. |
|
|
Магнитное поле в веществе создается, как внешними (сторонними) токами B0 , как и внутренними (атомными,
молекулярными) B1
B B0 B1
Каждый атом – это круговой ток, создаваемый вращающимися вокруг ядра электронами.
Важнейшей характеристикой кругового тока является магнитный момент.
Pm I S n - магнитный момент тока
S – площадь, охватываемая током I – сила тока
n - единичный вектор нормали, направлен по буравчику
При наложении внешнего магнитного поля происходит ориентация Pm в одном направлении (по или против поля).
Количественной характеристикой этого процесса является
вектор намагниченности. |
|
|
|
|
||
Вектор |
|
|
|
|
|
|
Намагниченности |
|
|
Pm |
суммарный магнитный |
||
|
J |
V |
момент единицы объема |
|||
|
|
|
||||
вещества
Для характеристики магнитного поля в веществе, помимо магнитной индукции B , вводят еще одну величину –
напряженность H .
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
А |
||||||
|
|
|
|
H |
J |
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м |
|||||||||
Для большинства веществ вектор намагниченности J и |
||||||||||||||||||||||||
напряженность магнитного |
поля |
|
|
|
связаны простым |
|||||||||||||||||||
H |
|
|||||||||||||||||||||||
эмпирическим законом |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
χ – магнитная восприимчивость (безразмерна) |
|||||||||||||||||||
J |
H |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
тогда |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
1 |
- относительная |
|||||||||||||
|
B |
H |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
магнитная проницаемость |
||||
Напряженность магнитного поля H определяется только внешними (сторонними) токами в отличие от магнитной
индукции B .
2. Типы магнетиков.
а) Парамагнетики – вещества, атомы которых (Na, K, Al) обладают Pm .
Во внешнем поле Pm ориентируются по полю.
~10 3 10 4 |
; |
|
c |
(закон Кюри) |
|
||||
~ |
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
1 1 ; |
|
|
|
|
б) Диамагнетики - Pmaт 0 (H2, N2, NaCl, Ag)
Под влиянием магнитного поля в атомах наводятся Pm ,
которые направлены против поля.
~ (10 3 10 2 )
~
1 1
в) Ферромагнетики – вещества (Fe, Ni, Cо…), у которых есть области (домены) спонтанной намагниченности. Под действием внешнего поля магнитные моменты доменов ориентируются по полю.
Размеры доменов 1-10 мкм. |
Fe ~ 5000 ; |
|
79% Ni |
|
|
|
~800000 |
|
5% Mo |
|
|
16%Fe
Явление гистерезиса у ферромагнетиков:
3. Уравнения магнитного поля в веществе.
а) Интегральная форма |
б)Дифференциальная форма |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т.О-Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
B |
|
dS |
0 |
|
div |
B |
|
0 |
|||||||||||||||||||
|
S |
т. С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
dl |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
H |
|
j |
dS |
|
rot |
H |
|
j |
|
|
|
||||||||||||||||
|
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|||||||||||||||||
B |
H |
|
B |
H |
|||||||||||||||||||||||
j - плотность внешних (сторонних) токов
4. Условия на границе раздела двух магнетиков.
На границе раздела сохраняется нормальная составляющая магнитной индукции
B1n B2n
и тангенциальная составляющая напряженности
H1 H2
5. Применение теоремы о циркуляции (закона полного тока) для расчета магнитного поля соленоида.
2 3 4 3 2
H dl H dl 0 0 0 H l I I n l
1 |
2 |
3 |
4 |
1 |
|
|
|
|
|
|
||||||
O( |
|
dl |
|
) O( ) O( |
|
dl |
|
) |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
H |
|
H |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
N |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
B nI |
|
|
|
||||||||
H nI |
|
n |
– плотность витков |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
l |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вопросы:
1.Что такое магнитный момент?
2.Что такое вектор намагниченности?
3.Что такое напряженность магнитного поля?
4.Типы магнетиков.
5.Уравнения магнитостатики в интегральной форме.
6.Уравнения магнитостатики в дифференциальной форме.
7.Условия на границе раздела магнетиков.
8.Магнитного поле длинного соленоида.