Магнитный момент контура с током

Во многих случаях приходится иметь дело с замкнутыми токами размеры, которых малы по сравнению с расстоянием от них до точки наблюдения (например, электроны в атомах).

Вычислим магнитное поле в т.А на оси кругового тока I с радиусом R. В этом случае dl перпендикулярен r в любом месте кругового тока и

. Любому элементу dl имеется противоположный элемент dl^′, который дает такую же параллельную составляющую вектора dН и противоположную перпендикулярную составляющую. Следовательно, при сложении все перпендикулярные составляющие взаимно уничтожатся, а параллельные составляющие будут складываться. Напряженность результирующего поля будет направлена вдоль оси ОА.

. Выразим r и соsα через радиус кругового тока и расстояние от плоскости витка тока до точки А.

и подставим в выражение для Н.

.

При d » R . Величина р_m = IS называется магнитным моментом тока, а контур с током называется магнитным диполем. Магнитный момент контура с током величина векторная. Он направлен по нормали к плоскости контура и связан с направлением тока правилом буравчика. Магнитный момент имеет общее значение и определяется выражением р_m = IS для любой формы контура.

На контур с током в магнитном поле действует вращающий момент, стремящийся повернуть контур М_вр = [р_mВ], М_вр = р_mВ sinα. В положении устойчивого равновесия магнитный момент контура направлен вдоль линий индукции.

Лекция 12

Магнитное поле в веществе

Магнитное поле, создаваемое проводником с током в вакууме и в какой-либо среде будет различным. Это объясняется тем, что всякое вещество является магнетиком, то есть, способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться). Намагниченное вещество создает свое магнитное поле В′, которое накладывается на магнитное поле В₀ проводника с током. Результирующее поле равно векторной сумме этих полей В = В₀ + В′.

Природа магнитных свойств тел

Атомы состоят из электронов и ядер. Электроны в атоме находятся в состоянии непрерывного движения по своим орбитам. Электрон, вращающийся по орбите, представляет собой замкнутый электрический ток, и, следовательно, создает свое магнитное поле и обладает магнитным моментом (орбитальным). Кроме того, электрон вращается вокруг собственной оси и поэтому обладает еще и собственным или спиновым магнитным моментом.

Суммарный магнитный момент атома или молекулы равен векторной сумме всех орбитальных и спиновых моментов электронов данного атома или молекулы. Если этот суммарный момент равен 0 – вещество диамагнитно, если момент отличен от 0 – парамагнитно.

Парамагнетики

В отсутствие магнитного поля магнитные моменты атомов или молекул в парамагнетике вследствие теплового движения ориентированы хаотично в пространстве. Поэтому магнитный момент тела, равный векторной сумме магнитных моментов отдельных атомов, близок к 0, тело не намагничено.

Во внешнем магнитном поле на каждый атом действует вращающий момент, стремящийся установить магнитные моменты атомов вдоль поля. В результате этого внутри парамагнетика возникает упорядоченное расположение атомов, т.е., тело намагничивается. Чем выше температура, тем сильнее тепловое движение атомов и слабее их ориентация в магнитном поле, т.е., слабее намагничение.

Намагничение магнетика характеризуется магнитным моментом единицы объема: ,- магнитный момент отдельного атома или молекулы,

J - вектор намагничения (или намагниченность).

Для изотропных веществ в не слишком сильных поляхJ = χН, χ – магнитная восприимчивость вещества.

Магнитное поле в парамагнетике будет складываться из собственного и внешнего В = В₀ + В′ = μ₀Н + μ₀J = μ₀(Н + J) = μ₀(Н + χН) = μ₀(1 + χ)Н, В = μμ₀Н = μВ₀, μ = 1 + χ – магнитная проницаемость вещества. Для парамагнетиков χ > 0 μ > 1, т.е., магнитное поле в парамагнетике усиливается.

Если расположить парамагнетик между полюсами магнита, то он намагнитится по полю, возникший на одном конце северный полюс окажется у южного полюса магнита и наоборот. А так как разноименные полюса притягиваются, то парамагнетик будет втягиваться в магнитное поле. К парамагнетикам относятся щелочные, щелочно-земельные металлы, кислород и т.д.