15/Магнитное поле в веществе. Напряженность магнитного поля.

Любое вещество является магнетиком, т.е способно под действием внешнего магнитного поля приобрести не нулевой магнитный момент, т.е намагничиваться.

Для объяснения намагничивания Ампер предположил что в любом в-ве существуют микротоки обусловленные движением электронов внутри атомов. В отсутствии внешнего магнитного поля эти микротоки разориентированы из-за теплового движения атомов и суммарный магнитный момент равен нулю. В присутствии внешнего магнитного поля микротоки поворачиваются так что их нормаль внешнему магнитному полю. Суммарный магнитный момент не равен нулю, т.е магнетик намагничивается.

Результирующее магнитное поле в в-ве является геометрической суммой внешнего магнитного поля созданного макротоками и внутреннего магнитного поля создаваемого микротоками. Макротоки это токи создаваемые электронами проводимости. , т.к магнитных зарядов не существует тоа значит и результирующее поле. В интегральной форме;. В дифференциальной форме.

Определим сумму микротоков охватываемых контуром. Для количественного описания намагничивания принято ;- суммарный магнитный момент

Вектор напряженности магнитного поля.

1) Рассмотрим магнетик в виде цилиндра во внешнем магнитном поле созданного макротоками, так что ось цилиндра совпадает с направлением.

(рис. 52) По действием внешнего магнитного поля макротоки разворачивают так что их магнитные моменты при этом плоскости микротоков. Микротоки соседних атомов имеют противоположное направление и компенсируются. Не скомпенсированными остались только микротоки у поверхности цилиндра.

Ток создает такой же магнитный поток как и все микротоки вместе взятые;;;;;это ток единицы длины

2) Рассмотрим косой цилиндр, нормаль к основанию совпадает с направлением ,а(рис. 53).

Плоскость микротоков .- суммарный микроток на поверхности цилиндра.;;тогда;проекция векторана нормаль тогда;,единичный вектор вдоль оси цилиндра;

3 Определим циркуляцию вектора внутри магнетика по произвольному замкнутому контуру.. Выбрали произвольный замкнутый контур внутри магнетика. Натянем на контур произвольную площадку. Вклад в векторвносят только микротоки которые 1 раз пересекают площадку. (рис. 54) Микротоки нанизанные на контур вносят вклад. Охватываем микротоки кольцевой трубкой. Трубку разбиваем на цилиндры.тогда ток приходящийся на длину цилиндраравенСуммарный микроток охватываемой контуром равен;;делим обе части наполучим;гденапряженность магнитного поля. .

Теорема о циркуляции вектора напряженности

Циркуляция вектора напряженности магнитного поля равна сумме макротоков охватываемых контуром.

, - это основной вектор характеризующий магнитное поле который определяется и микро и макротоками.вспомогательный вектор физического смысла не имеет и определяется только макротоками.

;;;;отсюдасравним с теоремой о циркуляции дляотсюда. Для магнетиков;-магнитная восприимчивость. ;;.;- магнитная проницаемость. Если необходимо найти поле внутри магнетика то сначала используют теорию о циркуляцийа затем используем связьи.

Типы магнетиков.

1)Диамагнетики. Под действием внешнего поля магнитные моменты микротоков направлены под углом к магнитному полю. . Направлениеопределяем по правилу буравчика. Согласно основному закону динамики вращательного движения.- момент импульса;(рис. 55). По действием момента силбудет вращаться вокруг. Движение микротока эквивалентно круговому токукоторый создает магнитное поленаправленное против. Результирующее поле. В диамагнетике магнитное поле ослабляется.

2)Парамагнетики. Под действием внешнего магнитного поля. Магнитные моменты микротоков разворачиваются по полю, т.е где- поле создаваемое микротоками. Суммарное поле не равно нулю и оно увеличивается относительно внешнего поля. (рис.56)т.е парамагнетик намагничивается.

В Диа и пара в отсутствии внешнего магнитного поля молекулярные токи разориентированы из-за теплового хаотического движения и . Но существует ряд веществ в которых даже в отсутствии внешнего магнитного поля происходит спонтанное намагничивание это ферро и антиферромагнетики.

3) Ферромагнетики. Молекулы обладают не нулевым магнитным моментом (). При высоких температурах магнитные моменты отдельных молекул разориентированы но между ними существует взаимодействие поэтому при понижении температуры при некоторой температуре называемой точкой Кюри () магнетик спонтанно намагничивается, т.е магнитные моменты отдельных молекул за счет взаимодействия между собой сонаправлены. Если температура нижето разбивается на макрообласти- домены. Внутри домена магнитные моменты отдельных молекул сонаправлены. Но в отсутствии внешнего магнитного полярезультирующий магнитный момент всех доменов равен 0 . В присутствии внешнего поля наблюдается сложный процесс намагничивания. (график 57) На участке 1-2 домены начинают разворачиваться по полю. И когда все магнитные моменты всех молекул развернулись по внешнему полю – магнитное поле внутри достигает насыщения.

2-3 При уменьшении домены начинают разориентироваться из за теплового движения, но из-за того что домены это крупное образования полного размагничивания не происходит. В итоге появляется остаточная намагниченность

3-4 для того чтоб размагнитить нужно приложить дополнительное магнитное поле в обратном направлении.

4-5 идет процесс перемагничивания.

5-6-7-2 происходит размагничивание и перемагничивание.

4) Антиферромагнетики. При высоких температурах в отсутствии магнитные моментыразориентированы из-за теплового хаотического движения. При увеличении температуры начиная с некоторой точки Нееляантиферромагнетики спонтанно намагничиваются так что магнитные моменты соседних атомов направлены в противоположные стороны. (рис. 58) В присутствии внешнего магнитного поля намагничивание происходит по разному. Еслито при,и. Еслито магнитные моменты начинают поворачиваться по полю и при.