Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Lek_8_MAGNETIKI

.pdf
Скачиваний:
19
Добавлен:
29.05.2015
Размер:
900 Кб
Скачать
☆

2.Гипотеза Ампера

•Ампер предположил, ч то в атомах и молекулах существуют собственные круговые токи, названные им молекулярными токами.

•С молекулярными токами связаны магнитные моменты.

•Когда внешнего магнитного поля нет, плоскости этих молекулярных токов, а следовательно, и их магнитные моменты ориентированы всевозможным образом.

•В этом случае магнитное взаимодействие молекулярных токов и их магнитных моментов взаимно компенсируется.

•Поэтому магнетик в отсутствие внешнего магнитного поля не намагничен.

•При внесении магнетика во внешнее поле молекулярные токи и их магнитные моменты выстраиваются в определенном порядке. Магнетик

намагничивается.

• Поместим

макроско-

Iнамагн

пический

 

магнетик,

l

изготовленный

в

виде

B0

цилиндра

во

 

внешнее

 

магнитное поле, индук-

 

ция которого B0

(рис. 8).

 

• Магнитные

 

магнит-

Рис. 8

ные моменты

pm

моле-

 

 

кулярных

токов в этом

случае ориентируются по полю, а молекулярные токи текут в одном направлени.

 

• Молекулярными

токи

атомов

 

внутри

магнетика

будут

Рис. 9

скомпенсированны (рис. 9).

 

• Нескомпенсированным

останется лишь

поверх-

ностный ток, называемый током намагничивания

(

 

 

 

).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

намагн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B1

 

 

• Этот ток создает свое магнитное поле

 

 

и, сле-

 

 

 

 

довательно, суммарное поле

B

в магнетике:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B B0 B1

 

 

 

 

(1)

 

 

 

 

 

• Поле

 

B1

можно рассматривать

как

поле

соленоида:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B1 0 H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B1 0nI

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

I

– сила тока в одном витке,

 

 

 

– число витков

n

на единицу длины соленоида.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nI

представим так:

NI

 

 

 

Iнамагн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

nI

 

I1

 

 

(4)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Величину

I1

называют плотностью тока

намаг-

ничивания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• С учетом (4) магнитную индукцию

 

B1

запишем в

виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B1

0 I1

 

 

 

 

 

 

(5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Следует помнить, что поле

 

B0

– поле внешнее.

 

 

 

 

 

 

Оно создается макротоками,

а поле

B1

– поле внут-

реннее. Это поле создается микротоками, протекающими в каждой молекуле.

 

 

 

 

 

• Суммарное поле

B

 

в магнетике,

создаваемое

макротоками и микротоками:

 

 

 

 

 

 

 

B B0

0 I1

 

(6)

3.Намагниченность магнетика

•Намагниченность – это физическая величина, характеризующая состояние намагниченного вещества.

•Намагниченность есть векторная величина,

равная суммарному магнитному моменту единицы

объема магнетика:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J

pi

,

 

 

 

 

(7)

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

pi

– магнитный момент атома (молекулы).

• Внутреннее

поле

 

 

 

в

магнетике,

создаваемое

 

 

B1

 

микротоками с учетом (7)

представить так:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B I

 

NI

 

 

 

NI S

 

 

 

pi

 

J

 

 

 

 

0 l S

 

 

 

 

 

1

 

0 1

0 l

 

 

 

 

 

 

0

V

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B1 0 J

 

 

 

 

 

 

(8)

• Учитывая, что намагничивающее поле B0 0 H ,

суммарное поле в магнетике запишем в виде:

 

 

 

 

B 0 H 0 J

B 0 (H J )

(9)

• Как показывает опыт, намагниченность пропор-

циональна напряженности магнитного поля:

 

 

 

 

 

или

J H

(10)

J H

 

 

 

 

• В (10) – магнитная восприимчивость (способ-

ность магнетика намагничиваться в магнитном поле).

• С учетом магнитной восприимчивости запишем

(9) в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

B 0 (H H )

 

B (1 ) 0 H

• Величина

 

 

(1 )

называется магнитной

 

 

 

 

 

 

 

проницаемостью магнетика.

• Следовательно суммарное поле в магнетике

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B 0 H

 

(11)

 

 

 

 

 

 

ДИАМАГНЕТИКИ

МАГНИТНАЯ

ПАРАМАГНЕТИКИ

МАГНИТНАЯ

 

ВОСПРИИМЧИВОСТЬ

ВОСПРИМЧИВОСТЬ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Висмут

– 16,7·10-5

Платина

+2,93·10-4

 

Серебро

– 2,64·10-5

Алюминий

+2,14·10-5

 

Вода

– 0,88·10-5

Жидкий

+3,46·10-3

 

кислород

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Водород

– 0,21·10-8

Воздух

+3,65·10-7

 

• У ферромагнетиков магнитная проницаемость

составляет тысячи и десятки тысяч, поэтому, как это следует из таблицы, магнитную восприимчивость для этих магнетиков можно не учитывать.

4. Магнитные свойства атомов

а). Орбитальный магнитный момент электрона

-e,m • Орбитальное движение электро-

I

r

на можно заменить эквивалент-

q

ным током I (рис.10).

• Орбитальное магнитный момент

Рис. 10

электрона

 

Pl

IS enS,

 

где n – частота обращения электрона по орбите, S – площадь орбиты, e – заряд электрона

 

 

 

 

 

n / 2 r

 

S r2

 

 

 

 

I e / 2 r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Следовательно,

Pl

e

r2

e r

2 r

 

 

 

2

• Умножим и поделим это выражение на массу

электрона.

Получим:

 

 

 

Pl

 

 

 

 

 

 

 

 

P

em r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

2m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Однако

rm Ll

– момент

 

 

 

 

 

-e,m

 

r

 

 

импульса

электрона (орби-

 

q

 

 

тальный момент импульса).

 

 

 

 

 

I

• Таким образом:

 

 

Ll

 

 

e

 

 

 

 

e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 11

Pl

 

2m

Ll

или

Pl

Ll

(Рис. 11).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]