Магнетики в магнитном поле

Магнетиками называются вещества способные намагничиваться, то есть приобретать магнитные свойства. Явление намагничивания аналогично электрической поляризации диэлектриков.

Рассмотрим процессы, возникающие в магнетиках при воздействии на них внешнего магнитного поля. В любом проводнике или диэлектрике, имеющим ионную структуру или состоящем из нейтральных молекул, внутри отдельных ионов и молекул имеет место орбитальное движение электронов вокруг ядер атомов. Вращающийся вокруг ядра электрон эквивалентен микроскопическому круговому току, который порождает магнитное поле. Этому полю соответствует орбитальный магнитный момент электрона . Наряду с орбитальным моментом, электрон обладает спиновым магнитным моментом, связанным с вращением электрона вокруг своей собственной оси. Помещенные в магнитном поле магнитные моменты магнетика частично ориентируются и происходит его намагничивание.

,

где – вектор намагничивания

,

где - магнитная восприимчивость.

По характеру процессов при намагничивании различают три вида веществ: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. К диамагнетикам относятся вещества (инертные газы, цинк, золото, ртуть, т. д.) у которых ,, т. е. направление вектора намагниченности противоположно направлению вектора напряженности внешнего намагничивающего поля.

К парамагнетикам относятся вещества (кислород, азот, платина, палладий и так далее) у которых ,, то есть направление

вектора намагниченности совпадает по направлению с вектором напряжённости внешнего намагничивающего поля.

Для диамагнитных и парамагнитных веществ ине зависит от напряжённости внешнего магнитного поля. Векторисвязаны линейной зависимостью. Поэтому диамагнетики и парамагнетики относятся к линейным средам.

Численные значения магнитной восприимчивости для диамагнетиков и парамагнетиков очень малы.

Пример: азот – диамагнетик,

кислород – парамагнетик .

Поэтому в большинстве случаев намагничиванием этих сред можно пренебречь и считать ,. В диамагнетиках и парамагнетиках намагничивание исчезает при снятии внешнего поля.

К ферромагнетикам относятся вещества (железо, никель, кобальт) у которых ,, то есть внутреннее магнитное поле в тысячи раз превосходит вызвавшее его внешнее поле. Особенности намагничивания ферромагнетиком объясняется только в рамках квантовой теории и выходит за рамки данной лекции. Для ферромагнетиков зависимостьимеет вид петли гистерезиса – следовательно ферромагнетики являются нелинейными средами. В них намагниченность не исчезает при снятии внешнего поля.

Выводы. Таким образом, под воздействием внешнего магнитного поля в магнетиках образуется внутреннее поле, вызванное молекулярными токами. Это внутреннее поле, взаимодействуя с внешним полем, изменяет его.

Литература

/I/ c. 16...19, 21...22; /2/ c. 126..128, 132...133, 139...140, 145...146.

Лекция № 4 уравнение максвелла

Цель лекции:рассмотреть уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме и дать им физическую интерпретацию; рассмотреть уравнения Максвелла для гармонических колебаний. Сформулировать закон сохранения энергии в электромагнитном поле.

Проработав материал данной лекции, студенты должен знать уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной форме, их роль в электродинамике; уравнения Максвелла для гармонических колебаний, закон сохранения энергии в электромагнитном поле; вектор Умова-Пойтинга и его физический смысл.

Уметь определять направление вектора Умова-Пойтинга, зная направление векторов и.

Основные законы переменного электромагнитного поля были сформулированы Фарадеем и Максвеллом в результате глубокого анализа экспериментального материала, накопленного в течение XVIII и XIX века, Фарадей и Максвелл стихийно пошли по материалистическому пути, отказавшись от представлений о взаимодействии зарядов и токов в "пустой" среде. Вместо "пустой" среды было введено понятие об электромагнитном поле. Теория электромагнитного поля была сформулирована в 1864 году Максвеллом в виде так называемых уравнений Максвелла. Уравнения Максвелла для переменных электромагнитных полей являются выражением основных законов электродинамики подобно законам Ньютона в механике. Уравнения Максвелла описывают электромагнитное поле как форму материи, характеризуемую явлениями, возникающими в пространстве при наличии электрических токов и зарядов.