Шубников лев васильович

(1901-1945)

Показав (1934 р.), що в надпровідному стані магнітна індукція металу дорівнює нулю, тобто дав прямий обґрунтований доказ ідеального діамагнетизму надпровідників.

Лазарєв борис георгійович

(1906-2001)

Виконав в кінці 30-х років важливі експериментальні дослідження магнітних властивостей металів при низьких і особливо наднизьких температурах. Цими дослідженнями було встановлено, що періодична залежність магнітної сприятливості від зовнішнього магнітного поля є аномалією не тільки вісмуту, але й великої групи металів.

§77. Магнітне поле в речовині. Закон повного струму для магнітного поля в речовині. Напруженість магнітного поля

При вивченні магнітного поля в речовині (магнетику) розрізняють два типи струмів: макроструми і мікроструми. Макрострумами називають електричні струми провідності, а також конвекційні струми, які зв’язані з рухом заряджених макроскопічних тіл. Мікрострумами, або молеку­лярними струмами, називаються струми, які обумовлені рухом електронів в атомах, іонах і молекулах.

Магнітне поле в речовині складається з двох полів: зовнішнього поля , яке створюється макрострумами, і внутрішнього поля, яке створюється молекулярними струмами.

Вектор магнітної індукції результуючого магнітного поля в речовині дорівнює векторній сумі магнітних індукцій зовнішнього і внутрішнього полів:

.

Вектор залежить від магнітних властивостей речовини.

Для опису поля, що створюється молекулярними струмами, розглянемо однорідний ізотропний діамагнетик у вигляді колового циліндра перерізомSі довжиноюl, який внесений у однорідне зовнішнє магнітне поле з індукцією(рис. 186).

Внутрішнє поле, що виникає в діамагнетику, буде напрямлене протилежно зовнішньому. При цьому площини всіх молекулярних струмів розташовуються перпендикулярно до напрямку зовнішнього поля так, щоб вектори їхніх магнітних моментівбули антипаралельні до вектора.

На внутрішніх ділянках будь-якого перерізу циліндра молекулярні струми сусідніх атомів напрямлені назустріч один одному і взаємно компенсуються (рис. 186). Нескомпенсованими будуть лише молекулярні струми, які виходять на бічну поверхню циліндра.

Струми, які проходять по бічній поверхні циліндра, подібні до струму в соленоїді. Вони утворюють всередині циліндра поле, магнітну індукцію якого можна обчислити за допомогою формули для маг­нітного поля всередині довгого соленоїда:

,

де - величина молекулярного струму одного кільця,n- кількість кільцевих струмів, що припадають на одиницю довжини циліндра,- величина молекулярного струму одиниці довжини циліндра.

Магнітний момент циліндра-соле­ноїда, об’єм якого , дорівнює

.

Звідси намагніченість магнетика

,

а магнітна індукція дорівнює:

.

Вектори імають однакові напрямки, тому

.

Закон повного струму для магнітного поля в речовині (теорема про циркуляцію вектора В) є узагальненням закону повного струму для магнітного поля у вакуумі:

,

де і– відповідно, алгебраїчні суми сил макрострумів (струмів провідності) і мікрострумів (молекулярних струмів), що охоплюються заданим контуром.

Обчислюючи циркуляцію вектора в магнетиках, стикаємося з такою трудністю: для того, щоб визначити циркуляцію вектора, треба знати силу не лише макроскопічних струмів, але також і молекулярних струмів. Сила ж молекулярних струмів у свою чергу залежить від значення вектора. Щоб обійти це затруднення, можна знайти таку допоміжну величину, циркуляція якої визначається лише силою макроскопічних струмів.

Щоб встановити вигляд цієї допоміжної величини, виразимо силу молекулярних струмів через намагніченість.

Для цього розглянемо однорідний ізотропний діамагнетик, який має форму колового циліндра завдовжки, що поміщений в зовнішнє магнітне поле (рис. 187).

Виберемо контур Lу вигляді прямокутникаАCDFсторониCD, DF, DA якого лежать поза магнетиком, а сторонаAC паралельна до напрямку магнітного поля і вектору намагніченості (рис. 187).

В усіх точках контуру L, які лежать поза магнетиком. У точках прямоїACвекториіпаралельні, причому. Тому

.

Вектор числово дорівнює сумі молекулярних струмів, що припадають на одиницю довжини магнетика. Отже,дорівнює сумі молекулярних струмів, що припадають на всю довжинумагнетика, тобто охоплених замкненим контуромL:

.

Цей результат не залежить ні від форми контуру L, ні від форми і природи магнетика, ні від того, однорідне магнітне поле чи ні.

Тоді закон повного струму для магнітного поля в речовині можна записати у вигляді

і

.

Вираз в дужках і є шукана допоміжна величина, циркуляція якої визначається лише макроскопічними стру­мами і

.

Вектор називаєтьсянапруженіс­тю магнітного поля.

Отримана формула виражає теорему про циркуляцію вектора (закон повного струму для магнітного поля в середовищі):

циркуляція вектора напруженості магнітного поля по деякому контуру дорівнює алгебраїчній сумі макроскопічних струмів, що охоплюються цим контуром.

Напруженість магнітного поля є аналогом електричного зміщення.

У вакуумі , тому

і.

Як показують досліди, в несильних полях намагніченість прямо пропорційна до напруженості поля, що викликає намагнічення, тобто

,

де - магнітна сприйнятливість речовини. Тоді

,

звідки

.

Безрозмірна величина називаєтьсявідносною магнітною проникністю речовини.

Оскільки магнітна сприйнятливість діамагнетиків , то відносна магнітна проникність цих магнетиків, а сприйнятливість парамагнетиків, то їх проникність незначно більша від одиниці, тобто.

Вираз для напруженості поля можна записати у вигляді

.

Отже, напруженість магнітного поля –це вектор, що має той же напрям, що і вектор , але вразів менший за модулем.