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

04_Магнетизм

.pdf
Скачиваний:
16
Добавлен:
04.03.2016
Размер:
691.9 Кб
Скачать

J dl = I,

L

J dl = Imi .

L

i

Циркуляция намагниченности по произвольному контуру равна алгебраической сумме молекулярных токов, охватываемых этим контуром.

Обозначим:

jm– вектор плотности молекулярного тока. Запишем:

I′ = jmdS ,

S

J dl =jmdS,

L S

J dl =rotJ dS,

L S

rotJ dS =jmdS.

S S

Поскольку поверхность S взята произвольно, то:

rotJ = jm.

Ротор намагниченности в некоторой точке равен вектору плотности молекулярных токов в этой же точке. Для однородной намагниченности можно записать:

J(x, y,z)= const ,

rotJ = 0 , jm′ = 0 .

Напряженность магнитного поля

Пусть магнетик находится в постоянном магнитном поле, создаваемом токами, текущими в проводниках.

61

Токи, текущие по проводникам, называются токами проводимости. Проведем контур L и запишем для циркуляции

магнитной индукции B :

 

 

 

 

 

r

r

= µ0

 

 

 

 

B dl

 

Ii + Imi .

 

 

 

 

i

i

 

Первое слагаемое есть алгебраическая сумма сил токов проводимости, второе – алгебраическая сумма сил молекулярных токов в магнетике.

Запишем для циркуляции намагниченности:

J dl = Imi ,

 

 

L

 

i

 

B

r

 

r

r

µ0

dl

= Ii + J

dl ,

L

 

i

L

 

 

 

B

r r

= Ii .

 

 

 

 

 

µ0

- J dl

 

L

 

i

 

Обозначим:

Hr = B rJ . µ0

ВекторH называется напряженностью магнитного поля. Для него получено выражение:

H dl = Ii .

L

i

62

Циркуляция напряженности магнитного поля по произвольному замкнутому контуру равна алгебраической сумме сил токов проводимости, охватываемых этим контуром.

Если ток распределен в среде с плотностью j , то:

H dl =j dS.

L S

Запишем теорему Стокса для вектора H :

H dl = rotH dS .

L S

Далее:

rotH dS = j dS ,

S S

rotH = j .

Ротор напряженности магнитного поля в некоторой точке равен вектору плотности тока проводимости в этой же точке.

Модуль вектора H имеет следующую единицу измере-

ния:

H, Ам .

Магнитная проницаемость

r

Из опыта известно, что векторы J намагниченности и

 

H напряженности магнитного поля в магнетике связаны зако-

ном:

 

J = κH .

Величина κ называется магнитной восприимчивостью вещества.

Запишем:

Hr = B rJ , µ0

63

r

 

B

 

r

 

H =

 

 

κH ,

µ0

 

 

 

 

r

 

r

 

B

 

H +

κH

=

 

,

µ0

 

 

 

 

 

B = µ0 (1+ κ)H ,

r µ = (1+ κ) ,

 

B = µ0µH , B = µ0µH .

Величина µ называется магнитной проницаемостью ве-

щества.

Видно, что κ и µ не имеют размерности. В вакууме (воздухе):

κ = 0, µ =1,

B = µ0 H ,

B = µ0 H .

Магнетики, для которых κ и µ не зависят от напряженности магнитного поля, называются парамагнетиками, еслиκ > 0 и диамагнетиками, если κ < 0 .

При этом:

κ 0 , µ 1.

Кроме того, существуют магнетики, для которых величины κ и µ являются функцией напряженности магнитного

поля. Такие вещества называются ферромагнетиками. Для ферромагнетиков:

J = J(H),

B = µ0µ(H)H .

Для ферромагнетиков µ есть нелинейная функция H и величина µ может быть много больше единицы.

64

Значение µ можно найти из кривой зависимости

B = B(H):

B = µ0µH ,

µ =

 

B

,

 

 

 

µ0 H

µ1 =

 

B1

.

 

 

 

 

µ0 H1

65

Условия на границе двух магнетиков

1. Граничные условия для вектора B

Рассмотрим два магнетика, имеющих общую поверхность. Вблизи поверхности по обе стороны от нее построим прямой цилиндр с основаниями ∆S и высотой h , причем h 0 .

Запишем теорему Гаусса для вектора B :

66

B dS = 0 ,

r

r

 

S

r

r

r

 

+

r

B1 dS1

B

dS +

B2

dS2 = 0 ,

∆S

 

 

Sбок

 

 

∆S

 

B

dS

= B nr

dS = B (nr)dS =

1

r

1 r

1

1

1

 

= −B1

ndS

= −B1ndS,

 

B2 dS2 = B2 nr2 dS = B2 nrdS = B2 n dS ,

где:

 

 

 

 

 

 

на вектор нормали nr,

B1n , B2 n – проекции векторов B1 и B2

проведенный из 1-й среды во 2-ю.

 

 

Полагаем, что в пределах ∆S поле B1 и B2 можно счи-

тать однородным:

B1n

 

= const , B2 n

= const .

 

 

При h 0 второй интеграл стремится к нулю: h 0 ,

Sбок 0 ,

rr

B dS = 0 ,

Sбок

B1n dS + B2 n dS = 0 ,

∆S ∆S

B1n S + B2 n S = 0 ,

B1n = B2 n .

При переходе через границу раздела двух магнетиков нормальная составляющая магнитной индукции не изменяется.

2. Граничные условия для вектора H

Построим контур L в виде прямоугольника со сторонами a и b , причем b 0 . Сторона a параллельна границе раздела магнетиков.

67

Пусть вдоль границы раздела магнетиков в направлении, перпендикулярном плоскости контура, течет ток проводи-

мости с линейной плотностью i A .

м

Запишем теорему о циркуляции вектора H :

H dl = I ,

r

r

 

 

r

L

r

r

 

r

r

 

 

+

r

+

 

H1

dl1

Hdl

′+ H2dl2

H′′

dl

′′ = I ,

12

r

 

r23

 

 

34

 

41

 

 

 

 

H1

dl1 = H1 rτ1dl = H1 rτdl = Hdl ,

H2 dl2 = H2 rτ2dl = H2 (rτ)dl = = −Hr2rτdl = −Hdl.

Здесь:

68

H, H– проекции векторов H1 и H2 на направление вектора

rτ, проведенного, как показано на рисунке,

I = −(i a).

Знак минус обусловлен направлением тока i и направлением обхода контура L . Второй и четвертый интегралы вычисляются по сторонам контура длиной b . При b 0 эти интегралы также стремятся к нулю.

Запишем:

Hdl Hdl = −ia .

a a

При малом значении a можно полагать, что:

H= const , H= const ,

Ha - Ha = −i a , H- H= −i ,

H- H= i .

Если токи проводимости отсутствуют или не пересекают контур

L , то:

i = 0 ,

H- H= 0 .

H= H.

При переходе через границу раздела двух магнетиков тангенциальная составляющая напряженности магнитного поля не изменяется.

3. Преломление линий вектора B

Рассмотрим векторы магнитной индукции вблизи поверхности раздела двух магнетиков.

69

Запишем:

tgα1 = BB,

1n

 

 

 

 

 

 

tgα2

=

 

B

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B2 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tgα2

=

 

BB2 n

 

 

 

=

 

B

 

 

B1n

 

,

tgα

 

 

B

 

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

 

 

 

 

2 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 τ

 

 

 

 

1n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B1n

= B2 n ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

= H,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

=

 

B

 

, B

 

 

 

= µ

 

µ

H

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ0µ1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B= µ0µ2 H,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

=

 

µ0µ 2

 

H

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B

 

µ

1

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tgα2

=

µ2

=

H

 

 

B1n

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tgα1

µ1

 

 

 

 

 

H

 

B2 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tgα2

 

=

 

µ2

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tgα1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

70