1 КУРС (Лекции по оптике и электричеству и магнетизму) / Lektsia_6_pdf-77762392
.pdfКрахалев М.Н.
Лекция №6
Постоянное магнитное поле в веществе.
Электромагнитная индукция.
Крахалев Михаил Николаевич
КрахалевПланМ.Н. лекции №6
ýМолекулярные токи. Цилиндр в магнитном поле.
ýНамагниченность. Циркуляция магнитного поля в веществе. Напряженность магнитного поля.
ýГраничные условия для векторов B и H. Преломление линий магнитного поля на границе раздела двух сред.
ýДиа-, пара- и ферромагнетики.
ýЭДС индукции. Правило Ленца.
ýПолный поток (потокосцепление).
ýБаллистический гальванометр. Флюксметр.
ýСверхпроводимость. Сверхпроводники в магнитном поле .
Молекулярные токи.
Крахалев М.Н.
Всякое вещество является магнетиком, т.е. способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться).
По современным представлениям, магнетизм вещества обусловлен тремя причинами:
1)орбитальным движением электронов вокруг атомных ядер;
2)собственным «вращением», или спином электрона;
3)собственным «вращением», или спином атомных ядер.
Орбитальные и спиновые вращения электронов и атомных ядер в отношении возбуждаемого ими магнитного поля эквивалентны какимто токам, циркулирующим в атомах вещества. Они получили общее название молекулярных токов. Каждый такой ток обладает магнитным моментом pmi и создает в окружающем пространстве магнитное поле.
|
Вектор намагничивания J. |
Крахалев М.Н. |
Связь вектора J с индукцией собственного поля. |
Магнитное поле в веществе B складывается из внешнего магнитного поля B0, образованного макротоками, и собственного поля B’, появляющегося вследствие намагниченности вещества.
Намагниченность магнетика характеризуют вектором намагничивания J - магнитным моментом единицы объема:
Модуль вектора намагничивания J характеризует степень намагниченности вещества в окрестности точки, а его направление совпадает с направлением намагниченности.
Между индукцией внешнего поля и вектором намагничивания существует простая связь:
где cm называется магнитной восприимчивостью вещества.
|
|
Вектор намагничивания J. |
|
Крахалев М.Н. |
Связь вектора J с индукцией собственного поля. |
||
|
Цилиндр, |
обтекаемый |
током, |
|
эквивалентен соленоиду с числом ампер- |
||
|
витков на единицу длинны nI, равным I’. |
||
I’ – сила тока, приходящаяся на единицу длинны цилиндра (линейная плотность тока).
Величина m = 1+cm называется магнитной проницаемостью. Она показывает, во сколько раз усиливается поле в магнетике.
Вектор напряженности магнитного поля.
Крахалев М.Н.
Для описания магнитного поля используется еще одна характеристика, называемая вектором напряженности магнитного поля.
Единицей измерения напряженности в СИ является ампер/метр (А/м)
Напряженность магнитного поля H является аналогом электрического смещения D, а вектор магнитной индукции B по своей роли подобен вектору напряженности E.
Описание поля в магнетиках.
Крахалев М.Н.
Поток вектора магнитной индукции.
Линии вектора В0 всегда замкнуты. Тоже самое справедливо и для линий вектора B’.
Теорема Гаусса для вектора В: поток вектора магнитной индукции через любую замкнутую поверхность равен нулю.
Описание поля в магнетиках.
Крахалев М.Н.
Закон полного тока.
Рассмотрим в произвольной среде замкнутый контур L. Атомы вещества заменим замкнутыми молекулярными токами, магнитные моменты которых равны магнитным моментам атомов. Такая система своим магнитным действием полностью заменяет атомы, поэтому контур следует считать расположенным в вакууме.
Магнитный момент цилиндра как |
Магнитный момент цилиндра как |
элемента вещественной среды |
контура с током |
Описание поля в магнетиках.
Крахалев М.Н.
Закон полного тока (продолжение).
Полученное соотношение выражает теорему о циркуляции вектора H
(закон полного тока): циркуляция вектора напряженности магнитного поля по любому замкнутому контуру в произвольной среде равна алгебраической сумме макроскопических токов, охватываемых этим контуром.
В дифференциальной форме закон полного тока имеет вид:
Практический аспект закона полного тока состоит в том, что он широко используется для расчета магнитных полей в неоднородных средах.
Граничные условия для магнитного поля.
Крахалев М.Н.
Преломление линий магнитной индукции и напряженности
магнитного поля на границе раздела двух магнетиков.
При переходе магнитного поля через границу раздела двух сред обе векторные характеристики поля скачкообразно изменяются по величине и направлению. Соотношения, характеризующие эти изменения,
называются граничными условиями.