14. Магнітне поле.

Магнітне поле - особлива форма матерії, через яку здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.

Основні властивості магнітного поля:

1) магнітне поле породжується електричним струмом (рухомими зарядами);

2) магнітне поле виявляється за дією на електричний струм (рухомі заряди);

3) як і електричне, магнітне поле існує реально незалежно від знань про нього. Це підтверджується існуванням електромагнітних хвиль.

Силовою характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції . За напрям вектора магнітної індукції беруть напрям від південного полюса S до північного полюса N стрілки компаса, яка вільно встановлюється в магнітному полі.

Для дослідження магнітного поля використовують рамку зі струмом. При цьому напрям вектора магнітної індукції визначають за правилом свердлика: якщо напрям поступального руху свердлика збігається з напрямом струму в провіднику, то напрям обертання ручки свердлика збігається з напрямом вектора магнітної індукції.

15. Магнітний момент контуру зі струмом.

Магнітний момент , основна величина, що характеризує магнітні властивості речовини.

Для плоского контуру із струмом I магнітний момент визначається співвідношенням:

, (11.3.1)

де I – струм у контурі; S – площа контуру; - нормаль до площини контуру, яка збігається з поступальним рухом правого гвинта, якщо його обертати за напрямком струму у витку.

Якщо контур із струмом розмістити у зовнішнє магнітне поле, то результуюча сила Ампера, яка діє зі сторони зовнішнього магнітного поля на контур з струмом, буде дорівнювати нулю, тобто

.

У випадку неоднорідного магнітного поля результуючий вектор сили Ампера не буде дорівнювати нулю. Відповідні розрахунки показують, що в цьому випадку

де - похідна вектора в напрямку нормалі або градієнт вектора в напрямку нормалі до контуру; - магнітний момент контуру.

16.Вектор магнітної та напруженості магнітного поля.

Магнітне поле прямолінійного провідника зі струмом I характеризується напруженістю магнітного поля (А/м): H = I/(2pr), де r- відстань від провідника до точки, в якій визначається напруженість. Поряд з напруженістю магнітне поле характеризується магнітною індукцією B (Тл), яка визначається для рівномірного поля виразом: B = Ф/S, де S – площа, через яку проходить магнітний потік.

Магнітна стала m₀ (магнітна проникність вакууму) являє собою відношення магнітної індукції до напруженості магнітного поля у вакуумі: m₀=B/Н і є фізичною константою, яка чисельно дорівнює m₀ = 4p×10^-7 Вб/м^2×м/А або Гн/м. Напруженість зовнішнього магнітного поля не залежить від властивостей середовища (речовини), де створюється магнітний потік. Магнітна індукція визначається як напруженістю поля, так і властивостями речовини, що характеризується відносною магнітною проникністю m, яка показує, в скільки разів проникність речовини більша або менша проникності вакууму. Магнітна індукція в речовині:

B = m×m₀×H.

Оскільки будь-який струм створює магнітний момент (А·м²), що визначається формулою , де i – струм, А; S – площа, яка обтікається струмом, м², то електрон, який обертається по орбіті навколо ядра, має деякий орбітальний магнітний момент. Крім того, при русі по орбіті кожний електрон має властивість близьку до властивостей зарядженого тіла, що обертається навколо своєї осі. Цю властивість називають спіном електрона, що зумовлює спіновий магнітний момент (рис.).

У випадку декількох електронів повний або власний магнітний момент атома визначається деякою сумою орбітальних і спінових моментів з урахуванням їх напрямків. Орбітальні і спінові магнітні моменти можуть мати лише один з двох можливих напрямків (узгоджений або протилежний). У тому випадку, коли вони направлені в протилежні боки, магнітні моменти пари електронів взаємно компенсуються. Це явище має місце в будь-якій повністю заповненій оболонці.

Магнітний момент одиниці об’єму речовини називають намагніченістю (А/м): , де åm-сумарний момент атомів, що займають об’єм V. Намагніченість можна розглядати як напруженість, що утворюється мікрострумами електронних оболонок речовини. Тому індукцію в речовині можна уявити як B = m₀×(Н+М).

Часто вектори Н і М мають однаковий напрямок. При цьому можна перейти до скалярного виразу. Якщо винести Н за дужки, отримаємо: