6.6. Взаимная индукция

Магнитный поток через проводящую систему, например, через проводящий контур, может создаваться магнитным полем, созданным током в другом витке (рис. 6.12).

Ток, существующий в контуре 1, создает магнитное поле, линии магнитной индукции которого пронизывают контур2. Следовательно, сила тока в первом контуре определяет потокосцепление второго контура:₂₁ ~ I₁. Коэффициент пропорциональности между₂₁иI₁зависит от взаимного расположения контуров, расстояния между ними и их геометрии. Можно записать:

где M₂₁–взаимная индуктивностьвторого контура относительно первого. Так же, как и индуктивность, взаимная индуктивность в СИ измеряется вгенри.

При изменении силы тока I₁во втором контуре будет возникать электромагнитная индукция, ЭДС которой, определится как

Аналогично, при изменении силы тока во втором контуре возникает ЭДС электромагнитной индукции в первом контуре:

Взаимная индуктивность контуров всегда равна друг другу:

М₁₂ = М₂₁.

На явлении взаимной индуктивности основано действие трансформаторов, служащих для повышения или понижения напряжения переменного тока.

7. Магнитное поле в веществе. Магнетики.

Введение

Из сопоставления картин линий магнитной индукции соленоида и полосового магнита видно, что они очень похожи. Полная аналогия между магнитными полями полосовых магнитов и длинных соленоидов позволила французскому физику А. Амперу в 1822 г. высказать гипотезу о том, что магнитные свойства постоянных магнитов обусловлены существующими в них микротоками. О природе и характере этих микротоков Ампер ничего не мог сказать, так как в то время учение о строении вещества только зарождалось. Лишь после открытия электрона и выяснения строения атомов и молекул, т.е. спустя почти 100 лет, гипотеза Ампера была блестяще подтверждена и легла в основу современных представлений о магнитных свойствах вещества. Гипотетические микротоки Ампера получили простое и наглядное объяснение: они связаны с движением электронов в атомах, молекулах и ионах.

При помещении любого вещества в магнитное поле оно создает собственное магнитное поле, т.е. вещество намагничивается.Существуют различные виды намагниченности, но везде и всегда она создается магнитными моментами микрочастиц вещества. Среди них можно выделить электронный орбитальный магнитный момент и электронный спиновой магнитный момент.

7.1. Магнитное поле в веществе

Рассматривая магнитное поле, создаваемое проводниками с током, мы предполагали, что проводники находятся в вакууме. Если же проводники с током находятся в какой-либо среде, магнитное поле существенным образом меняется. Всякое вещество является магнетиком, т. е. способно под действием магнитного поля намагничиваться (приобретать магнитный момент). Намагниченное вещество создает магнитное поле, которое накладывается на обусловленное токами поле. Оба эти поля в сумме дают результирующее магнитное поле в веществе:

Для объяснения намагничения тел Ампер предположил, что в молекулах вещества циркулируют круговые токи. Каждый такой ток обладает магнитным моментом и создает в окружающем пространстве магнитное поле. Ампер назвал такие токи микротоками, так как эти токи принимают участие в создании магнитного момента вещества, но не дают вклад в макротоки - токи проводимости. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты микротоков ориентированы беспорядочно (рис. 7.1), вследствие чего обусловленное ими магнитное поле равно нулю.

При наличии внешнего поля магнитные моменты микротоков ориентируются вдоль линий индукции внешнего поля, и суммарный магнитный момент становится отличным от нуля (рис. 7.2.).

Магнитные поля отдельных молекулярных токов в этом случае уже не компенсируют друг друга, и возникает поле . Среда намагничивается.

Намагничение магнетика естественно характеризовать магнитным моментом единицы объема. Эту величину называют намагниченностьюи обозначаютJ. Если магнетик намагничен неоднородно, намагниченность в данной точке определяется следующим выражением:

где ΔV– физически бесконечно малый объем, взятый в окрестности рассматриваемой точки;– магнитный момент отдельной молекулы. Суммирование производится по всем молекулам, заключенным в объемеΔV. Намагиченность численно равна магнитному моменту единицы объема вещетва.