7.2. Описание поля в веществе.Типы магнетиков

Ранее мы связали циркуляцию магнитной индукции с токами, сцепленными с контуром интегрирования (5.18). Следует учитывать, что в правую часть соотношения

входят токи любой природы, сцепленные с контуром. В соответствии с гипотезой Ампера, кроме макротоков проводимости необходимо учесть и наличие в веществе микротоков, величина которых нам не известна:

Попытаемся ввести такую вспомогательную величину, циркуляция которой определялась бы только макроскопическими токами – токами проводимости.

Рассмотрим произвольный контур (рис.7.3) для расчета циркуляции магнитной индукции и некоторые микротоки вещества.

Все микротоки можно разделить на три группы: токи iкак бы “нанизаны” на контур интегрированияL(как баранки на веревку); токиi'дважды пересекают поверхность, ограниченную контуром; токиi''вообще не пересекают поверхность, ограниченную контуром. Очевидно, что связанными с контуром являются только токиi иi''. Однако, сколько бы ни нашлось токовi', алгебраическая их сумма (входящая в правую часть закона) всегда будет равна нулю. Это объясняется тем, что каждый из микротоковi'пересекает поверхность, ограниченную контуром, дважды, причем в разных направлениях.

Для строгого применения закона полного тока нам необходимо знать число микротоков i, через которые прошел контур интегрированияL. Для их подсчета вырежем вокруг контураL косой цилиндр длинойdlс основаниями, параллельными плоскостям микротоков, и площадями, равными площади контуров микротоков (рис.7.4).

Сцепленными с контуром окажутся микротоки, центры которых попадут в этот цилиндр. Пусть п– концентрация молекул, тогда сумма всех микротоков, попавших цилиндр, равна

Очевидно, что произведение p_mnпредставляет собой модуль намагниченности вещества. Преобразуем (7.3):

Полная сумма микротоков, сцепленных с контуром на всей его длине определяется как

Подставим это в (7.2):

Отсюда

Под интегралом стоит векторная величина, циркуляция которой определяется только макротоками. Назовем ее напряженностью магнитного поля

В СИ размерности намагниченности и напряженности магнитного поля одинаковы: А м^–1. Тогда (7.4) записывается так:

Полученное соотношение выражает теорему о циркуляции напряженности магнитного поля(закон полного тока в веществе): циркуляция вектора напряженности магнитного поля по произвольному замкнутому контуру равна алгебраической сумме макротоков (токов проводимости), сцепленных с этим контуром.

В однородном изотропном магнетике, в котором справедлива линейная связь между и

где – магнитная восприимчивость. Магнитная восприимчивость – величина, характеризующая свойство вещества намагничиваться в магнитном поле, равная отношению модуля намагниченности к модулю напряженности магнитного поля:

Используя понятие магнитной восприимчивости выражение (7.5), можно записать так:

,

Если обозначить , то

Величина называетсяотносительной магнитной проницаемостьювещества. Выясним ее физический смысл. Пусть в вакууме (при отсутствии магнетика) совокупность токов проводимости создает магнитное поле, характеризующееся вектором

В однородном изотропном магнетике те же токи проводимости создадут поле, для которого

В соответствии с (7.6), . Поэтому

Относительная магнитная проницаемость вещества показывает, во сколько раз магнитная индукция системы токов в магнетике отличается от магнитной индукции поля той же системы токов в вакууме. Магнитная восприимчивость магнетиков может быть и положительной, и отрицательной. Следовательно, относительная магнитная проницаемость вещества может быть как больше, так и меньше единицы. По величине относительной магнитной проницаемости все магнетики делятся на три основные группы.

К диамагнетикамотносятся вещества, магнитная восприимчивость которых отрицательна, поэтому. Из опытных данных известно, что, поэтому_диадля практических расчетов можно принять равной единице.

К парамагнетикамотносятся вещества, магнитная восприимчивость которых незначительно больше нуля, поэтому. Из опытных данных известно, что, поэтому для практических расчетов можно принятьравной единице.

К ферромагнетикамотносятся вещества, магнитная восприимчивость которых значительно выше нуля, поэтому. Из опытных данных известно, что. Ферромагнетики используются для получения сильных магнитных полей.