Содержание
- 2. 3.13. Гипотеза Ампера о молекулярных токах. Вектор намагничивания. 3.14. Описание магнитного поля в магнетиках. Напряженность и
- 3. 3.13. Гипотеза Ампера о молекулярных токах. Вектор намагничивания. Различные вещества в той или иной степени способны
- 4. 3.14. Описание магнитного поля в магнетиках. Напряженность и индукция магнитного поля. Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость
- 5. Обратимся теперь к циркуляции вектора по замкнутому контуру. Согласно теореме о циркуляции магнитного поля: или ,
- 6. Теперь мы можем записать теорему о циркуляции магнитного поля как: , где под понимается введенная выше
- 7. Итак, индукция магнитного поля есть: . Вектор намагничивания принято связывать не с магнитной индукцией , а
- 8. 3.15 . Классификация магнетиков. В то время как диэлектрическая проницаемость ε у всех веществ всегда больше
- 9. Дадим краткую характеристику каждого типа магнетика. Диамагнетики – вещества, характеризуемые отрицательным значением магнитной восприимчивости χ. Вследствие
- 10. Ферромагнетики – особый вид магнетиков, отличающийся от других магнетиков следующими характерными признаками: 1) высоким значением магнитной
- 11. При наступает магнитное насыщение – намагниченность образца достигает максимального значения. Если теперь уменьшать магнитную индукцию B0
- 12. Ферримагнетики (ферриты) – вещества, в которых магнитные моменты атомов кристаллической решетки образуют несколько магнитных подрешеток с
- 13. 3.16. Граничные условия для магнитного поля. При переходе через границу раздела двух магнетиков с различными магнитными
- 15. Скачать презентацию
3.13. Гипотеза Ампера о молекулярных токах. Вектор намагничивания.
3.14. Описание магнитного поля
3.13. Гипотеза Ампера о молекулярных токах. Вектор намагничивания.
3.14. Описание магнитного поля
3.15 . Классификация магнетиков.
3.16. Граничные условия для магнитного поля.
3.13. Гипотеза Ампера о молекулярных токах. Вектор намагничивания.
Различные вещества в той
3.13. Гипотеза Ампера о молекулярных токах. Вектор намагничивания.
Различные вещества в той
Для объяснения способности тел к намагничиванию, Ампер предположил, что в молекулах вещества циркулируют круговые токи (получившие впоследствии название молекулярных токов Ампера). Каждый такой ток обладает собственным магнитным моментом и создает в окружающем пространстве магнитное поле. В отсутствие внешнего магнитного поля токи Ампера ориентированы беспорядочным образом, вследствие чего обусловленное ими магнитное поле равно нулю. Суммарный магнитный момент тела также равен нулю.
Под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты молекул приобретают преимущественную ориентацию в одном направлении, вследствие чего магнетик намагничивается, а его суммарный магнитный момент становится отличным от нуля.
Для характеристики степени намагниченности вещества используют величину , называемую вектором намагничивания (или намагниченности). По определению:
,
где суммирование производится по всем молекулам, принадлежащим данному объему ΔV.
3.14. Описание магнитного поля в магнетиках. Напряженность и индукция магнитного поля.
3.14. Описание магнитного поля в магнетиках. Напряженность и индукция магнитного поля.
Намагниченное вещество создает магнитное поле , которое накладывается на внешнее поле (поле в вакууме). Оба поля в сумме дают результирующее магнитное поле с индукцией
,
причем под здесь и далее подразумевается макроскопическое (усредненное по физически бесконечно малому объему вещества) поле.
В силу замкнутости силовых линий полей и , поток результирующего поля через произвольную замкнутую поверхность S равен нулю:
.
Таким образом, теорема Гаусса в применении к магнетикам имеет такой же вид, как и в вакууме.
Обратимся теперь к циркуляции вектора по замкнутому контуру. Согласно теореме о
Обратимся теперь к циркуляции вектора по замкнутому контуру. Согласно теореме о
или ,
где под следует понимать теперь сумму как макроскопических, так и молекулярных токов, то есть
.
Сумма всех молекулярных токов, охваченных контуром интегрирования, есть:
.
Следовательно, можем написать:
.
Величину, стоящую в круглых скобках под знаком интеграла, обозначают буквой и называют напряженностью магнитного поля:
.
Теперь мы можем записать теорему о циркуляции магнитного поля как:
,
где
Теперь мы можем записать теорему о циркуляции магнитного поля как:
,
где
Согласно написанному равенству, циркуляция вектора напряженности магнитного поля по некоторому замкнутому контуру равна алгебраической сумме макроскопических токов, охваченных этим контуром.
Из сказанного следует, что вектор является аналогом вектора электрической индукции . Первоначально предполагалось, что в природе имеются подобные электрическим зарядам «магнитные заряды», и учение о магнетизме развивалось по аналогии с учением об электричестве. Тогда же были введены названия «электрическая индукция» для и «магнитная индукция» для . Позже, однако, выяснилось, что в природе «магнитных зарядов» нет и в действительности магнитная индукция является аналогом не , а напряженности электрического поля ; соответственно напряженность магнитного поля – аналогом индукции электрического поля .
Итак, индукция магнитного поля есть:
.
Вектор намагничивания принято связывать не с магнитной
Итак, индукция магнитного поля есть:
.
Вектор намагничивания принято связывать не с магнитной
,
где χ – характерная для данного магнетика величина, называемая магнитной восприимчивостью.
Поскольку имеет ту же размерность, что и [A/м], то χ – безразмерная величина. На основании двух последних формул имеем:
,
где через
обозначена величина, называемая магнитной проницаемостью.
3.15 . Классификация магнетиков.
В то время как диэлектрическая проницаемость ε у
3.15 . Классификация магнетиков.
В то время как диэлектрическая проницаемость ε у
По классификации В.Л.Гинзбурга. можно выделить шесть типов магнетиков. Они перечислены в приводимой ниже таблице.
Дадим краткую характеристику каждого типа магнетика.
Диамагнетики – вещества, характеризуемые отрицательным значением
Дадим краткую характеристику каждого типа магнетика.
Диамагнетики – вещества, характеризуемые отрицательным значением
Парамагнетики – характеризуются положительным значение χ , ведут они себя подобно диэлектрикам с диэлектрической проницаемостью ε > 1, то есть вектор в этих веществах параллелен намагничивающему полю . К парамагнетикам относятся алюминий (χ = 2,1∙10-6), платина (χ = 3∙10-4), хлористое железо (χ = 2,5∙10-3).
Парамагнетик (1) и диамагнетик (2) в неоднородном магнитном поле
Ферромагнетики – особый вид магнетиков, отличающийся от других магнетиков следующими характерными
Ферромагнетики – особый вид магнетиков, отличающийся от других магнетиков следующими характерными
1) высоким значением магнитной восприимчивости;
2) зависимостью магнитной проницаемости μ от напряженности магнитного поля, вследствие чего зависимость от для этих веществ является нелинейной;
3) наличием петли гистерезиса на кривой намагничивания;
4) существованием температуры, называемой точкой Кюри, выше которой ферромагнетик ведет себя как обычный парамагнетик.
Из чистых металлов ферромагнетиками являются железо, никель, кобальт, а также некоторые редкоземельные металлы (например, гадолиний). К числу ферромагнетиков относятся сплавы и соединения этих металлов, а также сплавы и соединения марганца и хрома с неферромагнитными элементами (например, MnAlCu, CrTe и другие).
Типичная зависимость магнитной
проницаемости ферромагнетика от
индукции внешнего магнитного поля
При наступает магнитное насыщение – намагниченность образца достигает максимального значения.
Если теперь
При наступает магнитное насыщение – намагниченность образца достигает максимального значения.
Если теперь
У магнито-мягких материалов значения коэрцитивной силы B0c невелико – петля гистерезиса таких материалов достаточно узкая. Материалы с большим значением коэрцитивной силы, то есть имеющие широкую петлю гистерезиса, относятся к магнито-жестким.
Внутри кристалла ферромагнетика возникают самопроизвольно намагниченные области размером порядка 10–2–10–4 см. Эти области называются доменами. Каждый домен представляет из себя небольшой постоянный магнит.
В отсутствие внешнего магнитного поля направления векторов индукции магнитных полей в различных доменах ориентированы в большом кристалле хаотически. Такой кристалл в среднем оказывается ненамагниченным. При наложении внешнего магнитного поля происходит смещение границ доменов так, что объем доменов, ориентированных по внешнему полю, увеличивается. С увеличением индукции внешнего поля возрастает магнитная индукция намагниченного вещества. В очень сильном внешнем поле домены, в которых собственное магнитное поле совпадает по направлению с внешним полем, поглощают все остальные домены, и наступает магнитное насыщение.
Ферримагнетики (ферриты) – вещества, в которых магнитные моменты атомов кристаллической решетки
Ферримагнетики (ферриты) – вещества, в которых магнитные моменты атомов кристаллической решетки
Антиферромагнетики – частный случай ферримагнетиков, в которых магнитные моменты подрешеток с противоположно направленными магнитными моментами полностью компенсируют друг друга (скомпенсированный ферримагнетик). Существование антиферромагнетиков было предсказано Л.Д.Ландау в 1933г. В настоящее время известен широкий спектр веществ, обладающих антиферромагнитными свойствами: редкоземельные элементы (Er, Dy, Ho), оксиды и дифториды некоторых металлов (FeO, MnO, CoF2, NiF2), соли угольной и серной кислот (MnCO3, NiSO4) и другие.
Сверхдиамагнетики (идеальные диамагнетики) – вещества, магнитная проницаемость μ которых равна нулю. Благодаря этой особенности для сверхдиамагнетиков имеет место эффект Мейсснера-Оксенфельда (Meissner W., 1882-1974; Ocksenfeld C.) – полное выталкивание магнитного поля из объема сверхдиамагнетика (магнитная индукция=0). Сверхдиамагнетиками являются все вещества, находящиеся в сверхпроводящем состоянии - низкотемпературные сверхпроводники (металлы) и высокотемпературные сверхпроводники (керамики).
3.16. Граничные условия для магнитного поля.
При переходе через границу раздела двух
3.16. Граничные условия для магнитного поля.
При переходе через границу раздела двух
h