- •Лекция № 16
- •Магнитные свойства вещества
- •Магнитные свойства вещества
- •16.1. Магнитные моменты электронов и атомов
- •16.2. Система уравнений Максвелла для электромагнитного поля
- •16.3. Напряженность магнитного поля в веществе
- •16.4. Магнитное поле в веществе
- •16.5. Диамагнетики
- •16.6. Парамагнетики
- •6.5. Ферромагнетики и их свойства
16.3. Напряженность магнитного поля в веществе
Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции, определяющий силовое воздействие магнитного поля на движущиеся заряды и токи. Вектор магнитной индукции зависит от свойств среды, где создано магнитное поле.
Поэтому вводится характеристика, зависящая только от токов, связанных с полем, но не зависящая от свойств среды, где существует поле.
Эта характеристика называется напряженностью магнитного поля и обозначается буквой H.
Если рассматривается магнитное поле в вакууме, то напряженность
,
где - магнитная постоянная.
Единица напряженности Ампер/метр.
16.4. Магнитное поле в веществе
Если все пространство, окружающее токи, заполнить однородным веществом, то индукция магнитного поля изменится, но при этом не изменится распределенное поле, то есть, индукция магнитного поля в веществе пропорциональна магнитной индукции в вакууме.
- магнитная проницаемость среды. Магнитная проницаемость показывает, во сколько раз магнитное поле в веществе отличается от магнитного поля в вакууме. Величина может быть как меньше, так и больше единицы, то есть магнитное поле в веществе может быть как меньше так и больше магнитного поля в вакууме.
Вектор намагниченности
Всякое вещество является магнетиком, то есть способно приобретать под действием внешнего магнитного поля магнитный момент – намагничиваться. Электроны атомов под действием взаимного магнитного поля совершают прецессионное движение – такое движение, при котором угол между магнитным моментом и направлением магнитного поля остается постоянным.
При этом магнитный момент вращается округ магнитного поля с постоянной угловой скоростью ω. Прецессионное движение эквивалентно круговому току. Так как микроток индуцирован внешним магнитным полем, то, согласно правилу Ленца, у атома появляется составляющая магнитного поля, направленная противоположно внешнему полю.
16.5. Диамагнетики
Слабомагнитные вещества, ослабляют магнитное поле (Cu, Ag, Au, Hg, H2O):
,
(читается «хи») – магнитная восприимчивость вещества.
Наведенная составляющая магнитных полей складывается и образует собственное магнитное поле в веществе, направленное противоположно внешнему магнитному полю, и, следовательно, ослабляющее это поле.
Этот эффект получил название диамагнитного эффекта, а вещества, в которых возникает диамагнитный эффект, называют диамагнитными веществами или диамагнетиками.
В отсутствии внешнего магнитного поля диамагнетик немагнитен, поскольку магнитные моменты электронов взаимно компенсируются и суммарный магнитный момент атома равен нулю. Так как диамагнитный эффект обусловлен действием внешнего магнитного поля на электроны атомов вещества, то диамагнетизм свойственен ВСЕМ ВЕЩЕСТВАМ.
16.6. Парамагнетики
Парамагнетики – слабомагнитные вещества, усиливают магнитное поле.
(Al, Mn, Mo, Cr)
Парамагнетиками называют вещества, у которых даже в отсутствии внешнего магнитного поля атомы и молекулы имеют собственный магнитный момент. Однако, в отсутствии внешнего магнитного поля, магнитные моменты разных атомов и молекул ориентированы хаотически. При этом магнитный момент любого макроскопического объема вещества равен нулю. При внесении парамагнетика во внешнее магнитное поле, магнитные моменты ориентируются по направлению внешнего магнитного поля, и возникает магнитный момент, направленный вдоль направления магнитного поля.
Однако, суммарное магнитное поле, возникающее в парамагнетике существенно перекрывает диамагнитный эффект.
Намагниченностью вещества называется магнитный момент единицы объема вещества.
где - магнитный момент всего магнетика, равный векторной сумме магнитных моментов отдельных атомов и молекул.
Магнитное поле в веществе складывается из двух полей: внешнего поля и поля , создаваемого намагниченным веществом:
(1)
(2)
(3)
(читается «хи») – магнитная восприимчивость вещества.
(4)
Подставим формулы (2), (3), (4) в формулу (1):
(*)
Коэффициент - безразмерная величина.
Для диамагнетиков (это означает, что поле молекулярных токов противоположно внешнему полю).
Для парамагнетиков (это означает, что поле молекулярных токов совпадает со внешним полем). Следовательно, для диамагнетиков , а для парамагнетиков .