10. Магнетики. Намагничивание магнетиков. Вектор намагничения.

Различные вещества в той или иной степени способны к намагничиванию: то есть под действием магнитного поля, в которое их помещают, приобретать магнитный момент. Одни вещества намагничиваются сильнее, другие слабее. Будем называть все эти вещества магнетиками.

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 (рис.11.1).

Рис.11.1. Молекулярные токи Ампера. Намагничивание вещества.

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 (см. рис.11.1).

Для характеристики степени намагниченности вещества используют величину , называемую вектором намагничивания (или намагниченности). По определению:

где суммирование производится по всем молекулам, принадлежащим данному объему ΔV.

11. Напряженность магнитного поля. Связь между векторами j,b,h.

Напряжённость магнитного поля – это векторная физическая величина (Н), являющаяся количественной характеристикой магнитного поля. Напряженность м. п. не зависит от магнитных свойств среды. В вакууме напряженность. м. п. совпадает с магнитной индукцией В; численно Н = В . Н = В/m0 ,где m0 — магнитная постоянная. В среде напряженность. м. п. определяет тот вклад в магнитную индукцию В, который дают внешние источники поля: Н = (B/m0) — j , где j — намагниченность среды. Если ввести относительную магнитную проницаемость среды m, то для среды Н = В/m0m. Единицей напряженности м. п. в СИ является ампер на метр (а/м); Н. м. п. прямолинейного проводника с током I Н = m0I/2pa (а — расстояние от проводника); в центре кругового тока Н = m0I/2R (R — радиус витка с током I); в центре соленоида на его оси Н = m0nI (n — число витков на единицу длины соленоида). Магнитная восприимчивость и магнитная проницаемость среды.

Магнитная проницаемость — это физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией B и напряжённостью магнитного поля H в веществе. В общем случае зависит как от свойств вещества, так и от величины и направления магнитного поля.

Обычно обозначается греческой буквой μ. Может быть как скаляром (у изотропных веществ- одинаковые физические свойства во всех направлениях), так и тензором (у анизотропных). В общем виде вводится следующим образом:

Для изотропных веществ справедливо:

В системе СИ вводят как размерную (абсолютную), так и безразмерную (относительную) магнитные проницаемости:

,

где μ_r — относительная, а μ — абсолютная проницаемость, μ₀ — магнитная постоянная (магнитная проницаемость вакуума).

Магнитная проницаемость связана с магнитной восприимчивостью χ следующим образом:

μ = 1 + χ

Магнитная восприимчивость — физическая величина, характеризующая связь между магнитным моментом (намагниченностью) вещества и магнитным полем в этом веществе. Магнитная восприимчивость определяется отношением намагниченности единицы объёма вещества к напряжённости намагничивающего магнитного поля. По своему смыслу восприимчивость является величиной безразмерной. Иногда бывает полезно также ввести понятие удельной магнитной восприимчивости, равной восприимчивости единицы массы вещества. В СИ удельная восприимчивость измеряется в обратных килограммах (кг⁻¹).

Вообще говоря магнитная проницаемость зависит от частоты изменения намагничивающего поля, но при сравнительно низких частотах (небольшой быстроте изменения поля) ее можно (обычно) считать в этом смысле константой. Магнитная проницаемость вещества зависит от температуры, причем по-разному для разных типов магнетиков.

13. Диа-, пара-, ферромагнетизм.

МАГНЕТИЗМ - 1) особая форма взаимодействия электрических токов и магнитов (тел с магнитным моментом)между собой и токов с магнитами. 2) Раздел физики, изучающий это взаимодействие и свойства веществ, в которых магнетизм проявляется.

Поскольку электроны, протоны и нейтроны, образующие атомные ядра, атомы, молекулы и все макротела (газы, жидкости, кристаллические и аморфные твёрдые тела) имеют собств. магнитный момент, то, в принципе, все вещества подвержены влиянию магнитного поля - обладают магнитными свойствами, т. е. являются магнетиками.

Известны три основных эффекта воздействия внешнего магнитного поля H_вн на вещества: 1) по закону электромагнитной индукции при помещении тела в поле Н_вн в теле возникает индукционный ток, магнитное поле которого направлено против Н_вн(правило Ленца),т. е. магнитный момент вещества, создаваемый H_вн, всегда направлен против поля (диамагнетизм веществ). Диамагнетики характеризуются отрицательным значением магнитной восприимчивости χ. Вследствие этого вектор намагничивания в этих веществах направлен противоположно внешнему намагничивающему полю . Диамагнетиками являются, например, вода (χ = - 9∙10^-6), серебро (χ = - 2,6∙10^-5), висмут (χ = - 1,7∙10^-4).; 2) если атомы вещества имеют спонтанный магнитный момент, то H_вн ориентирует атомные магнитные моменты вдоль своего направления и создаёт магнитный момент вещества вдоль поля (парамагнетизм веществ). 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).

Существенное влияние на магнитные свойства вещества могут оказывать и внутренние взаимодействия микрочастиц - носителей магнитного момента. Иногда они приводят к спонтанной (не зависящей от H_вн)упорядоченной ориентации магнитных моментов частиц. Вещества, в которых атомные магнитные моменты спонтанно ориентируются параллельно друг другу, называют ферромагнетиками (ФМ) Из чистых металлов ферромагнетиками являются железо, никель, кобальт, а также некоторые редкоземельные металлы (например, гадолиний).