Магнітна проникність середовища. Напруженість магнітного поля.

Вивчаючи взаємодію провідників зі струмами, ми звертали увагу на те, що на магнітну взаємодію впливає середовище, в якому перебувають провідники. Намагнічування речовин можна вивчити експериментально. Для цього виготовимо з досліджуваної речовини кільце і надінемо на нього обмотку, по якій пропускатимемо електричний струм. Такої форми обмотку називають тороїдом (котушка, вісь якої зігнута у формі кола). Кільце з досліджуваної речовини звичайно розрізають в одному місці так, щоб дістати невеликий повітряний проміжок (зазор). Коли проміжок малий, лінії магнітної індукції не розсіюватимуться, а потік магнітної індукції через поперечний переріз повітряного проміжку буде практично таким самим, як і потік у кільці. Отже, значення магнітної індукції у повітряному проміжку дорівнюватиме значенню магнітної індукції в кільці, яке можна знайти, вимірюючи, наприклад, силу, з якою магнітне поле діє на невеликий прямолінійний провідник, уміщений у повітряний проміжок. Досліди показують, що для більшості речовин магнітна індукція В мало відрізняється від магнітної індукції В₀, виміряної у випадку, коли всередині тороїда вакуум. Однак є речовини, в яких магнітна індукція В у сотні і тисячі разів може перевищувати магнітну індукцію у вакуумі.

Величину, що показує, у скільки разів магнітна індукція в речовині більша за магнітну індукцію, створювану цим самим струмом у вакуумі, називають відносною магнітною проникністю деякої речовини:

.

Оскільки індукція магнітного поля залежить від роду середовища, то введемо величину, що характеризує магнітне поле в даній точці і не залежить від роду середовища.

де μ₀=4π·10^-7 Тл·м/А – магнітна стала

Тоді [Н]=А/м

З дослідів можна зробити висновок, що всі речовини в магнітному полі намагнічуються, тобто стають джерелами магнітного поля. Результуюче магнітне поле у середовищі є сумою полів, створюваних струмом і намагніченим середовищем, і тому не дорівнює полю у вакуумі.

Причину намагнічування речовин зрозуміти неважко. Адже ми знаємо, що всі речовини складаються з атомів, молекул чи йонів. У кожному атомі чи молекулі рухаються замкнутими орбітами електрони і цей рух електронів еквівалентний за своїми магнітними властивостями замкнутому струмові звичайного провідника. Тому будь-який атом чи молекулу з точки зору їх магнітних властивостей можна розглядати як деяку сукупність електронних мікрострумів. Інакше кажучи, атоми й молекули мають магнітні властивості. Якщо речовина не намагнічена, вона не створює магнітного поля. Це означає, що електронні струми розташовані в ній хаотично, а тому їх сумарна магнітна дія дорівнює нулю. Саме тому шматок міді у звичайних умовах не виявляє магнітних властивостей, хоча їх має кожен атом. Якщо ж помістити речовину в зовнішнє магнітне поле, розташування електронних струмів стає частково або повністю упорядкованим. Тому намагнічену речовину можна розглядати як систему мікроскопічних орієнтованих струмів.

Залежно від значення відносної магнітної проникності всі речовини можна поділити на такі групи: парамагнетики, діамагнетики та феромагнетики. Згідно з різними значеннями відносної магнітної проникності речовини по-різному поводяться в магнітному полі.

Будова та властивості парамагнетиків

П а р а м а гн е т и к и, для яких  більше одиниці ( > 1); Оскільки у парамагнетиків

 >1, то магнітна індукція поля за наявності парамагнетика виявляється більшою за магнітну індукцію поля без парамагнетика. Підсилення магнітного поля парамагнетиком можна пояснити тим, що збуджуване у парамагнетику поле за напрямом збігається із зовнішнім полем, підсилюючи його. До парамагнетиків належать алюміній, платина, вольфрам, хром, манган, розчини солей Феруму, деякі гази.

Будова та властивості діамагнетиків

Д і а м а гн е т и к и, для яких  трохи менше за одиницю ( < 1). Діамагнетики, вміщені в магнітне поле, навпаки, послаблюють його. Це послаблення можна пояснити виникненням у діамагнетику внутрішнього магнітного поля, спрямованого проти зовнішнього магнітного поля. До діамагнетиків належать майже всі гази, мідь, золото, срібло, алмаз, графіт, вісмут.

Різницю у намагнічуванні парамагнетиків і діамагнетиків легко виявити якісно, спостерігаючи поведінку речовин у сильному магнітному полі. Підвісимо, наприклад, між полюсами сильного електромагніту стержень із вісмуту і зорієнтуємо його вздовж поля . Увімкнемо електромагніт в електромережу. Вісмутовий стержень повертається в магнітному полі і встановлюється перпендикулярно до його ліній індукції. Це можна пояснити тим, що під час намагнічення стержня на його кінцях виникають магнітні полюси, однойменні з ближчими полюсами зовнішнього електромагніту, і стержень виштовхується з магнітного поля. Особливо чітко видно виштовхування діамагнетика з магнітного поля, якщо між полюсами електромагніту запалити свічку . Гази полум'я мають діамагнітні властивості і тому полум'я виштовхується магнітним полем.

Виконаємо ще дослід. Підвісимо між полюсами електромагніту скляну ампулу з водним розчином хлориду феруму (II) (парамагнетик). Ампула втягується полем і встановлюється паралельно напряму поля. Ще чіткіше можна спостерігати втягування полем парамагнетика, якщо помістити між полюсами електромагніту одне з колін U-подібної трубки, заповненої розчином хлориду феруму (II). Якщо до вмикання поля рівень розчину в цій трубці встановився біля нижнього краю полюсних наконечників, після вмикання поля рівень розчину в цьому коліні підвищується.