Магнитное поле в веществе

Мы выяснили, что контур с током в магнитном поле устанавливается таким образом, что его магнитный момент = был бы параллелен магнитным силовым линиям. Этот результат, очевидно, справедлив и для микроскопических токов. При движении электрона вокруг ядра по орбите он образует замкнутый контур с током. Ампер назвал их «молекулярные» тока (точнее, они атомные).

-микроскопические токи

В отсутствие внешнего магнитного поля, эти молекулярные (микроскопические токи) ориентированы хаотично и магнитные моменты также, суммарный магнитный момент равен 0. Под действием внешнего магнитного поля магнитные моменты микроскопических токов приобретают преимущественную ориентацию в одном направлении, вследствие чего вещество намагничивается. Для количественной характеристики любого вещества можно ввести понятие магнитного момента единицы объема или намагниченности:

- это в случае, когда намагниченность всего объема одинакова. Намагниченность в точке:

.Опыт показывает, что, чем больше внешнее поле, тем в большей степени намагничивается вещество.

Намагниченность пропорциональна ,где (магнитная индукция внешнего поля). . В системе Си: . Величина называется – магнитная восприимчивость вещества.

Вещества делятся на:

1. Парамагнетики , магнитный момент атома . (Например, на внешней орбите один электрон.)

2. Ферромагнетики – целые области вещества (так называемые домены) с одинаковым магнитным .

3. Диамагнетики .

Рис.24

Рассмотрим случай парамагнетика.

Обозначим – магнитная индукция внешнего поля, – магнитное поле, созданное самим веществом при внесении его во внешнее магнитное поле. Результирующее поле в веществе: Нужно найти – то есть индукцию, которая создается за счет намагничивания вещества (за счет того, что устанавливаются в определённом направлении).

Рассмотрим некоторый объем V вещества. (в виде длинного цилиндра, помещённого во внешнее магнитное поле (Рис. 24). Все микротоки сориентируются таким образом, как показано на рис. 24. Внутри слоя цилиндра токи направлены встречно друг другу, они компенсируются. Останется только поверхностный ток, обозначим его

Выделим из всего цилиндра тонкий участок длиной (низкий цилиндр). Его объем , магнитный момент этого объема;

, , где m – число микротоков на длине , Применим формулу для длинного соленоида. Магнитная индукция такого соленоида, созданная микротоком

,

из

Подставим (2) и (3) в (1)

Для длинного соленоида: , отсюда .

Таким образом: ; , обозначим

Магнитное поле в веществе: ,

– константа, называется магнитной проницаемостью вещества. Эта величина безразмерная. Таким образом, имеет значение:

1. Для парамагнетиков .

2. Для ферромагнетиков , .

3. Для диамагнетиков .

Соотношение носит универсальный характер и годится для всех веществ.

Диамагнетики:

Это вещества, которые уменьшают внешнее магнитное поле внутри себя. В этих веществах при отсутствии внешнего поля магнитный момент равен нулю, а под действием магнитного поля в атомах наводится магнитный момент, направленный противоположно внешнему полю. Каким образом это происходит?

Пусть атом помешен во внешнее магнитное поле. Электрон, вращаясь по орбите, создает контур с током. На контур с током в магнитном поле действует пара сил , момент которых направлен перпендикулярно плоскости чертежа.

Рис.25

Момент импульса: ; ;

Момент импульса для вращающегося тела направлен вдоль оси вращения (вдоль ). За время dt момент импульса получит приращение , которое параллельно , то есть направлено перпендикулярно плоскости чертежа. Таким образом, вектор и сама орбита будет вращаться вокруг (прецессия орбиты вокруг ) (вектор будет описывать конус).

Рис. 26

Это добавочное вращение можно рассматривать как наведенный электрический ток, текущий в противоположном направлении (вектор и орбита вращается в противоположном направление), то есть возникает , который направлен противоположно . Этим свойством обладают и пара- и ферромагнетики, но у них преобладает свойства, рассмотренные ранее, поэтому этот эффект незаметен.

ЛЕКЦИЯ 5