2.8. Магнитное поле в веществе. Циркуляция магнитного поля (закон полного тока) в веществе

При рассмотрении магнитного поля в веществе различают два типа токов – макротоки и микротоки. Макротоками называются токи проводимости и конвекционные токи. Микротоками (молекулярными токами) называются токи, обусловленные движением электронов в атомах, молекулах и ионах.

Магнитное поле в веществе является суперпозицией двух полей: внешнего магнитного поля, создаваемого макротоками, и внутреннего, или собственного, магнитного поля, создаваемого микротоками (магнитными моментами атомов и молекул).

,

где В_о - индукция магнитного поля макротоков, В^’ - индукция магнитного поля микротоков. Соответственно теорема о циркуляции магнитного поля в веществе может быть записана в следующем виде:

,

где соответственно алгебраические суммы макро - и микротоков, охватываемых контуром интегрирования.

Алгебраическая сумма сил микротоков связана с циркуляцией вектора намагниченности.

.

Используя это выражение, циркуляцию магнитного поля в веществе можно записать в виде

; ,

где - напряжённость магнитного поля.

Закон полного тока для магнитного поля в веществе (терема о циркуляции): Циркуляция вектора напряжённости магнитного поля по произвольному контуру равна алгебраической сумме макротоков (токов проводимости) сквозь поверхность, натянутую на этот контур.

В случае изотропной среды намагниченность J пропорциональна индукции магнитного поля B. Поэтому связь между магнитной индукцией и напряжённостью магнитного поля имеет вид

H = B / [(1 + _ = B / (_,

где  – относительная магнитная проницаемость вещества, связанная с его магнитной восприимчивостью и показывающая, во сколько раз магнитное поле в веществе больше, чем в отсутствие вещества.

,  = В / В_о,

где В - индукция поля в веществе, В_о - индукция поля в отсутствие вещества.

2.9. Условия для магнитного поля на границе раздела изотропных сред

На границе раздела магнетиков наблюдается преломление силовых линий, при этом

B_2n = B_1n и _H _2n = ₁H _1n,

где В _n и H _n – проекции векторов B и H на единичный вектор n, направленный по нормали к границе раздела сред, ₁ и ₂ - относительные магнитные проницаемости сред.

В случае отсутствия макротоков, идущих по поверхности раздела сред, из закона полного тока для магнитного поля в среде следует, что

H_ = H_1 и В_2___,

где B_и H_ – проекции векторов B и H на единичный вектор , направленный по касательной к поверхности раздела сред.

2.10. Виды магнетиков

По степени намагниченности выделяют следующие основные виды магнетиков: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Диамагнетиками называются вещества, магнитные моменты атомов (молекул) которых в отсутствие внешнего магнитного поля равны нулю, так как магнитные моменты всех электронов атома (молекулы) взаимно скомпенсированы. При помещении диамагнетика в магнитное поле (при включении магнитного поля) атомы приобретают наведенные (индуцированные) магнитные моменты, ориентированные против направления внешнего магнитного поля. Величина индуцированного магнитного момента пропорциональна индукции магнитного поля. Магнитная восприимчивость диамагнетиков отрицательна и много меньше 1 ( < 0,  = 10 ^-510 ^-6).

Парамагнетиками называются вещества, атомы (молекулы) которых в отсутствие внешнего магнитного поля имеют отличный от нуля магнитный момент p _m. При помещении парамагнетика в магнитное поле, последнее оказывает ориентирующее действие на магнитные моменты атомов и молекул и вещество намагничивается. В слабых магнитных полях намагниченность пропорциональна индукции, а в сильных полях наблюдается явление насыщения: J  J _МАКС. Тепловое движение атомов нарушает упорядоченную ориентацию магнитных моментов, поэтому с ростом температуры парамагнетика его намагниченность уменьшается. Магнитная восприимчивость парамагнетиков положительна ( > 0,  = 10 ^-310 ^-5).

Ферромагнетиками называются твёрдые вещества (как правило, находящиеся в кристаллическом состоянии), обладающие при не слишком высоких температурах самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью. Весь ферромагнетик разбивается на пространственные области (домены), в пределах которых магнитные моменты всех атомов домена в результате особого (обменного) взаимодействия устанавливаются параллельно, т.е. в пределах каждого домена ферромагнетик намагничен до насыщения.

Основные магнитные свойства ферромагнетиков.

1. Нелинейная зависимость намагниченности J от напряжённости H магнитного поля. При Н > H _S наблюдается магнитное насыщение (рис. 2.14).

2. При H < H _S зависимость магнитной индукции В от напряжённости Н нелинейная, а при H > H _S она становится линейной (рис. 2.15).

3. Зависимость относительной магнитной проницаемости  от напряжённости Н имеет сложный характер (рис.2.16), причём максимальные значения очень велики: _макс ~ (10³ ^) .

4. Существование магнитного гистерезиса – различия в значениях намагниченности J ферромагнетика при одном и том же значении Н напряжённости намагничивающего поля в зависимости от значения предварительной намагниченности ферромагнетика (рис. 2.17).

5. У каждого ферромагнитного вещества есть критическая температура Т _К, называемая точкой Кюри, выше которой это вещество теряет свои особые магнитные свойства и ведёт себя как обычный парамагнетик.