Намагничивание среды. Напряженность магнитного поля

Электрон в атоме, совершая движение по орбите, возбуждает магнитное поле. При отсутствии внешнего поля результирующее поле в среде не создается. При внесении вещества во внешнее магнитное поле оси орбит электронов поворачиваются, и создается результирующее магнитное поле, которое может быть ориентировано либо по направлению внешнего поля, либо против него. Например, если во внешнее магнитное поле поместить атом водорода, то электрон вращается по орбите так, что возбужденное им поле увеличивает внешнее поле, т.к. ось вращения электрона ориентируется по направлению внешнего поля. Кроме того, магнитное поле воздействует на движущийся электрон, поэтому появляется прецессионное движение, которое аналогично движению волчка (см. рис. 4.6). Магнитное поле, вызванное прецессионным движением электронных орбит, ослабляет внешнее магнитное поле. В зависимости от того, какое из этих движений преобладает, результирующее поле или увеличивается, или уменьшается. Вещества делятся на парамагнетики (результирующее поле в них увеличивается) и диамагнетики (результирующее поле уменьшается).

Помимо орбитального и прецессионного движения электрон обладает магнитным полем, связанным с вращением вокруг собственной оси - «спином». Если направление «спина» совпадает с внешним магнитным полем, то он увеличивает результирующее поле и наоборот, если направление «спина» противоположно внешнему полю, то он уменьшает поле.

В инженерной практике считают, что относительная магнитная проницаемость диамагнитных и парамагнитных веществ равна 1 (μ_r = 1).

Существуют также и ферромагнитные вещества, у которых μ_r» 1. К ферромагнитным веществам относятся железо (μ_r до 15000), никель (μ_r до 300), кобальт (μ_r до 180).

В ферромагнетиках магнитное поле сильно увеличивается по сравнению с внешним за счет магнитных моментов электронов.

Таким образом, магнитное поле зависит не только от источника магнитного поля (например, тока), но и от среды, в которой находится этот источник.

Для расчета магнитного поля с учетом среды введем новую величину - вектор магнитного момента . Электроны, совершая движение вокруг ядра, образуют молекулярный ток (круговой ток). Он возбуждает магнитное поле, которое характеризуется вектором магнитного момента - произведением тока на вектор площадки, ограниченной этим током, т.е.

или .

Направление вектора магнитного момента определяют по правилу буравчика (см. рис. 4.7).

Суммарный магнитный момент единицы объема вещества называется вектором намагниченности вещества

, . (4.18)

Чем сильнее внешнее магнитное поле, тем больше ориентируются молекулы в определенном направлении, и тем больше будет величина вектора намагниченности.

Вводя молекулярную плотность тока , можно показать, что . Так как поле возбуждается и током проводимости и молекулярным током, можно ввести понятие плотности полного тока

, тогда

.

Отсюда

, или

. (4.19)

Это закон полного тока в дифференциальной форме. Здесь

- напряженность магнитного поля. Единица измерения напряженности магнитного поля - .

Из закона полного тока следует, что магнитное поле возбуждается током проводимости, и что поле является вихревым в точках, где .

Вектор намагниченности в изотропных средах пропорционален вектору напряженности ,

,

где - коэффициент магнитной восприимчивости, характеризующий свойство среды к намагничиванию.

Тогда

или , (4.20)

Дата добавления: 2014-01-15; Просмотров: 2107; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!