Тема 7. Магнитное поле в веществе. Основные вопросы темы 7.1. Намагничение магнетиков 7.2. Магнитные моменты атомов 7.2. Диа- и парамагнетики в магнитном поле 7.4. Закон полного тока для магнитного поля в веществе 7.5. Ферромагнетики

Всякое вещество, помещенное в магнитное поле, намагничивается, т.е. приобретает магнитный момент. Намагничиваясь, магнетик создает добавочную индукцию поля В´. Магнитная индукция поля в магнетике возрастает по сравнению с индукцией этого поля в вакууме В 0. В´ - усредненное макроскопическое поле 7.1. Намагничение магнетиков

I микро РмРм Гипотеза Ампера о микротоках: В молекулах любого вещества циркулируют микротоки. Молекулы многих веществ обладают собственным магнитным моментом, обусловленным внутренним движением заряда.

7.2. Магнитные моменты атомов

Орбитальный момент импульса (7.2) Гиромагнитное отношение (7.3) (7.1) Орбитальный магнитный момент

Электрон обладает собственным механическим моментом – спином L es и соответствующим ему cобственным (спиновым) магнитным моментом p ms Собственный момент импульса (спин) (7.4) ħ = 1,05· Дж·с – постоянная Планка Собственный магнитный момент p ms (7.5)

(7.6) - магнетон Бора (7.7) Магнитные свойства железа обусловлены собственным магнитным моментом электронов Магнитный момент атома равен сумме орбитальных и собственных магнитных моментов электронов, входящих в его состав ( магнитный момент ядра мал). Суммарный магнитный момент магнетика:

Прецессия Лармора

Теорема Лармора. Под действием внешнего магнитного поля происходит прецессия орбиты электрона и вектора магнитного момента с угловой скоростью вокруг оси, проходящей через ядро атома и параллельной вектору В. (7.8)

Повторение Опыт Эрстеда: Вектор магнитной индукции В л

7.3. Диа- и парамагнетики в магнитном поле Магнетики делятся на три группы: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики слабые сильные Диамагнетизм обнаруживается у веществ, атомы которых не обладают магнитным моментом (векторная сумма орбитальных и спиновых моментов электронов атома равна 0).

Диамагнетиками называются вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению вектора магнитной индукции поля. Диамагнетики: инертные газы, цинк, медь, золото, серебро, кремний, германий, вода, ацетон и др.

За счет прецессии дополнительное движение электронов приводит к появлению индуцированного магнитного момента атома, направленного против поля.

Единицы системы СИ: Намагниченность – 1 А/м Вектор намагниченности J – это физическая величина, равная отношению суммарного магнитного момента физически малого объема вещества к этому объему ΔV: (7.9) Если во всех точках вектор J одинаков, то вещество намагничено однородно.

Парамагнетиками называются вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в нап- равлении вектора магнитной индукции. Щелочные и щелочноземельные металлы, кислород, NO, MnO и т.п. Атомы парамагнетиков обладают магнитным моментом в отсутствии внешнего магнитного поля.

7.4. Вектор напряженности магнитного поля Закон полного тока для магнитного поля в веществе. Для характеристики магнитного поля в магнетиках вводится вектор напряженности магнитного поля. (7.10) Единицы системы СИ: Напряженность магнитного поля – 1 А/м

Закон полного тока. Циркуляция вектора напряженности магнитного поля вдоль произвольного замкнутого контура равна результирующему макротоку сквозь поверхность, ограниченную этим контуром. (7.11) Макротоки – токи проводимости Микротоки – токи, обусловленные движением электро- нов в атомах.

μ - магнитная проницаемость среды. (7.11) Векторы В и Н связаны между собой соотношением: Диамагнетики μ 1

7.5. Ферромагнетики Ферромагнетиками называются вещества, облада- ющие самопроизвольной (спонтанной) намагничен- ностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий: магнитного поля, деформаций, изменения температуры. Fe, Ni, Co и некоторые сплавы на их основе. Сплав суперпермаллой – μ max μ >> 1

H S – напряженность насыщения H C – коэрцитивная сила B R – остаточная индукция

Размеры доменов: ÷10 -2 см Домен – область спонтанной намагниченности

(7.12) С – постоянная Кюри Т - термодинамическая температура, Тс –температура Кюри. При Т=Тс χ При Т

и зависит от напряженности магнитного поля. и не зависит от напряженности магнитного поля. и не зависит от напряженности магнитного поля. и не зависит от напряженности магнитного поля. и зависит от напряженности магнитного поля. А) В) Б) Д) Г) Какое из высказываний относится к диамагнетику?

В середине XIX века открыты два магнитомеханических эффекта: Магнитострикция – изменение формы и размеров ферромагнитного образца при его намагничивании (Д.Джоуль, 1842); Эффект Виллари – изменение намагниченности ферромагнитного образца при его механической деформации (Э. Виллари, 1865).

Задание I1I1 I2I2. Т.С Определить направление вектора магнитной индукции в т.С. Ток текут в противоположных направлениях.

I1I1 I2I2. Т.С В1В1 В2В2