Наша сеть партнеров Banwar
Відповідно до гіпотези Ампера, в будь-якому речовині існують мікроскопічні струми, обумовлені рухом електронів в вакуумі по орбітах навколо ядра і власної осі. Будемо характеризувати магнітне поле, обумовлене мікрострумами, магнітної індукції 
.
Якщо помістити речовина в зовнішнє магнітне поле з індукцією 
. У зовнішньому магнітному полі мікроструми орієнтуються певним чином, при цьому індукція поля мікрострумів виявляється пропорційна індукції зовнішнього магнітного поля 
, Де c - магнітна сприйнятливість речовини, яка характеризує здатність речовини до намагнічування.
Індукція результуючого магнітного поля в речовині дорівнює сумі індукції весняного магнітногополя і поля мікрострумів:
, (25)
де 
- магнітна проникність речовини.
Магнітна проникність речовини показує у скільки разів індукція магнітного поля в речовині більше, ніж поле в вакуумі
(26)
Для характеристики зовнішнього магнітного поля (поля макротоков) вводиться векторна фізична величина - напруженість магнітного поля 
, Напрямок якої збігається з вектором індукції зовнішнього магнітного поля:
(27)
Одиниці виміру напруженості магнітного поля - ампер на метр ( 
).
Магнітне поле мікрострумів характеризується векторної фізичною величиною - намагниченностью. Якщо помістити речовина в зовнішнє магнітне поле, відбувається упорядкування напрямків векторів магнітних моментів окремих атомів або молекул, утворених мікрострумами. В результаті макроскопічний обсяг магнетика набуває певного сумарний магнітний момент. Векторна фізична величина, яка визначається магнітним моментом одиниці об'єму речовини, називається намагніченістю:
, (28)
де 
- сумарний магнітний момент молекул даного обсягу речовини.
Одиниці виміру намагніченості - ампер на метр ( 
).
Вектор намагніченості пов'язаний з вектором індукції магнітного поля мікрострумів: 
. При малих значеннях напруженості магнітного поля вектор намагніченості пропорційний напруженості зовнішнього магнітного поля 
.
Індукція результуючого магнітного поля в речовині пов'язана з намагніченістю і напруженістю співвідношенням:
. (29)
З напруженістю магнітного поля індукція результуючого магнітного поля в речовині пов'язана співвідношенням:
. (30)
Закон повного струму для магнітного поля в речовині є узагальненням закону, вираженого формулою (16):
, (31)
де I - сума алгебри макротоков, 
- алгебраїчна сума мікрострумів. Врахуємо, що циркуляція намагніченості за довільним замкнутому контуру дорівнює алгебраїчній сумі мікрострумів, охоплених цим контуром 
. Тоді закон повного струму можна записати у вигляді 
. Відповідно до формули (30) отримуємо 
. Отже, циркуляція вектора напруженості магнітного поля по довільному замкненому контуру дорівнює алгебраїчній сумі макротоков, охоплених цим контуром:
. (32)
За своїм магнітним властивостям всі речовини поділяються на: Діамагнетик, парамагнетики, феромагнетики.
Діамагнетик послаблюють зовнішнє магнітне поле, але незначно. При приміщенні діамагнетиком в зовнішнє магнітне поле вектор індукції магнітного поля мікрострумів спрямований протилежно вектору індукції зовнішнього магнітного поля, тому c <0, а 
. До діамагнетиків відносяться водень, гелій, мідь, срібло, золото (для золота 
).
Речовина є парамагнетиком, якщо магнітні моменти його молекул відмінні від нуля. Під час відсутності зовнішнього магнітного поля ці моменти розташовані хаотично, тому вектор намагнічування дорівнює нулю. Зовнішнє магнітне поле орієнтує магнітні моменти молекул уздовж вектора індукції зовнішнього магнітного поля. В результаті парамагнетики підсилюють зовнішнє магнітне поле, але незначно, при цьому c> 0, а 
. До парамагнетикам відносяться повітря, алюміній, кисень, вольфрам, платина (для платини 
).
Ферромагнетики значно посилюють зовнішнє магнітне поле. Також вони зберігають сильну намагніченість і після видалення зовнішнього магнітного поля. До феромагнетика відносяться залізо, сталь, кобальт, нікель, їх сплави (для чистого заліза 
). Сильне внутрішнє магнітне поле ферромагнетиков пояснюється не тільки зверненням електронів по орбітах, але, в основному, обертанням їх навколо власної осі (т.зв. спіном). Ферромагнетики мають доменну структуру. Домени - мікроскопічні області, що мають внаслідок складання спинив електронів значні магнітні моменти, тобто мимовільно намагнічені до насичення. При відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти окремих доменів орієнтовані хаотично і компенсують один одного, тому результуючий магнітний момент ферромагнетика дорівнює нулю (речовина не намагнічене). При внесенні феромагнетика в зовнішнє магнітне поле відбувається орієнтація доменів по полю.
Щоб повністю розмагнітити феромагнетик, треба помістити його в зовнішнє магнітне поле протилежно спрямована.
При зростанні температури намагнічування феромагнетиків зменшується, вони втрачають свої магнітні властивості і перетворюються в парамагнітні речовини. Для кожного феромагнітного матеріалу є певна температура переходу, яка називається точкою Кюрі. Наприклад, для заліза 1 043 К, кобальту 1393 К, нікелю 631 К.
Істотна особливість феромагнетиків - залежність магнітної проникності речовини m від напруженості магнітного поля Н. Спочатку m зростає зі збільшенням Н, потім, досягаючи максимального значення, починає зменшуватися, прагнучи в разі сильних полів до 1. Для відображення цієї неоднорідною залежно в задачах буде використовуватися таблиця залежності магнітної індукції В від напруженості Н (див. Додаток).
Характерна особливість феромагнетиків полягає в тому, що для них залежність намагніченості від напруженості зовнішнього магнітного поля є нелінійної і визначається передісторією намагнічення речовини. Це явище називають магнітним гістерезисом.
При намагнічуванні магнітне поле всередині феромагнетика зростає від нуля до деякого значення ПН. Зміна значення намагніченості в речовині характеризується початкової кривої намагнічування - ОА. При збільшенні напруженості більше значення ПН намагніченість не змінюється, кажуть, що феромагнетик намагнічений до насичення. Якщо зменшувати напруженість поля Н, то зміна намагніченість феромагнетика буде зменшуватися, але її значення будуть більшими для відповідних значень напруженості зовнішнього поля при намагнічуванні. Дане явище називається гістерезисом.
Мал. 15
При напруженості поля Н = 0 феромагнетик ще намагнічений. Його намагнічування характеризується залишковою намагніченістю J0. Щоб знищити залишкове намагнічування, необхідно створити поле - НК, спрямоване протилежно початкового. Напруженість магнітного поля, при якій намагніченість J = 0, називається коерцитивної, силою НК. При подальшій зміні поля індукція також змінюється, утворюючи петлю гістерезису. Площа петлі гистерезиса дорівнює роботі, необхідної для перемагнічування феромагнітного зразка.
Залежно від значення коерцитивної сили розрізняють м'які і жорсткі ферромагнетики. М'які ферромагнетики мають вузьку петлю гістерезису і малі значення коерцитивної сили. До них відносяться залізо, пермаллой і деякі інші матеріали. З м'яких феромагнетиків виготовляють сердечники трансформаторів, генераторів і двигунів. Жорсткі ферромагнетики характеризуються широкою петлею гистерезиса і відповідно великими значеннями коерцитивної сили. До них відносяться сталь і її сплави. Жорсткі ферромагнетики використовуються для виготовлення постійних магнітів.
Приклад 14. Сталевий зразок (сталь Е41) поміщений в магнітне поле, напруженість якого H = 796 А / м. Знайти магнітну проникність сталі при цих умовах.
Дано: H = 796 А / м.
Рішення:
Напруженість та індукція магнітного поля пов'язані співвідношенням 
, Де m0 -магнітна постійна, m0 = 1,26 × 10-6Гн / м, звідси шукане значення магнітної проникності середовища 
. По таблиці залежності В від Н для стали Е41 знаходимо при Н = 796 А / м В = 1,3 Тл.
обчислення: 
.
Дата додавання: 2015-02-09; переглядів: 540; Порушення авторських прав