Магнитное поле электрического тока

  Выражение (26) называется законом Кюри: парамагнитная  восприимчивость вещества обратно  пропорциональна абсолютной температуре.

  В очень сильных магнитных полях  наступает насыщение намагниченности: при a >>1 функция Ланжевена L_(a) . Это означает, что магнитные моменты всех атомов (молекул) ориентированны вдоль внешнего магнитного поля и J = n₀P_m. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      4 Магнитное поле в магнетиках 
 

  а) В веществе различают два типа токов, создающих магнитное поле, - макротоки или токи проводимости и микротоки - молекулярные токи Макротоки возникают, благодаря наличию в веществе свободных зарядов и определяются как направленное движение этих зарядов. Микротоками называются токи, обусловленные движением связанных зарядов, например электронов в атомах и молекулах.

Магнитное поле в веществе является векторной  суммой двух полей: внешнего магнитного поля, создаваемого макротоками и внутреннего или собственного магнитного поля, которое создается микротоками. Вектор магнитной индукции B магнитного поля в веществе характеризует результирующее магнитное поле

  Первичным источником магнитного поля в магнетиках являются макротоки. Их магнитные поля являются причиной намагничивания вещества, помещенного во внешнее магнитное поле.

  Закон полного тока для магнитного поля в веществе является обобщением закона о циркуляции магнитного поля в вакууме:

и равен  геометрической сумме магнитных  индукций внешнего B₀ и внутреннего B ^rвнутр магнитных полей: 
 

где I_макро и I_микро - алгебраические суммы сил макро - и микротоков сквозь поверхность, натянутую на замкнутый контур L.

  Алгебраическая  сумма сил микротоков связана  с вектором намагниченности:

где L Jdl  - циркуляция вектора намагниченности J (16) вдоль

замкнутого  контура L, схватывающего микротоки. Подставляя (28) в (27) получаем:

называется  напряженностью магнитного поля, а  из (29) следует, что циркуляция вектора  напряженности магнитного поля вдоль  произвольного замкнутого контура равна (или пропорциональна) алгебраической сумме макротоков сквозь поверхность, натянутую на этот контур.

Для изотропной среды связь между  векторами магнитной ин-

дукции  B и намагниченности J (25) приводит для вектора H к выражению:

которая называется относительной магнитной проницаемостью

                 

                 r вещества, для H получим: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5 Ферромагнетики 

Ферромагнетиками  называются такие вещества, в которых внутреннее магнитное поле в сотни и тысячи раз превышает вызвавшее его внешнее магнитное поле.

  Ферромагнетизм  наблюдается у кристаллов переходных металлов – железа, кобальта и никеля и у ряда сплавов, при условии

выполнения  неравенства – диаметр атома, a - диаметр незаполненной электронной оболочки атома. Основные свойства ферромагнитных веществ, отличающие их от других типов магнетиков:

   а) Зависимость  намагниченности  от  напряженности   H 
внешнего магнитного поля характеризуется наличием магнит- 
ного насыщения J_н, наступающего при H і H_н (рис.4).

б) Зависимость магнитной индукции B от H  отличается

возрастанием  по линейному закону при H і H_н (рис.5).

   в) Зависимость относительной магнитной  проницаемости m от напряженности H имеет сложный характер (рис.6).

  

  г) Существование магнитного гистерезиса ферромагнетиков – отставания изменения намагниченности от изменения напряженности переменного по величине и направлению внешнего намагничивающего поля. Это отставание объясняется зависимостью J от предыстории намагничивания вещества.

  д) перечисленные выше свойства ферромагнитных веществ обнаруживаются при температурах, меньших точки Кюри $_к.

При температурах Т ³ *_к тепловое движение разрушает области спонтанной намагниченности и ферромагнетик, теряя свои свойства, превращается в парамагнитное вещество. Точка Кюри для железа 1063 К, для никеля 623 К, для кобальта 1423 К, для пермаллоя 823 К.

  Петлей  гистерезиса - называется кривая изменения намагниченности ферромагнетика, находящегося во внешнем магнитном поле, при изменении напряженности этого поля от + Н_н до - Н_н и обратно, где Н_н - напряженность поля, соответствующая магнитному насыщению (рис.7). Величина ±JП намагниченности при Н = ±Н_Н называется намагниченностью насыщения. Величина намагниченности ±J_R, сохраняющейся у ферромагнетика в отсутствии внешнего поля (при H = 0) называется остаточной

намагниченностью. Наличие J_R является основной для создания постоянных магнитов.    Напряженность    ±H_K

внешнего  поля, которое полностью размагничивает вещество, называется коэрцитивной силой (задерживающей напряженностью). Коэрцитивная сила определяет свойство ферромагнетика сохранять остаточную намагниченность.   Большой   коэрцитивной силой обладают «твердые» магнитные материалы, дающие широкую петлю гистерезиса и используемые для создания постоянных магнитов. Малую коэрцитивную силу имеют «мягкие» магнитные материалы, дающие мягкую петлю гистерезиса и используемые для изготовления сердечников трансформаторов.

  Перемагничивание  ферромагнетика связано с изменением ориентации областей спонтанной намагниченности и требует совершения работы за счет внешнего магнитного поля. Количество теплоты, выделяющейся при перемагничивании, пропорционально площади петли гистерезиса.

  При температурах ниже точки Кюри ферромагнетик  разбивается на малые области однородной самопроизвольной (спонтанной) намагниченности - домены. Линейные размеры доменов -(10- ¸10^-4)м. Внутри каждого домена вещество намагничено до насыщения. В отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных доменов ориентированны в пространстве так, что и результирующий магнитный момент всего ферромагнитного тела равен нулю.

  Под влиянием внешнего поля в ферромагнетике происходит ориентация магнитных моментов не отдельных частиц, как в случае парамагнетиков, а целых доменов. В результате вещество оказывается намагниченным. 
 
 
 
 
 

          СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 

  1 Матвеев А. Н.  Электричество и магнетизм. – М.: Высш. школа, 1983.

  2  Сивухин Д. В.  Общий курс физики. – М.: Наука, 1990 Т.3

  3  Калашников С. Г. Электричество. – М.: Наука, 1984.

  4 Тамм Е. И. Основы теории электричества. – М.: Наука, 1976.

  5  Савельев И. В.  Курс общей физики. Кн. 2 – М.: Наука, 2003.

  6  Фейнман Р. и др. Фейнмановские лекции по физике. – М. – Т. 7.