Магнитное поле в веществе. Магнитная проницаемость. Вектор намагничивания.

Магнитное поле в веществе

4.8.1. Магнитная проницаемость. Вектор намагничивания.

Все встречающиеся в природе вещества являются магнетиками. Магнетики, помещенные во внешнее магнитное поле намагничиваются, т.е. создают своё магнитное поле . Таким образом, результирующее магнитное поле в магнетике

. (4.32)

Магнитное поле вещества связано с микротоками , обусловленными движением электронов в атомах, ионах и молекулах.

Введем магнитную проницаемость μ среды, показывающую во сколько раз индукция магнитного поля при наличии среды отличается от индукции магнитного поля в вакууме.

В случае однородных и изотропных магнетиков

. (4.33)

Также для описания способности вещества создавать своё магнитное поле вводится вектор намагничивания . Он равен векторной сумме магнитных моментов атомов, которые находятся в единице объёма вещества

. (4.34)

Магнитный момент атома складывается из суммы магнитных моментов электронов, связанных с их орбитальным движением, спиновых магнитных моментов электронов и спинового магнитного момента ядра (из-за большой массы ядра этим моментом обычно пренебрегают) [4]. Согласно теории Бора орбитальные магнитные моменты электронов связаны с движением электронов в атоме по круговым орбитам, что приводит к созданию кольцевого тока, который и обладает магнитным моментом. Спиновый магнитный момент электрона является таким же неотъемлимым свойством частицы, как и заряд, и масса.. Первоначально наличие спинового магнитного момента объяснялось вращением частицы вокруг своей оси. Впоследствии было доказано, что такое представление о спиновом моменте неверно, хотя само понятие спинового момента осталось.

Качественно возникновение собственного магнитного поля магнетика можно пояснить на основе гипотезы Ампера о существовании внутри молекул молекулярных токов (микротоков). Их ориентация во внешнем магнитном поле и создаёт не равное нулю магнитное поле вещества и соответственно [4].

Рис. 4.19

Рассмотрим помещенный в однородное магнитное поле однородный длинный стержень в виде цилиндра (рис. 4.19, а). Если внешнее магнитное поле отсутствует ( ), то, вследствие теплового движения, молекулярные токи ориентированы хаотично по всем направлениям и, поэтому , . Во внешнем магнитном поле происходит ориентация магнитных моментов микротоков вдоль поля (магнитные моменты микротоков будут параллельны вектору ). За счет такой ориентации происходит компенсация микротоков внутри стержня. Однако, на поверхности цилиндра компенсация микротоков отсутствует (рис. 4.19, б). Магнитное поле цилиндра оказывается подобным магнитному полю соленоида

, (4.35)

где I^' – это суммарный поверхностный ток, текущий по поверхности цилиндра на длине l.

Учитывая, что сумма магнитных моментов атомов в этом случае будет равна магнитному моменту суммарного поверхностного тока I' , то для модуля вектора намагничивания можно переписать формулу (4.34) в виде

. (4.36)

Из формул (4.35) и (4.36) видно, что

. (4.37)

12 3 Следующая ⇒