Струми і механізм намагнічування. Намагнічуваність

Речовини.

Магнітна сприйнятливість і проникність.

Циркуляція намагнічування. Вектор напруженості

Магнітного поля.

Феромагнетики та їх основні властивості.

Струми і механізм намагнічування. Намагнічуваність речовини

Розглянемо орбітальний рух електрона в атомі. Цей рух подібний до деякого колового струму, який називають мікрострумом. Мікрострум утворює в просторі магнітне поле, яке можна характеризувати за допомогою вектора магнітного моменту . Розглянемо орбітальний рух електрона (рис. 14.1).

Рис. 14.1

Струм і направлений у протилежну сторону орбітального руху електрона. Напрям магнітного моменту збігається з поступальним рухом правого гвинта, якщо його обертати за напрямком струму.

За означенням орбітальний магнітний момент визначається за формулою:

, (14.1.1)

де і – коловий струм; S - площа колового струму; - нормаль до контуру з напрямком поступального руху правого гвинта.

Величину колового струму оцінимо за формулою

, (14.1.2)

де q_o- заряд електрона; Т – період обертання електрона навколо ядра.

З рисунка видно, що

; ; .

З урахуванням цих зауважень одержимо:

. (14.1.3)

У випадку атома, в якому є z електронів, сумарний магнітний момент всіх zелектронів буде дорівнювати:

(14.1.4)

2. Внесемо такий атом у змінне зовнішнє магнітне поле, величина якого змінюється від 0 до В протягом часу dt.

Змінне магнітне поле породжує у просторі вихрове електричне поле, величина якого описується рівнянням Максвелла

, (14.1.5)

де - змінне в часі магнітне поле; dS – площа контуру вздовж якого рухається електрон; Е – напруженість вихрового електричного поля, породжена зміною магнітного поля.

Вихрове електричне поле має напрям силових ліній, які збігаються з напрямком струму в контурі. Напрям замкнутих силових ліній

електричного поля теж визначається правилом правого гвинта, тобто напрям силових ліній збігається з напрямом струму в контурі.

Однак у цьому випадку електрони рухаються в сторону, протилежну напрямку струму. Тому вихрове електричне поле гальмує рух цих електронів.

На електрон у вихровому електричному полі діє електрична сила , напрям якої дотичний до силової лінії в сторону мікроструму (рис.14.2).

Рис.14.2

Згідно з рівнянням (14.1.5) змінне в часі магнітне поле породжує вихрове електричне поле, струм якого згідно з правилом Ленца має бути протилежний до діючого мікроструму і.

Силові лінії вихрового електричного поля у випадку наростаючого магнітного поля мають такий напрям, щоб визваний ним струм індукції

протилежним до і, а магнітний момент такого струму теж був протилежний до .

Розглянемо цей випадок трохи детальніше. Скористаємось другим законом Ньютона

, (14.1.6)

де - електрична сила індукована змінним в часі магнітним полем; m – маса електрона; - прискорення гальмування.

З рівняння (14.1.6) прискорення руху електрона дорівнює

. (14.1.7)

Напруженість вихрового електричного поля Е знайдемо з рівняння Максвелла (14.1.5)

,

де , а , тому , звідки .

Тому

, або .

Інтегруємо останній вираз у межах зміни швидкості від u_о до u, а індукції магнітного поля від 0 до В

.

Після інтегрування одержимо:

. (14.1.8)

Значення швидкості з (14.1.8) підставимо у вираз орбітального магнітного моменту (14.1.3)

. (14.1.9)

Для атома, в якому є z електронів, одержимо:

, (14.1.10)

де - складова, яка пов’язана з орбітальним рухом електрона в атомі; - складова, яка появляється лише у зовнішньому магнітному полі.

Одержана формула (14.1.10) показує, що магнітний момент атома у випадку дії змінного в часі магнітного поля зменшується за рахунок намагнічування атома у протилежному напрямі.

Магнетики, для яких характерна ця особливість, називаються діамагнетиками.

Покажемо, що у випадку, коли не збігається з напрямком дії змінного в часі магнітного поля, такі атоми здійснюють прецесію. Частота цієї прецесії дорівнює

;

але , тому

, де .

Величину - називають гіромагнітним відношенням, а - Ларморова частота прецесії.

Рис.14.3