|
|
Лекция физика. Магнитное поле. Магнитное поле в веществе. Явление электромагнитной индукции. Презентацию подготовили Каминский Виталий и Сергей Шарипов
Магнитное поле. Магнитное поле в веществе. Явление электромагнитной индукции. Презентацию подготовили: Каминский Виталий и Сергей Шарипов Магнитное поле История - Впервые термин «магнитное поле» ввел в 1845 году М. Фарадей, классическая теория электромагнитного поля была создана Дж. Максвеллом (1873), квантовая теория — в 20-х годах XX века.
Магнитное поле - это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами.
Магнитное поле в веществе - До сих пор рассматривалось магнитное поле, которое создавалось проводниками с током или движущимися электрическими зарядами, находящимися в вакууме. Если же магнитное поле создается не в вакууме, а в какой-то другой среде, то магнитное поле изменяется. Это объясняется тем, что различные вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются и сами становятся источниками магнитного поля. Вещества, способные намагничиваться в магнитном поле, называются магнетиками. Намагниченное вещество создает магнитное поле с индукцией , которое накладывается на магнитное поле с индукцией , обусловленное токами. Оба поля в сумме дают результирующее поле.
Гипoтeзa Aмпepa - Для объяснения намагничивания тел Ампер предположил, что в молекулах вещества циркулируют круговые токи. Каждый такой ток обладает магнитным моментом и создает в окружающем пространстве магнитное поле. В отсутствие внешнего магнитного поля молекулярные токи ориентированы хаотически, поэтому суммарный магнитный момент вещества равен нулю. В магнитном поле молекулярные токи ведут себя подобно рамке с током, то есть ориентируются так, чтобы магнитные моменты были преимущественно ориентированы вдоль магнитного поля, вследствие чего магнетик намагничивается.
- Магнитной проницаемостью вещества называется физическая скалярная величина показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данном веществе отличается от индукции магнитного поля в вакууме.
- Магнитная проницаемость зависит от рода вещества и от его состояния, например, от температуры.
- Единица измерения [Гн/м]
- В зависимости от величины μ и по характеру намагничивания все вещества можно разделить на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики
- Магнитная постоянная. Абсолютная магнитная проницаемость вакуума называется магнитной постоянной
В международной системе СИ магнитная постоянная: µо = 4π∙10-7 Гн/м ≈ 12,5 ∙ 10-7 Гн/м. Электрическая постоянная εо связана с магнитной соотношениемя: εо ∙ µо = 1/Со^2 Со ≈ 3 ∙ 108 м/с – скорость света в вакууме - Абсолютная магнитная проницаемость. Для характеристики магнитных свойств вакуума и вещества (материала) пользуются понятием абсолютной магнитной проницаемости. Абсолютная магнитная проницаемость, µа характеризует способность вещества или вакуума накапливать магнитное поле с его энергией и массой в каждой единице объема. Единица измерения абсолютной магнитной проницаемости – генри на метр (Гн/м).
- μa=μ0μ
- Диамагнетиками(μ < 1) называются вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении, противоположном направлению вектора магнитной индукции поля.
- К диамагнетикам относятся вещества, магнитные моменты атомов, молекул или ионов которых в отсутствие внешнего магнитного поля равны нулю. Диамагнетиками являются инертные газы, молекулярный водород и азот, цинк, медь, золото, висмут, парафин и многие другие органические и неорганические соединения.
- В случае отсутствия магнитного поля диамагнетик немагнитен, поскольку в данном случае магнитные моменты электронов взаимно компенсируются, и суммарный магнитный момент атома равен нулю.
- Т.к. диамагнитный эффект обусловлен действием внешнего магнитного поля на электроны атомов вещества, то диамагнетизм свойственен всем веществам.
- Следует отметить, что магнитная проницаемость у диамагнетиков µ < 1. Вот, например, у золота µ = 0,999961, у меди µ = 0,9999897 и т.д.
- Парамагнетики (μ > 1 )– вещества, намагничивающиеся во внешнем магнитном поле по направлению поля.
- У парамагнитных веществ при отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты электронов не компенсируют друг друга, и атомы (молекулы) парамагнетиков всегда обладают магнитным моментом. Однако вследствие теплового движения молекул их магнитные моменты ориентированы беспорядочно, поэтому парамагнитные вещества магнитными свойствами не обладают. При внесении парамагнетиков во внешнее магнитное поле устанавливается преимущественная ориентация магнитных моментов атомов по полю (полной ориентации препятствует тепловое движение атомов).
- Таким образом, парамагнетик намагничивается, создавая собственное магнитное поле, совпадающее по направлению с внешним полем и усиливающее его. При ослаблении внешнего магнитного поля до нуля ориентация магнитных моментов вследствие теплового движения нарушается и парамагнетик размагничивается.
- Вот некоторые парамагнитные вещества: алюминий µ = 1,000023; воздух µ = 1,00000038.
- Из парамагнетиков рассматриваем алюминий , хлористое железа. К данному типу относят платину и другие вещества. Из диамагнетиков – медь, воду ,висмут . При размещении веществ обоих типов в неоднородном магнитном поле между полюсами электромагнита получаем, что парамагнетики втягиваются в область сильного поля, а диамагнетики выталкиваются.
- Парамагнетик ( 1 ) и диамагнетик ( 2 ) в неоднородном магнитном поле.
- Ферромагнетиками(μ >> 1 ) называются твердые вещества, обладающие при не слишком высоких температурах самопроизвольной (спонтанной) намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля, деформации, изменения температуры.
- Ферромагнетики в отличие от слабомагнитных диа- и парамагнетиков являются сильномагнитными средами: внутреннее магнитное поле в них может в сотни и тысячи раз превосходить внешнее поле.
- Ферромагнитные материалы в большой или меньшей степени обладают магнитной анизотропией, т.е. свойством намагничиваться с различной степенью трудности в различных направлениях.
- Магнитные свойства ферромагнитных материалов сохраняются до тех пор, пока их температура не достигнет значения, называемого точкой Кюри. При температурах выше точки Кюри ферромагнетик ведет себя во внешнем магнитном поле как парамагнитное вещество. Он не только теряет свои ферромагнитные свойства, но у него изменяется теплоемкость, электропроводимость и некоторые другие физические характеристики.
Точка Кюри для различных материалов различна: - Железо (Fe) 780 οС
- Никель (Ni) 350 οС
- Кобальт (Co) 1130 οС
- Гадолиний (Gd) 16 οС
- Диспрозий (Dy) -186 οС
- Основные свойства магнитного поля, полученные из экспериментов:
- магнитное поле материально, т. е. существует независимо от наших знаний о нем;
- порождается только движущимся электрическим зарядом: вокруг любого движущегося заряженного тела существует магнитное поле. Магнитное поле может быть создано и магнитом, но и там причиной появления поля является движение электронов. Магнитное поле может быть создано и переменным электрическим полем;
- обнаружить магнитное поле можно по действию на движущийся электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой;
- магнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.
- Источниками магнитного поля являются электрические движущиеся заряды (токи) и изменяющееся во времени электрическое поле.
- Магнитное поле, в отличие от электрического, не оказывает действия на покоящийся заряд. Сила возникает лишь тогда, когда заряд движется.
|
|
|
Скачать 1.49 Mb.