- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
- •Кафедра физики
Кафедра физики
ЛЕКЦИЯ 8
2 апреля 2013г.
Электромагнетизм
План лекции
1.Намагниченность. Напряженность магнитного поля.
2.Теорема о циркуляции вектора H.
3. Связь между векторами J и H. Виды магнетиков.
4.Ферромагнетики. Петля гистерезиса.
5.Условия на границе двух магнетиков.
6.Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.
7.Явление электромагнитной индукции. Природа ЭДС индукции.
Общая физика. «Магнитостатика» |
1 |
Кафедра физики
Намагниченность. Напряженность магнитного поля
Если несущие ток проводники находятся в некоторой среде (не в вакууме) или если в магнитное поле внести вещество, магнитное поле изменится.
Причина: всякое вещество является магнетиком, т.е. способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться).
Намагниченное вещество создает свое магнитное поле B./
Результирующее поле: B B/ B0
B0 - поле токов проводимости.
Характеристика степени намагничивания магнетика - магнитный момент единицы объема J.
Общая физика. «Магнитостатика» |
2 |
Кафедра физики
Намагниченность. Напряженность магнитного поля
J - вектор. |
|
1 |
|
|
|
J |
|
pm |
|
||
V |
|
||||
|
|
|
|||
где V- бесконечно малый объем, |
pm - магнитный момент |
||||
отдельной молекулы. Суммируются все молекулы в объеме |
V |
||||
. |
|||||
Намагниченность можно представить как |
|
J n pm |
где n- концентрация молекул, pm - средний магнитный момент одной молекулы.
Вектор J сонаправлен со средним вектором pm .
Общая физика. «Магнитостатика» |
3 |
Кафедра физики
Намагниченность. Напряженность магнитного поля
В теореме о циркуляции вектора B необходимо учитывать молекулярные токи:
|
|
|
I I / |
B,dl 0 |
L
I и I / - токи проводимости и молекулярные токи, охватываемые контуром L.
Вычисление токов I /- задача сложная.
Выход: вводится новый параметр - напряженность магнитного поля .
Общая физика. «Магнитостатика» |
4 |
Кафедра физики
Намагниченность. Напряженность магнитного поля
|
B |
|
|
H |
J |
||
0 |
|||
|
|
Теорема о циркуляции вектора H:
Циркуляция вектора H по произвольному замкнутому контуру равна алгебраической сумме токов проводимости,
охватываемых этим контуром:
H ,dl I
Введение вектора H,Lкак и вектора Dв электростатике, упрощает изучение поля в различных средах.
Единица измерения H - ампер на метр (А/м). В вакууме J 0 и B 0 H
Общая физика. «Магнитостатика» |
5 |
Кафедра физики
Связь между векторами J и H. |
Виды магнетиков |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
B |
J |
|
Намагниченность J |
зависит от |
величины |
||||||||
|
|
|||||||||||||
|
0 |
|
|
|
|
поля: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J H |
|
|
|
|
|
|
|
- магнитная восприимчивость |
|
(безразмерная |
||||||||||||
вещества |
||||||||||||||
величина, |
|
|
|
для каждого магнетика). |
|
|
|
|
||||||
Подставим эту |
|
|
|
в выражение H, |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
B |
|
|
|||
получим |
H |
|
Н |
|
|
H |
|
|
||||||
|
|
|
0 |
1 |
|
|||||||||
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||||
Безразмерная величина |
1 - относительная магнитная |
|||||||||||||
проницаемость |
вещества. |
|
|
|
|
|
|
|
С учетом относительной магнитной проницаемости - B 0 H
Общая физика. «Магнитостатика» |
6 |
Кафедра физики
Связь между векторами J и H. Виды магнетиков
В зависимости от знака и величины магнитной восприимчивости все магнетики подразделяются на три группы:
• диамагнетики. У диамагнетиков Jотрицательна и мала по абсолютной величине. Вектор диамагнетиков имеет направление, обратное направлению вектора ( );H J H
• парамагнетики. парамагнетиков положительна и тоже мала по абсолютной величине. ВекторJ диамагнетиков имеет направление, совпадающее с направлением вектора H (J H);
•ферромагнетики. положительна и по абсолютной величине достигает очень больших значений.
Диа- и парамагнетики слабомагнитные вещества, для них J H . В отсутствие магнитного поля они не намагничены.
У ферромагнетиков магнитная восприимчивость сложным образом
H
зависит от .
Общая физика. «Магнитостатика» |
7 |
Кафедра физики
Ферромагнетики. Петля гистерезиса.
Ферромагнетики - твердые вещества, обладающие спонтанной намагниченностью (могут быть намагничены при отсутствии внешнего магнитного поля).
J, 106 А/м
Jнас2
1
0 |
200 |
400 |
|
|
H, А/м |
Типичные представители - железо, никель, кобальт, их сплавы.
Намагниченность ферромагнетиков до 1010 раз превосходит намагниченность диа- и парамагнетиков.
Кривая намагниченности
ферромагнетиков – это зависимость J H .
Основная или нулевая кривая, т.е. зависимость для ферромагнетика, магнитный момент которого первоначально был равен нулю
Общая физика. «Магнитостатика» |
8 |
2
Jнас
1
Кафедра физики
Ферромагнетики. Петля гистерезиса.
J, 106 А/м
Уже при небольших полях кривая намагниченности достигает насыщения Jнас, дальнейший рост поля H не увеличивает намагниченность J.
0 |
200 |
400 |
|
|
H, А/м |
Кроме |
того, |
для ферромагнетиков характерно наличие петли |
гистерезиса: связь между B и H или J и H оказывается неоднозначной и определяется предшествующей историей намагничивания ферромагнетика.
Общая физика. «Магнитостатика» |
9 |
Кафедра физики
Ферромагнетики. Петля гистерезиса.
B
Если первоначально ненамагниченный ферромагнетик намагничивать, а затем уменьшать Н , то кривая намагничивания образует петлю.
Это петля гистерезиса.
H
Из рисунка: при Н = 0 намагничивание не исчезает, а характеризуется некоторой величиной В, которая называется остаточной индукцией.
С наличием остаточного намагничивания связано существование постоянных магнитов.
Точка Кюри (температура Кюри) - температура при которой ферромагнетик теряет свою намагниченность, 300- 700 С.
Общая физика. «Магнитостатика» |
10 |