- •Предмет физики
- •Структура физического познания.
- •Пространственно-временная область изучаемых физикой объектов
- •Физические теории
- •Раздел 1. Физические основы механики.
- •Глава 1. Кинематика.
- •§1.1. Система отсчета. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности.
- •§1.2. Кинематика материальной точки.
- •§1.3. Равномерное и равнопеременное движения.
- •§ 1.4. Кинематика вращательного движения.
- •§ 1.5. Краткие итоги главы 1.
- •Глава 2. Динамика материальной точки.
- •§ 2.1 .Задача динамики. Состояние материальной точки. Динамические характеристики движения.
- •§ 2.2. Законы Ньютона. Второй закон как уравнение движения.
- •§ 2.3. Силы в механике.
- •§ 2.4. Работа силы. Мощность.
- •§ 2.4. Механическая энергия.
- •§ 2.5. Краткие итоги главы 2
- •Глава 3.Законы сохранения в механике.
- •§ 3.1.Фундаментальный характер законов сохранения
- •§ 3.2. Закон сохранения импульса.
- •§ 3.3. Закон сохранения механической энергии
- •§ 3.4. Столкновения тел
- •Глава 4. Динамика вращательного движения.
- •§ 4.1. Кинетическая энергия вращающегося и катящегося тел
- •§ 4.2. Момент инерции
- •§ 4.3. Работа и мощность при вращательном движении. Момент силы относительно оси
- •§ 4.4. Уравнение динамики вращательного движения.
- •§ 4.5. Закон сохранения момента импульса
- •§ 4.6. Краткие итоги главы 4
- •Раздел 2. Молекулярная физика и термодинамика
- •Глава 5. Кинетическая теория
- •§ 5.1. Тепловое движение
- •§ 5.2. Основное уравнение кинетической теории газа
- •§ 5.3. Уравнение Клапейрона – Менделеева
- •§ 5.4. Молекулярно-кинетический смысл абсолютной температуры. Средняя энергия теплового движения молекулы
- •§ 5.5. Распределение Максвелла молекул газа по скоростям
- •§ 5.6. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.
- •§ 5.7. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул.
- •§ 5.8. Выводы из главы 5.
- •Глава 6. Термодинамика.
- •§ 6.1. Тепловые процессы
- •§ 6.2. Первое начало термодинамики.
- •§ 6.3 Изопроцессы.
- •§ 6.4. Тепловая и холодильная машины
- •§ 6.5. Цикл Карно
- •§ 6.6. Энтропия.
- •§ 6.7. Второе начало термодинамики.
- •§ 6.8. Основные выводы главы 6.
- •Раздел 3. Электромагнетизм
- •Глава 7. Электростатика
- •§7.1.Электрический заряд. Закон Кулона.
- •§7.2. Электрическое поле. Напряженность.
- •§ 7.3. Теорема Гаусса.
- •§ 7.4. Потенциал и работа электростатического поля.
- •§ 7.5. Связь напряженности и потенциала электростатического поля.
- •§ 7.6.Электростатическое поле в веществе.
- •§ 7.7. Электроемкость. Конденсатор.
- •§ 7.8. Энергия электрического поля.
- •Глава 8. Постоянный электрический ток.
- •§ 8.1. Электрический ток: сила тока, плотность тока
- •§ 8.2. Механизм электропроводности
- •§ 8.3. Законы постоянного тока.
- •§ 8.4. Работа и мощность тока
- •Глава 9. Магнитное поле тока
- •§ 9.1 Магнитное взаимодействие. Магнитное поле
- •§ 9.2. Закон Био-Савара-Лапласа
- •9.3. Вихревой характер магнитного поля.
- •§ 9.4. Действие магнитного поля на токи и движущиеся электрические заряды
- •§ 9.5. Магнитное поле в веществе
- •Глава 10. Явление электромагнитной индукции
- •§ 10.1. Основной закон электромагнитной индукции
- •§ 10.2. Самоиндукция и взаимная индукция
- •§ 10.3. Энергия магнитного поля
- •§ 10.4. Вихревое электрическое поле. Уравнения Максвелла
§ 9.5. Магнитное поле в веществе
1. Все тела состоят из атомов, в которых движутся электроны и протоны и создают собственное магнитное поле. Внешнее магнитное поле влияет на их движение. Поэтому все вещества являются магнетиками – они намагничиваются и создают собственное магнитное поле . В веществе это поле складывается с внешним магнитным полем (в вакууме) , так что
(9.5.1)
Изменение поля в веществе по сравнению с полем в вакууме характеризует относительная магнитная проницаемость - безразмерная величина. Ее физический смысл аналогичен диэлектрической проницаемости. Она показывает, во сколько раз поле в веществе изменяется по сравнению с полем в вакууме:
(9.5.2)
Опыт показывает, что в намагниченности вещества определяющую роль играют электроны атомов. Орбитальное движение электрона можно рассматривать как миниатюрный круговой ток, обладающий собственным магнитным моментом. Помимо орбитальных магнитных моментов электроны обладают еще специфически квантовой характеристикой – спиновым магнитным моментом. Сумма орбитальных и спиновых магнитных моментов электронов атома определяет магнитные свойства вещества.
2. По магнитным свойствам вещество делится на три группы: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Первые две группы являются слабомагнитными, они создают очень слабое собственное поле, для них отличается от единицы в третьем-четвертом знаке после запятой и не зависит от внешнего поля. Для технически важных слабых магнетиков значения магнитной проницаемости представлены в соответствующих таблицах физических величин.
Диамагнетики намагничиваются против внешнего поля, так что внесение диамагнетика во внешнее магнитное поле ослабляет его. К диамагнетикам относятся инертные газы, водород, вода, висмут, серебро и другие. Диамагнетики выталкиваются внешним магнитным полем. Удлиненные диамагнитные тела (стержни) ориентируются поперек силовых линий. Для диамагнетиков 1.
Парамагнетики намагничиваются по полю и усиливают его. Парамагнетики втягиваются во внешнее магнитное поле, удлиненные парамагнитные тела вытягиваются вдоль силовых линий. Примером парамагнетиков являются воздух, платина, алюминий, жидкий кислород. Для парамагнетиков 1.
Третья группа – ферромагнетики – сильномагнитные материалы. Они получили свое название от железа. Ферромагнетиками являются такие химически чистые вещества: железо, никель, кобальт, гадолиний, а также многочисленные сплавы, в том числе и не содержащие указанные вещества. Магнитная проницаемость ферромагнетиков значительно больше единицы и зависит от величины внешнего поля. Способность ферромагнетиков значительно усиливать магнитное поле (на 3-5 порядков) широко используются в технике. В ферромагнетиках наблюдается явление гистерезиса. Гистерезис (от греческого – отставание, запаздывание) проявляется в том, что в одном и том же внешнем магнитном поле намагниченность ферромагнетика зависит от его предыстории и принимает одно из возможных значений из целого диапазона. После снятия внешнего магнитного поля в ферромагнетике сохраняется остаточная намагниченность. Именно это свойство проявляется в постоянных магнитах.
В итоге рассмотрения отметим, что полученные нами ранее формулы для магнитного поля в вакууме пригодны для магнитного поля в веществе, если в них заменить 0 на 0. Напомним, что с аналогичным способом описания поля в веществе мы уже познакомились в электростатике