Магнітні властивості речовини.

ЗАКОН ПОВНОГО|цілковитого| СТРУМУ|току|

До цих пір магнітне поле розглядалося|розглядувало| в порожнечі|пустоті|, коли у зв'язку з відсутністю речовини поле не випробовує|відчуває| на собі його впливу і визначається тільки|лише| струмами|токами| в проводах. Ці струми|токи| називатимемо зовнішніми.

Якщо магнітне поле зовнішніх струмів|токів| створюється в речовині, то поле впливає на речовину|, а воно у свою чергу|своєю чергою|, певним чином змінює|зраджує| магнітне поле.

Розглядуючи електричне поле в діелектриці, ми встановили, що дією поля зовнішніх (що не відносяться до діелектрика) заряджених частинок|часток| діелектрик поляризується, внаслідок чого в нім виникає додаткове поле внутрішніх частинок|часток|.

Щось аналогічне відбувається|походить| з|із| речовиною під дією магнітного поля.

Всяка|усяка| речовина, що знаходиться|перебуває| в магнітному полі зовнішніх струмів|токів| приходить в особливий стан|достаток| намагніченості, який характеризується виникненням в нім додаткового магнітного поля.

 Це магнітне поле існує завдяки обертанню електронів по орбітах і обертанні електронів і ядер навколо|навкруг| власних осей.

Рух заряджених частинок|часток| усередині|всередині| атома можна розглядати|розглядувати| як елементарні внутріатомні|внутрішньоатомні| струми|токи|, тому додаткове магнітне поле, що виникло в результаті|унаслідок| намагнічення, називатимемо полем елементарних (внутрішніх) струмів|токів|.

Рис.2.13 - Магнітний момент елементарних струмів|токів|

           

Магнітні властивості елементарного кругового струму|току| (рис. 2.13, а) можна характеризувати магнітним моментом, величина якого визначається твором|добутком| елементарного кругового струму|току| і площі|майдану| описаного ним круга|кола|, а напрям|направлення| – за правилом буравчика:

 

                                                                                  (2.21)

 

За відсутності магнітного поля зовнішніх струмів|токів| елементарні струми|токи| усередині|всередині| речовини і орієнтовані безладно, тому загальний|спільний| магнітний момент навіть малих об'ємів|обсягів| речовини виявляється|опиняється| рівним нулю|нуль-індикатору|, а магнітне поле елементарних струмів|токів| не виявляється.

Вплив магнітного поля зовнішніх струмів|токів| на кругові елементарні струми|токи| в речовині полягає в тому, що змінюється орієнтація осі обертання частинок|часток| так, що їх магнітні моменти виявляються|опиняються| направленими|спрямованими| в один бік.

Інтенсивність і характер|вдача| намагніченості у|біля| різних речовин в однаковому магнітному полі зовнішніх струмів|токів| значно відрізняються. З цієї точки зору всі речовини діляться на три групи.

До першої групи відносяться діамагнітні| речовини, в яких магнітне поле елементарних струмів|токів| направлене|спрямоване| проти|супроти| поля зовнішніх струмів|токів|, що викликало|спричиняло| його. Інакше кажучи, результуюче магнітне поле в речовинах цієї групи слабкіше|слабе| за магнітне поле зовнішніх струмів|токів|. До діамагнітних| речовин відносяться вода, водень, кварц, срібло, мідь і ін.

До другої і третьої групи відносяться відповідно парамагнітні

(алюміній, кисень, повітря і ін.) і феромагнітні речовини(залізо, нікель, кобальт і деякі їх сплави). Загальним|спільним| для речовин цих груп є|з'являється| те, що магнітні моменти елементарних струмів|токів| в них орієнтуються у напрямі поля зовнішніх струмів|токів|. В результаті магнітне поле посилюється|підсилюється|.

Феромагнітні речовини мають особливе значення в електротехніці, тому їх магнітні властивості детально розглянуті|розглядувати| далі. Тут відзначимо лише, що намагніченість феромагнітних речовин, на відміну від парамагнітних, у багато разів сильніше при однаковому магнітному полі зовнішніх струмів|токів|.

З|із| сказаного ясно, що результуюче магнітне поле в речовині складається з|із| двох полів: поля зовнішніх струмів|токів| (струмів|токів| в проводах) і поля елементарних внутрішніх струмів|токів|.

У зв'язку з цим для рівномірного магнітного поля котушки|катушки| и за наявності усередині|всередині| неї якого-небудь сердечника|осердю| (наприклад, сталевого) можна записати рівняння:          

 

                                                      (2.22)

 

де  повний елементарний струм, зчеплений з контуром а-б-в г.

Формула (2.22) показує, що магнитна індукція в речовині (парамагнітному або феромагнітному) більше, ніж в порожнечі, у зв'язку з дією елементарних струмів або, інакше кажучи, завдяки намагніченню речовини.

Ступінь|міра| намагнічення речовини оцінюється|оцінює| вектором намагніченості (J). Для однорідного у всім напрямам|направленням| речовини величина вектора намагніченості дорівнює геометричною сумі равна геометричній сумі магнітних моментів елементарних струмів|токів| в одиниці об'єму|обсягу| речовини:

 

                                                                                    (2.23)

 

Знайдемо загальний магнітний момент елементарних струмів, зчеплених з контуром а-б-в-г, враховуючи, що при однаковій орієнтації елементарні струми з контуром зчеплені тільки на ділянці                           а-г  довжиною . (рис. 2.13, б)

 

 

де  -.елементарний струм, зчеплений з контуром а-б-в-г, S – площа, обмежена контуром елементарного струму.

Підставимо значення  у формулу (2.23), отримаємо

 

звідки

 

Рівняння (2.22) може бути представлене|уявляти| в іншому вигляді|виді|:

 

 

             або                                          

                                                                       (2.24)

 

З формули (2.24) виходить, що магнітне поле в речовині можна розглядати як результат дії тільки струмів в проводах (у витках котушки), якщо характеристики поля прийняти як нову векторну величину, яка називається напруженістю магнітного поля:

                                                                               (2.25)

З введенням цього поняття формула (2.24) набуває вигляд

 

 

Це рівняння одержане на основі уявлення про циркуляцію вектора магнітної індукції в полі струму нескінченно довгої котушки.

            Напруженість H як характеристика магнітного поля не залежить від властивостей середовища, а визначається тільки величиною струмів в проводах, що значною мірою полегшує розрахунки магнітних полів.

З рівняння (2.25) можна виразити величину магнітної індукції в речовині

Намагніченість речовини є результатом дії зовнішнього магнітного поля струмів. Коефіцієнт пропорційності між напруженістю поля  і намагніченістю  називається магнітною сприйнятливістю  

                                          .                                     (2.26)

Магнітна сприйнятливість виражає|виказує| здатність|здібність| речовини намагнічуватися під дією зовнішнього магнітного поля. з урахуванням|з врахуванням| цього виразу:

 

У цій формулі вели чина  характеризує тільки магнітне поле в порожнечі. Вона позначається, а називається магнітною індукцією в порожнечі:

 

                                                                                       (2.27)

 

Магнітну індукцію в речовині можна виразити|виказувати| формулою

 

                                                    (2.28)

 

Величина                                                          (2.29)

 

залежна від магнітних властивостей середовища, в якому існує поле, називається магнітною проникністю.

 

У практиці зручно користуватися відношенням абсолютної магнітної проникності речовини  до магнітної постійної :

 

                                   .                                 (2.30)

 

Величина називається відносною магнітною проникністю і показує, в скільки разів магнітне поле виходить сильніше (або слабкіше|слабий|), ніж в порожнечі|пустоті|, за інших рівних умов, тобто|цебто|

.

 

Магнітна сприйнятливість феромагнітних речовин велика, тому їх величина є набагато більшою за одиницю.Для решти речовин  , а магнітна сприйнятливість дорівнює 1.

Введення поняття про магнітну проникність речовини дозволяє всі формули, отримані раніше для магнітного поля в порожнечі, застосувати і для магнітного поля в порожнечі, застосувати і для магнітного поля в речовині, замінивши в них магнітну постійну  магнітній проникності .  

Про це свідчить повна аналогія формул.

Рівняння, що зв'язує циркуляцію вектора напруженості магнітного поля по замкнутому контуру з повним струмом, зчепленим з цим контуром має вигляд: 

                                                                  (2.31)

 

Рівняння (2.31) виражає закон повного струму: циркуляція напруженості магнітного поля по замкнутому контуру дорівнює повному струму|, який пронизує поверхню, обмежену цим контуром.