Реферат: Лекции по физике В.И.Бабецкого
Пусть мы имеем в начале координат виток произвольной формы, по которому
течёт ток силы Á, тогда поле в точке на расстоянии х равно: (
). Для круглого витка
,
. На прошлой лекции мы
находили магнитное поле круглого витка с током, при
эти
формулы совпадают.
На больших расстояниях от любого распределения тока магнитное поле находится по формуле (8.1), а всё это распределение характеризуется одним вектором, который называется магнитный момент. Кстати, простейший источник магнитного поля это магнитный момент. Для электрического поля простейший источник это монополь, для электрического поля следующий по сложности это электрический диполь, а для магнитного поля всё начинается с этого диполя или магнитного момента. Это, ещё раз обращаю внимание, постольку, поскольку нет этих самых монополей. Был бы монополь, тогда было бы всё также как в электрическом поле. А так у нас простейший источник магнитного поля это магнитный момент, аналог электрического диполя. Наглядный пример магнитного момента – постоянный магнит. Постоянный магнит обладает магнитным моментом, и на большом расстоянии его поле имеет такую структуру:
Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле
Мы видели, что на заряженную частицу действует сила, равная . Ток в проводнике есть
результат движения заряженных частиц тела, то есть равномерно размазанного
заряда в пространстве нет, заряд локализован в каждой частице. Плотность тока
. На i-ую
частицу действует сила
.
Выберем элемент объёма
и
просуммируем силы, действующие на все частицы этого элемента объёма
. Сила, действующая на все
частицы в данном элементе объёма, определяется как плотность тока на магнитное
поле и на величину элемента объёма. А теперь перепишем её в дифференциальном
виде:
, отсюда
– это плотность силы,
сила, действующая на единицу объёма. Тогда мы получим общую формулу для силы:
.
Обычно ток течёт по линейным проводникам, редко мы сталкиваемся с случаями,
когда ток размазан как-то по объёму. Хотя, между прочим, Земля имеет магнитное
поле, а от чего это поле? Источник поля это магнитный момент, это означает, что
Земля обладает магнитным моментом. А это означает, что тот рецепт для
магнитного момента показывает, что должны быть какие-то токи внутри Земли, они
по необходимости должны быть замкнутыми, потому что не может быть стационарного
разомкнутого поля. Откуда эти токи, что их поддерживает? Я не специалист в
земном магнетизме. Какое-то время назад определённой модели этих токов ещё не
было. Они могли быть там когда-то индуцированы и ещё не успели там затухнуть.
На самом деле, ток можно возбудить в проводнике, и потом он быстро сам
кончается за счёт поглощения энергии, выделения тепла и прочего. Но, когда мы
имеем дело с такими объёмами как Земля, то там время затухания этих токов,
однажды каким-то механизмом возбуждённых, это время затухания может быть очень
длительным и длиться геологические эпохи. Может быть, так оно и есть. Ну,
скажем, мелкий объект типа Луны имеет очень слабое магнитное поле, это
означает, что оно затухло там уже, скажем, магнитное поле Марса тоже
значительно слабее поля Земли, потому что и марс меньше Земли. Это я к чему?
Конечно, есть случаи, когда токи текут в объёмах, но то, что мы здесь на Земле
имеем это обычно линейные проводники, поэтому эту формулу сейчас трансформируем
применительно к линейному проводнику.
Пусть имеется линейный проводник, ток течёт с силой Á. Выберем элемент проводника
, объём этого элемента dV,
,
. Сила, действующая на
элемент проводника
перпендикулярна
плоскости треугольника, построенного на векторах
и
, то есть направлена перпендикулярно
к проводнику, а полная сила находится суммированием. Вот, две формулы решают
эту задачу.
Магнитный момент во внешнем поле
Магнитный момент сам создаёт поле, сейчас мы собственное его поле не
рассматриваем, а нас интересует, как ведёт себя магнитный момент, помещённый во
внешнее магнитное поле. На магнитный момент действует момент силы, равный . Момент силы будет
направлен перпендикулярно к доске, и этот момент будет стремиться развернуть
магнитный момент вдоль силовой линии. Почему стрелка компаса показывает на
северный полюс? Ей, конечно, нет дела до географического полюса Земли, стрелка
компаса ориентируется вдоль силовой линии магнитного поля, которая, в силу
случайных причин, кстати, направлена примерно по меридиану. За счёт чего? А на
неё действует момент. Когда стрелка, магнитный момент, совпадающий по
направлению с самой стрелкой, не совпадает с силовой линией, появляется момент,
разворачивающий её вдоль этой линии. Откуда у стрелки компаса берётся магнитный
момент, это мы ещё обсудим.
Кроме того, на магнитный момент действует сила
, равная
. Если магнитный момент
направлен вдоль
, то сила
втягивает магнитный момент в область с большей индукцией. Эти формулы похожи на
то, как действует электрическое поле на дипольный момент, там тоже дипольный
момент ориентируется вдоль поля и втягивается в область с большей
напряжённостью. Теперь мы можем рассмотреть вопрос о магнитном поле в веществе.
Магнитное поле в веществе
![]() |
Атомы могут обладать магнитными моментами. Магнитные моменты атомов связаны с моментом импульса электронов. Уже была получена формула






Элемент объёма dV приобретает магнитный момент , при чём вектор
имеет смысл плотности
магнитного момента и называется вектором намагничивания. Имеется класс веществ,
называемых парамагнетики, для которых
,
намагничивается так, что магнитный момент совпадает с направлением магнитного
поля. Имеются диамагнетики, которые намагничиваются, так сказать,
«против шерсти», то есть магнитный момент антипараллелен вектору
, значит,
. Это более тонкий термин.
То, что вектор
параллелен
вектору
понятно, магнитный момент
атома ориентируется вдоль магнитного поля. Диамагнетизм связан с другим: если
атом не обладает магнитным моментом, то во внешнем магнитном поле он
приобретает магнитный момент, при чём магнитный момент антипараллелен
. Этот очень тонкий эффект
связан с тем, что магнитное поле влияет на плоскости орбит электронов, то есть
оно влияет на поведение момента импульса. Парамагнетик втягивается в магнитное
поле, диамагнетик выталкивается. Вот, чтобы это не было беспредметно, медь –
это диамагнетик, и алюминий – парамагнетик, если взять магнит то алюминиевая
лепёшка будет притягиваться магнитом, а тогда медная будет отталкиваться.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19