Намагніченість речовини

Раніше ми ввели магнітну характеристику контуру з електричним струмом – його магнітний момент: вектор, модуль якого дорівнює добутку сили струму на площу контура pm = ISpm = IS, і спрямований по нормалі до контуру. Зазначимо ще одну властивість цієї характеристики – її адитивність: якщо система складається з декількох контурів, то магнітний момент такої системи дорівнює векторній сумі магнітних моментів окремих контурів.

Легко також проілюструвати властивість адитивності для двох плоских прямокутних контурів з однаковими силами струмів, якщо ці контури приставити один до одного, так, щоб одна пара їх сторін збігалася (Мал. 68).

У цьому випадку площа утвореного контуру буде дорівнює сумі площ вихідних, а результуюча сила струму в співпадаючих сторонах буде дорівнює нулю, так як ці струми течуть в протилежних напрямках.

Зрештою, будь-яка фізична характеристика придумана людиною для опису тих чи інших властивостей. Тому математичні властивості цих характеристик обгрунтовуються властивостями фізичних явищ, для опису яких придумані ці характеристики. У магнитостатики малий контур зі струмом грає двояку роль: по-перше, він служить для виявлення магнітного поля; по-друге він є джерелом поля.

Правило додавання магнітних моментів може бути обгрунтовано правилом додавання механічних моментів [1]. Дійсно, механічний момент, що діє на контур в магнітному полі, пропорційний магнітному моменту контуру. Тому для обчислення сумарного механічного моменту, що діє на систему, що складається з декількох контурів, можна спочатку скласти магнітні моменти цих контурів.

Далі, контур зі струмом створює магнітне поле, яке пропорційно магнітному моменту контуру. Якщо поле створюється системою з декількох контурів, то для розрахунку сумарного поля за принципом суперпозиції необхідно підсумувати індукції полів, створюваних кожним контуром, а можна спочатку підсумувати магнітні моменти, а потім знайти поле, створюване цим результуючим магнітним моментом.

Нарешті, електричні дипольні моменти ми теж складали.

Якщо в магнітному полі кожна молекула речовини набуває магнітний момент, то і всі кожна частина обсягу речовини в цілому набуває певний магнітний момент, рівний сумі магнітних моментів молекул, що знаходяться в цій виділеної частини.

Таким чином, можна ввести характеристику впливу магнітного поля на речовину – намагніченість. Намагніченістю (вектором намагніченості) речовини називається відношення сумарного магнітного моменту виділеного частини речовини до об’єму цієї частини

J⃗ = Σkp⃗ mkΔV J → = Σkp → mkΔV, (1)
де p⃗ mk p → mk – магнітний момент k -той молекули, що знаходиться всередині виділеної частини обсягу ΔV, підсумовування проводиться по всіх молекулам, всередині цього обсягу.

Як звичайно, щоб зробити намагніченість точкової характеристикою, ми повинні виділену частину зробити нескінченно малою, або математично спрямувати її обсяг до нуля ΔV → 0. З фізичної точки зору такий перехід, строго кажучи, неможливий, оскільки безглуздо говорити про магнітне моменті виділеної частини, якщо її обсяг менше обсягу молекули. Тому, говорячи про визначення (1), ми маємо на увазі досить малий обсяг, але в якому міститься досить багато молекул.

Фактично дане визначення намагніченості увазі просторове усереднення характеристик магнітного поля, створеного окремими електронами, атомами, молекулами. Якщо подумки зазирнути всередину речовини, то розглядається магнітне поле різко змінюється залежно від відстані до тієї чи іншої молекули, крім того, воно також є змінним у часі. Ми ж розглядаємо деяке поле, усереднене за обсягом, що значно перевищує обсяг окремої молекули, і по проміжкам часу, що значно перевищують періоди обертання електронів в атомах.

Посилання на основну публікацію