Опис магнітного поля в речовині. Магнітні властивості речовини

У загальному випадку опис впливу речовини на магнітне поле є дуже складною математичне завданням. Магнітне поле призводить до намагнічування речовини, тобто вектор намагніченості речовини залежить від індукції магнітного поля, що діє на речовину J⃗ = G (B⃗) J → = G (B →). Надзвичайна складність цієї зв’язку обумовлена ​​цілим рядом причин:

У даному виразі намагніченість виділеного обсягу речовини залежить не тільки від магнітної індукції не тільки зовнішнього поля B⃗ 0 B → 0, яке може бути відомо, але й поля B⃗ ‘B →’, що виникає завдяки намагничиванию інших частин речовини, яке саме підлягає визначенню.
Зв’язок між намагніченістю і індукцією поля часто буває нелінійної, що пов’язано з ефектами насичення, про які ми поговоримо трохи пізніше.
Багато речовин володіють магнітною анізотропією [1], тобто величина намагніченості може залежати від напрямку, тому вектори намагніченості і індукції поля в загальному випадку не паралельні.
Розглянута зв’язок може бути не функціональною, так у феромагнетиках намагніченість визначається полем не тільки в даний момент часу, але і «передісторією», тобто речовина частково «запам’ятовує» яке поле діяло раніше. Подібний ефект називається магнітним гістерезисом.
Для розрахунку поля в присутності магнетиков, необхідно вміти розраховувати індукцію поля при заданому розподілі намагніченості речовини, тобто B⃗ ‘= F (J⃗) B →’ = F (J →). У багатьох випадках ця задача може бути вирішена (що теж не просто) за допомогою закону Біо-Савара і принципу суперпозиції.

Звичайно, ми не маємо можливості вивчити всі методи вирішення розглянутої задачі про взаємодію магнітного поля речовиною, а обмежимо наше розглядом найпростішого випадку. Нехай довгий прямий круговий циліндр, виготовлений з однорідного ізотропного магнетика знаходиться у зовнішньому однорідному магнітному полі, постійний вектор індукції B⃗ 0 B → 0 якого спрямований уздовж осі циліндра (Мал. 69).

Під дією магнітного поля речовина циліндра намагнічується однорідно, тобто вектор намагніченості J⃗ J → виявляється постійним як за величиною, так і за напрямком. Дійсно, якщо речовина і поле однорідні, то чому намагніченість повинна змінюватися?

Уявімо атоми речовини циліндра у вигляді однакових контурів, магнітні моменти яких орієнтовані уздовж осі циліндра. Стилізований вигляд цих контурів в перетині, перпендикулярному осі циліндра показаний на Рис. 70. Така впорядкована структура молекулярних струмів призводить до виникнення індукованого струму, поточного по поверхні циліндра (всі струми усередині обсягу компенсують один одного). Такі струми, що виникають на поверхні намагніченого зразка називаються струмами намагнічування.

Підкреслимо, що така проста зв’язок (7) між полем в речовині і полем вакуумі (зрозуміло, при однакових джерелах зовнішнього поля) виконується тільки в найпростіших приватних випадках. Для її застосовності необхідне виконання наступних умов:

Речовина має бути однорідним.
Скрізь на кордонах тел вектор індукції поля повинен бути паралельний кордоні розділу.
Зауважимо, що для багатьох речовин магнітна сприйнятливість залежить від індукції магнітного поля. У цьому випадку слід визначити проникність трохи іншим способом. Магнітна сприйнятливість визначається як відношення зміни намагніченості до зміни індукції поля (помноженої на магнітну постійну, втім цей множник зобов’язаний вибраній системі одиниць)

Посилання на основну публікацію