🗊Презентация Магнитное поле в вакууме

Отличие постоянных магнитов от электрических диполей заключается в следующем: Отличие постоянных магнитов от электрических диполей заключается в следующем: Электрический диполь всегда состоит из зарядов, равных по величине и противоположных по знаку. Постоянный же магнит, будучи разрезан пополам, превращается в два меньших магнита, каждый из которых имеет и северный и южный полюса.

Открытие Эрстеда. Открытие Эрстеда. При помещении магнитной стрелки в непосредственной близости от проводника с током он обнаружил, что при протекании по проводнику тока, стрелка отклоняется; после выключения тока стрелка возвращается в исходное положение (см. рис.). Из описанного опыта Эрстед делает вывод: вокруг прямолинейного проводника с током есть магнитное поле.

Основное свойство магнитного поля – способность действовать на движущиеся электрические заряды с определенной силой. Основное свойство магнитного поля – способность действовать на движущиеся электрические заряды с определенной силой. В магнитном поле контур с током будет ориентироваться определенным образом. Ориентацию контура в пространстве будем характеризо- вать направлением нормали, которое определяется правилом правого винта или «правилом буравчика»: За положительное направление нормали принимается направление поступательного движения винта, головка которого вращается в направлении тока, текущего в рамке

Магнитная индукция характеризует силовое действие магнитного поля на ток (аналогично, Магнитная индукция характеризует силовое действие магнитного поля на ток (аналогично, характеризует силовое действие электрического поля на заряд). – силовая характеристика магнитного поля, ее можно изобразить с помощью магнитных силовых линий. Поскольку М – момент силы и Рm – магнитный момент являются характеристиками вращательного движения, то можно предположить, что магнитное поле – вихревое.

Силовые линии магнитного поля Магнитной силовой линией называют линию, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением напряжен-ности магнитного поля.

Картины магнитных полей

3акон Био–Савара–Лапласа Сила Лоренца. Сила Ампера

3акон Био–Савара–Лапласа 3акон Био–Савара–Лапласа Элемент тока длины dl создает поле с магнитной индукцией: или в векторной форме:

Здесь: I – ток; Здесь: I – ток; – вектор, совпадающий с элементарным участком тока и направленный в ту сторону, куда течет ток; – радиус-вектор, проведенный от элемента тока в точку, в которой мы определяем ; r – модуль радиус-вектора; k – коэффициент пропорциональности, зависящий от системы единиц.

Вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно плоскости, проходящей через и точку, в которой вычисляется поле. Вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно плоскости, проходящей через и точку, в которой вычисляется поле.

где – магнитная постоянная. где – магнитная постоянная.

В скалярной форме индукция магнитного поля одного заряда в вакууме определяется по формуле: В скалярной форме индукция магнитного поля одного заряда в вакууме определяется по формуле:

Магнитное поле – это одна из форм проявления электромагнитного поля, особенностью которого является то, что это поле действует только на движущиеся частицы и тела, обладающие электрическим зарядом, а также на намагниченные тела. Магнитное поле – это одна из форм проявления электромагнитного поля, особенностью которого является то, что это поле действует только на движущиеся частицы и тела, обладающие электрическим зарядом, а также на намагниченные тела.

Напряженностью магнитного поля называют векторную величину , характеризующую магнитное поле и определяемую следующим образом: Напряженностью магнитного поля называют векторную величину , характеризующую магнитное поле и определяемую следующим образом: Напряженность магнитного поля заряда q, движущегося в вакууме равна: - это закон Био–Савара–Лапласа для вектора напряженности магнитного поля

где – магнитная постоянная. где – магнитная постоянная.

Для конечного проводника угол α изменяется от α1 до α2. Тогда: Для конечного проводника угол α изменяется от α1 до α2. Тогда: Для бесконечно длинного проводника α1 = 0, а α2 = , тогда: или

т.к. угол между и α – прямой, то тогда получим:

Подставив в (1.6.1) и, проинтегрировав по всему контуру Подставив в (1.6.1) и, проинтегрировав по всему контуру получим выражение для нахождения магнитной индукции кругового тока: При х = 0, получим магнитную индукцию в центре кругового тока:

Заметим, что в числителе Заметим, что в числителе – магнитный момент контура. Тогда, на большом расстоянии от контура, при , магнитную индукцию можно рассчитать по формуле:

Магнитный поток (поток вектора магнитной индукции) Магнитным потоком или потоком вектора магнитной индукции сквозь площадку S называют величину:

В природе нет магнитных зарядов – источников магнитного поля, на которых начинались и заканчивались бы линии магнитной индукции. В природе нет магнитных зарядов – источников магнитного поля, на которых начинались и заканчивались бы линии магнитной индукции. Заменив поверхностный интеграл в (1.7.1) объемным, получим: где – оператор Лапласа.

Магнитное поле обладает тем свойством, что его дивергенция всюду равна нулю: Магнитное поле обладает тем свойством, что его дивергенция всюду равна нулю: или Электростатического поля может быть выражено скалярным потенциалом φ, а магнитное поле – вихревое, или соленоидальное

Вихревой характер магнитного поля В электростатическом поле силовые линии начинаются и заканчиваются на электрических зарядах. Силовые линии разомкнуты. В магнитном поле силовые линии замкнуты. Поле, в котором силовые линии замкнуты называется вихревым. Магнитное поле – вихревое поле. Магнитных зарядов в природе не существует.

Магнитные моменты электронов и атомов Различные среды при рассмотрении их магнитных свойств называют магнетиками. Все вещества в той или иной мере взаимодействуют с магнитным полем. У некоторых материалов магнитные свойства сохраняются и в отсутствие внешнего магнитного поля. Намагничивание материалов происходит за счет токов, циркулирующих внутри атомов – вращения электронов и движения их в атоме. Поэтому намагничивание вещества следует описывать при помощи реальных атомных токов, называемых «амперовскими» токами.

Характеризует магнитное поле в веществе вектор , равный геометрической сумме и магнитных полей: Характеризует магнитное поле в веществе вектор , равный геометрической сумме и магнитных полей: Количественной характеристикой намагниченного состояния вещества служит векторная величина – намагниченность , равная отношению магнитного момента малого объема вещества к величине этого объема:

Большинство тел намагничивается очень слабо и величина индукции магнитного поля B в таких веществах мало отличается от величины индукции магнитного поля в вакууме . Большинство тел намагничивается очень слабо и величина индукции магнитного поля B в таких веществах мало отличается от величины индукции магнитного поля в вакууме . Если магнитное поле слабо усиливается в веществе, то такое вещество называется парамагнетиком. если ослабевает, то это диамагнетик. Но есть вещества, обладающие сильными магнитными свойствами. Такие вещества называются ферромагнетиками

Диамагнетики в магнитном поле Диамагнетизм (от греч. dia – расхождение и магнетизм)  свойство веществ намагничиваться навстречу приложенному магнитному полю. Диамагнетиками называются вещества, магнитные моменты атомов которых в отсутствии внешнего поля равны нулю, т.к. магнитные моменты всех электронов атома взаимно скомпенсированы (например инертные газы, водород, азот, NaCl и др.).

При внесении диамагнитного вещества в магнитное поле его атомы приобретают наведенные магнитные моменты. При внесении диамагнитного вещества в магнитное поле его атомы приобретают наведенные магнитные моменты. В пределах малого объема ΔV изотропного диамагнетика наведенные магнитные моменты всех атомов одинаковы и направлены противоположно вектору . Вектор намагниченности диамагнетика равен

Для всех диамагнетиков Для всех диамагнетиков Таким образом, вектор магнитной индукции собственного магнитного поля, создаваемого диамагнетиком при его намагничивании во внешнем поле направлен в сторону, противоположную . (В отличии от диэлектрика в электрическом поле). У диамагнетиков

парамагнетики в магнитном поле Парамагнетизм (от греч. para – возле, рядом и магнетизм)  свойство веществ во внешнем магнитном поле намагничиваться в направлении этого поля, поэтому внутри парамагнетика к действию внешнего поля прибавляется действие наведенного внутреннего поля. Парамагнетиками называются вещества, атомы которых имеют в отсутствии внешнего магнитного поля, отличный от нуля магнитный момент . Эти вещества намагничиваются в направлении вектора

В отсутствии внешнего магнитного поля намагниченность парамагнетика , так как векторы разных атомов ориентированы беспорядочно. В отсутствии внешнего магнитного поля намагниченность парамагнетика , так как векторы разных атомов ориентированы беспорядочно. При внесении парамагнетика во внешнее магнитное поле, происходит преимущественная ориентация собственных магнитных моментов атомов по направлению поля, так что парамагнетик намагничивается. Значения для парамагнетиков положительны ( ) и находятся в пределах , то есть, примерно как и у диамагнетиков.

Ферромагнетики К ферромагнетикам (ferrum – железо) относятся вещества, магнитная восприимчивость которых положительна и достигает значений . Намагниченность и магнитная индукция ферромагнетиков растут с увеличением напряженности магнитного поля нелинейно, и в полях намагниченность ферромагнетиков достигает предельного значения , а вектор магнитной индукции растет линейно с :

Ферромагнитные свойства материалов проявляются только у веществ в твердом состоянии, атомы которых обладают постоянным спиновым или орбитальным магнитным моментом, в частности у атомов с недостроенными внутренними электронными оболочками. Ферромагнитные свойства материалов проявляются только у веществ в твердом состоянии, атомы которых обладают постоянным спиновым или орбитальным магнитным моментом, в частности у атомов с недостроенными внутренними электронными оболочками. Типичными ферромагнетиками являются переходные металлы. В ферромагнетиках происходит резкое усиление внешних магнитных полей. Причем для ферромагнетиков сложным образом зависит от величины магнитного поля. Типичными ферромагнетиками являются Fe, Co, Ni, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, а также соединения ферромагнитных материалов с неферромагнитными.

Существенным отличием ферромагнетиков от диа- и парамагнетиков является наличие у ферромагнетиков самопроизвольной (спонтанной) намагниченности в отсутствие внешнего магнитного поля. Существенным отличием ферромагнетиков от диа- и парамагнетиков является наличие у ферромагнетиков самопроизвольной (спонтанной) намагниченности в отсутствие внешнего магнитного поля. Наличие у ферромагнетиков самопроизвольного магнитного момента в отсутствие внешнего магнитного поля означает, что электронные спины и магнитные моменты атомных носителей магнетизма ориентированы в веществе упорядоченным образом.

Ферромагнетики это вещества, обладающие самопроизвольной намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля, деформации, температуры. Ферромагнетики это вещества, обладающие самопроизвольной намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий – магнитного поля, деформации, температуры. Ферромагнетики, в отличие от слабо магнитных диа- и парамагнетиков, являются сильно магнитными веществами: внутреннее магнитное поле в них может в сотни раз превосходить внешнее поле.

Основные отличия магнитных свойств ферромагнетиков. Основные отличия магнитных свойств ферромагнетиков. 1) Нелинейная зависимость намагниченности от напряженности магнитного поля Н. Как видно из рисунка при наблюдается магнитное насыщение.

2) При зависимость магнитной индукции В от Н нелинейная, а при – линейна 2) При зависимость магнитной индукции В от Н нелинейная, а при – линейна

Зависимость относительной магнитной проницаемости от Н имеет сложный характер, причем максимальные значения μ очень велики ( ). Зависимость относительной магнитной проницаемости от Н имеет сложный характер, причем максимальные значения μ очень велики ( ).

4) У каждого ферромагнетика имеется такая температура называемая точкой Кюри ( ), выше которой это вещество теряет свои особые магнитные свойства. 4) У каждого ферромагнетика имеется такая температура называемая точкой Кюри ( ), выше которой это вещество теряет свои особые магнитные свойства. Наличие температуры Кюри связано с разрушением при упорядоченного состояния в магнитной подсистеме кристалла – параллельной ориентации магнитных моментов. Для никеля, например, температура Кюри равна 360 С.

5) Характерной особенностью процесса намагничивания ферромагнетиков является так называетмый гистерезис, то есть зависимость намагничивания от предыстории образца. 5) Характерной особенностью процесса намагничивания ферромагнетиков является так называетмый гистерезис, то есть зависимость намагничивания от предыстории образца.

Намагниченность при называется намагниченность насыщения. Намагниченность при называется намагниченность насыщения. Намагниченность при называется остаточной намагниченностью (что необходимо для создания постоянных магнитов). Напряженность магнитного поля, полностью размагниченного ферромагнетика, называется коэрцитивной силой. Она характеризует способность ферромагнетика сохранять намагниченное состояние.

Большой коэрцитивной силой (широкой петлей гистерезиса) обладают магнитотвердые материалы. Большой коэрцитивной силой (широкой петлей гистерезиса) обладают магнитотвердые материалы. Малую коэрцитивную силу имеют магнитомягкие материалы. Измерение гиромагнитного отношения для ферромагнетиков показали, что элементарными носителями магнетизма в них являются спиновые магнитные моменты электронов. Самопроизвольно при намагничиваются лишь очень маленькие монокристаллы ферромагнитных материалов, например никеля или железа.

Для того чтобы постоянными магнитными свойствами – постоянным магнитом стал большой кусок железа, необходимо его намагнитить, т.е. поместить в сильное магнитное поле, а затем это поле убрать. Оказывается, что при большой исходный кусок железа разбит на множество очень маленьких ( ), полностью намагниченных областей – доменов. Для того чтобы постоянными магнитными свойствами – постоянным магнитом стал большой кусок железа, необходимо его намагнитить, т.е. поместить в сильное магнитное поле, а затем это поле убрать. Оказывается, что при большой исходный кусок железа разбит на множество очень маленьких ( ), полностью намагниченных областей – доменов. Векторы намагниченности доменов в отсутствие внешнего магнитного поля ориентированы таким образом, что полный магнитный момент ферромагнитного материала равен нулю.

В целом в монокристалле реализуется такое разбиение на доменные структуры, которое соответствует минимуму свободной энергии ферромагнетика. В целом в монокристалле реализуется такое разбиение на доменные структуры, которое соответствует минимуму свободной энергии ферромагнетика. Если поместить ферромагнетик, разбитый на домены, во внешнее магнитное поле, то в нем начинается движение доменных стенок. Они перемещаются таким образом, чтобы областей с ориентацией вектора намагниченности по полю стало больше, чем областей с противоположной ориентацией Такое движение доменных стенок понижает энергию ферромагнетика во внешнем магнитном поле.

По мере нарастания магнитного поля весь кристалл превращается в один большой домен с магнитным моментом, ориентированным по полю. По мере нарастания магнитного поля весь кристалл превращается в один большой домен с магнитным моментом, ориентированным по полю. В реальном куске железа содержится огромное число мелких кристалликов с различной ориентацией, в каждом из которых имеется несколько доменов. Ферромагнитные материалы играют огромную роль в самых различных областях современной техники.

Ферромагнетики

Широкое распространение в радиотехнике, особенно в высокочастотной радиотехнике получили ферриты – ферромагнитные неметаллические материалы – соединения окиси железа с окислами других металлов. Широкое распространение в радиотехнике, особенно в высокочастотной радиотехнике получили ферриты – ферромагнитные неметаллические материалы – соединения окиси железа с окислами других металлов. Ферриты сочетают ферромагнитные и полупроводниковые свойства, именно с этим связано их применение как магнитных материалов в радиоэлектронике и вычислительной технике. Ферриты обладают высоким значениями намагниченности и температурами Кюри.

В реальном куске железа содержится огромное число мелких кристалликов с различной ориентацией, в каждом из которых имеется несколько доменов. В реальном куске железа содержится огромное число мелких кристалликов с различной ориентацией, в каждом из которых имеется несколько доменов. Ферромагнитные материалы играют огромную роль в самых различных областях современной техники. Магнитомягкие материалы используются в электротехнике при изготовлении трансформаторов, электромоторов, генераторов, в слаботочной технике связи и радиотехнике; магнитожесткие материалы применяют при изготовлении постоянных магнитов.

Магнитные материалы широко используются в традиционной технологии записи информации в винчестере.. Магнитные материалы широко используются в традиционной технологии записи информации в винчестере.. Магнитное вещество 2 нанесено тонким слоем на основу твердого диска 3. Каждый бит информации представлен группой магнитных доменов (в идеальном случае – одним доменом). Для перемагничивания домена (изменения направления вектора его намагниченности) используется поле записывающей головки 4 (5 – считывающая головка). Энергия, необходимая для записи, зависит от объема домена и наличия дополнительных стабилизирующих слоев, препятствующих самопроизвольной потере информации. При этом используется запись на вертикально ориентированные домены и достигается плотность записи до 450 Гб/см2