Электромагнитные силы

План лекции:
1. Открытие магнитных проявлений тока.
2. Магнитные свойства вещества.

1. Открытие магнитных
проявлений тока
Французские ученые Био и Савар в 1820 году поставили опыты по изучению магнитного поля вокруг
Жан Батист Био проводников конечных размеров. Позднее их данные обобщил французский ученый Лаплас и предложил формулу для вычисления напряжения магнитного поля. Так наука пополнилась законом Био-Феликс Савар Савара-Лапласа.

В 1871 году русский ученый А.Г. Столетов впервые исследовал зависимость магнитной восприимчивости железа от его намагниченности, а также изучил явление насыщения железа. Работа А.Г. Столетова по исследованию магнитных свойств железа имели большое значение для развития магнитных цепей в электромашиностроении.
Александр Григорьевич Столетов

Важное научное значение имели исследования магнитных проявлений тока французским ученым А.М. Ампером в двадцатых годах 19 века. Они приняли его к разработке начал электродинамики. Ампер впервые предложил термин "электрический ток" и ввел понятие о направлении электрического тока. Исследуя взаимодействие круговых и линейных токов, он установил математические выражения силы взаимодействия двух токов. Им предложена гипотеза, объясняющая природу магнитных явлений наличием молекулярных круговых токов.
Андре-Мари Ампер

2. Магнитные свойства вещества
Магнитное поле молекулярного тока характеризуют магнитным моментом, под которым понимают произведение молекулярного тока i1 и площадки S, ограниченной этим током (рис.1): m = i ∙ S.
Магнитный момент считается векторным, его направление определяется по правилу правого винта (буравчика). Магнитный момент измеряется в амперквадратах (А∙м2).

За пределами молекул магнитные
моменты большинства электронов
взаимно компенсируются, а
некомпенсированные моменты
Рис.1. Определение определяют магнитные свойства
магнитного момента вещества.
По характеру намагничивания и его интенсивности все вещества делятся на три группы:
1. Диамагнитные.
2. Парамагнитные.
3. Ферромагнитные.

Степень намагничивания вещества характеризуют физической величиной, называемой намагниченностью. Намагниченность – векторная величина, равная отношению магнитного момента тела к его объему: М = Σm / V.
Магнитный момент тела определяется как векторная сумма магнитных моментов молекулярных токов в составе этого тела: Σm = m1 + m2 … Чтобы вычислить намагниченность в данном месте поля, нужно выбрать достаточно малый объем V.
Намагниченность М измеряется в амперах на метр (А/м).

При отсутствии намагниченности в любом материале существовало бы только внешнее магнитное поле с индукцией Во суммируется с вектором, определяющим намагничивание материала, µо М (вектор намагничивания умножен на магнитную постоянную, так как в международной системе единиц у вектора Во и М различные единицы – тесла и ампер на метр). Результирующая магнитная индукция: В = Во + µо ∙ М. Разность векторов: В / µо – М = Н – называется вектором напряженности магнитного поля и В = µо ∙ (Н + М).

В материалах, магнитные свойства которых не зависят от направления намагничивания, в том числе и в ферромагнитных, но у последних только при малой интенсивности поля, М = א ∙ Н, т.е. намагниченность пропорциональна напряженности магнитного поля; коэффициент пропорциональности א (читать "каппа") называется магнитной восприимчивостью и характеризует способность материала намагничиваться. Для таких веществ и мат ериалов: В = µо ∙ (Н + א ∙ Н) = µо ∙ (1+א) ∙ Н, где 1 + א = µr и есть относительная магнитная проницаемость. Таким образом В = µо ∙ µr ∙ Н = µа ∙ Н, т.е. вектор индукции пропорционален вектору напряженности магнитного поля.