Намагничивание вещества. Вектор намагничивания J

Магнитное поле в среде
Намагничивание вещества. Вектор намагничивания J
– вектор намагничивания
– магнитный момент
Основные виды магнетиков:
Диамагнетики, mi = 0 при B0 = 0;
Парамагнетики, mi ≠ 0 при B0 = 0.
mi – магнитный момент атомов (молекул)

Магнитное поле в среде
Намагничивание вещества. Вектор намагничивания J
Механизмы намагничивания:
Диамагнетики (ослабляют внешнее поле).
В поле B0 индуцируются mi ↑↓ B0
(из-за электромагнитной индукции на молекулярном уровне)
Парамагнетики (усиливают внешнее поле).
В поле B0 происходит частичная ориентация mi по полю B0
(из-за действия на mi момента сил со стороны B0)
Для большинства магнетиков μ ≈ 1.
Исключения:
Ферромагнетики (сильные парамагнетики)
μ ~ 103
Сверхпроводники (идеальные диамагнетики)
μ = 0, внутри сверхпроводника B = 0.

Магнитное поле в среде
Намагничивание вещества. Вектор намагничивания J
В результате намагничивания в магнетике возникают токи намагничивания.
Токи
– токи проводимости (в проводниках)
– токи намагничивания (молекулярные токи)
Механизм образования токов намагничивания

Магнитное поле в среде
Объемные и поверхностные токи намагничивания

Магнитное поле в среде
Вектор H
– вектор напряженности магнитного поля
Вектор H – вспомогательный вектор, не связанный с каким-либо физическим объектом. C его помощью во многих случаях упрощается изучение поля в магнетике.
В общем случае магнетик изменяет не только величину, но и конфигурацию магнитного поля.

Магнитное поле в среде
Вектор H
Теорема о циркуляции для вектора H
– теорема о циркуляции для вектора H
(дифференциальная форма)
– теорема о циркуляции для вектора H
(интегральная форма)

Магнитное поле в среде
Связь между векторами J и H, B и H
Для широкого класса магнетиков
χ – магнитная восприимчивость
В случае однородного магнетика
При условии

Магнитное поле в среде
Связь между векторами J и H, B и H
В случае магнетиков, для которых
– магнитная проницаемость
Для диамагнетиков (J ↑↓ H) χ < 0 и μ < 1
Для парамагнетиков (J ↑↑ H) χ > 0 и μ > 1

Магнитное поле в среде
Граничные условия для B и H
1 граничное условие
1
2
По теореме Гаусса для вектора B
Стягиваем основания цилиндра S к границе

Магнитное поле в среде
Граничные условия для B и H
2 граничное условие
1
2
По теореме о циркуляции вектора H
(при условии, что на поверхности i = 0)
Стягиваем контур L к границе

Магнитное поле в среде
Поле в однородном изотропном магнетике
Вакуум
Магнетик

Магнитное поле в среде
Поле в однородном изотропном магнетике
Соленоид, заполненный магнетиком
– индуктивность воздушного соленоида

Магнитное поле в среде
Ферромагнетики
Ферромагнетики – магнетики, спонтанно намагниченные в некотором интервале температур.
Ферромагнетик состоит из доменов – областей размером
порядка 0.01 мм с однородной намагниченностью.
Схема установки для наблюдения
петли гистерезиса

Магнитное поле в среде
Ферромагнетики
Петля гистерезиса
Температура Кюри TK – температура фазового перехода из состояния ферромагнетика в состояние парамагнетика.
1-2 – основная кривая намагничивания;
1А – обратимое смещение границ в пользу
ориентированных под острым углом к
полю доменов;
AB – необратимое смещение границ и
исчезновение некоторых доменов;
B2 – изменение направления
намагниченности внутри доменов.
(точка 3) – остаточная намагниченность
(точка 4) – коэрцитивная сила