13.5. Феромагнетики.
Феромагнетики це речовини, що мають мимовільну намагніченість, яка сильно змінюється під впливом зовнішніх впливів - магнітного поля, деформації, температури.
Феромагнетики, на відміну слабко магнітних діа- і парамагнетиков, є сильно магнітними речовинами: внутрішнє магнітне полі у яких може у сотні разів перевищувати зовнішнє поле.
Феромагнетизм спостерігається у кристалів перехідних металів - заліза, кобальту, нікелю, у деяких рідкісноземельних металів і сплавів.
Основні відмінності магнітних властивостей феромагнетиків.
1) Нелінійна залежність намагніченості від напруженості магнітного поля Н
Як видно з (Рис. 13.4), при Н & gt; H S спостерігається магнітне насичення.
2)При Н S залежність магнітної індукції від Н нелінійна, а при Н & gt; H S – лінійна (Рис. 13.5)
Мал. 13.5 3) Залежність відносної магнітної проникності від Н має складний
характер (Мал. 13.6), причому максимальні значення µ дуже великі (10 3 ÷ 10 6 ).
Мал. 13.6 4)У кожного феромагнетика є така температура звана точкою Кюр і,
вище за яку ця речовина втрачає свої особливі магнітні властивості. 5) Існування магнітної гістерези.
На (Рис. 13.7) показана петля гістерези – графік залежності намагніченості речовини від напруженості магнітного поля Н .
Намагніченість J S при Н = Н S називається намагніченість насичення. Намагніченість ± J R при Н=0 називається залишковою намагніченістю (що
служить для створення постійних магнітів)
Напруженість ± Н з магнітного поля, повністю розмагніченого феромагнетика, називається коерцитивною силою. Вона характеризує здатність феромагнетика зберігати намагнічений стан.
Великийкоерцитивної силою (широкою петлею гістерези) мають магнітотверді матеріали, що використовуються для виготовлення постійних магнітів. Малу коерцитивну силу мають матеріали, що використовуються для виготовлення сердечників трансформаторів.
Вимірювання гіромагнітного відношення для феромагнетиків показали, що елементарними носіями магнетизму в них є спінові магнітні моменти електронів.
Тема 14. РІВНЯННЯ МАКСВЕЛЛА.
14.1. Закон повного струму.
14.2. Струм зміщення.
14.3. Єдина теорія електричних та магнітних явищ Максвелла. Система рівнянь Максвелла.
14.4. Пояснення до теорії класичної електродинаміки. 14.5. Швидкість розповсюдження електромагнітного поля.
14.6. Релятивістське трактування магнітних явищ (загальні положення).
14.1. Закон повного струму.
Якщо у якомусь провіднику тече перемінний струм – струм провідності, то всередині є і змінне електричне полі, тобто. струм зміщення.
Магнітне поле провідника визначається повним струмом:
Залежно від електропровідності середовища та частоти (поля) обидва доданки відіграють різну роль:
у металах та на низьких частотах j см пров (у j см не грає помітної
у діелектриках та на високих частотах j см відіграє основну роль.
Обидва члени у рівнянні повного струму можуть мати однакові знаки та протилежні. Тому j повний може бути як більше, так і менше струму провідності або дорівнює нулю.
Якщо ми маємо розімкнений провідник, то на його кінцях обривається лише струм провідності. Тому якщо під струмом розуміти повний струм, то виявиться, що в природі всі змінні електричні струми замкнуті. Цей висновок зроблено Дж.
Максвелл Джеймс Клерк (1831 – 1879) – найбільші англійський фізик. Його роботи присвяченіелектродинаміки, молекулярної фізики, загальної статики, оптики, механіки, теорії пружності. Встановив статистичний закон, що описує розподіл молекул газу за швидкостями. Найбільшим досягненням Максвелла є теорія електромагнітного поля, що він сформулював як системи кількох рівнянь, які висловлюють усі основні закономірності електромагнітних явищ. Також сформулював теорему теоретично пружності.
14.2. Струм зміщення.
Якщо замкнути ключ (Рис. 14.1), то лампа при постійному струмі – не горітиме: ємність C – розрив у ланцюгу постійного струму. Але в моменти включення лампа спалахуватиме.
При змінному струмі лампа горить, але в той же час нам ясно, що електрони з однієї обкладки в іншу не переходять між ними ізолятор (або вакуум). А от якби взяти прилад, що вимірює магнітне поле, то в проміжку між обкладками ми виявили магнітне поле (Рис. 14.2).
Змінне електричне поле Максвел назвав струмом усунення. Чому саме так назвав – побачимо далі. Такий термін має сенс у речовинах, наприклад, у діелектриках. Там зміщуються заряди під впливом електричного поля. Але у вакуумі зарядів немає – там зміщуватися нема чому, а магнітне поле є. Тобто назва Максвелла, «струм усунення» – невдале, але сенс, який вкладається в нього Максвеллом
Максвел зробив висновок: всяке змінне електричне поле породжує змінне магнітне поле.
Струми провідності у провіднику замикаються струмами усунення в діелектриці або у вакуумі. Змінне електричне поле в конденсаторі створює таке ж магнітне поле, як би між обкладками існував струм провідності, що має величину, що дорівнює струму в металевому провіднику.
Це твердження дозволяє (на базі нашого прикладу зконденсатором) знайти величину струму усунення. Свого часу ми з вами довели, що поверхова
щільність поляризаційних зарядів σ дорівнює D – вектору електричного усунення:
σ = Eεε0, D = Eεε0,
Повний заряд на поверхні діелектрика і, отже, на обкладинках
конденсатора q = σS (S – площа обкладки)
тобто струм усунення пропорційний швидкості зміни вектора електричного усунення D .
Тому він і отримав таку назву - струм усунення.
Щільність струму усунення
Вихрове магнітне поле (B), що утворюється при протіканні струму зсуву, пов'язане з напрямком вектора ∂∂Dt правилом правого гвинта.
З чого складається струм усунення?
Ми пам'ятаємо, що ε = 1 + χ де χ – діелектрична сприйнятливість середовища, ε – відносна діелектрична проникність. Тому:
D = r εε 0 E = (1 + χ) ε 0 E , тобто D = ε 0 E + ε 0 Eχ.
Звідки видно, що ε 0 E = P l – вектор поляризації. Отже
У цій формулі ε 0 ∂ ∂ E t
- Щільність струму зміщення у вакуумі;
- Щільність струму поляризації - Щільність струму, обумовлена переміщенням зарядів в діелектриці. Ця складова струму зміщення виділяє тепло джоулева (тепло виділяється при процедурах УВЧ, ...). Струм зміщення у вакуумі та в металах – джоулева тепла не виділяє.
14.3. Єдина теорія електричних та магнітних явищ. Система рівнянь Максвелла.
Отже, змінне магнітне поле спричиняє появу вихрового електричного поля. Змінне електричне поле викликає виникнення магнітного поля. Взаємно породжуючись вони можуть існувати незалежно від джерел заряду або струмів, які спочатку створили одне з них. У сумі це електромагнітне поле (ЕМП). Перетворення одного поля наінше і поширення у просторі – є спосіб існування ЕМП. Конкретні прояви ЕМП – радіохвилі, світло, γ – промені…
І ось, у 1860р. знаменитий англійський фізик Джеймс Клерк Максвелл створив єдину теорію електричних і магнітних явищ, в якій він використав поняття струму зміщення, дав визначення ЕМП і передбачив існування у вільному просторі електромагнітного випромінювання, яке поширюється зі швидкістю світла.
Теорію ЕМП Максвелл сформулював як системи кількох рівнянь. У вчення про електромагнетизм ці рівняння максвела грають таку ж роль, як рівняння (або закони) Ньютона в механіці.
1). Розглядаючи явище електромагнітної індукції, зробили висновок, що ЕРС індукції ε i = ∫ E l ' d r l . Перейдемо від вихрового електричного поля до магнітного: