Розділ 2. Магнітне поле в речовині

§ 4. Магнітне поле в магнетиках

4.1. Намагнічування магнетиків. Опис магнітного поля в магнетиках

Якщо магнітне поле, утворене струмами провідника внести в ту чи іншу речовину, то магнітне поле зміниться. Отже будь-яка речовина є магнетиком, тобто може під дією магнітного поля набувати магнітного моменту, тобто намагнічуватись.

Намагнічена речовина створює магнітне поле індукцією , яке разом з первинним полем індукцією обумовлене струмами провідності. В сумі ці два поля створюють загальне магнітне поле

(4.1)

(значення і усереднені по фізично нескінченно малому об’єму V). Поле і струмів провідності не має джерел (магнітних зарядів) і тому для поля при наявності магнетика справедлива теорема Гауса. Це означає, що лінії магнітної індукції і при наявності речовини залишаються неперервними:

. (4.2)

Для пояснення процесу намагнічування Ампер запропонував ідею, що в молекулах речовини циркулюють колові струми (молекулярні струми). Кожен такий струм володіє магнітним моментом і створює в навколишньому середовищі просторове магнітне поле. При відсутності зовнішнього магнітного поля ці молекулярні струми орієнтовані хаотично, внаслідок чого обумовлене ними результуюче поле дорівнює нулю.

В силу хаотичної орієнтації магнітних моментів окремих молекул сумарний магнітний момент тіла буде дорівнювати нулю. Під дією зовнішнього поля магнітні моменти молекул набувають певної орієнтації в одному напрямі і сумарний магнітний момент відмінний від нуля. Магнітні поля окремих молекулярних струмів вже не компенсують один одного і виникає поле .

Рис.4.1

Оскільки рух електронів аналогічний коловому струму, то виникає магнітне поле і рух електронів можна характеризувати орбітальним моментом.

. (4.3)

Сумарний орбітальний момент дорівнює векторній сумі орбітальних моментів окремих атомів, що входять в речовину.

(4.4)

Якщо речовина має молекулярну будову, то орбітальний момент дорівнює векторній сумі орбітальних моментів атомів, що входять до складу молекули.

Незалежно від орбітального руху, електрон є джерелом магнітного поля, оскільки він має власний момент імпульсу, який називається спіном.

Отже, магнетизм атомів зумовлений:

- рухом електронів по орбітах навколо ядра;

- спіном електронів.

Намагніченість магнетика характеризується магнітним моментом одиниці об’єму – намагніченістю J.

Якщо магнетик намагнічений неоднорідно, то

, (4.5)

де – фізично нескінченно малий об’єм, взятий в межах розглядуваної точки, p_m – магнітний момент окремої молекули. Сумування проводиться по всім молекулам, охопленим об’ємом .

Поле не має джерел, тому дивергенція вектора магнітної індукції результуючого поля дорівнює нулю.