MS PowerPoint, 1,24 Мб

Учите наизусть уравнения
Максвелла!
Они так или иначе много раз вам
ещё попадутся на тестах и
экзаменах
 Они – про электромагнитное
взаимодействие – самое важное в
земной природе и технике
 Они повышают вашу
математическую и физическую
культуру

0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
dpm
Jm 
dV
 25.3
Определение
намагниченности
Диамагнетик: поле в нём слабее, чем в вакууме;
Он выталкивается из поля; инертные газы
Парамагнетик: поле в нём сильнее, чем в вакууме;
Он втягивается в поле; щелочные металлы
Электромагнитные явления и физика вообще
1
Л.25 Взаимодействие магнитного поля с
веществом: диамагнетики и парамагнетики
D
l Hdl  S t ds  S jds  25.1
1 E
l Bdl  с2 S t ds  S jds  25.2
Уравнение
Максвелла для
НМП в веществе
То же уравнение
Максвелла в
вакууме, через
который течёт ток
4
Эксперимент показывает, что один и тот же ток создаёт в
веществе не такое магнитное поле, как в вакууме
Это означает, что во внешнем МП у вещества появляется
МДМ: вещество намагничивается
dpm
Jm 
dV
А
Jm  
  м
 25.3
Определение
намагниченности
 25.4 
B  Bвнеш  Bвещ
 25.5
Намагничиваясь,
вещество само
создаёт
дополнительное
магнитное поле
6
Большинство веществ создают слабое дополнительное
поле, которое исчезает при выключении внешнего
Bвнеш
Bвнеш
Bвещ J m
Bвещ
Jm
Если поле в веществе
слабее, чем в вакууме –
вещество диамагнетик
Если поле в веществе
сильнее, чем в вакууме –
вещество парамагнетик
8
Небольшое количество химических элементов очень
сильно и неоднозначно реагирует на внешнее МП.
Они сохраняют намагниченность после
выключения внешнего МП – эффект памяти.
Это ферромагнетики: железо, кобальт, никель,
«редкие земли» - следующая лекция.
11
Почему намагничиваются вещества?
Каков механизм намагничивания?
1) Частицы вещества обладают МДМ без поля?
Да, бывает! Парамагнетизм…
2) Частицы вещества не имеют МДМ без поля,
они приобретают его во внешнем поле? Да, бывает!
Диамагнетизм…
3) Частицы-диполи сильно взаимодействуют между
собой? Да, бывает! Ферромагнетизм…
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
dpm
Jm 
dV
 25.3
Определение
намагниченности
Диамагнетик: поле в нём слабее, чем в вакууме;
Он выталкивается из поля; инертные газы
Парамагнетик: поле в нём сильнее, чем в вакууме;
Он втягивается в поле; щелочные металлы
14
Намагничивание парамагнетика во внешнем поле
(ориентационный эффект)
Bвнеш  0
Bвнеш
Проявляется, если у частиц есть МДМ в отсутствии
поля. Пример – атомы щелочных металлов,
водорода, некоторые металлы.
18
Намагничивание диамагнетика во внешнем поле
(ЭМИ)
B=0
B
Проявляется, если у частиц нет МДМ в отсутствии
поля. Пример – атомы инертных газов, азот, кремний,
медь, висмут…
21
Поле вещества не поддаётся измерению и вычислению.
Поэтому вводят вспомогательную величину –
напряжённость магнитного поля (НМП)
H
B
0
 Jm
 25.6 
А
H   Jm  
    м
 25.7 
Определение НМП
24
Для диа- и парамагнетиков в слабых полях после
релаксации намагниченность пропорциональна НМП
Jm   H
 25.8 
   1
 0
парамагнетик
  1 
 25.9 
Определение магнитной
восприимчивости (для
изотропных веществ это
алгебраическая величина)
 0
диамагнетик
Определение магнитной
проницаемости (для
изотропных веществ это
алгебраическая величина)
26
Магнитные восприимчивости некоторых веществ
Вещество
Bi
Ge


, 10-5
-18
-0,8
Вещество
Pt
FeCl2
Si
Cu
Hg
Ga
-(0,3-0,4)
-(0,9-0,95)
-2,9
-2,3
CaO
NiSO4
Al
Cr
+580
+120
+2,2
+27
Азот (н.у.)
-0,00050
Nb
Li
+26
+2,1
Кислород (н.у)
+0,19
, 10-5
+26
+360
Магнитная индукция
в веществе
B  0 H
 25.6   25.8   25.9  
 25.10 
31
Удобная рабочая
формула. Справедлива
тогда же, когда и
определение магнитной
восприимчивости (25.6)
Вычисление МИ и НМП в веществе свелось к вычислению
магнитной восприимчивости. Модель – идеальный газ.
Магнитная восприимчивость
любого вещества должна быть
пропорциональна концентрации
частиц
n
m
m0
 25.11
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
dpm
Jm 
dV
 25.3
Определение
намагниченности
Диамагнетик: поле в нём слабее, чем в вакууме;
Он выталкивается из поля; инертные газы
Парамагнетик: поле в нём сильнее, чем в вакууме;
Он втягивается в поле; щелочные металлы
Нормальные парамагнетики: частицы –
классический идеальный газ, хаотическое движение тепловое. Примеры – О2, NO, Pt

0 p n
2
ma
3k BT
 25.12 
Удобная приближённая
рабочая формула (закон
Кюри)
 pma B cos 
    2 sin  exp 

k BT


 25.13
Плотность вероятности для
распределения направлений атомных
магнитных моментов во внешнем поле
34
36
Парамагнитные металлы с магнитной восприимчивостью,
которая не зависит от температуры.
Все щелочные металлы. Частицы – идеальный ферми-газ
(электроны проводимости),
хаотическое движение – квантовое.
30  B2 n

2WF
 25.14 
Удобная приближённая
рабочая формула
(парамагнетизм Паули)
Вероятность того или иного
значения проекции МДМ
определяется
распределением Ферми
38
Диамагнетики. Восприимчивость не зависит от температуры.
Частицы – классический идеальный газ,
механизм – ЭМИ, простейшая модель – два одинаковых
по модулю кольцевых тока. Этот механизм присутствует
в природе всегда, но он часто замаскирован более
сильными парамагнитными эффектами.
 
0 Ze  R  n
2
2
a
6me
Z
 25.15 
2 2
1
 R     i  r  r dV
Z i 1 V
2
a
Удобная
приближённая
рабочая
формула
 25.16 
42
А ещё у свободных электронов возникает диамагнетизм
Ландау. Вот так металл (например, висмут) оказывается
диамагнетиком.
Механизм – квантование орбитального момента импульса
электронов в магнитном поле.
 диа  
0  B2 n
2WF
1
=   пара
3
 25.17 
Удобная
приближённая
рабочая
формула
(диамагнетизм
Ландау)
0
«Три вещи» для запоминания прямо сейчас
dpm
Jm 
dV
 25.3
Определение
намагниченности
Диамагнетик: поле в нём слабее, чем в вакууме;
Он выталкивается из поля; инертные газы
Парамагнетик: поле в нём сильнее, чем в вакууме;
Он втягивается в поле; щелочные металлы