Магнитное поле в веществе

Поле в магнетике. Всякое вещество является магнетиком, т.е. способно намагничиваться: приобретать магнитный момент. Если внести магнетик в магнитное поле с индукцией , то результирующее поле будет векторной суммой вектора и собственного поля магнетика :

= + . (89)

Вектор не имеет специальных источников, поэтому для поля в магнетике справедлива

теорема Гаусса: Поток вектора сквозь любую замкнутую поверхность равен нулю:

. (90)

Это значит, что линии вектора и при наличии вещества остаются непрерывными. Природа магнитных свойств вещества может быть полностью обоснована методами квантовой механики, а в электродинамике можно ограничиться следующими модельными представлениями. Молекулы многих веществ обладают магнитными моментами, обусловленными движением заряженных частиц внутри молекул. В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты молекул ориентированы беспорядочно, поэтому результирующее поле внутри магнетика равно нулю. Если при отсутствии внешнего поля молекулы не обладают магнитными моментами, то внесении поле в молекулах возникают индуцированные круговые токи, в результате чего сами молекулы и вместе с ними и все вещество приобретает магнитный момент и соответствующее собственное поле магнетика . Большинство магнетиков намагничиваются слабо. Сильными магнитными свойствами обладают только железо, никель, кобальт и многие их сплавы.

Намагниченность – это магнитный момент единицы объема магнетика

, (91)

где суммирование происходит по всем молекулам в физически малом объеме ∆ V. Намагниченность можно определить как . Если во всех точках вещества вектор одинаков, то вещество намагничено однородно.

Токи намагничивания . Пусть каждая молекула представляет собой некоторый микроскопический круговой ток, называемый молекулярным. Возникновение преимущественной ориентации магнитных моментов этих токов в поле приводит к появлению макроскопических токов – токов намагничивания . Обычные токи, связанные с перемещением заряженных частиц вдоль проводника будем называть токами проводимости . Механизм появления токов намагничивания можно понять из следующего примера. Пусть имеется цилиндр из однородного магнетика, намагниченность которого направлена вдоль оси (рис.30). Молекулярные токи в данном случае направлены против часовой стрелки и их магнитные моменты образуют вектор . Внутри образца молекулярные токи в местах их соприкосновения текут в противоположных направлениях и поэтому компенсируют друг друга. Некомпенсированными остаются только те молекулярные токи, которые выходят на боковую поверхность цилиндра. Суммируясь, они создают макроскопический поверхностный ток намагничивания .