Энергия проводника и системы проводников с током. Объемная плотность энергии магнитного поля.

При изменении тока в замкнутой цепи в ней возникает самоиндукции.

Работа по перемещению заряда против этой э.д.с. идет на изменение энергии тока.
.
Пусть ток возрастает от 0 до , тогда в случае отсутствия ферромагнетика и

Эта энергия W проводника с током индуктивностью L.

Работа источника сторонней э.д.с. идет и на изменение внутренней энергии проводника, т.е. на выделение джоулева тепла
, и на изменение энергии тока в нем (в таком виде формула справедлива и в присутствии ферромагнетика):

Обычно проводники с токами взаимодействуют друг с другом.

Энергия системы двух замкнутых проводников с токами и имеет вид . Здесь величина (), которая всегда положительна, называется собственной энергией проводников с токами I₁ и I₂, а величина L₁₂I₁I₂ - взаимной энергией токов, т.е. энергией их взаимодействия.

Магнитное поле соленоида однородно и сосредоточено внутри него, поэтому энергия (см. (130.2)) заключена в объеме соленоида и распределена в нем с постоянной объемной плотностью

(130.3)

Выражение (130.3) для объемной плотности энергии магнитного поля имеет вид, аналогичный объемной плотности энергии электростатического поля, с той разницей, что электрические величины заменены в нем магнитными. Формула (130.3) выведена для однородного поля, но она справедлива и для неоднород­ных полей. Выражение (130.3) справедливо только для сред, для которых зависимость В от Н линейная, т.е. оно относится только к пара- и диамагнетикам.

 

 

Магнитное поле в веществе, микро и макро токи. Магнитные моменты атомов. Типы магнетиков. Намагниченность.

Магнитное поле в веществе может создаваться двумя способами:

1. макроскопическими токами проводимости (ток по проводникам)

2. микротоками обусловленными движением электронов в атомах и молекулах.

Все вещества обладают магнитными свойствами. Вещество или тело рассматриваются с точки зрения магнитных свойств – магнетик.

Намагничивание – явление возникновения объектного макроскопического магнитного момента. Намагничивание характеризуется намагниченностью. Намагниченность () – есть магнитный момент единицы объема.

P_м=IS
В вакууме молекулярные токи отсутствуют и j_вакуум=0

Вектор магнитной индукции создает макротоки и микротоки.

Существует три вида микроскопических магнитных моментов.

1. Электронный орбитальный магнитный момент – из-за вращения электронов вокруг ядер.

2. Электронный спиновой магнитный момент.

, где L_s – спиновой механический момент.

3. Ядерный магнитный момент.

Электронный орбитальный магнитный момент зависит от состояния электронов, и он либо равен 0 или порядка момента Бора:

Магнитные моменты атомов

В соответствии с современной теорией магнетизма все вещества обладают магнитными свойствами, которые обнаруживаются при помещении этих тел в магнитное поле. Так как все вещества состоят из атомов, то их магнитные свойства должны проявляться уже на атомарном уровне.

Намагниченность вещества

Внешнее магнитное поле, характеризуемое напряженностью , действуя на магнитные атомные системы, индуцирует (наводит) в них магнитные моменты и ориентирует существующие магнитные моменты в направлении поля. В результате такого воздействия возникает собственное магнитное поле внутри вещества, т. е. вещество намагничивается. Степень намагничивания характеризуется вектором намагниченности , который равен суммарному магнитному моменту единицы объема вещества

,