ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2019
Просмотров: 18874
Скачиваний: 11
подано схему дослідження. Легкий феромагнітний стрижень
С, підвішений на кварцовій нитці, поміщали всередину соле-
ноїда. Коли по соленоїду пропускали змінний струм, стри-
жень повертався то в один, то в другий бік залежно від на-
пряму струму, що реєструвалось на шкалі за відхиленням
світлового "зайчика" від дзеркала
Дз.
Поворот стрижня по-
яснювався тим, що електрон має не тільки власний магніт-
ний, а й власний механічний момент, тобто момент імпульсу.
Якщо по соленоїду пропускати струм /, то внаслідок дії зов-
нішнього магнітного поля магнітні моменти електронів розміщуються впо-
рядковано, що веде до впорядкованості напрямів моментів імпульсів. Обчис-
лення, проведені на підставі дослідів, показали, що відношення магнітного
моменту до механічного відповідає не електронній орбіті, а спіну електрона.
Рис. 16.21
Температура Кюрі
При зростанні температури намагнічення феромагнетиків
зменшується, вони втрачають свої феромагнітні властивості і перетво-
рюються в парамагнітні речовини.
Магнітна проникність деяких речовин
Речовина
> 1
Речовина
Ц
Парсимагнет ики
Азот (газоподібний)
1,000013
Ебоніт
1,000014
Повітря (газоподібне)
1,000038
Алюміній
1,000025
Кисень (газоподібний)
1,000017
Вольфрам
1,000253
Кисень (рідкий)
1,0034
Платина
1,000253
Діамагнетики
Водень (газоподібний)
0,999938
Срібло
0,999981
Вода
0,999991
Золото
0,999963
Скло
0,999987
Мідь
0,999912
Цинк
0,999991
Вісмут
0,999824
Для кожного феромагнітного матеріалу є своя температура переходу,
яка називається
точкою Кюрі
, так, наприклад, для Ре - 1043 К, Со - 1393 К,
№ - 6 3 1 К.
§ 151. Крива намагнічення
У феромагнетиків
\х
залежить від зовнішнього магнітного
поля, тобто між
В
і
Н
існує нелінійна залежність.
У процесі намагнічування магнітне поле всередині феромагнетика
зростає від 0 до деякого значення Я (рис. 16.22). Зміна значення індукції
380
В\
/ / /
Мі
Г / /
/ / !
/ / і
НкІ
0 н*
Рис. 16.22
V
феромагнетику характеризується кривою ОЬ. Якщо
іменшувати Я, то зміна індукції буде зображена кри-
ною ІМ. Якщо напруженість поля Н- 0, то індукція
підмінна від нуля. У цьому стані феромагнетик є постій-
ним магнітом. Щоб знищити залишкове намагнічення,
доводиться створювати поле Я, напрямлене протилеж-
но початковому. Значення напруженості магнітного по-
пи, при якій
В =
0, називається
затримуючою
, або
коер-
цитивною силою
Я
к
. При наступній зміні поля індукція
імінюється, створюючи, як показано на рис. 16.22,
нетлю гістерезису.
Залежно від значення коерцитивної сили феромагнетики поділяють на
м'які та жорсткі.
М'які феромагнетики
мають вузьку петлю гістерезису і малі значення
коерцитивної сили. Для
жорстких феромагнетиків
характерна широка
петля гістерезису і відповідно великі значення коерцитивної сили. До
м'яких феромагнетиків належать залізо, пермалой та інші матеріали.
Площа петлі гістерезису характеризує ту роботу, яку треба здійснити
для перемагнічування феромагнетика.
Якщо за умовами роботи феромагнетик має перемагнічуватись у змінно-
му магнітному полі, то доцільніше використати м'які феромагнетики, площа
петлі гістерезису яких мала. З м'яких феромагнетиків виготовляють осердя
трансформаторів, генераторів, електродвигунів. Із жорстких феромагнетиків,
до яких належать сталь і її сплави, виготовляють постійні магніти.
Короткі висновки
• Провідники із струмом, тобто рухомі електричні заряди, взаємодіють
через магнітне поле.
• Магнітне поле, як і електричне, є окремим випадком прояву єдиного
електромагнітного поля.
• Основною характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції
Рс
• Графічно магнітне поле зображують за допомогою ліній магнітної індукції.
Лінії магнітної індукції завжди замкнені і охоплюють провідники із стру-
мом. Поля із замкненими силовими лініями називають вихровими.
• На елемент провідника із струмом, розміщений у магнітному полі, діє
сила, яка, за законом Ампера, дорівнює
Г =
ВІ
А/ зіп а.
• Напрям сили визначають за правилом лівої руки.
381
При переміщенні провідника із струмом у магнітному полі сили Ампе-
ра виконують роботу
А
- /ЛФ..
де АФ - зміна магнітного потоку:
АФ = $А5соза.
Магнітний потік характеризує кількість ліній магнітної індукції, що
проходять через певну поверхню. Магнітний потік через замкнену по-
верхню дорівнює нулю.
На рухому заряджену частинку в магнітному полі діє сила Лоренца
Р
Л
= ()УВ
ЗІП
а.
Ця сила змінює напрям швидкості, тобто викривляє траєкторію руху.
Сила Лоренца не змінює кінетичної енергії частинки, тобто не виконує
роботи.
На рухому заряджену частинку одночасно в електричному і магнітно-
му полях діє сила
Електричне поле змінює швидкість, а отже, і кінетичну енергію частин-
ки, магнітне поле змінює лише напрям її дії.
Зміна інтенсивності сонячного вітру, пов'язана зі спалахами на Сонці,
призводить до магнітосферних бур. ГІри цьому підсилюються полярні
сяйва, зростає потік частинок у радіаційних поясах, спотворюється маг-
нітне поле Землі.
Усі тіла в магнітному полі намагнічуються, тобто створюють магнітне
поле.
Величину, яка показує, у скільки разів магнітна індукція в середовищі
більша або менша, ніж у вакуумі, називають магнітною проникністю:
|І
= В/В
0
.
За значенням магнітної проникності розрізняють діамагнетики (ц < 1),
парамагнетики ( | і > і ) , феромагнетики У феромагнетиків ц
залежить від зовнішнього магнітного поля.
Запитання для самоконтролю і повторення
1. Що являє собою магнітне гюле? Які його властивості? 2. У чому поля-
гає гіпотеза Ампера? 3. Що називають вектором магнітної індукції?
Якою характеристикою поля він є? 4. Що називають лініями магнітної
індукції? Який напрям вони мають? 5. Які поля називають вихровими?
6. Сформулюйте принцип суперпозиції полів. 7. Як пов'язані вектори
напруженості та індукції магнітного поля? 8. Сформулюйте закон Ам-
пера. 9. Розкажіть про взаємодію струмів. 10. Що називають магнітним
потоком? У яких одиницях його вимірюють? 11. Чому дорівнює робота
щодо переміщення провідника із струмом у магнітному полі? 12. Яка
сила діє з боку магнітного поля на рухомий заряд? Чому вона дорів-
нює? 13. Що називають питомим зарядом частинки? За допомогою
яких приладів його визначають? 14. Які прискорювачі заряджених час-
тинок ви знаєте? 15» Розкажіть про магнітосферу Землі та її взаємодію з
сонячним вітром. 16. Що називають магнітною проникністю середови-
ща? 17. Розкажіть про природу діа- і парамагнетизму. 18. Які речовиші
називають феромагнетиками? Які їх властивості?
Пршшадм
розв'язування
задач
Задача 1» По двох довгих паралельних проводах у протилежних на-
прямах проходять струми 90 І 70 А» Визначити напруженість магнітного
поля, створюваного струмами в точці М, яка лежить на відстані 12 см від
першого і 14 см від другого проводів, якщо відстань між проводами 10 см.
Дано: /, - 90 А; /
2
- 70 А; Я, - 1 2 см - 0,12 м; К
2
= 14 см = 0,14 м;
(і = 10
см = 0,1 м.
Знайти: Я.
Розв'язання. Припустимо, що проводи напрямлені перпендикулярно до
площини рисунка (рис. 16.23). Струм І
х
йде від нас, за рисунок.. Його по-
значено нлюсиком. Кожний струм створює в точ-
ці М напруженість [див. (16.10)]:
Я, = / , / ( 2 * * ) ,
Н
г
=І
2
/(2пЯ
2
),
причому Н
х
напрямлена перпендикулярно до Е
г
за рухом стрілки годинника (гвинт вкручують), а
#
2
- перпендикулярно до Я
2
проти руху стріл-
ки годинника (гвинт викручують). Напруженість
поля в точці
М
дорівнює геометричній сумі на-
пруженостей Я| і Я
2
:
+ Н\ -~2Н
л
Н
2
ео$р.
Обчислення:
90 А
- = 120 А/м; Н
2
=-
70 А
- = 80 А/м.
2я-0,12м
Л
2л 0,14м
З теореми косинусів визначимо сова (оскільки а - р як куги із взаєм-
но перпендикулярними сторонами, со$р = соз а ):
СОБСХ
- -<*
2
_ (144 +196-100)см
2
__ 5
2ЩЯ
г
2-12-14 см
Отже, Я = ^ 4 4 0 0 + 6400-2-120-80^5/7А/м = 84А/м.
Задача 2. Паралельно пластинам плоского конденсатора створено од-
норідне магнітне поле напруженістю 3200 А/м. Між пластинами перпе-
ндикулярно до напряму магнітного поля і паралельно пластинам (рис,
16.24) рухається електрон із швидкістю 5000 км/с. Визначити напруже-
ність електричного поля між пластинами.
Дано: Я=3200 А/м; і/= 5000 км/с = 5 10
6
м/с; р
0
=4я-10""
7
Гн/м; ц = 1.
Знайти:
Е.
383
®
®
®
Розв'язання. Напрям напруженості
магнітного поля перпендикулярний до
рисунка (на рис. 16.24 показано хрес
тиками). На електрон, який рухається
перпендикулярно до поля, за форму-
лою Лоренца (16.18) з боку магнітного
поля діє сила
Е
л
=
В
ує,
де
В =
ц ц
0
#
індукція магнітного поля; р, - відносна
Рис 16 24
магнітна проникність середовища; -
магнітна стала; е - заряд електрона.
Електричне поле діє на електрон із силою
Е
т
=
еЕ
, де
Е
- напруже-
ність електричного поля. Електрон рухається паралельно пластинам і пер-
пендикулярно до магнітного поля тоді, коли ці сили однакові за модулем,
але протилежні за напрямом:
Вг>е = Ее
. Звідси
Е- В
у = \х\х
0
Н
ГІ)
.
Обчислення:
Е
=1 • 47і -10~
7
Гн/м-3200 А/м-4-Ю
6
м/с = 2-10
4
В/м.
Задача 3.
Заряд із сталою швидкістю V влітає в однорідне магнітне
поле перпендикулярно до ліній індукції. Індукція поля 1 Тл. Протягом
10"
4
с паралельно магнітному полю діє електричне поле напруженістю
100
В
/м. Обчислити сталий крок спіральної траєкторії заряду.
Дано: Я = 1 Тл; / = 10"
4
с;
£ = 100
В
/м.
Знайти:
х.
Розв'язання. Магнітна складова сили Лоренца діє нормально до напря-
му швидкості (рис. 16.25). Напрям сили можна визначити за правилом лі-
вої руки. Якщо електричного поля немає, то ця сила змушує заряд рухати-
ся по колу. Магнітна складова сили Лоренца Е
л
= В()у зіп (
В
У) дорівнює
доцентровій силі:
В&> = -
(1)
де
В
- індукція поля; () - заряд;
V
- швидкість руху;
т
- маса заряду;
г -
радіус кола, по якому рухається заряд. У нашому випадку зіп (
ВУ
) = 1 . Ра-
діус кола обчислюємо з (1):
вв
З урахуванням (2) період обертання заряду
2тгг
Т = = 2ппг/(ВД).
V
(2)
(3)
Якщо електричне поле діє короткочасно, то вини-
кає електрична складова сили Лоренца, напрямлена
паралельно полю, /
7ел
=
ОЕ,
де
Е
- напруженість
електричного поля. За час
і
дії
Е
ел
складова швид-
кості, напрямлена паралельно полю, зростає від нуля
до . За імпульсом сили
Е
ел
І
=
пю
х
визначимо
^ =Е
сп
ІІт = ()ЕіІт.
(4)
Рис. 16.25
384