С.Г. Калашников - Электричество (1115533), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Можно также легко показать, что для магнетика шарообразной формы 73 = 1/3 (шар), Полученные результаты разъясняют влияние формы тела на намагничивание. Намагничивание вещества какого-либо тела тем больше, чем больше напряженность поля Н внутри тела. Помещая тела из одинакового вещества, но различной формы, в одно и то же внешнее поле, мы будем иметь различную напряженность поля внутри тел, и поэтому тела разной формы будут намагничиваться по-разному. Сильнее намагнитится то тело, у которого размагничивающий фактор р' меньше.
На рис. 1б2 изображен наглядный опьгд подтверждающий сказанное. Расположим у нижнего конца вертикальной проволочной катушки А пучок железных проволок, стянутых вместе в виде стержня, и подберем в катушке такую силу тока, чтобы она была лишь немного меньше той, которая необходима для втягивания стержня внутрь катушки. Вынем теперь пучок проволок, удалим проволочные петли, стягивающие проволоки вместе, и поместим опять наши проволоки на прежнее место.
Мы 232 ГЛ Х! МАГНЕТИКИ увидим, что при той же силе тока проволоки сильно втягиваются внутрь катушки.Это происходит потому, что во втором случае каждая из проволок намагничивается раздельно, а так как размагничивающий фактор для тонкой проволоки меньше, чем для толстого стержня, то и намагничивание во втором случае оказывается больше.
Сказанное выше применимо и к постоянным магнитам. Они представляют собой магнетики, в которых молекулярные токи находятся в ориентированном состоянии в отсутствие внешнего поля. Замыкая концы магнита железной пластиной, мы уменьшаем размагничивающий фактор, отчего и напряженность поля, и магнитная индукция внутри магнита увеличиваются. Рис 162.
железные проволоки порознь лаыагввчиваютсв сильнее, чеы толстый стержень, составлепный вз »тик проволок Чтобы при случайных внешних воздействиях (механические сотрясения, внешние размагничивающие поля) намагниченность постоянных магнитов не уменьшалась, нужно, чтобы напряженность поля внутри магнита была возможно большей. Поэтому при хранении постоянных магнитов их концы (полюсы) всегда замыкают железными пластинами («якорями»). 3 10В. Преломление линий индукции магнитного поля На границе раздела двух различных сред с разными значениями магнитной проницаемости линии магнитной индукции, подобно линиям электрического смещения (3 43), изменяют направление, т.е преломляются.
Для того чтобы выяснить, как преломляются линии индукции, рассмотрим прямоугольный параллелепипед, одно из огно- 1 108 пРЕЛОмлЕнИЕлИНиЙ инДукции мАГнИТнОГО ПОЛЛ 233 наний которого лежит в среде 1 с магнитной проницаемостью р1, а другое — в среде йг магнитная проницаемость которой рг (рис.
163), и вычислим поток магнитной индукции сквозь его Впг поверхность. Если Я есть пло- 2 щздь основания, а В„г — нормальная составляющая индукции в среде 8, то поток сквозь верхнюю грань параллелепипе- в ~ да есть ВпгЯ. Аналогично поток сквозь нижнюю гРань Ра- Рис 163 1г выво г аничвык вен В„18. Высоту параллелепипеда будем считать бесконечно малой, и поэтому поток через его боковую поверхность учитывать не будем. Согласно (106.4) поток магнитной индукции сквозь замкнутую поверхность всегда равен нулю: В Я вЂ” Вп1Я=О, или В 1=В 2. (108.1) Нормальная составляющая магнитнои индукции непрерывна.
В противоположность этому, нормальные составляющие напряженности магнитного поля в обеих средах будут различны. так как Вп1 = р1рон1 и Вп2 = РгроНпгг то г % Нп!/Нп2 = Р2IР1 Рассмотрим теперь прямоуголь- -3 ный контур с бесконечно малой высотой Ь (рис. 164), одно ребро которого длиной 1 лежит в среде 1, а другое— р 1й4 4 в среде 8, применим к нему теорему о магнитном напряжении (3 81).
Магнитное напряжение вдоль рассматриваемого контура равно 1Н12 — 1НП, где Нп и Н12 — касательные к поверхности раздела составляющие напряженности магнитного поля в обеих средах. Если 6 -+ О, то и площадь, ограниченная контуром, стремится к нулю, а значит, стремится к нулю и сила тока, проходящего через эту площадь. Поэтому 1Н12-1НП = О, откуда Нп = Н12. (108.2) При переходе через границу разде,аа двух сред касательные составляющие напряженности магнитного поля не изменяются. 234 гЛ Х1 мдгнвтики Напротив, касательные составляющие индукции испытывают скачок, причем В11/Всг = Ц1/дг.
Соотношения (108.1) и (108.2) выполняются во всех случаях и выражают граничные условия для магнитного поля. Они совершенно аналогичны граничным условиям для электрического поля Я 41). Из этих формул вытекает закон преломления линий индукции: 18 се1/18 Ог = р1/рг, (108.3) Рис. 165 Сгущение линий индукции внутри магнетика ся и станет сам исто 1ником магнитного поля, линии индукции которого показаны сптриховыми линиями. Это поле будет складываться в каждой точке с первоначальным однородным полем по правилу параллелограмма, отчего возникнет результи- где се1 — угол между линиями индукции в среде 1 и нормалью к поверхности раздела, а стг — соответствующий угол в среде Я.
Так как в изотропных магнетиках направления индукции и напряженности поля совпадают, то (108.3) выражает также и закон преломления линий напряженности поля. Из (108.3) следует, что линии индукции, вступая в среду с большей магнитной проницаемостью, удаляются ог нормали, а следовательно, сгущаются. Вычисление хода линий индукции довольно сложно даже для тел простой формы, и поэтому мы ограничимся только качественным разбором.
Рассмотрим, например, кусок магнетика в виде прямоугольного бруска в магнитном поле, которое до внесения магнетика было однородным (рис, !65). Магнитную проницаемость магнетика будем считать большей, чем у окружающей среды. Рассматриваемый брусок в магнитном поле намаг11итит- 1 1оэ ш»вломлвнив линий индукции млг нитного поля 235 рующее поле, изображенное утолщенными линиями индукции. Из рис. 165 видно, что линии индукции стягиваются к бруску, испытывают на его поверхности преломление и располагаются внутри бруска гораздо гуще. На рис.
166 показаны линии индукции в теле шаровой формы, помещенном в первоначально однородное магнитное поле. В этом случае оказывается, что линии индукции внутри ша- Рис. 166. Магнитная проницаемость вещества шара больше (а) и меньше (6), чем у окружающей среды ра представляют собой параллельные прямые линии, а следовательно, и значение индукции во всех точках шара одинаково.
При этом будут постоянны и напряженность поля Н, и намагниченность 1, т.е. шар будет намагничен однородно. Если в однородное магнитное поле поместить полое тело, например цилиндр, из вещества с магнитной проницаемостью, большей чем у окружающей среды, то линии индукции будут сгущаться сти же цилиндра густота линий индукции уменьшится, а следовательно, и магнитное поле внутри цилиндра будет ослаблено (внутри воздушной полости магнитного поля практически нет).
Этим обстоятельством пользуются для устройства магнитной защиты. Чтобы предохранить чувствительные измерительные приборы от действия внешних магнитных полей, их заклю- рнс. 167. линии магнитной чают в замкнутые оболочки из веще- индукции внутри железноства с большой магнитной проницае- го цилиндра, помещенного мостью (железо). Однако, в отличие впервоначально однородное от электрост»этической защиты Я 27), магнитное поле таким приемом можно только ослабить внешнее поле (в сотни и тысячи раз)» но нельзя исключить его вовсе, так как в природе существуют проводники электричества, ио нет проводников магнетизма. ГЛ Х! МАГНЕТИКИ Из сказанного ясно, что если конфигурация первоначального поля и форма тела таковы, что ливии индукции не пересекают поверхность тела, то не будет и преломления линий индукции и магнитное поле вне тела не будет изменяться при внесении тела.
Так, например, если на прямой длинный провод с током надеть длинную железную трубу, коаксиально с проводом, то линии индукции, имеющие в этом случае вид концентрических окружностей, не будут пересекать ни внутреннюю, ни внешнюю поверхности трубы, и магнитное поле во всем пространстве, кроме толщи самой трубы, будет таким же, как и до надевания трубы. В самом же теле трубы магнитная индукция увеличится в д Раз. 8 109. Магнитные свойства веществ. Диамагнетизм и парам агнетизм Магнитные свойства различных веществ гораздо разнообразнее, нежели электрические свойства. В то время как диэлектрическая проницаемость а у всех веществ всегда больше единицы, магнитная проницаемость д может быть как больше, так и меньше единицы. Вещества, для которых д < 1, называются диамаг!пппныА!и или диамагнетиками, а вещества с д > 1 — парамаг!!ит!!МА!и или иарамагнегликаА!и.
Так как магнитная восприимчивость х = д — 1, то для парамагнетиков м положительна, а для диамагнетиков — - отрицательна. Намагничен!юсть вещества 1 (магнитный момент единицы объема), как мы видели в 3 105, связана с напряженностью магнитного поля соотношением 1 = мН. Отрицательное значение и в диамагнетаках обозначает, что в этих веществах намагниченность направлена противоположно намагничивающему полю. Объяснение такого, неожиданного на первый взгляд, характера намагничивания будет рассмотрено ниже. Наличие дна- и парамагнитных веществ качественно легко обнаружить, наблюдая поведение вещества в сильном магнитном поле. Атмосферный воздух является парамагнетиком, его магнитная восприимчивость м при 760 мм рт. ст. и комнатной температуре равна 0,38 10 в.
Поэтому все парамагнетики, у которых м > 0,38. 10 е, ведут себя подобно диэлектрикам с диэлектрической проницаемостью е! большей, чем е2 окружающей среды, т.е. втягиваются в область сильного поля. Напротив, на диамагнетики действуют силы того же знака, что и на диэлектрики с е! < ез, и они выталкиваются из магнитного поля. Примером парамагнетика может служить хлористое железо. Стеклянная ампула с водным раствором этой соли, подвешенная на тонкой нити в магнитном поле, втягивается полем и устанавливается параллельно направлению поля (рис. 168). 237 1 1оэ диАмАГнетизм и пАРАмАГнетизм Примером диамагнетика является висмут.
Висмутовая палочка выталкивается из магнитного поля и устанавливается перпендикулярно к направлению поля (рис. 169). 43 Рис. 189. Диамагннтная палочка висмута в магнитном поле Рис. 188. Ампула с парамагнитнмм раствором хлористого железа в магнитном поле Тиблпца б Если тело находится в среде, которая сама способна намагничиваться, то силы, действующис на ного, зависят но только от намагничивания тела, но и от намагничивания окружающей среды. В частности, парамагнетик, помещенный в парамагнитную же среду с большим и, ведет себя как диамагнетик. Так, например, если ампулу с парамагнитным раствором хлористого железа погрузить в кювету с более крепким раствором той же соли, то ампула будет выталкиваться из магнитного поля, В табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
