Занятие №34
Взаимодействие токов. Магнитный поток. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.
Силы взаимодействия параллельных токов. Магнитная проницаемость среды.
Силы взаимодействия токов и магнитов в дальнейшем будем называть магнитными. Выясним, чем определяется сила взаимодействия двух параллельных токов (рис.1).
Если токи в проводниках I1 и I2 имеют одинаковые направления, то проводники притягиваются с равными по величине силами F1 и F2.
Наличие этих сил объясняется тем, что второй проводник находится в магнитном поле первого проводника, которое и создает силу F2.
Очевидно, что сила F1 в свою очередь создается магнитным полем второго проводника.
Изменяя силу тока в проводниках и расстояние а между ними, можно показать на опыте, что сила F действующая на отрезок l длинного провода, прямо пропорциональна произведению сил токов, длине l и обратно пропорциональна расстоянию a.
-сила взаимодействия проводников с током
Изменяя среду, в которой находятся проводники, можно установить, что сила зависит от окружающей среды. Следовательно, коэффициент пропорциональности K зависит как от выбора единиц измерения, так и от среды. Для упрощения ряда формул этот коэффициент
1) 
Здесь μс по-прежнему определяется выбором единиц измерения и свойствами среды.
Величину μс выражающую зависимость силы взаимодействия электрических токов от среды, называют магнитной проницаемостью среды.
Для силы взаимодействия токов в вакууме формулу можно записать в виде
2) 
Здесь μо называется магнитной постоянной.
Если под F и F подразумевать силы взаимодействия одних и тех же токов в какой-либо среде и в вакууме, то, разделив почленно (2) на (3), получим
3) 
где μ относительная магнитная проницаемость среды — отвлеченное число. Относительная магнитная проницаемость показывает, во сколько раз сила взаимодействия токов в данной среде больше, чем в вакууме.
Опыты показали, что среда может как усиливать взаимодействие токов, так и ослаблять его по сравнению с вакуумом. Поэтомувеличина μ может быть как больше, так и меньше единицы.Числовое значение μ определяют опытным путем и при расчетах берут из таблиц.
Из (4) следует, что
Работа по перемещению проводника в магнитном поле. Магнитный поток.
Магнитным потоком называется часть магнитного поля, ограниченная замкнутым контуром.
f(фи)= B∙S∙cosa — магнитный поток
A- угол между вектором
N ( нормаль к площади контура ) и В
S-площадь контура
Единица измерения в CИ:
f=1Тл∙1м 2 =1Тл∙м 2 =1Вб(Вебер)
Физический смысл: магнитный поток –есть общее число линий индукции магнитнго поля, пронизывающих площадь перпендикулярно поверхности и индукция В во всех точках поверхности одинакова.
А=FA ∙b= В∙I∙l∙b = B 
I∙ΔS B ΔS=B S2 – B S1= Ф2-Ф1= ΔФ
A=I 
ΔФ -работа магнитного поля Δf=f2-f1-изменение магнитного поля.
Магнитные свойства вещества. Ферромагнетики и их применение
Вещества, которые намагничиваются в магнитном поле, называются магнетиками.
Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля (J↑↑H) и имеют положительную магнитную восприимчивость, но значительно меньшую единицы. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы μ ≳ 1 <displaystyle mu gtrsim 1> 
Термин «Парамагнетизм» ввёл в 1848 году Майкл Фарадей, который разделил все вещества на ферромагнитные, диамагнитные, парамагнитные, сперомагнитные (асперомагнетики) и ферримагнитные (миктомагнетики).
Вещества парамагнетика обладают собственными магнитными моментами, которые под действием внешних полей ориентируются по полю и тем самым создают результирующее поле, превышающее внешнее. Парамагнетики втягиваются в магнитное поле. В отсутствие внешнего магнитного поля парамагнетик не намагничен, так как из-за теплового движения собственные магнитные моменты атомов ориентированы совершенно беспорядочно.
К парамагнетикам относятся алюминий ( Al <displaystyle <ce
Парамагнетиками становятся ферро- и антиферромагнитные вещества при температурах, превышающих, соответственно, температуру Кюри или Нееля (температуру фазового перехода в парамагнитное состояние).
— Магнитная восприимчивость парамагнетиков положительна и значительно меньше единицы.
— При не слишком высоких температурах парамагнетики обладают самопроизвольной намагниченностью, которая сильно изменяется под влиянием внешних воздействий.
— Для парамагнетиков характерно явление гистерезиса.
— Парамагнетики притягиваются магнитом в присутствии сильного магнитного поля, но в отсутствии не притягиваются.
ВЕЩЕСТВО В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Все вещества, помещённые в магнитное поле, намагничиваются в той или иной мере, то есть сами поддерживают (парамагнетики), ослабляют (диамагнетики) или даже усиливают (ферромагнетики) внешнее магнитное поле.
Постоянные магниты могут быть изготовлены лишь из немногих веществ.
При помещении в магнитное поле вещества в нем происходят процессы ориентации различных структур, обладающих дипольным магнитным моментом. Так электроны, перемещаясь по орбитам, образуют элементарные токи и соответствующие магнитные поля или магнитные диполи . Кроме этого, электроны создают магнитный момент за счет вращения вокруг собственной оси, называемый спиновым магнитным моментом.
Магнитный диполь можно характеризовать вектором магнитного момента , численно равным произведению величины элементарного тока на площадь контура, ограниченного этим током в пространстве
и направленным по нормали к площади контура.
Геометрическая сумма всех магнитных моментов образует магнитный момент тела
Отношение магнитной индукции В поля в данной среде к магнитной индукции В в вакууме, характеризует магнитные свойства данной среды и называется магнитной проницаемостью вещества µ .
По значению µ все вещества делятся на три группы: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.
ДИАМАГНЕТИКИ
ПАРАМАГНЕТИКИ
ФЕРРОМАГНЕТИКИ
µ
µ > 1
µ >> 1
Ослабляют магнитное поле катушки с током
Почти не изменяют магнитное поле катушки с током
Усиливают магнитное поле катушки с током
вода (0,999991)
воздух (1,00000038)
кобальт (175 раз)
медь (0,9999897)
платина (1,000250)
никель (1 120 раз)
стекло (0,9999897)
титан (1,000180)
сталь трансформаторная (8000 раз)
