Основы физики (стр. 7 из 12)
Намагничение вещества характеризуется магнитным моментом единицы объема – намагниченностью
: 
.Намагниченность связана с напряженностью магнитного поля по формуле:
,где χ – магнитная восприимчивость.
Величина
определяется только плотностью макроскопических токов 
: 
,где
– магнитная проницаемость.Магнитная восприимчивость χ может быть как положительной, так и отрицательной. При этом магнитная проницаемость μ, соответственно, может быть > 1 и < 1. В зависимости от знака магнитной восприимчивости χ магнетики подразделяются на диамагнетики (χ < 0 и мало), парамагнетики (χ > 0 и мало), ферромагнетики (χ >> 0).
Диамагнетики – вещества, атомы которых в отсутствие магнитного поля не обладают магнитными моментами
. 
На электрон, движущийся по орбите, действует вращательный момент
, который стремится установить магнитный момент электрона 
по направлению магнитного поля 
. Вектор начинает прецессировать вокруг направления , что приводит к дополнительному движению электрона вокруг направления поля по окружности переменного радиуса 
. Возникает индуцированный (наведенный) магнитный момент, антипараллельный магнитному полю. Просуммировав его по всем Z электронам атома, и разделив на В, получим магнитную восприимчивость диамагнетика 
<< 1. Она не зависит ни от величины внешнего магнитного поля, ни от температуры. 
Парамагнетики.
Если атомы обладают магнитными моментами
), магнитное поле стремится установить их по направлению , а тепловое движение старается распределить их равномерно по всем направлениям.В результате устанавливается некоторая преимущественная ориентация атомных магнитных моментов вдоль магнитного поля, тем большая, чем больше величина
, и тем меньшая, чем выше температура. 
В отсутствие магнитного поля все направления атомных магнитных моментов равновероятны. В магнитном поле атом обладает потенциальной энергией
, которая зависит от угла θ.Считая, что каждый из атомных моментов вносит в результирующий магнитный момент вклад pmcosθ, и учитывая, что χ << 1, можно определить магнитную воспримчивость парамагнетика:
, которая обратно пропорциональна температуре –закон Кюри. 
Ферромагнетики. Некоторые вещества способные обладать намагниченностью в отсутствие магнитного поля, а их магнитная проницаемость во много раз (до 1010) больше проницаемости диа- и парамагнетиков. Для ферромагнетиков зависимость M= f(H) носит сложный вид (кривая намагничения Столетова). Кроме нелинейной зависимости между Mи H для ферромагнетиков характерен гистерезис: намагничение не является однозначной функцией напряженности. Величины Br– остаточная магнитная индукция, Нс – коэрцитивная сила, μmax – максимальная магнитная проницаемость – являются основными характеристиками ферромагнетика.
Ферромагнитное состояние существует благодаря не магнитному, а электростатическому взаимодействию электронов – обменному взаимодействию, которое носит чисто квантовый характер. При сближении атомов – образовании кристалла – из-за перекрытия электронных облаков электроны обобществляются и возникает обменное взаимодействие, в результате которого магнитные моменты электронов ориентируются параллельно друг другу. При этом в ферромагнетике возникают области намагничения, называемые доменами. В пределах каждого домена все магнитные моменты электронов направлены одинаково, но направления результирующих моментов для различных доменов различны.
Для каждого ферромагнетика существует точка Кюри (причем
), выше которой домены распадаются, вещество утрачивает свои ферромагнитные свойства и ведет себя как парамагнетик.18. Движение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях
Попадая в электрические и магнитные поля, заряженные частицы оказываются под действием лоренцевых сил
и изменяют свое первоначальное движение.Рассмотрим движение заряженной частицы с зарядом e и скоростью v0 в однородном электростатическом поле напряженностью E. Если
, то действующая на частицу кулоновская сила 
, не меняя ее направления, лишь ускоряет или замедляет ее, сообщая ей дополнительную кинетическую энергию, определяемую разностью потенциалов U: 
. 
Предположим, что частица попадает в электрическое поле плоского конденсатора параллельно его пластинам. (Будем считать поле конденсатора однородным). Вдоль оси конденсатора кулоновская сила не действует, и частица сохраняет начальную скорость vx= v0. В перпендикулярном направлении под действием кулоновской силы частица приобретает ускорение
и вертикальную составляющую скорости 
. В результате частица в конденсаторе движется по параболе: y~ t2, x~ t, следовательно, y~ x2.После выхода из электрического поля (из конденсатора) частица движется равномерно со скоростью v под углом α к пластинам кондесатора. Если их длина l, то время t можно найти из условия
.Тогда скорость v равна
,а угол α составляет
. 
Рассмотрим теперь движение заряженной частицы с зарядом e и скоростью v0 в однородном магнитном поле индукцией B. Если частица попадает в это поле параллельно его силовым линиям (
), то действующая на частицу магнитная составляющая лоренцевой силы 
равна нулю.Если же частица влетает со скоростью v0 в магнитное поле перпендикулярно его силовым линиям, то на нее будет действовать магнитная составляющая лоренцевой силы
. Эта сила направлена перпендикулярно вектору скорости, то есть направлению движения, и является центростремительной силой. Поэтому частица будет двигаться по окружности. Следовательно, абсолютное значение скорости движения частицыv0 и ее энергия останутся постоянными при движении.Радиус этой окружности определяется из условия: