Вопрос №14 Магнитная энергия проводника с током. Энергия магнитного поля.

Согласно закону сохранения энергии энергия магнитного поля, созданного током, равна той энергии, которую должен затратить источник тока (гальванический элемент, генератор на электростанции и др.) на создание тока. При размыкании цепи эта энергия переходит в другие виды энергии. То, что для создания тока необходимо затратить энергию, т. е. необходимо совершить работу, объясняется тем, что при замыкании цепи, когда ток начинает нарастать, в проводнике появляется вихревое электрическое поле, действующее против того электрического поля, которое создается в проводнике благодаря источнику тока. Для того чтобы сила тока стала равной /, источник тока должен совершить работу против сил вихревого поля. Эта работа идет на увеличение энергии магнитного поля тока. При размыкании цепи ток исчезает, и вихревое поле совершает положительную работу. Запасенная током энергия выделяется. Это обнаруживается, например, по мощной искре, возникающей при размыкании цепи с большой индуктивностью. Энергия магнитного поля, созданного током, проходящим по участку цепи с индуктивностью L, определяется по формуле

Энергия магнитного поля выражена здесь через характеристику проводника L и силу тока в нем /. Но эту же энергию можно выразить и через характеристики поля. Вычисления показывают, что плотность энергии магнитного поля (т. е. энергия единицы объема) пропорциональна квадрату магнитной индукции: , подобно тому как плотность энергии электрического поля пропорциональна квадрату напряженности электрического поля .
Магнитное поле, созданное электрическим током, обладает энергией, прямо пропорциональной квадрату силы тока.

Объемная плотность энергииЭто физическая величина, численно равная отношению потенциальной энергии поля, заключенной в элементе объема, к этому объему. Для однородного поля объемная плотность энергии равна . Для плоского конденсатора, объем которого Sd, где S - площадь пластин, d - расстояние между пластинами, имеем

С учетом, что и

(16.4)

или

Вопрос №15 « Магнитное поле в веществе. Магнитные моменты электронов в атомах ве-ва. Вектор напряженности магнитного поля и вектор намагниченности. Магнитная восприимчивость. Относительно магнитная проницаемость. Намагничивание диамагнетиков и парамагнетиков.

При изучении магнитного поля в веществе различают два типа токов – макротоки и микротоки.Макротокаминазываются токи проводимости и конвекционные токи, связанные с движением заряженных макроскопических т ел. Микротоками (молекулярными токами) называют токи, обусловленные движением электронов в атомах, молекулах и ионах. Магнитное поле в веществе является суперпозицией двух полей: внешнего магнитного поля, создаваемого макротоками и внутреннего, или собственного, магнитного поля, создаваемого микротоками. Характеризует магнитное поле в веществе вектор , равный геометрической сумме и магнитных полей:

,

Количественной характеристикой намагниченного состояния вещества служит векторная величина – намагниченность , равная отношению магнитного момента малого объема вещества к величине этого объема:

,

где – магнитный момент i-го атома из числа n атомов, в объеме ΔV.

Для того чтобы связать вектор намагниченности среды с током , рассмотрим равномерно намагниченный параллельно оси цилиндрический стержень длиной h и поперечным сечением S. Равномерная намагниченность означает, что плотность атомных

циркулирующих токов внутри материала повсюду постоянна.

К парамагнетикам относятся вещества, атомы которых имеют отличные от нуля магнитные моменты. В отсутствие внешнего поля магнитные моменты атомов ориентированы беспорядочно вследствие хаотического теплового движения, и поэтому результирующая намагниченность парамагнетика равна нулю. При появлении внешнего поля магнитные моменты атомов ориентируются преимущественно по полю, поэтому появляется результирующая намагниченность, направление которой совпадает с направлением поля. Следует отметить, что сами атомы в магнитном поле намагничиваются как и у диамагнетиков, но этот эффект всегда слабее эффекта, связанного с ориентацией моментов.

К диамагнетикам относятся вещества, атомы или молекулы которых в отсутствие поля не имеют магнитного момента. Они устроены так, что орбитальные и спиновые моменты входящих в атомы электронов в точности компенсируют друг друга. Примером диамагнетиков являются инертные газы, атомы которых имеют только замкнутые электронные оболочки. При появлении внешнего магнитного поля атомы диамагнетиков намагничиваются в результате явления электромагнитной индукции, и у них появляется магнитный момент, направленный, согласно правила Ленца, против поля.

Вопрос № Намагничивание ферромагнетиков. Явление магнитного гистерезиса. Точка Кюри. Применение ферромагнетиков.

Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомовили ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированныхэлектронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик — такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

Среди химических элементов ферромагнитными свойствами обладают переходные элементы Fe, Со и Ni (3 d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Ho, Er . J_s0 — величина намагниченности единицы объёма при абсолютном нуле температуры, называемая спонтанной намагниченностью. T_c — критическая температура, выше которой ферромагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком, называемая точкой Кюри.

Для 3d-металлов и Gd характерна коллинеарная ферромагнитная атомная структура, а для остальных редкоземельных ферромагнетиков — неколлинеарная

МАГНИТНЫЙ ГИСТЕРЕЗИС
Явление запаздывания изменения магнитной индукции в ферромагнетике относительно изменения напряженности внешнего магнитного поля, приводящее к неоднозначной зависимости В от Н, называют магнитным гистерезисом.
Вследствие гистерезиса при убывании Н до нуля образец полностью не размагничивается. Значение Вос называют остаточной индукцией.
Чтобы полностью размагнитить образец, изменяют направление внешнего магнитного поля на противоположное. Тогда при определенной напряженности (точка - Нк) индукция В становится равной нулю.
Значение напряженности Нк внешнего магнитного поля, которое необходимо приложить к образцу для полного его размагничивания, называют коэрцитивной силой.
При дальнейшем увеличении Н образец вновь начинает намагничиваться (в противоположном направлении) до насыщения (точка С2).
При уменьшении внешнего магнитного поля до нуля опять обнаруживается существование в образце остаточной индукции (точка - Вос), а при последующем изменении направления внешнего поля на противоположное и увеличении его напряженности можно вновь полностью размагнитить образец (точка Нк). Применение ферромагнетиков в технике: роторы генераторов и электродвигателей; сердечники трансформаторов, электромагнитных реле; в электронно-вычислитель­ных машинах (ЭВМ), телефонах, магнитофонах, на магнитных лентах. На практике их применяют для катушек индуктивности, трансформаторов высокой частоты. Феррит обладает очень хорошей электромагнитной проводимостью, лучше, чем трансформаторная сталь! На подобных катушках с ферритом можно построить генераторы, и возбудители электромагнитных волн.

Вопрос №17 Энергетические и световые фотометрические величины и их единицы измерения.

Энергети́ческая фотометри́ческая величина́ — фотометрическая величина, количественно выражаемая в единицах энергии или мощности и производных от них. Энергетические фотометрические величины обозначаются индексом «e», например, X_e.