Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
по которым протекают постоянные токи (рис. 3.3.5), возникает сила
взаимодействия, направление и величина которой могут быть найдены из
закона Ампера. Поскольку проводник с током h находится в поле с индукцией
Рис. 3.3.5 В{ , созданным проводником с током 7i, сила Ам-
пера F направлена, как показано на рисунке. Проводники с одинаково
направленными токами притягиваются, с противоположно направленными -
отталкиваются. Модуль силы взаимодействия между участками единичной длины
двух бесконечных параллельных проводников, расположенных на расстоянии R
друг от друга, равен
2 tiR
(3.3.6)
Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца. На заряд q,
движущийся в магнитном поле со скоростью
V , действует сила Лоренца:
F^(^V,B\ или F = qVB1.
(3.3.7)
где В± - проекция вектора магнитной индукции на нормаль к скорости
частицы. Направление силы Лоренца также определяется правилом левой руки
или правилом буравчика.
В однородном магнитном поле, вектор индукции которого перпендикулярен
скорости заряженной частицы, она движется по окружности постоянного
радиуса R
R
т V
Т~в
(3.3.8)
где m - масса частицы, q - абсолютное значение ее заряда, V - скорость
частицы, В - индукция магнитного поля. Движение частицы
происходит в плоскости, перпендикулярной вектору В . Сила Ло-
Определения, понятия и законы
193
ренца в этом случае играет роль центростремительной силы. Ее работа
всегда равна нулю, поскольку сила Лоренца в каждый момент времени
перпендикулярна вектору мгновенной скорости частицы.
Магнитные свойства вещества. Гипотеза Ампера. Магнитные взаимодействия
зависят от свойств среды, в которой они происходят. Физическая величина,
показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля В в однородном
веществе отличается от индукции Во магнитного поля в вакууме, называется
магнитной проницаемостью вещества:
Согласно гипотезе Ампера магнитные свойства вещества определяются
замкнутыми электрическими токами внутри него. В соответствии с
современными представлениями, эти токи связаны с движением электронов в
атомах вещества. Каждый электрон, движущийся в атоме вокруг ядра по
замкнутой орбите, представляет собой элементарный электронный ток,
магнитный момент которого, называемый орбитальным магнитным моментом,
перпендикулярен плоскости орбиты.
Орбитальный магнитный момент атома равен векторной сумме орбитальных
магнитных моментов его электронов. Если вещество состоит из молекул, то
магнитный момент молекулы является векторной суммой орбитальных магнитных
моментов ее атомов. Таким образом, атомы и молекулы в общем случае имеют
магнитные моменты и могут создавать магнитное поле.
Магнетиками называются вещества, способные намагничиваться во внешнем
магнитном поле, т.е. создавать собственное (внутреннее) магнитное поле
самого вещества. По своим свойствам магнетики подразделяются на
слабомагнитные и сильномагнитные вещества. К слабомагнитным веществам
относятся диамагнетики и парамагнетики. Основную группу сильномагнитных
веществ составляют ферромагнетики.
В
(3.3.9)
194
Магнетизм
Диамагнетиками называются вещества, у которых атомы или молекулы в
отсутствие внешнего магнитного поля не имеют магнитных моментов.
Диамагнетиками являются инертные газы, ряд металлов (золото, серебро,
ртуть, цинк, медь), вода, стекло, многие органические соединения. При
внесении диамагнитного вещества в магнитное поле в каждом его атоме (или
молекуле) индуцируется дополнительный атомный (или молекулярный) ток с
некоторым магнитным моментом. Этот ток имеет такое направление, что
создаваемое им магнитное поле противоположно внешнему полю. Вектор
магнитной индукции внутреннего поля направлен против внешнего поля и
ослабляет его. В этом и состоит намагничивание диамагнетиков, для которых
ц < 1 . Диамагнетизм является очень слабым эффектом. Магнитная
проницаемость даже самых сильных диамагнетиков отличается от единицы не
более, чем десятитысячные доли.
Атомы (или молекулы), обладающие в отсутствие внешнего поля небольшим
магнитным моментом, называются парамагнитными, а состоящие из них
вещества - парамагнетиками. К парамагнетикам относятся кислород, окись
азота, алюминий, платина, щелочные и щелочноземельные металлы и др. В
отсутствие внешнего магнитного поля тепловое движение атомов (молекул)
парамагнетика препятствует возникновению упорядоченного расположения
магнитных моментов отдельных атомов (молекул), и собственного магнитного
поля в веществе не возникает. При внесении парамагнетика во внешнее
магнитное поле атомные (молекулярные) токи стремятся расположиться так,
чтобы их магнитные моменты были параллельны вектору индукции внешнего
поля. Совместное действие магнитного поля и теплового движения приводит к
тому, что возникает преимущественная ориентация магнитных моментов атомов
(молекул) по направлению внешнего поля. В парамагнитном веществе
создается собственное (внутреннее) магнитное поле, вектор индукции
которого направлен одинаково с вектором индукции внешнего поля. Для
