Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
На рис. 51 показано, как искажаются электрические силовые линии при внесении в однородное электрическое поле полого шара из диэлектрика. Совершенно так же действует полый железный шар, если его внести в магнитное поле. Из-за преломления магнитные силовые линии концентрируются преимущественно в железе. Внутри полости их концентрация мала. Это значит, что маг-
258
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
[ГЛ. III
нитное поле в полости сильно ослаблено по сравнению с внешним полем, т. е. оболочка железной полости обладает экранирующим действием по отношению к внешнему магнитному полю. На этом основана магнитная защита. Для того чтобы предохранить ка-кой-либо чувствительный прибор от воздействия внешних магнитных полей, его окружают железной оболочкой.
Но оболочка не защищает внешние тела от воздействия магнитных полей токов или магнитов, помещенных внутри самой оболочки. Например, магнитное поле прямого круглого провода с током не изменится, если окружить его коаксиальной железной трубой. Это непосредственно следует из теоремы о циркуляции. Магнитные силовые линии имеют форму окружностей с центрами на оси провода (рис. 138). Циркуляция вектора Н по одной из таких окружностей будет 2nRH. По теореме о циркуляции та же величина равна 4ле57с. Сравнивая оба выражения, получаем Я = 2є57 (cR) независимо от того, окружен провод железной трубой или не окружен. В этом можно убедиться на демонстрационном опыте. Надо произвести сначала опыт Эрстеда с обычным проводом (рис. 134). Затем повторить его с тем же проводом, заключенным в железную трубу. Оказывается, что в обоих случаях отклонение магнитной стрелки одно и то же.
Железная оболочка лишь частично защищает окруженные ею тела от действия внешних магнитных полей. Чем больше магнитная проницаемость jx, тем сильнее это защитное действие. Однако существуют тела, которые в этом отношении являются идеальными. Это — сверхпроводники. Оболочка из сверхпроводника, находящегося в сверхпроводящем состоянии, полностью защищает окружаемые ею тела от действия внешнего магнитного поля (см. § 80).
3. Если магнетик ввести в однородное магнитное поле, то он намагнитится. Возникающее при этом магнитное поле внутри магнетика сильно зависит от формы последнего. В общем случае поле внутри тела магнетика неоднородно. Только для тел, имеющих форму эллипсоида, внутреннее магнитное поле однородно. Оно отличается от внешнего поля не только по величине, но, вообще говоря, и по направлению. Предельными случаями эллипсоида являются очень длинный и очень короткий цилиндры. Если ось цилиндра параллельна внешнему магнитному полю, то расчет сильно упрощается. Внутри очень длинного цилиндра вектор Н равен вектору Н0 внешнего магнитного поля. Поэтому
так как во внешнем пространстве Н0 = В0. В случае очень короткого цилиндра
К В 1 Г>
МАГНИТНАЯ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ II ПРОНИЦАЕМОСТЬ
259
При одном и том же внешнем поле В0 намагниченность магнетиков с большой проницаемостью [г во втором случае много меньше, чем в первом. Для цилиндров промежуточных размеров намагниченность / будет неоднородна. Однако ее величина будет лежать между найденными двумя предельными значениями. Для шара, как легко рассчитать, намагниченность однородна и определяется формулой
/ 3 ц— 1 ,,
jI+2 Uo-
Зависимость намагничивания от формы тела можно демонстрировать с помощью следующего эффектного опыта. Берется пучок тонких железных стержней, перевязанных нитками. Пучок помещается на столе в вертикальном положении. Верхний конец пучка немного входит внутрь вертикальной катушки, расположенной над пучком. По обмотке катушки пропускается постоянный ток. Ток подбирается таким, чтобы сила, втягивающая пучок в катушку, была несколько меньше веса пучка. Пучок подобен толстому стержню и поэтому намагничивается относительно слабо. Если пережечь нитки, то стержни с силой втягиваются в катушку и в дальнейшем удерживаются в ней. Дело в том, что после пережигания ниток каждый стержень ведет себя почти независимо от других стержней и намагничивается значительно сильнее.
Обычно для объяснения описанных явлений вводят понятия размагничивающего поля и размагничивающего фактора. Пусть //„ — внешнее однородное магнитное поле, в которое внесено какое-либо тело из магнетика, имеющее эллипсоидальную форму. В этом случае, как было указано выше, поле Н внутри магнетика будет однородным. Его можно представить в виде Н = = //<,+ //=. Поле //0 и называется размагничивающим полем, так как в ферро- и парамагнетиках оно направлено противоположно внешнему полю //„ и ослабляет последнее. Размагничивающее поле можно представить в виде //о = — NI, где коэффициент N зависит только от формы тела. Этот коэффициент и называется размагничивающим фактором. Нам представляется, что введение понятий размагничивающего поля и размагничивающего фактора является ненужным и только запутывает истолкование явлений. Реальная задача состоит в том, чтобы выяснить влияние формы тела на вектор намагничивания /, если это тело поместить в заданное однородное магнитное поле Вп.
4. Вектор В в магнетике был определен как напряженность результирующего магнитного поля, возбуждаемого токами проводимости и токами намагничивания. В некоторых случаях и вектор Н допускает аналогичную интерпретацию. Рассмотрим, например, бесконечно длинный соленоид, по поверхности которого циркулирует ток проводимости с постоянно^ линейной плотностью.
