Магнитное поле в веществе

При помещении вещества во внешнее магнитное поле молекулярные токи в веществе ориентируются так, чтобы плоскости, в которых они протекают, расположились перпендикулярно силовым линиям . Магнитные поля молекулярных токов складываются, образуя внутреннее магнитное поле . Тогда результирующее магнитное поле внутри вещества равно: , где m - относительная магнитная проницаемость вещества (безразмерный коэффициент).

Магнитное поле в веществе характеризуют вектором магнитной индукции:

.

Отсюда следует, что: , т.е. m показывает, во сколько раз напряжённость магнитного поля в среде отлична от напряжённости магнитного поля (создаваемого тем же источником) в вакууме. Для вакуума .

Тогда сила Ампера в веществе: , а m можно истолковывать как величину, показывающую, во сколько раз изменяется сила Ампера в веществе по сравнению с её значением в вакууме.

Вещества, ослабляющие магнитное поле (по сравнению с вакуумом), называют диамагнетиками (для них ). К диамагнетикам относятся такие вещества как полупроводники металлы - , а также - вода, большинство химических соединений и почти все органические соединения.

Вещества, усиливающие магнитное поле, называют парамагнетиками (для них ). К парамагнетикам относятся все газы ( ) и такие металлы, как Al, W, Pt, Na, K, … Из класса парамагнетиков выделяют вещества (Со, Ni, Fe, сталь), называемые ферромагнетиками, в которых магнитное поле усиливается очень сильно (m=10²¸10⁵). Магнитные свойства ферромагнетиков объясняются наличием в них доменов – областей (размером ~10 мкм), в которых молекулярные токи имеют одинаковую ориентацию. Области применения ферромагнетиков: магнитные экраны и носители информации, сердечники электрических трансформаторов, двигателей, магнитов и т.п.

Сила Лоренца

Это сила, действующая на движущуюся заряженную частицу в электрическом или (и) магнитном поле.

1) Сила Лоренца в однородном электрическом поле.

Пусть частица с массой m и зарядом q влетает в однородное электрическое поле , перпендикулярно его силовым линиям. В этом случае на движущуюся частицу действует кулоновская сила, называемая в этом случае силой Лоренца:

Þ .

Тогда уравнение равноускоренного движения частицы имеет вид:

, это уравнение параболы, так как .

2) Сила Лоренца в однородном магнитном поле. Пусть частица с массой m и зарядом q влетает в однородное магнитное поле с индукцией , перпендикулярно его силовым линиям. В магнитном поле на движущуюся заряженную частицу действует сила Ампера, которую, в этом случае, называют также силой Лоренца:

. Так как , то она изменяет только лишь направление движения частицы (но не модуль скорости ), поэтому траектория - окружность. Рассчитаем её радиус:

Þ

.

Если не перпендикулярна к , то траектория полёта заряженной частицы - спираль, навитая на силовые линии (результат сложения поступательного и вращательного движений).

Именно в этом и состоит принцип магнитной ловушки Земли для заряженных частиц, влетающих в магнитосферу Земли со стороны Солнца (солнечный ветер), что приводит к полярному сиянию.

При движении заряженной частицы в пространстве, пронизанном одновременно электрическим и магнитным полями, сила Лоренца описывается формулой:

.