Intensitatea câmpului magnetic

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 3 februarie 2021; verificările necesită 8 modificări .

Intensitatea câmpului magnetic
${\vec {H}}$
Dimensiune	L −1 I
Unități
SI	A / m
GHS	E
Note
cantitatea vectorială

Intensitatea câmpului magnetic este o mărime fizică vectorială egală cu diferența dintre vectorii inducției magnetice și magnetizării la punctul luat în considerare. Indicat prin simbolul . ${\vec {B}}$ ${\vec {M}}$ ${\vec {H}}$

În Sistemul Internațional de Unități (SI) :

{\vec {H}}({\vec {r}})={\frac {1}{\mu _{0}}}{\vec {B}}({\vec {r}} )-{\vec {M}}({\vec {r}})

unde este vectorul rază al punctului, este constanta magnetică . Unitatea de măsură (în SI) este A/m (amperi pe metru). ${\vec {r))$ $\mu_{0}$

Inclus în ecuațiile lui Maxwell . În ceea ce privește semnificația fizică, reprezintă contribuția surselor externe (în raport cu un punct dat din spațiu) ale unui câmp magnetic la inducția magnetică într-un punct dat.

Conceptul de intensitate a câmpului magnetic

Intensitatea câmpului magnetic este înțeleasă ca diferența dintre vectorii inducției magnetice și magnetizării la un punct dat: ${\vec {B}}$ ${\vec {M}}$

{\vec {H}}={\frac {1}{\mu _{0}}}{\vec {B}}-{\vec {M}}\,\,

(în SI ) sau (în GHS ).

\,\,{\vec {H}}={\vec {B}}-4\pi {\vec {M}}\,\,

În cel mai simplu caz al unui mediu neferomagnetic izotrop (din punct de vedere al proprietăților magnetice) și în aproximarea de joasă frecvență, magnetizarea depinde liniar de câmpul magnetic aplicat cu inducție: ${\vec {M}}$ ${\vec {B}}$

{\vec {M}}=\alpha {\vec {B}}

Din punct de vedere istoric, în loc de a descrie această dependență liniară printr-un coeficient , se obișnuiește să se utilizeze cantități înrudite - susceptibilitatea magnetică sau permeabilitatea magnetică : $\alfa$ $\chi$ $\mu$

{\vec {M}}={\frac {\chi }{\mu _{0}(1+\chi ))){\vec {B}}={\frac {(\mu -1 )}{\mu _{0}\mu }}{\vec {B}}\,\,

(în SI ) sau (în GHS ).

\,\,{\vec {M}}={\frac {\chi }{1+4\pi \chi }}{\vec {B}}={\frac {\mu -1}{ 4\pi \mu }}{\vec {B}}\,\,

De aici se poate obține și relația și . ${\vec {H}}$ ${\vec {B}}$

Unități de tensiune

În sistemul CGS, puterea câmpului magnetic este măsurată în oersteds (Oe), în sistemul SI - în amperi pe metru (A / m). În tehnologie, oersted-ul este înlocuit treptat de unitatea SI - amperi pe metru.

Relații: 1 Oe \u003d 1000 / (4 π ) A / m ≈ 79,5775 A / m; 1 A / m \u003d 4 π / 1000 Oe ≈ 0,01256637 Oe.

Ecuațiile lui Maxwell pentru tensiune

Dintre cele patru ecuații fundamentale ale teoriei electromagnetismului - ecuațiile lui Maxwell - intensitatea câmpului magnetic este inclusă în trei, inclusiv una în mod explicit (ecuațiile sunt date în SI): ${\vec {H}}$

{\mbox{rot}}{\vec {H}}={\vec {j}}+{\frac {\partial {\vec {D}}}{\partial t)),\quad { \mbox{div}}{\vec {B}}=0,\quad {\mbox{rot}}{\vec {E}}=-{\frac {\partial {\vec {B}}}{\ t parțial}}

unde este densitatea curentului de conducere, este vectorul de inducție electrică , este puterea câmpului electric . În limita magnetostatică , două ecuații rămân în formă $\vec{j}$ ${\vec {D}}$ ${\vec {E}}$

{\mbox{rot}}{\vec {H}}={\vec {j}},\quad {\mbox{div}}{\vec {B}}=0

Pentru majoritatea mediilor, inducția magnetică și intensitatea câmpului magnetic sunt legate ca . ${\vec {B}}=\mu _{0}\mu {\vec {H}}$

Comportamentul tensiunii la interfața dintre mass-media

La interfața dintre două materiale, de-a lungul căreia nu circulă curentul de conducție de suprafață, componenta de intensitate paralelă cu interfața nu suferă o discontinuitate. ${\vec {H}}_{\tau }$

Dacă curentul de suprafață menționat este prezent, atunci valoarea diferenței acestei componente de una și cealaltă parte a graniței este exact egală cu . $\mathbf {i}$ $|\mathbf {i} |$

Semnificația fizică a mărimii tensiunii

Conform definiției, vectorul reprezintă contribuția la inducția magnetică datorată acțiunii cauzelor externe (față de punctul specific luat în considerare) care creează câmpul. Acestea pot fi curenți de conducere , un câmp electric care variază în timp ( curent de deplasare ), precum și curenți moleculari localizați . Curenții creează magnetizare, inclusiv în zonele din afara punctului considerat, iar această magnetizare afectează distribuția câmpului în spațiu. ${\vec {H}}$ $\vec{j}$ $\partial {\vec {D}}/\partial t$ ${\vec {j}}_{mol}$ ${\vec {j}}_{mol}$

Pe lângă cauzele externe, contribuția la dă magnetizarea direct în punctul luat în considerare, dar această contribuție este scăzută. ${\vec {B}}$

Operarea cu un vector nu permite simplificarea radicală a calculelor. Pentru a găsi profilul câmpului (fie sau ), este de obicei necesar să se rezolve ecuațiile Maxwell, ținând cont de relațiile care leagă și . ${\vec {H}}$ ${\vec {B}}$ ${\vec {H}}$ ${\vec {B}}$ ${\vec {H}}$

Interpretarea incorectă a sensului fizic

O concepție greșită comună este „cauzele externe” responsabile pentru crearea câmpului . Și anume, uneori se crede că se presupune că în toate cazurile poate fi calculat dintr-o distribuție dată a curenților în spațiu, ca și când nu ar exista magneți (să zicem, conform formulei Biot-Savart-Laplace fără ). O variantă similară a neînțelegerii: se presupune că atunci când o bucată de magnet este introdusă într-un câmp magnetic cunoscut, acest câmp se presupune că nu se schimbă, ci se schimbă numai în funcție de comportament . ${\vec {H}}$ ${\vec {H}}$ $\vec{j}$ $\mu_{0}$ ${\vec {H}}({\vec {r)})$ ${\vec {B}}({\vec {r}})=\mu _{0}\mu (r){\vec {H}}({\vec {r}})$ $\mu ({\vec {r))}$

Ca pseudo-motivare, se subliniază faptul că doar curenții de conducție apar în ecuația lui Maxwell pentru , iar parametrii magneților sunt absenți cu totul. Cu toate acestea, nu se poate ignora ecuația pentru (adică pentru )), care include permeabilitatea magnetică. ${\mbox{rot}}{\vec {H}}$ ${\mbox{div}}{\vec {B}}$ ${\mbox{div}}(\mu _{0}\mu {\vec {H}}$

Câteva cazuri și exemple speciale

în vid

În vid (sau în absența unui mediu capabil de polarizare magnetică, precum și în cazurile în care acesta din urmă este neglijabil), intensitatea câmpului magnetic coincide cu vectorul de inducție magnetică până la un factor egal cu 1 în CGS și în SI . ${\vec {H}}$ ${\vec {B}}$ $\mu_{0}$

În magneți de unele forme

În cazul unui eșantion omogen, fix, dintr-un magnet de o anumită formă: un elipsoid, un cilindru și un număr de altele, și un câmp care este omogen înainte de introducerea unei astfel de probe , se creează un câmp uniform în interiorul eșantion, care diferă de și se calculează din relație (ultima egalitate este pentru medii neferomagnetice). Iată factorul de demagnetizare . $\mu$ ${\vec {H}}_{e}$ ${\vec {H}}$ ${\vec {H}}_{e}$ ${\vec {H}}={\vec {H}}_{e}-N\cdot {\vec {M}}={\vec {H}}_{e}-N\mu _ {0}(\mu -1)\cdot {\vec {H))$ $N$

Într-o probă cilindrică

Pentru o probă lungă cilindrică plasată într-un solenoid (astfel încât câmpul să fie paralel cu generatoarele) cu o secțiune transversală de orice formă, realizată din orice combinație de materiale (dar astfel încât să nu existe modificări în direcția longitudinală), tensiunea este același peste tot în eșantion, iar factorul de demagnetizare este zero. Această intensitate coincide (poate, în funcție de unitățile de măsură, până la un coeficient constant, ca, de exemplu, în sistemul SI, care nu schimbă ideea) cu un astfel de vector de inducție magnetică, care „ar fi dacă ar exista nu au fost magnet”. ${\vec {H}}$

În acest caz particular (și practic important), interpretarea câmpului ca independent de prezența sau absența unui magnet este pe deplin adecvată. ${\vec {H}}$

Rolul comparativ al tensiunii și inducției

Dintre cantitățile și o caracteristică mai fundamentală a câmpului magnetic este vectorul de inducție magnetică , deoarece el este cel care determină puterea câmpului magnetic asupra particulelor și curenților încărcate în mișcare și poate fi măsurată direct, în timp ce puterea câmpului magnetic poate fi măsurată . fi considerată mai degrabă o cantitate auxiliară. ${\vec {H}}$ ${\vec {B}}$ ${\vec {B}}$ ${\vec {H}}$

Este adevărat, în expresia folosită în mod obișnuit pentru energia unui câmp magnetic (într-un mediu) și intră aproape în mod egal, dar trebuie avut în vedere că această energie include energia cheltuită pentru polarizarea mediului, și nu numai energia a domeniului propriu-zis [1] . Energia câmpului magnetic ca atare este exprimată numai în termeni de mărime fundamentală . Cu toate acestea, este clar că cantitatea este fenomenologică și este foarte convenabilă aici. ${\vec {B}}$ ${\vec {H}}$ ${\vec {B}}$ ${\vec {H}}$

Note

↑ Pentru a ilustra, să extindem expresia pentru densitatea energiei câmpului într-un mediu în cazul unei relații liniare între magnetizare și intensitatea câmpului magnetic . $w_{{subst}}$ $\mathbf {M} =\chi \mathbf {H} .$ $w_{subst}={\frac {1}{2}}\mathbf {H} \cdot \mathbf {B} ={\frac {1}{2}}({\frac {1}{\ mu _{0}}}\mathbf {B} -\mathbf {M} )\cdot \mathbf {B} ={\frac {1}{2\mu _{0}}}\mathbf {B} ^{ 2}-{\frac {1}{2}}\mathbf {M} \cdot \mathbf {B} ,$

Literatură

Irodov IE Legile de bază ale electromagnetismului. - al doilea, stereotip. - Moscova: Școala Superioară , 1991.

Link -uri

Unități de intensitate a câmpului magnetic: listă de unități, descriere, convertor de valori numerice