Всякое вещество является магнетиком, т.е. оно способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться).
Магнитные свойства вещества определяют по тому, как эти вещества реагируют на внешнее магнитное поле и каким образом упорядочена их внутренняя структура. Исходя из этих параметров, все вещества можно разделить на такие группы. Парамагнетики диамагнетики антиферромагнетики ферромагнетики и ферримагнетики.
Диамагнетики это такие вещества, у которых магнитная восприимчивость отрицательна и при этом она не зависит от напряжённости магнитного поля. Отрицательная магнитная восприимчивость это когда к веществу подносят магнит а оно при этом отталкивается вместо того чтобы притягиваться. К ним относятся некоторые инертные газы, например водород азот достаточно много жидкостей воде нефть и ее продукты некоторые металлы медь серебро цинк. Также многие полупроводники кремний германий. То есть диамагнетики это вещества с ковалентными связями или находящиеся в сверхпроводящем состоянии.
|
|
У парамагнетиков также магнитная восприимчивость не зависит от напряжённости поля, но при этом она положительна. То есть если сблизить парамагнетик с постоянным магнитом, то возникнет сила притягивания. К таким магнетикам относятся, кислород окись азота некоторые металлы соли железе и кобальта.
Ферромагнетики обладают высокой положительной магнитной восприимчивостью. В отличие от предыдущих материалов магнитная восприимчивость у ферромагнетиков в значительной мере зависит от напряжённости магнитного поля и температуры.
Антиферромагнетики это вещества, у которых при нагревании происходит фазовый переход вещества, при котором появляются парамагнитные свойства. Ниже некоторой температуры эти свойств в веществе не наблюдаются. К таким веществам относятся хром марганец.
Ферримагнетики отличаются тем, что в них присутствует некомпенсированный антиферромагнетизм. Так же как и у ферромагнетиков, их магнитная восприимчивость зависит от напряжённости магнитного поля. Но при этом они имеют некоторые отличия. К таким веществам относятся разные оксидные соединения.
Токи смещения.
Согласно Максвеллу, если всякое переменное магнитное поле возбуждает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле, то должно существовать и обратное явление: всякое изменение электрического поля должно вызывать появление в окружающем пространстве вихревого магнитного поля. Для установления количественных отношений между изменяющимся электрическим полем и вызываемым им магнитным полем Максвелл ввел в рассмотрение так называемый ток смещения. Рассмотрим цепь переменного тока, содержащую конденсатор. Между обкладками заряжающегося и разряжающегося конденсатора имеется переменное электрическое поле, поэтому, согласно Максвеллу, через конденсатор «протекают» токи смещения, причем в тех участках, где отсутствуют проводники.
|
|
Ток проводимости вблизи обкладок конденсатора
(поверхностная плотность заряда а на обкладках равна электрическому смещению D в конденсаторе. Подынтегральное выражение (д D / д t)d S, когда д D / д t и d S взаимно параллельны. Поэтому для общего случая можно записать
Сравнивая это выражение с I=Iсм = , имеем
Выражение и было названо Максвеллом плотностью тока смещения.
В диэлектриках ток смещения состоит из двух слагаемых. Так как, согласно, De=0E+P, где Е — напряженность электростатического поля, а Р — поляризованность, то плотность тока смещения
Максвелл ввел понятие полного тока, равного сумме токов проводимости (а также конвекционных токов) и смещения. Плотность полного тока jполн=j+ д D / д t.
Максвелл обобщил теорему о циркуляции вектора Н, введя в ее правую часть полный ток Iполн= сквозь поверхность S, натянутую на замкнутый контур L. Тогда обобщенная теорема о циркуляции вектора Н запишется в виде
Уравнения Максвелла.
Уравнения Максвелла играют в электродинамике покоящихся сред такую же роль, как и три закона Ньютона в механике или три начала в термодинамике. Различают уравнения Максвелла в интегральной и дифференциальной формах.
Уравнения Максвелла в интегральной форме (или полевые уравнения Максвелла)
1. Циркуляция вектора E вдоль произвольного замкнутого контура L равна потоку вектора ¶В/ ¶t через поверхность S, охватывающую этот контур, взятому с противоположным знаком, то есть
Физический смысл: переменное магнитное поле порождает вокруг себя вихревое электрическое поле.
2. Циркуляция вектора H вдоль произвольного замкнутого контура L равна потоку вектора j+¶D /¶t через поверхность S, охватывающую этот контур, то есть
Физический смысл: магнитное поле создаётся не только токами проводимости, но и изменяющимся во времени электрическим полем.
3. Поток вектора D через произвольную замкнутую поверхность S, равен алгебраической сумме свободных электрических зарядов, находящихся внутри этой поверхности, то есть
Физический смысл: оно показывает, что источником электростатического поля являются свободные электрические заряды.
4. Поток вектора B через произвольную замкнутую поверхность S, равен нулю, то есть
физический смысл: оно показывает, что в природе не существует магнитных зарядов.
Уравнения Максвелла в дифференциальной форме
Уравнения Максвелла в дифференциальной форме можно получить из интегральных уравнений с помощью двух теорем векторного анализа:
1). Теоремы Гаусса: Поток вектора A через произвольную замкнутую поверхность S, равен дивергенции этого вектора div A по объёму этой поверхности:
где -дивергенция вектора A (то есть сумма частных производных соответствующих компонент вектора A по координатам).
Смысл этой теоремы в том, что поток любого произвольного вектора A можно при необходимости заменить интегралом по объёму дивергенции этого вектора.
2). Теоремы Стокса: Циркуляция вектора A вдоль произвольного замкнутого контура L равна потоку ротора вектора A через поверхность S, охватывающую этот контур:
Где - -ротор вектора = A (то есть определитель второго порядка частных производных соответствующих компонент вектора A по координатам).
Смысл этой теоремы в том, что циркуляцию любого произвольного вектора A можно при необходимости заменить потоком ротора этого вектора.
Дивергенция вектора A div A и ротор вектора A rot A - это математические операторы.
Так вот, после некоторых математических преобразований уравнений Максвелла в интегральной форме можно получить следующие уравнения Максвелла в дифференциальной форме:
|
|
76. Электромагнитные волны.
Волна-это колебание, которое распространяется в пространстве.
У всякой волны есть точка волновой фронт-это геометрическое место точек, до которых к моменту времени t доходит волна.
Волновая поверхность - геометрическое место точек, совершающие колебание в одной фазе.
Y=Acos(w(t+-(x/V))+ϕ0)
w(t - ) = wt - =wt-kx
K = = =
E ꓕ H
H ꓕ V
E ꓕ V
Скорость электромагнитной волны
Энергия электромагнитной волны