Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Transkrypt

1 Wykład FIZYKA II 5. Magnetyzm Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej

2 MAGNESY Pierwszymi poznanym magnesem był magnetyt minerał, który w stanie naturalnym jest namagnesowany. Działanie magnesów dowodzi, że mogą one istnieć tylko jako dipole magnetyczne. Nie stwierdzono istnienia monopoli magnetycznych.

3 PRAWO GAUSSA DLA MAGNETYZMU PRZYPOMNIENIE: prawo Gaussa dla pól elektrycznych: 0 0 E ds E q wewn W przypadku pola magnetycznego BRAK monopoli ( ładunków ) magnetycznych, wobec tego: 0 B 0 BdS 0

4 MAGNETYZM ZIEMSKI Ziemia jest również wielkim magnesem. Biegun magnetyczny nie pokrywa się jednak z biegunem geograficznym (osią obrotu). Deklinacja magnetyczna to kąt pomiędzy kierunkiem północy geograficznej a kierunkiem poziomej składowej wektora indukcji. Inklinacja magnetyczna to kąt pomiędzy płaszczyzna poziomą z kierunkiem wektora indukcji.

5 MAGNETYZM ELEKTRONU PRZYPOMNIENIE: Jeżeli elektrony poruszają się w przewodzie w postaci prądu elektrycznego, wytwarzają pole magnetyczne wokół tego przewodu Elektrony wytwarzają też pole magnetyczne na dwa inne sposoby. Są to: spinowy i orbitalny moment magnetyczny. Ich istnienie wyjaśnia mechanika kwantowa. Spinowy moment pędu (spin ) elektronu jest to własny moment pędu elektronu. Ze spinem wiąże się spinowy moment magnetyczny s e m S S s

6 Właściwości spinu: MAGNETYZM ELEKTRONU 1) Nie można zmierzyć wektora - można zmierzyć jego składową wzdłuż wybranej osi (w związku z tym, nie można też zmierzyć ); 2) Mierzona składowa wektora jest skwantowana. S Z m s h 2 m s 1 2 S S s magnetyczna spinowa liczba kwantowa s, z e m S Z eh 4m 9, J / T magneton Bohra

7 MAGNETYZM ELEKTRONU Elektron ma także moment pędu względem jądra atomu, zwany orbitalnym momentem pędu, oraz związany z nim orbitalny moment magnetyczny. L orb, z m l h 2 e 2m orb L orb Jak poprzednio, możemy tylko zmierzyć składową z : magnetyczna orbitalna liczba kwantowa eh orb, z m l 4m m l 0, 1, 2,...,l

8 MATERIAŁY MAGNETYCZNE Momenty magnetyczne elektronów w ciele stałym dodają się wektorowo. Wypadkowa może być bardzo różna Diamagnetyzm to niemagnetyzm (por. analogia do dielektryków = izolatorów). Diamagnetyki, umieszczone w zewnętrznym polu magnetycznym, wytwarzają słabe wewnętrzne pole magnetyczne, skierowane przeciwnie do przyczyny, która je wywołała (por. reguła Lenza). Paramagnetyzm to trochęmagnetyzm (por. analogia do parapsychologia itp.). Paramagnetyki, umieszczone w zewnętrznym polu magnetycznym, wytwarzają słabe wewnętrzne pole magnetyczne, skierowane zgodnie z przyczynowym, wzmacniając je. Prawo Curie: (namagnesowanie) M C B T zewn

9 FERROMAGNETYZM Ferromagnetyki to najmocniejsze magnetyki; pole magnetyczne, indukowane przez pole zewnętrzne, może być wielokrotnie silniejsze a do tego pozostaje nawet po usunięciu zewnętrznego pola. Ferromagnetyzm powstaje, gdy wewnętrzna budowa ciała pozwala na powstanie tzw. domen magnetycznych układów atomów w krysztale, w których uporządkowanie dipoli atomowych jest całkowite. Histereza magnetyczna to zjawisko, w którym wartość pola magnetycznego zindukowanego w ferromagnetyku zależy od historii namagnesowania.

10 PRAWO AMPERE A PRZYPOMNIENIE: Zmienne pole magnetyczne indukuje pole elektryczne (prawo indukcji Faradaya): E ds d dt SYMETRIA: Zmienne pole elektryczne może indukować pole magnetyczne: B ds 0 PRZYPOMNIENIE: Prawo Ampere a: d E 0 dt ds B 0 I B Uogólnione prawo Ampere a: B ds d dt E I

11 PRAWO AMPERE A Uogólnione prawo Ampere a: B ds d dt E I Pierwszy człon z prawej strony musi mieć wymiar natężenia prądu: I prz 0 d dt Nazywamy go prądem przesunięcia jest to fikcyjny prąd, ale można go np. w przypadku kondensatora traktować jak prąd rzeczywisty (równy temu, który ładuje kondensator). E