Solenoidas yra viela, apvyniota aplink apvalų cilindrinį rėmą. Solenoido lauko linija B atrodo maždaug taip, kaip parodyta Fig. 50.1. Solenoido viduje šių linijų kryptis sudaro dešinę sistemą su srovės kryptimi posūkiuose.
Tikras solenoidas turi srovės komponentą išilgai ašies. Be to, linijinis srovės tankis (lygus srovės stiprio ir solenoido ilgio elemento santykiui) periodiškai kinta judant išilgai solenoido. Vidutinė šio tankio vertė yra
kur yra solenoido apsisukimų skaičius ilgio vienete, I yra srovės stiprumas solenoide.
Tiriant elektromagnetizmą, svarbų vaidmenį atlieka įsivaizduojamas be galo ilgas solenoidas, neturintis ašinės srovės komponento, be to, tiesinis srovės tankis yra pastovus per visą jo ilgį. To priežastis yra ta, kad tokio solenoido laukas yra vienodas ir ribojamas solenoido tūrio (panašiai ir begalinio lygiagrečiojo plokštės kondensatoriaus elektrinis laukas yra vienodas ir ribojamas kondensatoriaus tūrio).
Pagal tai, kas buvo pasakyta, įsivaizduokime solenoidą begalinio plonasienio cilindro pavidalu, skraidantį pastovaus linijinio tankio srovės.
Padalinkime cilindrą į identiškas apskritimo sroves - „apsukimus“.
Iš pav. 50.2 matyti, kad kiekviena posūkių pora, esanti simetriškai tam tikros plokštumos, statmenos solenoido ašiai, atžvilgiu, sukuria magnetinę indukciją, lygiagrečią ašiai bet kuriame šios plokštumos taške. Vadinasi, gautas laukas bet kuriame taške begalinio solenoido viduje ir išorėje gali turėti tik kryptį, lygiagrečią ašiai.
Iš pav. 50.1 iš to išplaukia, kad lauko kryptys galutinio solenoido viduje ir išorėje yra priešingos. Didėjant solenoido ilgiui, laukų kryptys nesikeičia ir riboje at išlieka priešingos. Begaliniam solenoidui, kaip ir baigtiniam, lauko kryptis solenoido viduje sudaro dešinę sistemą su srovės tekėjimo aplink cilindrą kryptimi.
Iš vektoriaus B lygiagretumo ašiai išplaukia, kad laukas tiek begalinio solenoido viduje, tiek išorėje turi būti vienodas. Norėdami tai įrodyti, paimkime įsivaizduojamą stačiakampį kontūrą 1-2-3-4 solenoido viduje (50.3 pav.; pjūvis eina išilgai solenoido ašies). Apsukdami grandinę pagal laikrodžio rodyklę, gauname vektoriaus B cirkuliacijos reikšmę. Grandinė neapima srovių, todėl cirkuliacija turi būti lygi nuliui (žr. (49.7)).
Iš to išplaukia, kad 2-3 grandinės atkarpą pastatydami bet kokiu atstumu nuo ašies, kiekvieną kartą gausime, kad magnetinė indukcija šiuo atstumu yra lygi indukcijai ant solenoido ašies. Taigi įrodytas lauko homogeniškumas solenoido viduje.
Dabar pažvelkime į 1-2-3-4 grandinę. Vektorius pavaizdavome punktyrine linija, nes, kaip paaiškės vėliau, laukas už begalinio solenoido yra lygus nuliui. Kol kas žinome tik tai, kad galima lauko kryptis už solenoido yra priešinga lauko krypčiai solenoido viduje. Grandinė neapima srovių; todėl vektoriaus B cirkuliacija išilgai šio kontūro, lygi a, turi būti lygi nuliui.
Iš to išplaukia, kad. Atstumai nuo solenoido ašies iki 1-4 ir 2-3 sekcijų buvo paimti savavališkai. Vadinasi, B vertė bet kokiu atstumu nuo ašies bus tokia pati už solenoido. Taigi įrodytas ir lauko homogeniškumas už solenoido ribų.
Cirkuliacija palei grandinę, parodytą fig. 50,4 yra lygus (slenkant pagal laikrodžio rodyklę). Ši grandinė apima teigiamą srovę . Pagal (49.7) lygybė turi būti įvykdyta
arba po sutrumpinimo a ir pakeitus (žr.)
Iš šios lygybės išplaukia, kad laukas tiek begalinio solenoido viduje, tiek išorėje yra baigtinis.
Paimkime solenoido ašiai statmeną plokštumą (50.5 pav.). Dėl linijų B uždarumo magnetiniai srautai per šios plokštumos vidinę dalį 5 ir per išorinę dalį S turi būti vienodi.
Kadangi laukai yra vienodi ir statmeni plokštumai, kiekvienas iš srautų yra lygus atitinkamos magnetinės indukcijos vertės ir srauto prasiskverbto ploto sandaugai. Taigi mes gauname santykį
Kairioji šios lygybės pusė yra baigtinė, S faktorius dešinėje yra be galo didelis. Iš to išplaukia
Taigi, mes įrodėme, kad už be galo ilgo solenoido magnetinė indukcija yra lygi nuliui. Solenoido viduje esantis laukas yra vienodas.
Įvedę (50.3), gauname magnetinės indukcijos solenoido viduje formulę:
Produktas vadinamas amperų apsisukimų skaičiumi metre. Kai posūkiai per metrą ir 1 A srovė, magnetinė indukcija solenoido viduje yra .
Simetriškai išsidėstę posūkiai vienodai prisideda prie magnetinės indukcijos solenoido ašyje (žr. (47.4) formulę). Todėl pusiau begalinio solenoido pabaigoje ant jo ašies magnetinė indukcija yra lygi pusei reikšmės (50,4): - posūkių skaičius ilgio vienete. Šiuo atveju
Už toroido einanti grandinė neapima jokios srovės, todėl jai už toroido magnetinė indukcija yra lygi nuliui.
Toroidui, kurio spindulys R žymiai viršija ritės spindulį, visų toroido viduje esančių taškų santykis mažai skiriasi nuo vieneto ir vietoj (50.6) gaunama formulė, kuri sutampa su formule (50.4) begalinio ilgio solenoidui. Šiuo atveju laukas gali būti laikomas vienodu kiekvienoje toroido dalyje. Skirtingose atkarpose laukas turi skirtingą kryptį, todėl apie lauko vienodumą jo toroide galima kalbėti tik sąlyginai, turint omenyje identišką modulį B.
Tikras toroidas turi srovės komponentą išilgai savo ašies. Šis komponentas, be lauko (50.6), sukuria panašų į žiedinės srovės lauką.
Solenoidas yra N identiškų izoliuotos laidžios vielos vijų, tolygiai apvyniotų aplink bendrą rėmą arba šerdį, rinkinys. Ta pati srovė praeina per posūkius. Magnetiniai laukai, kuriuos sukuria kiekvienas posūkis atskirai, sumuojasi pagal superpozicijos principą. Magnetinio lauko indukcija solenoido viduje yra didelė, o išorėje maža. Be galo ilgo solenoido magnetinio lauko indukcija už solenoido yra linkusi į nulį. Jei solenoido ilgis yra daug kartų didesnis nei jo posūkių skersmuo, tai solenoidas praktiškai gali būti laikomas be galo ilgas. Tokio solenoido magnetinis laukas yra visiškai sutelktas jo viduje ir yra vienodas (6 pav.).
Magnetinio lauko indukcijos dydį be galo ilgo solenoido viduje galima nustatyti naudojant vektorių cirkuliacijos teorema
:vektorinė cirkuliacija 
išilgai savavališkos uždaros grandinės yra lygi srovių, kurias apima grandinė, algebrinei sumai, padaugintai iš magnetinės konstantos μ O :
,
(20)
kur μ 0 = 4π 10 -7 H/m.
6 pav. Solenoidinis magnetinis laukas
Norėdami nustatyti magnetinės indukcijos B dydį solenoido viduje, pasirenkame uždarą stačiakampio formos ABCD grandinę, kur 
- kontūro ilgio elementas, nurodantis važiavimo kryptį (6 pav.). Šiuo atveju ilgiai AB ir CD bus laikomi begaliniais.
Tada vektoriaus cirkuliacija 
išilgai uždaro kontūro ABCD, apimančio N posūkius, yra lygus:
AB ir CD skyriuose produktas 
, nes vektorius 
Ir 
viena kitai statmenos. Štai kodėl
.
(22)
DA dalyje, esančioje už solenoido, integralas 
, nes magnetinis laukas už grandinės yra lygus nuliui.
Tada (21) formulė bus tokia:
,
(23)
kur l yra atkarpos BC ilgis. Grandine padengtų srovių suma lygi
,
(24)
kur I c yra solenoido srovė; N yra ABCD grandinės apsukų skaičius.
Pakeitę (23) ir (24) į (20), gauname:
. (25)
Iš (25) gauname be galo ilgo solenoido magnetinio lauko indukcijos išraišką:
.
(26)
Kadangi solenoido n ilgio vieneto apsisukimų skaičius yra lygus:
(27)
tada pagaliau gauname:
.
(28)
Jei solenoido viduje yra šerdis, B formulė (28) bus tokia:
.
(29),
čia – šerdies medžiagos magnetinis pralaidumas.
Taigi, solenoido magnetinio lauko indukciją B lemia solenoido srovėaš c , apsisukimų skaičiusnvienam solenoido ilgio vienetui ir šerdies medžiagos magnetiniam pralaidumui.
Cilindrinis magnetronas
Magnetronas vadinamas dviejų elektrodų elektronų vamzdžiu (diodu), turinčiu šildomą katodą ir šaltą anodą ir įdėtą į išorinį magnetinį lauką.
Diodo anodas yra cilindro formos su spinduliu 
. Katodas yra tuščiaviduris cilindras, kurio spindulys 
, išilgai kurio ašies yra siūlelis, dažniausiai pagamintas iš volframo (7 pav.).
Dėl termioninės emisijos reiškinio karštas katodas skleidžia termioninius elektronus, kurie aplink katodą sudaro elektronų debesį. Taikant anodo įtampą 
(8 pav.), elektronai pradeda judėti iš katodo į anodą išilgai spindulių, todėl atsiranda anodo srovė 
. Anodo srovė registruojama miliampermetru.
7 pav. Diodų grandinė
8 pav. Grandinės schema
Anodo įtampos dydis reguliuojamas potenciometru RA. Kuo didesnė anodo įtampa, tuo didesnis elektronų skaičius per laiko vienetą pasiekia anodą, taigi, tuo didesnė anodo srovė.
Elektrinio lauko stipris E tarp katodo ir anodo yra toks pat kaip cilindriniame kondensatoriuje:
,
(30)
kur r yra atstumas nuo katodo ašies iki tam tikro erdvės taško tarp katodo ir anodo.
Iš (30) formulės matyti, kad lauko stipris E yra atvirkščiai proporcingas atstumui r iki katodo ašies. Vadinasi, prie katodo lauko stiprumas yra didžiausias.
r į< tada logaritmo reikšmė ln Išorinis magnetinis laukas, kuriame yra diodas, sukuriamas solenoidu (8 pav.). Solenoido l ilgis yra daug didesnis nei jo posūkių skersmuo, todėl lauką solenoido viduje galima laikyti vienodu. Srovė solenoido grandinėje keičiama potenciometru R C (8 pav.) ir registruojama ampermetru. Elektronų judėjimo pobūdis, priklausantis nuo solenoido lauko stiprumo, parodytas 9 pav. Jei solenoido grandinėje nėra srovės, tai magnetinio lauko indukcija B = 0. Tada elektronai nuo katodo iki anodo juda beveik spinduliais. Srovės padidėjimas solenoido grandinėje veda prie V vertės padidėjimo. Tuo pačiu metu elektronų judėjimo trajektorijos pradeda lenktis, bet visi elektronai pasiekia anodą. Anodo grandinėje tekės ta pati srovė, kaip ir nesant magnetinio lauko. 9 pav. Anodo srovės I A priklausomybė nuo solenoido srovės I c dydžio idealiuoju (1) ir realiuoju (2) atveju, taip pat elektronų judėjimo pobūdis, priklausantis nuo solenoido lauko dydžio. Esant tam tikrai srovės vertei solenoide, apskritimo, kuriuo juda elektronas, spindulys tampa lygus pusei atstumo tarp katodo ir anodo: Šiuo atveju elektronai paliečia anodą ir pereina prie katodo (9 pav.). Šis diodo veikimo būdas vadinamas kritiškas. Šiuo atveju per solenoidą teka kritinė srovė I cr, kuri atitinka magnetinio lauko indukcijos B = B cr kritinę vertę. Esant V = V, idealiu atveju anodo srovė turėtų staiga sumažėti iki nulio. Esant B > B cr, elektronai nepasiekia anodo (9 pav.), o anodo srovė taip pat bus lygi nuliui (9 pav., 1 kreivė). Tačiau praktikoje dėl tam tikros elektronų greičių sklaidos ir katodo bei solenoido nesutapimo anodo srovė mažėja ne staigiai, o sklandžiai (9 pav., 2 kreivė). Šiuo atveju solenoido srovės vertė, atitinkanti 2 kreivės vingio tašką, laikoma kritine I kr. Kritinė solenoido srovės vertė atitinka anodo srovę, lygią: – didžiausia anodo srovės vertė, kai V = 0. Anodo srovės I A priklausomybė nuo magnetinio lauko indukcijos B dydžio (arba nuo srovės solenoide), esant pastoviai anodo įtampai ir pastoviai šilumai, vadinama atstatyti magnetrono charakteristikas. Solenoidas - ritė, kurios ilgis žymiai viršija jos storį (laidininkas suvyniotas ant cilindro). Patirtis ir skaičiavimai rodo, kad kuo ilgesnis solenoidas, tuo mažesnė MF indukcija už jo ribų. Be galo ilgam solenoidui išorinio MP iš viso nėra.. Atsižvelgiant į simetriją, aišku, kad vektoriaus linijos yra nukreiptos išilgai jos ašies ir sudaro dešinę sistemą su srovės kryptimi solenoide. 2 etapas. Pasirinkite kontūrą L stačiakampio 1-2-3-4-1 pavidalu, kaip parodyta pav. 6 (kurio viena iš kraštinių yra lygiagreti solenoido ašiai ir yra jos viduje). Apskaičiuokime cirkuliaciją šioje grandinėje: kur yra kontūro 1-2 kraštinės ilgis. 2-3, 3-4 ir 4-1 pusėse integralas eina į nulį, nes solenoido viduje ir išorėje. 3 etapas. Apskaičiuokime srovių, kurias apima grandinė, sumą, kur yra apsisukimų skaičius grandinės pusėje 1-2. Mes pasirenkame „+“ ženklą, nes Srovės ir grandinės apėjimo kryptis yra susijusi su dešiniojo varžto taisykle. 4 etapas. Naudodami cirkuliaciją randame vektoriaus modulį: kur yra apsisukimų skaičius solenoido ilgio vienetui. Toroido magnetinis laukas Toroidas- žiedinė ritė su posūkiais, suvyniota ant toro formos šerdies. Čia N- toroidinės ritės apsisukimų skaičius, - toroido ašinės linijos spindulys (t. y. apskritimas, einantis per posūkių centrus). Už toroido ribų nėra MP. § 5. Amperinė jėga Kiekvienas srovės nešiklis patiria magnetinę jėgą. Šios jėgos veikimas perduodamas laidininkui, kuriuo juda krūviai. Dėl to magnetinis laukas (MF) tam tikra jėga veikia patį srovės laidininką. Jėgos, veikiančios sroves MP, vadinamos Ampero jėgomis. Ampero dėsnis nustato jėgą, kuria magnetinis laukas veikia srovę nešantį laidininko elementą: Integruojant šią išraišką per srovės elementus, galima rasti ampero jėgą, veikiančią tam tikrą laidininko sekciją. Jėgos kryptį patogu nustatyti kairiosios rankos taisykle (pav.). Lygiagrečių srovių sąveikos jėga. 2 lygiagretūs be galo ilgi laidininkai, nešantys srovę, yra išdėstyti atstumu. Jėga, veikianti srovę nešančio laidininko ilgio vienetą yra Nesunku pastebėti, kad tos pačios krypties srovės traukia, o priešingos – atstumia. Čia kalbame tik apie magnetinę jėgą! Reikia nepamiršti, kad be magnetinės jėgos yra ir elektrinė jėga, kurią sukelia pertekliniai krūviai laidininkų paviršiuje. Todėl, jei kalbame apie bendrą laidininkų sąveikos jėgą, ji gali būti atstumianti arba patraukli, priklausomai nuo magnetinių ir elektrinių komponentų santykio. § 6. Jėgų, veikiančių grandinę su srove, momentas Ypač įdomus yra magnetinis laukas, esantis solenoido viduje, kurio ilgis gerokai viršija jo skersmenį. Tokio solenoido viduje magnetinė indukcija visur turi tą pačią kryptį, lygiagrečią solenoido ašiai, o tai reiškia, kad lauko linijos yra lygiagrečios viena kitai. Tam tikru būdu išmatuodami magnetinę indukciją skirtinguose taškuose solenoido viduje, galime įsitikinti, kad jei solenoido posūkiai yra tolygiai išdėstyti, tai magnetinio lauko indukcija solenoido viduje turi ne tik tą pačią kryptį visuose taškuose, bet ir ta pati skaitinė vertė. Taigi laukas ilgo, vienodai suvynioto solenoido viduje yra vienodas. Ateityje, kalbėdami apie lauką solenoido viduje, visada turėsime omeny tokius „ilgus“ vienodus solenoidus ir nekreipsime dėmesio į lauko vienodumo nukrypimus netoli solenoido galų. Panašūs matavimai, atlikti su skirtingais solenoidais, esant skirtingo stiprumo srovėms, parodė, kad magnetinė lauko indukcija ilgojo solenoido viduje yra proporcinga srovės stiprumui ir posūkių skaičiui solenoido ilgio vienete, t. y. vertei , kur yra bendras solenoido apsisukimų skaičius, - jo ilgis. Taigi, kur yra proporcingumo koeficientas, vadinamas magnetine konstanta (plg. elektros konstanta, § 11). Skaitinė magnetinės konstantos reikšmė Vėliau (§ 157) paaiškėja, kad vienetas, kuriuo išreiškiamas kiekis, gali būti vadinamas „henriu metrui“, kur henris (H) yra induktyvumo vienetas. Todėl galime tai parašyti Gn/m. (126,2) Dėl savo paprastumo solenoido laukas naudojamas kaip atskaitos laukas. Magnetiniam laukui apibūdinti, be magnetinės indukcijos, taip pat naudojamas vektorinis dydis, vadinamas magnetinio lauko stiprumu. Jei laukas yra vakuume, dydžiai ir yra tiesiog proporcingi vienas kitam: tad kiekio įvedimas nieko naujo neįveda. Tačiau materijos lauko atveju ryšys su turi formą kur yra bematė medžiagos charakteristika, vadinama santykiniu magnetiniu pralaidumu arba tiesiog medžiagos magnetiniu pralaidumu. Vertinant magnetinius laukus medžiagoje, pavyzdžiui, geležyje, kiekis yra naudingas. Tai plačiau aptarta 144 straipsnyje. Iš (126.1) ir (126.3) formulių matyti, kad tuo atveju, kai solenoidas yra vakuume, magnetinio lauko stipris y., kaip sakoma, lygus amperų apsisukimų vienam metrui skaičiui. Išmatavus magnetinės indukcijos lauką, kurį sukuria srovė, tekanti labai ilgu plonu tiesiu laidininku, buvo nustatyta, kad kur yra srovės stipris laidininke, yra atstumas nuo laidininko. Pagal (126.3) formulę lauko stiprumas, kurį sukuria vakuume esantis tiesus laidininkas, yra lygus Pagal formulę (126.7) magnetinio lauko stiprumo vienetas vadinamas amperu metrui (A/m). Vienas amperas vienam metrui – tai magnetinio lauko stipris vieno metro atstumu nuo plono tiesaus begalinio ilgio laidininko, kuriuo teka amperų srovė. 126.1.
Magnetinio lauko indukcija solenoido viduje yra 0,03 teslos. Kokia srovė teka solenoidu, jei jo ilgis 30 cm, o apsisukimų skaičius 120? 126.2.
Kaip pasikeis magnetinė lauko indukcija solenoido viduje nuo ankstesnės problemos, jei solenoidas bus ištemptas iki 40 cm arba suspaustas iki 10 cm? Kas atsitiks, jei perlenksite solenoidą per pusę taip, kad vienos pusės posūkiai būtų tarp kitos pusės posūkių? 126.3.
Srovė teka per 20 cm ilgio solenoidą, susidedantį iš 60 vijų, kurių skersmuo 15 cm. Kas atsitiks su magnetiniu lauku solenoido viduje, jei jo posūkių skersmuo bus sumažintas iki 5 cm, išlaikant tokį patį solenoido ilgį ir naudojant tą patį vielos gabalą? Kaip galima gauti tą pačią magnetinio lauko indukciją, išlaikant nepakitusį solenoido posūkių ilgį ir skersmenį? 126.4.
8 cm ilgio solenoido, susidedančio iš 40 vijų, viduje yra dar vienas solenoidas, kurio apsisukimų skaičius 1 cm solenoido ilgio lygus 10. Per abu solenoidus teka ta pati 2 A srovė. Kokia yra lauko magnetinė indukcija abiejų solenoidų viduje, jei jų šiauriniai galai atsukti: a ) į vieną pusę; b) priešingomis kryptimis? 126.5.
Yra trys 30 cm, 5 cm ir 24 cm ilgio solenoidai, kurių apsisukimų skaičius yra atitinkamai 1500, 1000 ir 600. Per pirmąjį solenoidą teka 1 A srovė Kokios srovės turi tekėti per antrąjį ir trečiąjį solenoidus, kad magnetinė indukcija visų trijų solenoidų viduje būtų vienoda? 126.6.
Apskaičiuokite magnetinio lauko indukciją kiekviename iš 126.5 uždavinio solenoidų. 126.7.
10 cm ilgio solenoide reikia gauti 5000 A/m stiprumo magnetinį lauką. Šiuo atveju srovė solenoide turi būti lygi 5 A. Iš kiek apsisukimų turi sudaryti solenoidas? 126.8.
Kokia yra magnetinio lauko indukcija solenoido, kurio ilgis yra 20 cm, o bendras apsisukimų skaičius yra 500, viduje, esant 0,1 A srovei? Kaip pasikeis magnetinė indukcija, jei solenoidas bus ištemptas iki 50 cm, o srovė sumažinta iki 10 mA? Solenoidas vadinama cilindrine vielos ritė, kurios posūkiai yra glaudžiai suvynioti viena kryptimi, o ritės ilgis yra žymiai didesnis už posūkio spindulį. Solenoido magnetinis laukas gali būti pavaizduotas kaip laukų, sukurtų kelių apskritų srovių, turinčių bendrą ašį, pridėjimo rezultatas. 3 paveiksle parodyta, kad solenoido viduje kiekvieno atskiro posūkio magnetinės indukcijos linijos yra vienodos krypties, o tarp gretimų posūkių – priešinga. Todėl esant pakankamai tankiai solenoido apvijai, gretimų posūkių priešingos krypties magnetinės indukcijos linijų atkarpos yra tarpusavyje sunaikinamos, o vienodai nukreiptos sekcijos susijungs į bendrą magnetinės indukcijos liniją, praeinančią solenoido viduje ir apgaubiančią jį iš išorės. . Ištyrus šį lauką naudojant pjuvenas, nustatyta, kad solenoido viduje laukas yra vienodas, magnetinės linijos yra tiesios linijos, lygiagrečios solenoido ašiai, kurios jo galuose išsiskiria ir užsidaro už solenoido (4 pav.). Lengva pastebėti solenoido magnetinio lauko (už jo ribų) ir nuolatinio strypo magneto magnetinio lauko panašumą (5 pav.). Solenoido galas, iš kurio išeina magnetinės linijos, yra panašus į magneto šiaurinį polių N, kitas solenoido galas, į kurį patenka magnetinės linijos, yra panašus į pietinį magneto polių S. Srovę nešančio solenoido polius galima nesunkiai nustatyti eksperimentiniu būdu naudojant magnetinę adatą. Žinant srovės kryptį ritėje, šiuos polius galima nustatyti naudojant dešiniojo varžto taisyklę: dešiniojo varžto galvutę pasukame pagal srovę ritėje, tada varžto galiuko transliacinis judėjimas nurodyti solenoido magnetinio lauko kryptį, taigi ir jo šiaurinį polių. Vieno sluoksnio solenoido viduje esantis magnetinės indukcijos modulis apskaičiuojamas pagal formulę B = μμ 0 NI l = μμ 0 nl, Kur Ν
- solenoido apsisukimų skaičius, aš- solenoido ilgis, n- apsisukimų skaičius solenoido ilgio vienete. Tikrasis (mikroskopinis) laukas magnete labai skiriasi tarpmolekuliniais atstumais. - vidutinis makroskopinis laukas. Dėl paaiškinimo įmagnetinimas kūnai Amperas pasiūlė, kad medžiagos molekulėse cirkuliuoja apskritos mikroskopinės srovės, kurias sukelia elektronų judėjimas atomuose ir molekulėse. Kiekviena tokia srovė turi magnetinį momentą ir sukuria magnetinį lauką supančioje erdvėje. Jei nėra išorinio lauko, tada molekulinės srovės yra atsitiktinai orientuotos, o dėl jų gaunamas laukas yra lygus 0. Įmagnetinimas yra vektorinis dydis, lygus magneto tūrio vieneto magnetiniam momentui: kur yra fiziškai be galo mažas tūris, paimtas netoli nagrinėjamo taško; - atskiros molekulės magnetinis momentas. Sumuojama visose tūryje esančiose molekulėse (atminkite, kur - poliarizacija dielektrikas, - dipolio elementas ). Įmagnetinimą galima pavaizduoti taip: Magnetizuojančios srovės I". Medžiagos įmagnetinimas yra susijęs su pirmenybine atskirų molekulių magnetinių momentų orientacija viena kryptimi. Su kiekviena molekule susijusios elementarios apskritimo srovės vadinamos molekulinės.
Molekulinės srovės pasirodo orientuotos, t.y. kyla įmagnetinančios srovės - . Srovės, tekančios laidais dėl srovės nešėjų judėjimo medžiagoje, vadinamos laidumo srovėmis. Elektronui, judančiam apskritimo orbita pagal laikrodžio rodyklę; srovė nukreipta prieš laikrodžio rodyklę ir pagal dešiniojo varžto taisyklę nukreipta vertikaliai aukštyn. Įmagnetinimo vektoriaus cirkuliacija išilgai savavališko uždaro kontūro yra lygi įmagnetinimo srovių, padengtų kontūru G, algebrinei sumai. Diferencinė vektorių cirkuliacijos teoremos užrašymo forma. Magnetinio lauko stiprumas (standartinis žymėjimas N) yra vektorinis fizinis dydis, lygus magnetinės indukcijos vektoriaus skirtumui B ir įmagnetinimo vektorius M. SI: Paprasčiausiu izotropinės (magnetinių savybių atžvilgiu) terpės atveju ir pakankamai žemų lauko pokyčių dažnių aproksimacija B
Ir H
tiesiog proporcingi vienas kitam, skiriasi tiesiog skaitiniu koeficientu (priklausomai nuo aplinkos) B
= μ H
sistemoje GHS arba B
= μ 0 μ H
sistemoje SI(cm. Magnetinis pralaidumas, taip pat žr Magnetinis jautrumas). Sistemoje GHS magnetinio lauko stiprumas matuojamas Oerstedachas(E), SI sistemoje – amperais per metras(A/m). Technologijoje oersted pamažu keičiamas SI vienetu – amperu vienam metrui. 1 E = 1000/(4π) A/m ≈ 79,5775 A/m. 1 A/m = 4π/1000 Oe ≈ 0,01256637 Oe. Vakuume (arba nesant terpės, galinčios atlikti magnetinę poliarizaciją, taip pat tais atvejais, kai pastaroji yra nereikšminga), magnetinio lauko stipris sutampa su magnetinės indukcijos vektoriumi iki koeficiento, lygaus 1 CGS ir μ 0 SI. IN magnetai(magnetinės aplinkos) magnetinio lauko stiprumas turi fizinę „išorinio“ lauko reikšmę, tai yra, jis sutampa (galbūt, priklausomai nuo priimtų matavimo vienetų, su pastoviu koeficientu, pvz., SI sistemoje, nekeičia bendros reikšmės) su tokia vektorine magnetine indukcija, kuri „egzistuotų, jei nebūtų magneto“. Pavyzdžiui, jei lauką sukuria srovę nešanti ritė, į kurią įkišama geležinė šerdis, tada magnetinio lauko stiprumas H
šerdies viduje sutampa (in GHS tiksliai, o SI - iki pastovaus matmenų koeficiento) su vektoriumi B
0, kurį sukurtų ši ritė, jei šerdies nebūtų ir kurią iš esmės galima apskaičiuoti pagal ritės geometriją ir srovę joje, be jokios papildomos informacijos apie šerdies medžiagą ir jos magnetinį savybių. Reikėtų nepamiršti, kad pagrindinė magnetinio lauko charakteristika yra magnetinės indukcijos vektorius B
. Būtent jis nustato judančių įkrautų dalelių ir srovių magnetinio lauko stiprumą, taip pat gali būti tiesiogiai matuojamas, o magnetinio lauko stiprumas H
gali būti laikomas veikiau kaip pagalbinis dydis (nors jį lengviau apskaičiuoti, bent jau statiniu atveju, kur yra jo reikšmė: juk H
sukurti vadinamuosius laisvos srovės, kuriuos palyginti lengva tiesiogiai išmatuoti, o tuos, kuriuos sunku išmatuoti susijusios srovės– tai yra molekulines sroves ir pan. – nereikia atsižvelgti). Tiesa, dažniausiai naudojama magnetinio lauko energijos išraiška (terpėje) B
Ir H
įeina beveik vienodai, tačiau turime nepamiršti, kad ši energija apima ir energiją, išeikvojamą terpės poliarizacijai, o ne tik paties lauko energiją. Magnetinio lauko energija išreiškiama tik per pagrindą B
. Nepaisant to, aišku, kad vertė H
fenomenologiškai ir čia labai patogu. Magnetinių medžiagų rūšys Diamagnetinių medžiagų magnetinis laidumas yra šiek tiek mažesnis nei 1. Jos skiriasi tuo, kad yra išstumtos iš magnetinio lauko srities. Paramagnetai kurių magnetinis pralaidumas yra šiek tiek didesnis nei 1. Didžioji dauguma medžiagų yra dia- ir paramagnetinės. Feromagnetai pasižymi išskirtinai dideliu magnetiniu pralaidumu, siekiančiu iki milijono. Stiprėjant laukui, atsiranda histerezės reiškinys, kai didėjant intensyvumui ir vėliau mažėjant intensyvumui B(H) reikšmės nesutampa. Literatūroje yra keletas magnetinio pralaidumo apibrėžimų. Pradinis magnetinis pralaidumas m n- magnetinio pralaidumo vertė esant mažam lauko stipriui. Didžiausia magnetinė skvarba m maks- didžiausia magnetinio pralaidumo vertė, kuri paprastai pasiekiama esant vidutiniams magnetiniams laukams. Iš kitų pagrindinių terminų, apibūdinančių magnetines medžiagas, atkreipiame dėmesį į šiuos dalykus. Prisotinimo įmagnetinimas- maksimalus įmagnetinimas, kuris pasiekiamas stipriuose laukuose, kai visi domenų magnetiniai momentai yra orientuoti išilgai magnetinio lauko. Histerezės kilpa- indukcijos priklausomybė nuo magnetinio lauko stiprumo, kai laukas kinta cikle: kilimas iki tam tikros reikšmės - mažėjimas, perėjimas per nulį, pasiekus tą pačią reikšmę su priešingu ženklu - padidėjimas ir kt. Maksimali histerezės kilpa- pasiekia maksimalų soties įmagnetinimą. Likutinė indukcija B poilsis- magnetinio lauko indukcija atvirkštine histerezės kilpos eiga, kai magnetinio lauko stiprumas nulinis. Prievartos jėga N s- histerezės kilpos grįžtamojo smūgio lauko stiprumas, kai pasiekiama nulinė indukcija. Magnetinis momentas Elementariosios dalelės turi vidinę kvantinę mechaninę savybę, žinomą kaip sukimasis. Tai panašu į objekto, besisukančio aplink savo masės centrą, kampinį impulsą, nors griežtai kalbant, šios dalelės yra taškinės dalelės ir apie jų sukimąsi negalima kalbėti. Sukis matuojamas sumažintos Planko konstantos vienetais (), tada elektronų, protonų ir neutronų sukinys yra lygus ½. Atome elektronai skrieja aplink branduolį ir, be sukimosi, turi orbitinį kampinį momentą, o pats branduolys turi kampinį impulsą dėl branduolio sukimosi. Magnetinį lauką, kurį sukuria atomo magnetinis momentas, lemia šios skirtingos kampinio momento formos, kaip ir klasikinėje fizikoje besisukantys įkrauti objektai sukuria magnetinį lauką. Tačiau didžiausią indėlį įneša sukimasis. Dėl elektrono, kaip ir visų fermionų, savybės paklusti Pauli išskyrimo taisyklei, pagal kurią du elektronai negali būti toje pačioje kvantinėje būsenoje, susieti elektronai poruojasi vienas su kitu, o vienas iš elektronų yra sukinyje. aukštyn būsena, o kita – sukimasis į viršų su priešinga sukimosi projekcija – būsena su sukimu žemyn. Tokiu būdu sumažinami elektronų magnetiniai momentai, sumažinant bendrą sistemos magnetinį dipolio momentą iki nulio kai kuriuose atomuose, kuriuose yra lyginis elektronų skaičius. Feromagnetiniuose elementuose, tokiuose kaip geležis, nelyginis elektronų skaičius lemia nesuporuotą elektroną ir nulinį bendrą magnetinį momentą. Kaimyninių atomų orbitalės persidengia, o mažiausia energijos būsena pasiekiama, kai visi nesuporuotų elektronų sukiniai įgauna tą pačią orientaciją, o tai procesas, žinomas kaip mainų sąveika. Kai feromagnetinių atomų magnetiniai momentai susilygina, medžiaga gali sukurti išmatuojamą makroskopinį magnetinį lauką. Paramagnetines medžiagas sudaro atomai, kurių magnetiniai momentai yra neteisingai orientuoti, kai nėra magnetinio lauko, tačiau atskirų atomų magnetiniai momentai yra suderinti, kai veikia magnetinis laukas. Atomo branduolys taip pat gali turėti nenulinį bendrą sukimąsi. Paprastai termodinaminėje pusiausvyroje branduoliniai sukimai yra atsitiktinai orientuoti. Tačiau kai kuriems elementams (pvz., ksenonui-129) galima poliarizuoti didelę branduolinių sukimų dalį, kad būtų sukurta bendra sukimosi būsena, vadinama hiperpoliarizacija. Ši sąlyga turi svarbią taikomąją reikšmę magnetinio rezonanso tomografijoje. Magnetinis laukas turi energiją. Kaip įkrautame kondensatoriuje yra elektros energijos rezervas, taip ir ritėje, per kurios posūkius teka srovė, yra magnetinės energijos rezervas. Jei elektros lemputę prijungiate lygiagrečiai su didelės induktyvumo ritė nuolatinės srovės elektros grandinėje, tada atidarius raktą pastebimas trumpalaikis lempos blyksnis. Srovė grandinėje atsiranda veikiant savaiminės indukcijos emf. Elektros grandinėje išsiskiriančios energijos šaltinis yra ritės magnetinis laukas. Ritės, kurios induktyvumas L, sukuriamo srovės I, magnetinio lauko energija W m lygi W m = LI 2/2
linkęs į didelę vertę. Tada, didėjant atstumui r, elektrinio lauko stipris tarp katodo ir anodo sumažėja iki nulio. Todėl galime daryti prielaidą, kad elektronai greitį įgyja veikiami lauko tik prie katodo, o tolesnis jų judėjimas link anodo vyksta pastoviu greičiu.
..
(32)
,
(33)
Kur
Ryžiai. 6
, kur
, (1.20)
Ryžiai. Kairiosios rankos taisyklė.
.
Magneto įmagnetinimas. Įmagnetinimo vektorius.
Jei srovė teka per laidininką, aplink laidininką susidaro MF. Iki šiol žiūrėjome į laidus, kuriais srovės tekėjo vakuume. Jei laidai, kuriais teka srovė, yra kokioje nors terpėje, tada lyd. pokyčius. Tai paaiškinama tuo, kad veikiamas lyd.l. bet kuri medžiaga gali įgyti magnetinį momentą arba būti įmagnetinta (medžiaga tampa magnetinis). Medžiagos, kurios yra įmagnetintos išorinėje mp. prieš lauko kryptį vadinami diamagnetinės medžiagos. Medžiagos, kurios yra silpnai įmagnetintos išoriniame magnetiniame lauke. lauko kryptimi vadinami paramagnetinės medžiagos Įmagnetinta medžiaga sukuria magnetinį lauką. - , tai lyd.p. dedamas ant lyd.s., sukeltas srovių - . Tada gautas laukas yra:
.
(54.1)
,
(54.3)
kur - magnetinė konstanta.Fizinė prasmė
Magnetiniai atomų momentai
