Магнитное поле

Физики могут сказать, что сила и крутящие моменты между двумя магнитами вызваны отталкиванием или притягиванием магнитных полюсов друг к другу. Это похоже на кулоновскую силу, отталкивающую одни и те же электрические заряды или притягивающую противоположные электрические заряды. В этой модели магнитное Н-поле создается магнитными зарядами, которые "размазываются" вокруг каждого полюса. Таким образом, Н-поле подобно электрическому полюсу E, которое начинается при положительном электрическом заряде и заканчивается отрицательным электрическим зарядом. Вблизи северного полюса все линии Н-поля указывают в сторону от северного полюса (внутри или снаружи магнита), а вблизи южного полюса (внутри или снаружи магнита) все линии Н-поля указывают в сторону южного полюса. Таким образом, северный полюс ощущает силу в направлении Н-поля, в то время как сила на южном полюсе противоположна силе Н-поля.

В модели магнитного полюса элементарный магнитный диполь m образуется двумя противоположными магнитными полюсами с напряжением полюса qm, разделенными очень малым расстоянием d, таким, что m = qm d.

К сожалению, магнитные полюса не могут существовать отдельно друг от друга. Все магниты имеют пары север/юг, которые не могут быть разделены без создания двух магнитов, каждый из которых имеет пару север/юг. Кроме того, магнитные полюса не учитывают ни магнетизм, создаваемый электрическими токами, ни силу, которую магнитное поле прилагает к движущимся электрическим зарядам.

Н-поле определено как:

H ≡ B μ 0 - M , {\displaystyle \mathbf {H} \equiv  {\frac {\mathbf {B} }{\mu _{0}}-\mathbf {M} (определение H в единицах SI)

С таким определением закон Ампера становится:

∮ H ⋅ d ℓ = ∮ ( B μ 0 - M ) ⋅ d ℓ = I t o t - I b = I f {\displaystyle \oint \mathbf {H} \cdot d{\boldsymbol {\ell }}=\oint \left({\frac {\mathbf {B} }{\mu _{0}}-\mathbf {M} \right)\cdot d{\boldsymbol {\ell }}=I_{\mathrm {tot} }-I_{\mathrm {b} }=I_{\mathrm {f} }}

где _If представляет собой "свободный ток", заключенный в цикл таким образом, что интеграл линии H не зависит вообще от связанных токов. Дифференциальный эквивалент этого уравнения см. в уравнениях Максвелла. Закон Ампера приводит к граничному состоянию:

H 1 , ∥ - H 2 , ∥ = K f , {\displaystyle H_{1,\parallel }-H_{2,\parallel }=\mathbf {K} _{\text{f}},}

где Kf - плотность поверхностного свободного тока.

Аналогичным образом, интеграл поверхности H над любой закрытой поверхностью не зависит от свободных токов и выделяет "магнитные заряды" внутри этой закрытой поверхности:

∮ S μ 0 H ⋅ d A = ∮ S ( B - μ 0 M ) ⋅ d A = ( 0 - ( - q M ) ) = q M , {\displaystyle \oint _{S}\mu _{0}\mathbf {H ) \cdot \mathrm {d} \mathbf {A} =\oint _{S}(\mathbf {B} -\mu _{0}\mathbf {M} )\cdot \mathrm {d} \mathbf {A} =(0-(-q_{M}))=q_{M},}

которая не зависит от свободных токов.

H-поле, таким образом, может быть разделено на две независимые части:

H = H 0 + H d , {\displaystyle \mathbf {H} =\mathbf {H} \mathbf {H} _{d},\,}

где H0 - применяемое магнитное поле, обусловленное только свободными токами, а Hd - размагничивающее поле, обусловленное только связанными токами.

Магнитное Н-поле, таким образом, повторно определяет связанный ток с точки зрения "магнитных зарядов". Н-полевые линии петляют только вокруг "свободного тока" и, в отличие от магнитного B-поля, начинаются и заканчиваются также вблизи магнитных полюсов.

• Ферромагнетизм
• Магнитный поток
• Магнитный момент