Μαγνητικό πεδίο

Οι φυσικοί μπορούν να πουν ότι η δύναμη και οι ροπές μεταξύ δύο μαγνητών προκαλούνται από μαγνητικούς πόλους που απωθούνται ή έλκονται μεταξύ τους. Αυτό είναι σαν τη δύναμη Coulomb που απωθεί τα ίδια ηλεκτρικά φορτία ή έλκει αντίθετα ηλεκτρικά φορτία. Σε αυτό το μοντέλο, ένα μαγνητικό πεδίο Η παράγεται από μαγνητικά φορτία που είναι "πασαλειμμένα" γύρω από κάθε πόλο. Έτσι, το πεδίο Η είναι σαν το ηλεκτρικό πεδίο Ε που ξεκινά από ένα θετικό ηλεκτρικό φορτίο και καταλήγει σε ένα αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο. Κοντά στο βόρειο πόλο, όλες οι γραμμές του πεδίου Η δείχνουν μακριά από το βόρειο πόλο (είτε μέσα στο μαγνήτη είτε έξω), ενώ κοντά στο νότιο πόλο (είτε μέσα στο μαγνήτη είτε έξω) όλες οι γραμμές του πεδίου Η δείχνουν προς το νότιο πόλο. Ένας βόρειος πόλος, λοιπόν, αισθάνεται μια δύναμη προς την κατεύθυνση του πεδίου Η, ενώ η δύναμη στο νότιο πόλο είναι αντίθετη προς το πεδίο Η.

Στο μοντέλο των μαγνητικών πόλων, το στοιχειώδες μαγνητικό δίπολο m σχηματίζεται από δύο αντίθετους μαγνητικούς πόλους με ένταση πόλου q που _mχωρίζονται από μια πολύ μικρή απόσταση d, έτσι ώστε m = q _md.

Δυστυχώς, οι μαγνητικοί πόλοι δεν μπορούν να υπάρξουν ο ένας χωριστά από τον άλλο. Όλοι οι μαγνήτες έχουν ζεύγη βορρά/νότου τα οποία δεν μπορούν να διαχωριστούν χωρίς να δημιουργηθούν δύο μαγνήτες που ο καθένας έχει ένα ζεύγος βορρά/νότου. Επίσης, οι μαγνητικοί πόλοι δεν εξηγούν τον μαγνητισμό που παράγεται από ηλεκτρικά ρεύματα ούτε τη δύναμη που ασκεί ένα μαγνητικό πεδίο στα κινούμενα ηλεκτρικά φορτία.

Το πεδίο H ορίζεται ως εξής:

H ≡ B μ 0 - M , {\displaystyle \mathbf {H} \ \ \equiv \ {\frac {\mathbf {B} }{\mu _{0}}}-\mathbf {M} ,} (ορισμός του H σε μονάδες SI)

Με αυτόν τον ορισμό, ο νόμος του Ampere γίνεται:

∮ 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} }}

όπου το I_f αντιπροσωπεύει το "ελεύθερο ρεύμα" που περικλείεται από το βρόχο, έτσι ώστε το γραμμικό ολοκλήρωμα του H να μην εξαρτάται καθόλου από τα δεσμευμένα ρεύματα. Για το διαφορικό ισοδύναμο αυτής της εξίσωσης βλέπε εξισώσεις του Maxwell. Ο νόμος του Ampere οδηγεί στη συνοριακή συνθήκη:

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

όπου Κ _fείναι η επιφανειακή πυκνότητα ελεύθερου ρεύματος.

Ομοίως, ένα επιφανειακό ολοκλήρωμα του Η πάνω σε οποιαδήποτε κλειστή επιφάνεια είναι ανεξάρτητο από τα ελεύθερα ρεύματα και διαλέγει τα "μαγνητικά φορτία" μέσα σε αυτή την κλειστή επιφάνεια:

∮ 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},}

η οποία δεν εξαρτάται από τα ελεύθερα ρεύματα.

Το πεδίο Η, επομένως, μπορεί να διαχωριστεί σε δύο ανεξάρτητα μέρη:

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

όπου H₀ είναι το εφαρμοζόμενο μαγνητικό πεδίο που οφείλεται μόνο στα ελεύθερα ρεύματα και H _dείναι το πεδίο απομαγνήτισης που οφείλεται μόνο στα δεσμευμένα ρεύματα.

Το μαγνητικό πεδίο Η, επομένως, αναδιαμορφώνει το δεσμευμένο ρεύμα σε όρους "μαγνητικών φορτίων". Οι γραμμές του πεδίου Η σχηματίζουν βρόχο μόνο γύρω από το "ελεύθερο ρεύμα" και, σε αντίθεση με το μαγνητικό πεδίο Β, αρχίζουν και τελειώνουν επίσης κοντά στους μαγνητικούς πόλους.

• Σιδηρομαγνητισμός
• Μαγνητική ροή
• Μαγνητική ροπή