б) Намагнічення
Для визначення енергії намагнічуватися тіла як функції стану, наприклад як функції температури обсягу V і магнітного моменту т. Е. Необхідно спочатку деякий пояснення. Для намагнічування використовують магнітне поле. Якою мірою потрібно враховувати це магнітне поле при підрахунку енергії? Це питання можна вирішити тільки шляхом домовленості. Загальноприйнято, що зовнішнє магнітне поле, яке використовується тільки для намагнічування, не слід включати
в розрахунок при визначенні енеогіі тіла. Тому при розрахунку енергії намагніченого тіла ми оудем припускати таку фізичну ситуацію. Спочатку тіло намагничивают за допомогою магнітного поля до необхідного значення Потім вважають, що досягнуте таким чином намагнічування фіксується, наприклад, за допомогою закріплення окремих елементарних магнітів так, щоб намагнічування при зменшенні поля більш нічого не змінено. Правда, практично це виконати неможливо. Однак введення подібного «гальмування реакції" не знаходиться в протиріччі з жодним відомим законом природи. Нехай потім магнітне поле видаляють. Тільки після цього ми маємо перед собою «стан М» без зовнішнього магнітного поля. Енергія цього стану буде надалі позначатися
Мал. 6. Сила впливу магнітного полюса на тіло врівноважується навантаженням К.
Для введеного таким чином визначення енергії доведемо наступне. Якщо магнітний момент тіла і магнітне поле, необхідне для створення цього моменту, то робота, яку необхідно здійснити при збільшенні на складає
Якщо Н відомо у вигляді функції від то
дає приріст енергії нашого тіла, пов'язаний з вчиненням роботи (3.3). Поряд з цим для повноти даних про зміну енергії було б включити в розрахунок відповідно до (3.1) додатково підведене кількість тепла яке потрібно враховувати, якщо, наприклад, намагнічування відбувається при постійній температурі, т. Е. В термостаті.
Для апаратурного обґрунтування рівняння (3.3) розглянемо два різні способи намагнічування, а саме, намагнічування за допомогою наближення до постійного магніту або за допомогою соленоїда.
Первош спосіб зображений у вигляді схеми на рис 6. Нехай - південний полюс постійного магніту, що намагнічує, тіло, компонента х магнітного поля, що виник від 5 в точці х тіла. Н зростає при наближенні до магнітного полюса Діюча на магнітний момент в напрямку х сила Отже, тіло буде знаходитися в рівновазі, якщо ми, як зазначено на рис. 6, за допомогою нитки і блоку докладемо до тіла дорівнює за величиною протилежно спрямовану силу. При наближенні до на відстань здійснюється робота (вантаж До піднімається). Отже, досконала над системою плюс робота становить:
При пересуванні від до кінцевого значення Н
т. е. отримаємо вираз, спочатку зовсім відмінне від (3.3а) Для того щоб прийти до вираження (3.3а), ми повинні виконати ще один крок. Він полягає в тому, що ми «закріплюємо» або «фіксуємо» досягнуте при Н намагнічування Тепер знову відсунемо тіло з фіксованим таким чином магнітним моментом з області полюса При цьому ми повинні подолати силу отже, в цілому затратити роботу
Мал. 7. Порівняння величин
Таким чином, загальна витрачена робота складе
це і є значення, наведене в (3.3а). Після здійснення роботи випробувані тіло знову розташоване за межами впливу полюса 5, як і раніше, коли його момент дорівнював нулю.
Потенційна енергія намагніченого тіла щодо полюса відповідно до вищенаведеної домовленістю не входить в енергію системи. У розрахунок приймається тільки «внутрішня» енергія, наприклад, при мікроскопічному розгляді взаємна енергія елементарних диполів, результуючий магнітний момент яких дорівнює
Малюнок 7 ілюструє сказане вище. На ньому зображена крива намагнічування Видно, що дві площі в сумі дорівнюють прямокутнику
Якщо намагнічування проводиться за допомогою соленоїда, то розрахунок проводиться таким чином. Нехай намагнічуватися тіло має форму довгого циліндра довжиною I і поперечним перерізом На нього намотано битків дроту, у якій відсутній опір і по якій проходить електричний струм (рис. 8). Тоді всередині соленоїда виникає гомогенне магнітне поле
Якщо магнітний момент одиниці об'єму нашого тіла, то індукція і ефективний потік індукції
Зміна в часі за законом індукції призводить до виникнення напруги
З цим напругою пов'язана потужність, рівна Внаслідок того що
де обсяг тіла, і отже, його магнітний момент, тому
Мал. 8. Намагнічення за допомогою котушки з струмом.
Таким чином, що здійснюються над системою робота за час визначається виразом
Для того щоб отримати значення (3.3а), після досягнення намагніченості знову зафіксуємо її і після цього видалимо поле При цьому ми знову повернемо енергію поля Зрештою матимемо намагнічене до тіло без зовнішнього магнітного поля і відповідно до рівняння (3.3а) витрачена в цілому робота буде дорівнює: