2.2. Физическая классификация магнетиков

Магнетиками называются все вещества, способные намагничиваться во внешнем магнитном поле, т.е. создавать внутреннее магнитное поле самого вещества. Они подразделяются по своим магнитным свойствам на слабомагнитные и сильномагнитные вещества. К слабомагнитным веществам относятся парамагнетики, к сильномагнитным – ферромагнетики.

Имеется также два обособленных подкласса материалов, выделенных из общего класса ферромагнетиков — антиферромагнетики и ферримагнетики. В обоих случаях эти вещества относятся к классу ферромагнетиков, но обладают особыми свойствами. При низких температурах магнитные поля соседних атомов выстраиваются строго параллельно, но в противоположных направлениях. Антиферромагнетики состоят из атомов одного элемента и, как следствие, их магнитное поле становится равным нулю. Ферримагнетики представляют собой соединение двух и более веществ. Результатом суперпозиции противоположно направленных полей становится макроскопическое магнитное поле, присущее материалу в целом.

Характерные особенности магнетиков приведены в таблице. 2.2.1.

Табл. 2.2.1.

Параметр	Диамагнетики	Парамагнетики	Ферро-магнетики
Относительная магнитная проницаемость μ	μ ≤ 1	μ ≥ 1	μ >>1
Зависимость μ от индукции В0 поля, в котором намагничиваются вещества.	Не зависит	Не зависит	Зависит
Зависимость μ от температуры Т	Не зависит	μ = 1+С/Т	Зависит нелинейно
Примеры веществ	Гелий, аргон, золото, цинк, медь, ртуть, вода, стекло, органические вещества.	Кислород, алюминий, платина, редкоземельные элементы, кислород, титан, тантал, инертные газы, самарий, празеодим.	Железо, никель, кобальт, гадолиний, магнетит, ферросилиций.

2.2.1. Диамагнетизм

Диамагнетики – вещества, у которых атомы или молекулы в отсутствие внешнего магнитного поля не имеют магнитных моментов.

В качестве примера рассмотрим атом гелия. Из упрощенной схемы и предположения, что оба электрона гелия обращаются вокруг ядра с одной скоростью, по одинаковым орбитам, но в противоположных направлениях, видно, что орбитальные магнитные моменты равны по модулю и противоположны по знаку и суммарный магнитный момент атома гелия P_m = p_m⁽¹⁾ + p_m⁽²⁾ будет равен нулю.

Рис. 2.2.1.1. Магнитный момент атома гелия.

При внесении диамагнитного вещества в магнитное поле в каждом его атоме (молекуле) индуцируется некоторый дополнительный индукционный ток I_i c магнитным моментом Δ Р_mi . Вектор Δ Р_mi направлен противоположно вектору В₀ магнитной индукции внешнего магнитного поля. Суммарное магнитное поле, созданное во всех атомах индукционными токами, является собственным (внутренним) полем. Вектор магнитной индукции внутреннего поля направлен противоположно вектору индукции внешнего намагничивающего поля.

Рис.2.2.1.2. Магнитный момент атома диамагнитного вещества в магнитном поле.

Если воздействие намагничивающего поля прекращается, то проявления диамагнитных свойств исчезают. На возникновение индукционных токов в атомах не влияет тепловое хаотическое движение атомов, поэтому диамагнитные свойства вещества не зависят от температуры.

Диамагнетизм - универсальное свойство всех веществ, однако, так как он является очень слабым эффектом, диамагнитные свойства наблюдаются только у тех веществ, где они не маскируются более сильными магнитными свойствами.