Лекция 31	Атом в магнитном поле. Диамагнетизм. Парамагнетизм.
	Магнитное поле в веществе. Намагниченность. Напряжённость магнитного поля, её циркуляция. Магнитная проницаемость среды.

1. Магнитное поле в веществе. Вектор намагничивания

До сих пор предполагалось, что проводники, создающие магнитное поле, находятся в вакууме. Если же они находятся в какой-либо среде, то магнитное поле существенно изменяется. Это связано о тем, что всякое вещество - магнетик, т.е. способно под действием магнитного поля приобретать магнитный момент (намагничиваться). Намагниченное вещество создает поле , которое накладывается на поле токов , и результирующее поле будет равно:

(23.1)

Для объяснения намагниченности вещества Ампер предположил наличие в атомах и молекулах круговых токов, обладающих магнитным моментом P_m и создающих магнитное поле с индукцией B~P_m.

Так, схематично, рассматривая атом как систему вращающихся вокруг него э лектронов, можно вычислить соответствующий магнитный момент (Рис. 23.1):

P_m=iS=iπr²

где S - площадь орбиты, если υ - частота вращения электрона, то

(23.2)

Под действием магнитного поля магнитные моменты отдельных атомов получают преимущественную ориентацию, и вещество намагничивается. Интенсивность намагничивания принято характеризовать вектором намагничивания - магнитным моментом единицы объема:

(23.3)

Для однородного вещества , где n — концентрация атомов.

2. Описание поля в магнетике. Напряженность магнитного поля.

Закон полного тока в магнетике о учетом молекулярных токов имеет вид:

(23.4)

где i₀ — ток проводников, I_M - молекулярный ток, охватываемый контуром (Рис. 23.2). Для нахождения I_M подсчитаем число токов dI_M, охватываемых контуром dl:

,

где i_M - отдельный молекулярный ток S - его площадь, n - концентрация, т.к. , а молекулярный ток, охватываемый всем контуром L:

(23.5)

Подставив эту формулу в (23.4), получаем:

(23.6)

Вектор (23.7)

называют напряженностью магнитного поля. С ее помощью закон полного тока в магнетике имеет вид

(23.8)

Напряженность магнитного поля является вспомогательной величиной, а не силовой характеристикой магнитного поля. Она вводится аналогично электрическому смещению в электростатике. В СИ напряженность измеряют в А/м. Кроме того, пользуются внесистемной единицей 1 эрстед (Э) 80 А/м.

Вектор намагничивания принято связывать с напряженностью :

(23.9)

где x - магнитная восприимчивость. Подставив (23.9) в (23.7) получим или .

Величина μ=1+χ называется магнитной проницаемостью вещества. С помощью ее находим:

(23.10)

3. Элементарные носители магнетизма

Как говорилось, наличие у атомов магнитных моментов связано с движением в них электронов. По современным представлениям о строении атомов величина орбитального магнитного момента электрона кратна некоторой величине μ_B - магнетону Бора:

- постоянная Планка, e и m - заряд и масса электрона.

Двигаясь по орбите, электрон обладает и механическим моментом L, кратным ћ: L=nћ.

Отношение, этих моментов называют гиромагнитным отношением, которое для орбитального движения равно:

(23.11)

Помимо орбитальных моментов электрон обладает еще и собственными механическим L_S и магнитным P_mS моментами, которые называют также спиновыми. Первоначальное представление о спине для наглядности связывали о вращением электрона вокруг собственной оси. Однако такое представление неверное. Спин -особое свойство микрочастиц, присущее им как масса и заряд.

(23.12)

Магнитный момент атома таким образом будет суммой этих моментов, причем эта сумма не арифметическая, а более сложная. Ядра также обладают магнитными моментами, однако их величина значительно меньше, чем у электронов, поэтому магнитные моменты атомов определяются в основном магнитными свойствами электронной оболочки.

Так обстоит дело в случае изолированного атома. Для твердого тела магнитный момент атома определяется не только составляющим его частицами, но и взаимодействием их с соседними атомами.

Из оказанного следует, что на все атомы будет действовать магнитное поле, т.е. все они в той или иной степени магнитны. Следовательно, немагнитных веществ также не существует.

По магнитным свойствам, в зависимости от строения атомов вещества, магнетики делятся на три группы: диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики.