, Отсюда .

      Т.к. в вакууме   , имеем

 - объёмная плотность энергии магнитного поля , равная

. 17   При изучении магнитного поля в веществе различают два типа токов – макротоки и микротоки.       Макротоками называются токи проводимости и конвекционные токи, связанные с движением заряженных макроскопических тел.       Микротоками (молекулярными токами) называют токи, обусловленные движением электронов в атомах, молекулах и ионах.       Магнитное поле в веществе является суперпозицией двух полей: внешнего магнитного поля, создаваемого макротоками и внутреннего, или собственного, магнитного поля, создаваемого микротоками.       Характеризует магнитное поле в веществе вектор   , равный геометрической сумме    и    магнитных полей:   , Гипотеза Ампера Согласно гипотезе Ампера, внутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи. Сейчас мы уже знаем, что эти токи представляют собой движение электронов по орбитам в атоме. Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены беспорядочно по отношению друг к другу вследствие теплового движения молекул, составляющих тело, то их взаимодействия взаимно компенсируются и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает. И наоборот: если плоскости, в которых вращаются электроны, параллельны друг другу и направления нормалей к этим плоскостям совпадают, то такие вещества усиливают внешнее магнитное поле.

18

Намагни́ченность — векторная физическая величина, характеризующая магнитное состояние макроскопического физического тела. Обозначается обычно М или J. Определяется как магнитный момент единицы объёма вещества.

Вектор намагниченности ("намагничения")

Если вещество помещено во внешнее магнитное поле, то в атомах или молекулах этого вещества появляются токи связанных зарядов (плотность которых обозначим через Jin).

Таким образом в атомах возникают магнитные моменты от Jin.

В результате, в веществе возникает суммарный магнитный момент илинамагниченность. Для описания свойств намагниченности можно ввести понятие магнитного момента единицы объема M по следующему определению:

где =

1. M — вектор намагниченности

2. m - вектор магнитного момента;

3. V — объём , занимаемый веществом

МАГНИ́ТНАЯ ПРОНИЦА́ЕМОСТЬ, безразмерная физическая величина, характеризующая изменение магнитной индукции В среды под воздействием магнитного полянапряженностью Н.

В случае однородной изотропной среды магнитная проницаемость m:

m = В/(m_oН), где m_o — магнитная постоянная.

В анизотропных кристаллах магнитная проницаемость — тензор.

Магнитная проницаемость связана с магнитной восприимчивостью следующим образом:

m = 1 + c (в единицах СИ); m = 1 + 4pc (в единицах СГС).

Магнитная проницаемость физического вакуума m =1, так как c=0.

Магнитная проницаемость показывает, во сколько раз абсолютная магнитная проницаемость данного материала больше магнитной постоянной, т. е., во сколько раз магнитное поле макротоков Н усиливается за счет поля микротоков среды.

Напряженностью магнитного поля называют векторную величину   , характеризующую магнитное поле и определяемую следующим образом:

,

      Напряженность магнитного поля заряда q, движущегося в вакууме равна:

,

19

Диамагнетики – вещества, характеризуемые отрицательным значением магнитной восприимчивости χ. Вследствие этого вектор намагничивания    в этих веществах направлен противоположно внешнему намагничивающему полю  . Диамагнетиками являются, например, вода (χ = - 9∙10-6), серебро (χ = - 2,6∙10-5), висмут (χ = - 1,7∙10-4).

Парамагнетики – характеризуются положительным значение χ , ведут они себя подобно диэлектрикам с диэлектрической проницаемостью ε>1, то есть вектор    в этих веществах параллелен намагничивающему полю  . К парамагнетикам относятся алюминий (χ = 2,1∙10-6), платина (χ = 3∙10-4), хлористое железо (χ =  2,5∙10-3).

Ферромагнетики – особый вид магнетиков, отличающийся от других магнетиков следующими характерными признаками: 1) высоким значением магнитной восприимчивости (см. таблицу); 2) зависимостью магнитной проницаемости μ от напряженности магнитного поля, вследствие чего зависимость    от   для этих веществ является нелинейной; 3) наличием петли гистерезиса на кривой намагничивания; 4) существованием температуры, называемой точкой Кюри, выше которой ферромагнетик ведет себя как обычный парамагнетик. Из чистых металлов ферромагнетиками являются железо, никель, кобальт, а также некоторые редкоземельные металлы (например, гадолиний). К числу ферромагнетиков относятся сплавы и соединения этих металлов, а также сплавы и соединения марганца и хрома с неферромагнитными элементами (например, MnAlCu, CrTe и другие).

Ферримагнетики (ферриты) – вещества, в которых магнитные моменты атомов кристаллической решетки образуют несколько магнитных подрешеток с магнитными моментами, направленными навстречу друг другу. Имея меньшую величину магнитной восприимчивости по сравнению с ферромагнетиками, в остальном ферримагнетики характеризуются теми же признаками, что и ферромагнетики. Типичными ферритами являются соединения оксидов железа с оксидами других металлов - шпинели (MnFe2O4), гранаты Gd3Fe5O12), гексаферриты (PbFe12O19). Другую группу ферритов образуют двойные фториды типа RbNiF3, а также соединения типа RFe2 (R – редкоземельный металл).

Антиферромагнетики – частный случай ферримагнетиков, в которых магнитные моменты подрешеток с противоположно направленными магнитными моментами полностью компенсируют друг друга (скомпенсированный ферримагнетик). Существование антиферромагнетиков было предсказано Л.Д.Ландау в 1933г. В настоящее время известен широкий спектр веществ, обладающих антиферромагнитными свойствами: редкоземельные элементы (Er, Dy, Ho), оксиды и дифториды некоторых металлов (FeO, MnO, CoF2, NiF2), соли угольной и серной кислот (MnCO3, NiSO4) и другие.

Сверхдиамагнетики (идеальные диамагнетики) – вещества, магнитная прони-цаемость μ которых равна нулю.

20

 В отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты атомов вещества ориентированы обычно беспорядочно, так что создаваемые ими магнитные поля компенсируют друг друга. При наложении внешнего магнитного поля атомы стремятся сориентироваться своими магнитными моментами    по направлению внешнего магнитного поля, и тогда компенсация магнитных моментов нарушается, тело приобретает магнитные свойства – намагничивается. Большинство тел намагничивается очень слабо и величина индукции магнитного поля B в таких веществах мало отличается от величины индукции магнитного поля в вакууме 

   Движущийся по орбите электрон обладает орбитальным механическим моментом импульса

    

Орбитальные магнитный и механический моменты связаны между собой

где   - гиромагнитное отношение орбитальных моментов.

Электрон обладает собственным моментом импульса, который называется спином электрона, и собственным магнитным моментом (спиновый магнитный момент)

  где h – постоянная Планка,   – гиромагнитное отношение спиновых моментов.