19.3. Вектор намагниченности

Для характеристики степени намагниченности вещества вводят понятие вектора намагниченности — векторную сумму магнитных моментов всех частиц, находящихся в единице объема вещества:

.

(19.4)

где суммирование проводится по магнитным моментам всех частиц (атомов, молекул), находящихся в объеме V. На основании (19.4) можно установить, что намагниченность измеряется в амперах на метр (А/м).

В таких же единицах выражена напряженность магнитного поля H. Между намагниченностью и напряженностью существует связь:

.

(19.5)

где  — безразмерная величина, называемая магнитной восприимчивостью.

Из (19.5) видно, что магнитная восприимчивость численно равна намагниченности магнетика при единичной напряженности магнитного поля. Можно показать, что между магнитной восприимчивостью и магнитной проницаемостью существует связь, аналогичная (12.16):

.

(19.6)

По своему физическому содержанию формула (19.5) аналогична формуле (12.10), связывающей поляризованность диэлектрика с напряженностью электрического поля . Однако есть одно существенное отличие: диэлектрическая восприимчивость  всегда положительна, в то время как магнитная восприимчивость  может быть как положительной, так и отрицательной. Это означает, что поляризованность диэлектрика всегда ориентирована в направлении поля . В то же время намагниченность может быть направлена как вдоль оси магнитного поля , так и навстречу ему.

19.4. Слабо магнитные вещества

Как было отмечено, к слабомагнитным веществам относятся диамагнетики и парамагнетики.

Диамагнетизм наблюдается у веществ, атомы которых в отсутствии магнитного поля не обладают магнитным моментом (инертные газы, органические соединения, металлы — Zn, Au, Hg и др.). Диамагнетизм универсален, однако в тех случаях, когда атомы обладают собственными магнитными моментами, диамагнитный эффект перекрывается значительно более сильным парамагнитным эффектом.

У диамагнетиков магнитная восприимчивость <0. Это означает, что магнитное поле внутри диамагнетика ослабляется. В слабых магнитных полях зависимость линейна, причем намагниченность антипараллельна напряженности магнитного поля : . В отсутствии внешнего магнитного поля диамагнетик не обладает остаточным магнетизмом, т.е. при намагниченность .

Если образец из диамагнетика поместить в неоднородное магнитное поле, то он выталкивается из этого поля; в однородном магнитном поле диамагнитный стержень выстраивается перпендикулярно магнитному полю.

Диамагнетизм объясняется тем, что при наложении на диамагнетик внешнего магнитного поля у его атомов возникают магнитные моменты, которые создают дополнительное магнитное поле, направленное навстречу внешнему (см. прил. 3).

Парамагнетизм наблюдается у веществ, атомы которых в отсутствии внешнего магнитного поля обладают отличным от нуля орбитальным магнитным моментом.

При этом, как и для диамагнетиков зависимость от в слабых магнитных полях линейна: . Однако в данном случае >0, т.е. магнитное поле внутри парамагнетика усиливается. Кроме того, у парамагнетиков магнитная восприимчивость  на несколько порядков больше, чем у диамагнетиков.

Примеры парамагнетиков: O₂, NO, Al, пары щелочных металлов, Pt, FeCl₃. Парамагнетик втягивается в магнитное поле. Стержень из парамагнетика в однородном магнитном поле выстраивается параллельно вектору . Парамагнетизм объясняется тем, что во внешнем магнитном поле магнитные моменты атомов (молекул) приобретают преимущественную ориентацию в направлении поля и тем самым создают дополнительное магнитное поле, совпадающее с внешним. Тепловое движение стремится разупорядочить преимущественную ориентацию магнитных моментов, поэтому в соответствии с законом Кюри магнитная восприимчивость парамагнетика обратно пропорциональна температуре (см. прил. 4).