11.3 Намагничивание вещества

Пусть магнитное поле создано постоянным током, протекающем по обмотке длинной прямолинейной катушки – соленоида. Внутри соленоида поле однородно, а его индукция пропорциональна силе тока и числу витков на единицу длины катушки B0 = 0nI. Если в катушку поместить какое-либо вещество индукция поля изменится и станет равной

, (11.5)

где – результирующее поле молекулярных токов вещества, а – индукция поля «внешних» (сторонних) проводников с током.

Уточним, что такое поле ? Ясно, что это поле в веществе. Однако на микромасштабе это поле значительно изменяется вблизи ядер и электронов атомов и молекул.

Однако в любых опытах (на макро уровне) проявляет себя лишь усредненные поля. Поэтому в соотношении (10.5) и везде далее под мы будем понимать именно усредненное по физически бесконечно малым объемам поле. Чтобы характеризовать поле молекулярных токов обычно используется вектор намагничивания среды:

, (11.6)

где суммирование ведется по всем магнитным моментам атомов в пределах физически бесконечно малого объема среды V, включающий в себя точку, положение которой определено радиус-вектором . Таким образом, вектор намагничивания – локальная характеристика среды и, вообще говоря, может быть разным в разных её точках – !

…

В однородных изотропных средах индукция магнитного поля пропорциональна индукции магнитного поля сторонних проводников с током . Коэффициент пропорциональности равный

(10.7)

называется магнитной проницаемостью среды. В отличие от диэлектрической проницаемости он может быть как меньше, так и больше единицы.

11.4 Виды магнетиков

В зависимости от величины магнитной проницаемости вещества принято делить на диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Первые два класса веществ являются слабыми магнетиками – их магнитная проницаемость очень мало отличается от единицы (доли процента).1. Диамагнетики

Для этих веществ  < 1. Это означает, что результирующее поле молекулярных токов направлено навстречу полю и ослабляет его. Несмотря на крайнюю незначительность эффекта, внешние проявления диамагнетизма в сильных магнитных полях можно наблюдать. Например, диамагнетики выталкиваются из области сильного магнитного поля – это есть следствие пртивонаправленности результирующего магнитного момента молекулярных токов в этих веществах ( ). (Демонстрация: висмутовая палочка и пламя)

Каков механизм диамагнетизма. Суммарные магнитные моменты атомов таких веществ в отсутствии внешнего магнитного поля равны нулю. Действие магнитного поля вызывает прецессию орбитальных магнитных моментов электронов атомов с угловой скоростью . Поведение электронной орбитали при этом подобно волчку под действием внешней силы. Такая прецессия получила название Ларморовой. Она эквивалентна появлению дополнительного движения электрона, т.е. атомы приобретают слабый индуцированный магнитный момент , направленный против вектора поля – этот процесс иллюстрирует рис. . Такой механизм намагничивания – «наведённый магнетизм» – характерен для всех атомов любых веществ.