2. Классификация магнитных материалов
2.1. Диамагнетики.
Диамагнетиками являются материалы, атомы, ионы или молекулы которых в отсутствие внешнего магнитного поля не имеют результирующего магнитного момента. В них существует только магнитный момент, наведенный внешним магнитным полем.
Диамагнетизм заключается в индуцировании внешним магнитным полем магнитного момента в электронных оболочках атомов, ионов или молекул. Поэтому он присущ всем материалам независимо от их агрегатного состояния и вида химической связи. Однако в чистом виде его можно наблюдать только у тех материалов, в которых магнитный момент атома Pат равен нулю. Такие материалы называют диамагнетиками.
Для диамагнетиков характерно то, что у них вектор намагниченности J направлен против вектора внешнего намагничивающего поля H, поэтому они подвергаются выталкивающему действию из последнего. Магнитная восприимчивость km диамагнетиков отрицательная и по абсолютному значению очень мала |km|=10-4 – 10-8. В большинстве случаев km не зависит от температуры и напряжённости магнитного поля.
Диамагнетиками являются все инертные газы, водород, аммиак и др., ряд металлов, некоторые из которых применяются в электрических машинах, (Си, Аg, Аu, Zn, Рb, Нg и др.), металлоиды (Р, S, Si и др.), вещества неорганические (стёкла, мрамор, вода и др.) и органические (воск, нефть и др.). Магнитная проницаемость у них немного меньше единицы (<1), поэтому они не оказывают существенного влияния на формирование магнитного поля в электрических машинах, а конструктивные элементы из диамагнтиков можно принимать за воздушные зазоры.
Существует понятие идеального диамагнетика. Это материал, у которого магнитная восприимчивость =-1. Очевидно, внутри идеального диамагнетика магнитного поля нет, поскольку в этом случае согласно (1.15) магнитная проницаемость равна 0. В настоящее время таких материалов нет, однако свойствами идеального диамагнетика обладают материалы, находящиеся в состоянии сверхпроводника, что рассматривается в разделе 6.
2.2. Парамагнетики.
Парамагнетизм наблюдается у материалов, атомы (ионы) которых имеют нечётное число электронов (кроме Сu, Аg). Атомы (ионы или молекулы) парамагнетиков в отсутствие внешнего магнитного поля уже обладают собственным магнитным моментом, который обусловлен не скомпенсированными в них спиновыми магнитными моментами электронов. Однако, так как взаимодействие между магнитными моментами атомов (ионов или молекул) очень мало, поэтому их магнитные моменты расположены беспорядочно (рис. 2.1, а) и результирующая намагниченность J материала равна нулю.
Рис. 2.1. Схематическое изображение магнитных моментов атомов в отсутствие внешнего магнитного поля в парамагнетиках.
При воздействии магнитного поля магнитные моменты атомов парамагнетиков ориентируются в направлении внешнего магнитного поля и усиливают его, т. е. проявляется положительная намагниченность (km >0).Поэтому они втягиваются в области с максимальной напряженностью магнитного поля. По абсолютному значению km очень мала и не зависит от напряженности магнитного поля, но зависит от температуры. Магнитная проницаемость у них немного больше единицы, поэтому парамагнетики как и диамагнетики практически не оказывают влияния на магнитное поле и их можно принимать как воздушные зазоры.
Парамагнетизм проявляется у щелочных металлов nа, К и переходных металлов (Тi, V, Сг, Мn ), имеющих недостроенную Зd электронную оболочку; редкоземельных элементов (лантаноидов) от церия до лютеция имеющих недостроенную 4d-электронную оболочку.