2. Магнитное поле в веществе. Виды магнетиков

Магнетиками называют вещества, способные намагничиваться во внешнем магнитном поле, т.е. способные к созданию собственного магнитного поля.

Количественной характеристикой степени намагничивания вещества служит векторная величина – намагниченность :

(4)

где – такой малый объем магнетика, в котором атомов (молекул) много, а макроскопические характеристики (магнитная индукция, температура, плотность) во всех его частях одинаковы;

–векторная сумма магнитных моментов атомов (молекул) в объеме .

Таким образом, намагниченность вещества равна магнитному моменту единицы объема вещества.

Намагниченность измеряется, согласно (4), а.

Кроме того количественно магнитные свойства вещества оценивают с помощью величины, называемой относительной магнитной проницаемостью или просто магнитной проницаемостью . В магнетизме она играет такую же роль, какдиэлектрическая проницаемость в электричестве.Магнитная проницаемость m показывает, во сколько раз изменяется индукция B магнитного поля в однородном безграничном веществе за счет его намагничивания по сравнению с индукцией B₀ магнитного поля в вакууме:

. (5)

В вакууме индукция пропорциональна другой количественной характеристике поля –напряженности магнитного поля

, (6)

где – магнитная постоянная.

Напряженность магнитного поля Н измеряется в . В веществе напряженностьопределяет тот вклад в магнитную индукцию, который дают внешние источники поля, например, катушки с током [5].

Магнетиками являются все вещества, т.е. все вещества намагничиваются во внешнем магнитном поле, но характер и степень намагничивания у них разные. В зависимости от этого все магнетики делятся на три вида: 1) диамагнетики; 2) парамагнетики; 3)ферромагнетики.

Диамагнетики. К ним относятся многие металлы (например, медь, цинк, серебро, ртуть, висмут), большинство газов, фосфор, сера, кварц, вода, большинство органических соединений.

Для диамагнетиков характерны следующие свойства:

1) очень слабое намагничивание во внешнем магнитном поле;

2) линии индукции создаваемого ими собственного магнитного поля направлены противоположно линиям индукции внешнего намагничивающего поля, поэтому поле в диамагнетиках немного ослабляется . Например, самый сильный из диамагнетиков – висмут – имеет;

3) нет остаточного магнетизма (собственное магнитное поле диамагнетика исчезает после снятия внешнего поля);

4) магнитная проницаемость не зависит от температуры.

Парамагнетики. К ним относятся щелочные и щелочноземельные металлы, алюминий, вольфрам, платина, кислород.

Для парамагнетиков характерны следующие свойства:

1) очень слабое намагничивание во внешнем магнитном поле;

2) линии индукции создаваемого ими собственного магнитного поля и линии индукции внешнего намагничивающего поля направлены одинаково, поэтому поле в парамагнетиках немного усиливается (m>1). Например, один из самых сильных парамагнетиков – платина – имеет m = 1,00036;

3) нет остаточного магнетизма;

4) магнитная проницаемость зависит от температуры: с увеличением температуры магнитная проницаемостьуменьшается.

Ферромагнетики. К ним относятся железо, никель, кобальт, гадолиний, их сплавы и соединения, а также некоторые сплавы и соединения марганца и хрома с неферромагнитными элементами. Все эти вещества обладают ферромагнитными свойствами только в кристаллическом состоянии.

Для ферромагнетиков характерны следующие свойства:

1) очень сильное намагничивание во внешнем магнитном поле;

2) в ненамагниченном образце линии индукции создаваемого им собственного магнитного поля и линии индукции внешнего намагничивающего поля направлены одинаково, поэтому поле в ферромагнетиках многократно усиливается (значения m лежат в пределах от нескольких сотен до нескольких сотен тысяч);

3) магнитная проницаемость m зависит от магнитной индукции внешнего намагничивающего поля. Причем не только от значения магнитной индукции в данный момент времени, но и от «предыстории образца», то есть от тех полей, которые действовали на ферромагнетик в предшествующие моменты времени;

4) есть остаточный магнетизм;

5) при нагревании до определенной температуры теряют свои ферромагнитные свойства и становятся парамагнетиками.