Диамагнетики

У диамагнетиков χ < 0 и μ < 1, то есть, магнитное поле в них ослабляется. Это можно объяснить следующим образом. Если на вращающееся тело (юла, волчок) действует опрокидывающая сила, то ось вращения тела начинает описывать вращательные конусообразные движения, называемые прецессией. Электрон, движущийся по орбите, подобен волчку. Поэтому ему должны быть свойственны все особенности поведения гироскопов под действием внешних сил.

Так как электрон, движущийся по орбите, это замкнутый электрический ток, то, следовательно, на замкнутый ток в магнитном поле будет действовать вращающий момент, стремящийся установить орбитальный магнитный момент электрона по направлению магнитного поля. Это приводит к появлению прецессионного движения. Ось вращения электрона сама начнет вращаться вокруг направления вектора Н. Это соответствует появлению еще одного микротока, который создает дополнительный магнитный момент. Этот индуцированный магнитный момент направлен против внешнего магнитного поля. В = В₀ - В′, В = μВ₀, μ < 1.

Свойство атомных электронов создавать при внесении в магнитное поле дополнительный магнитный момент, направленный против внешнего магнитного поля, называется диамагнетизмом. Диамагнетизм присущ всем веществам. Но в парамагнетиках диамагнетизм перекрывается более сильным парамагнетизмом.

К диамагнетикам относятся Bi, Hg, Au, P, S, Ag, Cu, He, вода, большинство органических соединений. Стержень из диамагнетика в однородном магнитном поле устанавливается перпендикулярно линиям индукции, в неоднородном -выталкивается из поля.

Ферромагнетики

Особый класс магнетиков образуют вещества, способные обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля. Они называются ферромагнетиками (представитель – железо). К ним относятся также Ni, Co, Gd, Mn, Cr их сплавы и соединения. Ферромагнетики являются сильномагнитными веществами. Магнитная проницаемость большинства ферромагнетиков достигает сотен и тысяч. Намагниченность слабомагнитных веществ (диамагнетиков и парамагнетиков) изменяется с напряженностью поля линейно. Намагниченность ферромагнетиков зависит от напряженности поля сложным образом.

Ответственными за магнитные свойства ферромагнетиков являются собственные (спиновые) моменты электронов. При определенных условиях в кристаллах могут возникать силы, которые заставляют магнитные моменты электронов выстраиваться параллельно друг другу. В результате в кристалле возникают целые области спонтанного намагничения, которые называются домены. В пределах одного домена ферромагнетик намагничен до насыщения. Но в отсутствие внешнего магнитного поля магнитные моменты разных доменов ориентированы хаотично и суммарный магнитный момент тела равен 0. Домены имеют размеры порядка 1 – 10 мкм.

При помещении во внешнее магнитное поле происходит ориентировка магнитных моментов доменов по полю. Под действием даже небольшого намагничивающего поля магнитное поле в ферромагнетике увеличивается до больших значений и намагниченность достигает насыщения, когда все домены будут ориентированы по полю. При достижении насыщения индукция поля будет продолжать расти по линейному закону В = μ₀(Н + J) = μ₀Н + соnst.

Если теперь уменьшать намагничивающее поле, то начнется разориентировка доменов. Но даже и после снятия внешнего магнитного поля ориентировка полей доменов в значительной степени сохранится, магнитное поле в кристалле не исчезнет.

В₀ – остаточная индукция, ей соответствует остаточная намагниченность В₀ = μ₀J₀.

Существование остаточной намагниченности делает возможным изготовление постоянных магнитов. Постоянный магнит тем лучше сохраняет свои свойства, чем больше коэрцитивная сила материала, из которого изготовлен магнит. Коэрцитивная сила Н_к – это напряженность внешнего магнитного поля, противоположного намагничивающему, которое необходимо приложить, чтобы размагнитить образец.

Отставание изменения индукции магнитного поля в ферромагнетике от изменения напряженности внешнего магнитного поля называется магнитным гистерезисом, а кривая зависимости В от Н – петлей гистерезиса.

Тепловое движение может разрушить самопроизвольную намагниченность доменов. Поэтому при определенной температуре, называемой температурой Кюри, ферромагнитные свойства исчезают, вещество становится обычным парамагнетиком. Fe – Θ = 770⁰ C, Co – Θ = 1150⁰ C, Ni – Θ = 365⁰ C.

Лекция 13