15.2.3 Связь векторов , и . Виды магнетиков.

Использованный нами подход для учёта вклада микротоков в создание общего магнитного поля в веществе сходен с тем, который был применён ранее при рассмотрении теоремы Гаусса для электрического поля. Напомним: с целью учёта вклада полей отдельных молекул (электрических диполей) в создание общего электрического поля нами был также введён вспомогательный вектор (вектор электрического смещения),  ₀  , после чего в формулировке самой теоремы стали фигурировать только свободные (а не связанные с диполями) заряды. Далее мы учли, что  ₀, где  – диэлектрическая восприимчивость вещества, в результате чего получили:  ₀(1  ), или  ₀.

Применим подобные рассуждения и в случае магнитного поля.

Поскольку ориентация магнитных моментов отдельных микротоков определяется индукцией внешнего поля (см. рис. 15.4), то и их векторная сумма также зависит от , то есть  . Обычно, однако, вектор связывают не с индукцией магнитного поля, а с его напряжённостью , записывая эту связь в виде

 , (15.11)

при этом коэффициент пропорциональности  называют магнитной восприимчивостью вещества.

Используя соотношение (15.9), можно осуществить следующие выкладки:    , или  ₀(1  ). Если теперь ввести обозначение 1    , то связь векторов и приобретает вид:

 ₀, (15.12)

где коэффициент  называемся магнитной проницаемостью вещества. Так же, как и диэлектрическая проницаемость , магнитная проницаемость является безразмерной величиной и зависит от свойств вещества.

Диэлектрическая проницаемость  всегда больше единицы; в отличие от неё магнитная проницаемость  может оказаться меньше единицы. Это связано с тем, что диэлектрическая восприимчивость всегда положительна, в то время как магнитная восприимчивость  оказывается отрицательной у большого числа веществ, относящихся к классу диамагнетиков. Именно по этому параметру и производится классификация магнетиков:

 если   1 и при этом   0 (обычно   10^5  10^4), то такие вещества являются парамагнетиками (типичный пример – щелочные металлы), они слабо реагируют на внешнее магнитное поле, втягиваясь в область с повышенной магнитной индукцией;

 если   1, но при этом   0 (обычно   10^6  10^5), то такие вещества являются диамагнетиками (типичный пример – инертные газы), они также слабо реагируют на внешнее магнитное поле, но выталкиваются из него;

 магнитная восприимчивость ферромагнетиков не только положительна и весьма велика (  1 и может достигать 10³  10⁴), но она, к тому же, не является константой,   (H), то есть зависит от напряжённости магнитного поля.

15.2.4 Некоторые примеры

• К диамагнетикам относятся инертные газы, азот, водород, кремний, фосфор, висмут, цинк, медь, золото, серебро, а также многие другие, как органические, так и неорганические, соединения. Человек в магнитном поле ведет себя как диамагнетик.

• Идеальными диамагнетиками являются сверхпроводники, их магнитная восприимчивость    1, то есть внешнее магнитное поле внутри них полностью экранируется.

• Парамагнетиками являются щелочные и щелочно-земельные металлы, некоторые переходные металлы, соли железа, кобальта, никеля, редкоземельных металлов, кислород, окись азота.

• Примеры ферромагнетиков: железо, никель, кобальт, их соединения и сплавы, некоторые сплавы марганца, серебра, алюминия и др. При низких температурах некоторые редкоземельные элементы – гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий.