2. Диамагнетизм и парамагнетизм

Во внешнем магнитном поле на электрон атома будет действовать в соответствии с (10.3) вращательный момент М. Но поскольку электрон обладает механическим моментом L, под действием вращательного момента его орбита, подобно механическому волчку, будет совершать прецессию вокруг направления магнитного поля В с угловой скоростью ω' (рис. 10.2). Это дополнительное движение электрона приводит к появлению у него магнитного момента р’_m, называемого индуцированным, при чем направлен этот момент против магнитного поля В. В этом заключается сущность явления диамагнетизма⁴. Диамагнетизм присущ всем веществам, но обнаруживается только у тех из них, атомы и молекулы которых в отсутствии внешнего поля не обладают магнитным моментом (диамагнетики)⁵. Большинство веществ в природе являются диамагнетиками. Типичные примеры диамагнетиков: вода, стекло, медь, водород, поваренная соль.

Если атомы и молекулы вещества обладают постоянным магнитным моментом, то магнитное поле B не только индуцирует в каждом атоме момент р_m, но и оказывает ориентирующее действие на магнитные моменты р_т атомов, стремясь сориентировать их вдоль направления поля B. Поскольку p_m р_m результирующий магнитный момент атома во внешнем поле оказывается направленным вдоль индукции В поля. Такие вещества называются парамагнетиками⁶. Итак, в диамагнетиках внешнее магнитное поле ослабляется, а в парамагнетиках усиливается.

Типичные примеры парамагнетиков: алюминий, платина, воздух, кислород.

3. Намагничение магнетиков

Результирующая индукция магнитного поля в магнетиках складывается из индукции В₀ внешнего (намагничивающего) поля и индукции В' магнитного поля, порождаемого магнетиком (его атомами и молекулами):

В = В₀ + В'. (10.7)

Намагничение магнетика количественно характеризуется вектором J — намагниченностью. Эта величина определяется как сумма магнитных·моментов атомов (или молекул) в единице объема вещества⁷:

(10.8)

При вычислении индукции результирующего поля в магнетике мы сталкиваемся с такой же трудностью, что и при вычислении результирующей индукции поля в диэлектрике: величина В' зависит от В₀. Преодолеть это затруднение можно введением такой характеристики магнитного поля, которая определялась бы только источниками внешнего магнитного поля. Эта величина называется напряженностью магнитного поля Н. При этом считается, что намагниченность J в каждой точке магнетика связана с напряженностью магнитного поля⁸:

, (10.9)

где — характерная для данного магнетика постоянная величина, называемая магнитной восприимчивостью. В соответствии с вышесказанным < 0 для диамагнетиков и > 0 для парамагнетиков. Выражение (10.9) справедливо лишь для однородных и изотропных сред. Индукция магнитного поля в магнетиках

Β = μ₀(Η + J). (10.10)

С учетом (10.9) получаем

Β = μ₀Η + μ₀Η = μ₀(1+)Η = μμ₀Η, (10.11)

где μ — величина, называемая магнитной проницаемостью среды. Для вакуума μ= 1 и тогда

Β₀ = μ₀Η. (10.12)

Для диамагнетиков μ < 1 и для парамагнетиков значения μ соответственно больше единицы. Впрочем, для этих магнетиков выражения (10.11) и (10.12) справедливы лишь для случаев, когда однородный и изотропный магнетик заполняет объем, ограниченный поверхностями, которые образованы линиями напряженности внешнего поля Η₀ = Β₀/μ₀.