19.3. Вектор намагніченості

Для характеристики ступеня намагніченості речовини вводять поняття вектора намагніченості – векторну суму магнітних моментів всіх частинок, що перебувають в одиниці об'єму речовини:

,

(19.4)

де підсумовування проводиться за магнітними моментами всіх частинок (атомів, молекул), що містяться в об'ємі V. На підставі (19.4) можна встановити, що намагніченість вимірюється в амперах на метр (А/м).

У таких же одиницях виражена напруженість магнітного поля H. Між намагніченістю й напруженістю існує зв'язок:

,

(19.5)

де  – безрозмірна величина, яку називають магнітною сприйнятливістю.

З (19.5) видно, що магнітна сприйнятливість чисельно дорівнює намагніченості магнетика при одиничній напруженості магнітного поля. Можна показати, що між магнітною сприйнятливістю й магнітною проникністю існує зв'язок, аналогічний (12.16):

.

(19.6)

За своїм фізичним змістом формула (19.5) аналогічна формулі (12.10), що зв'язує поляризованість діелектрика з напруженістю електричного поля . Однак є одна істотна відмінність: діелектрична сприйнятливість  завжди додатна, у той час як магнітна сприйнятливість  може бути як додатною, так і від’ємною. Це означає, що поляризованість діелектрика завжди орієнтована в напрямку поля . У той же час намагніченість може бути спрямована як уздовж осі магнітного поля , так і назустріч йому.

19.4. Слабко магнітні речовини

Як було відзначено, до слабомагнітних речовин відносяться діамагнетики і парамагнетики.

Діамагнетики за своїми властивостями аналогічні неполярним діелектрикам. Діамагнетизм спостерігається в речовинах, атоми яких за відсутності магнітного поля не мають магнітного моменту (інертні гази, органічні сполуки, метали — Zn, Au, Hg і ін.). Діамагнетизм універсальний, однак у тих випадках, коли атоми мають власні магнітні моменти, діамагнітний ефект перекривається значно більш сильним парамагнітним ефектом.

У діамагнетиків магнітна сприйнятливість <0. Це означає, що магнітне поле усередині діамагнетика послаблюється. У слабких магнітних полях залежність лінійна, причому намагніченість антипаралельна напруженості магнітного поля : . За відсутності зовнішнього магнітного поля діамагнетик не має залишкового магнетизму, тобто при намагніченість .

Якщо зразок з діамагнетика помістити в неоднорідне магнітне поле, то він виштовхується із цього поля; в однорідному магнітному полі діамагнітний стрижень розміщується перпендикулярно магнітному полю.

Діамагнетизм пояснюється тим, що при накладанні на діамагнетик зовнішнього магнітного поля в його атомів виникають магнітні моменти, які створюють додаткове магнітне поле, що відповідно до правила Ленца перешкоджає зростанню зовнішнього магнітного поля, тобто напрямлене назустріч зовнішньому (Додаток 4).

Парамагнетики за своїми властивостями нагадують полярні діелектрики. Парамагнетизм спостерігається в речовинах, атоми яких за відсутності зовнішнього магнітного поля мають відмінний від нуля орбітальний магнітний момент.

При цьому, як і для діамагнетиків залежність від у слабких магнітних полях лінійна: . Однак у цьому випадку >0, тобто магнітне поле усередині парамагнетика підсилюється. Крім того, у парамагнетиків магнітна сприйнятливість  на кілька порядків більша, ніж у діамагнетиків.

Приклади парамагнетиків: O₂, NO, Al, пари лужних металів, Pt, FeCl₃. Парамагнетик втягується в магнітне поле. Стрижень із парамагнетика в однорідному магнітному полі виструнчується паралельно вектору .

Парамагнетизм пояснюється тим, що в зовнішньому магнітному полі магнітні моменти атомів (молекул) набувають переважної орієнтації в напрямку поля і тим самої створюють додаткове магнітне поле, що збігається із зовнішнім. Тепловий рух намагається розупорядкувати переважну орієнтацію магнітних моментів, тому відповідно до закону Кюрі магнітна сприйнятливість парамагнетика обернено пропорційна температурі (Додаток 5).