Лекция № 16. Магнетики.

I. Магнитные моменты молекул, атомов и электронов. Вектор намагничивания.

В настоящее время установлено, что все материальные тела в той или иной мере обладают магнитными свойствами. Ими обладают не только макроскопические тела, но и отдельные атомы, молекулы, а также электроны и атомные ядра. Все вещества (кроме вакуума) можно назвать магнетиками.

Современная теория строения атомов и молекул объясняет, почему вещество обладает магнитными свойствами. Это зависит как от структуры их атомов и молекул, а также от характера их взаимодействий. Вращение электрона вокруг ядра атома можно представить как замкнутый ток, обладающий магнитным моментом:

Кроме того электрон вращается вокруг собственной оси и обладает спиновым магнитным моментом (спиновый:spin – веретено – англ.).

Общий магнитный момент атома или молекулы

(1)

Наличие у атома или молекулы магнитного момента означает, что атом создает магнитное поле, которое может изменять внешнее поле, а также намагничивается сам. Результирующее магнитное поле (поле в магнетике) можно представить в виде:

, (2)

где – индукция внешнего поля;

– магнитная индукция собственного поля магнетика.

Направление зависит от свойств магнетика, а его значение от значения, а также размеров и формы магнетика.

Связь между :

, (3)

где æ – магнитная восприимчивость магнетика, безразмерная величина.

Тогда: , (4)

где 1 + æ =  – магнитная проницаемость магнетика может принимать любые значения (  > 1 и  < 1 )

Общий магнитный момент атомов , отнесенный к единице объема, называетсянамагниченностью магнетика или вектором намагничения – .

Физический смысл :

I характеризует число ориентированных в пространстве молекул магнетика, а также степень их ориентированности относительно внешнего поля.

Теперь, используя уравнение (2) получим:

Результирующая магнитная индукция в веществе

(5)

В заключение этого параграфа необходимо отметить, что установление аналогии между электростатическим и магнитным полями приводит к следующему:

а) для характеристики электростатического поля используют две величины и, для магнитного поля тожеи;

б) поле внутри диэлектрика характеризует результирующее поле внешних зарядов и молекул диполей диэлектрика и силовое действие определяется через.

Поле внутри магнетика характеризует результирующее поле внешних токов и молекулярных токов самого магнетика и силовое действие пропорционально, согласно закону Ампера:F = I·В·l·sinα.

Вывод: Магнитная индукция в магнетиках соответствует напряженности электрического поляв диэлектриках.

в) с другой стороны: в вакууме и диэлектрике имеет одну и ту же величину (без учета поляризационных зарядов диэлектрика). Аналогично этомув магнетиках представляет магнитное поле только внешних токов (без учета молекулярных токов магнетика).

Вывод: Напряженность магнитного поля в магнетиках соответствует электрическому смещениюв диэлектриках.

Поэтому правильнее бы называть напряженностью магнитного поля, а– индукцией. Этого не сделано в силу исторических традиций.

По значениям величин магнитной проницаемости  или восприимчивости æ, или магнитного момента атома Р_ат различают следующие группы магнетиков:

а)  < 1 б)  > 1	æ < 0 æ > 0	Рат = 0 Рат ≠ 0	диамагнетик парамагнетик	слабомагнитные
в)  >>1 (сотни, тысячи)	æ > 0	Р	ферромагнетик	сильномагнитные