15. Намагнічування магнетиків

Перша спроба пояснити магнітні властивості речовин належить Амперу. Він висунув гіпотезу, згідно з якою всередині речовин циркулюють колові струми, які мають певний магнітний момент і створюють в оточуючому просторі магнітне поле. Сучасні дослідження підтвердили справедливість гіпотези Ампера і пояснили наявність колових струмів рухом електронів всередині атомів та молекул. Саме тому створені ними магнітні моменти називають орбітальними.

Однак, магнітні властивості деяких речовин не вдається пояснити тільки орбітальним магнітним моментом електронів. Аналіз поведінки мікрочастинок на основі квантової механіки дозволив дійти висновку, що електрон та інші мікрочастинки, а також ядра атомів мають власний магнітний момент, не зв’язаний з будь-яким рухом. Цей магнітний момент називають спіновим магнітним моментом. Він знаходиться у певному співвідношенні з власним моментом імпульсу частинки  її спіном.

Таким чином магнітні властивості речовини зумовлені трьома причинами: орбітальним магнітним моментом електронів, який виникає внаслідок їх рухів навколо ядер, спіновим магнітним моментом електронів та власним магнітним моментом атомних ядер. (Зауважимо, що рух атомних ядер через їхню велику масу значно повільніший від руху електронів, тому магнітні моменти атомних ядер є на кілька порядків меншими від орбітальних і спінових магнітних моментів електронів. У зв’язку з цим при розгляді магнітних властивостей речовини ними нехтують). Магнітні моменти електронів і ядер за принципом суперпозиції полів додаються і так одержують результуючий магнітний момент атома або молекули.

Залежно від внутрішньої структури і характеру забудови електронних орбіт атомів може трапитися так, що в атомах або молекулах окремих речовин орбітальні та спінові магнітні моменти електронів взаємно компенсуються і тоді їх сумарний магнітний момент практично дорівнює нулеві. Для інших речовин суперпозиція зазначених полів визначає магнітний момент кожного атома або молекули, який має цілком визначене значення.

За відсутності зовнішнього магнітного поля речовини, атоми яких не мають власних магнітних моментів, і речовини, атоми яких мають власні магнітні моменти, не створюють додаткового магнітного поля. У першому випадку це зрозуміло само собою, а у другому це відбувається внаслідок хаотичного теплового руху атомів або молекул. При цьому їх магнітні моменти в кожний момент часу орієнтовані в просторі статистично рівномірно в усіх напрямах, тому збуджувані ними магнітні поля взаємно компенсуються.

При внесенні у зовнішнє магнітне поле речовини, атоми яких мають відмінні від нуля магнітні моменти, відбувається переважна орієнтація цих моментів у напрямі зовнішнього поля. Як наслідок, речовина стає джерелом додаткового магнітного поля. У речовинах, атоми яких не мають результуючих магнітних моментів, відбуваються процеси, що зумовлюють появу магнітних моментів у атомів. Тому говорять, що в таких речовинах магнітні моменти наводяться, а самі ці моменти називають наведеними. Таким чином,  і в цьому випадку речовина стає джерелом додаткового магнітного поля.

Із сказаного зрозуміло, що в кожній точці простору, де є речовина, індукція магнітного поля дорівнює векторній сумі індукцій зовнішнього магнітного поля B₀ і магнітного поля магнетика :

(17.1)

(тут під В мається на увазі поле, усереднене по фізично нескінченно малому об’єму).

Набуття магнітних властивостей речовиною під дією зовнішнього магнітного поля називають намагнічуванням магнетика.