Что такое Магнетики.

Все тела, внесенные в магнитное поле, намагничиваются в той или иной степени, создавая собственное магнитное поле, которое накладывается на внешнее магнитное поле. Степень намагниченности тела зависит от молекулярной структуры и формы тела. Ниже речь будет идти о влиянии молекулярной структуры на свойства магнетиков.

В предыдущих разделах курса было показано, что элементарный магнитный диполь с магнитным моментом (движение заряженной частицы по круговой орбите) во внешнем относительно него магнитном поле испытывает действие момента сил, стремящихся развернуть магнитный диполь вдоль внешнего поля . Там же было замечено, что при сонаправленной ориентации магнитного диполя и магнитного поля собственное поле диполя (внутри контура с элементарным током) усиливает внешнее поле. Однако действие внешнего поля на диполь этим не исчерпывается. Элементарный магнитный диполь (заряженная частица – электрон) с магнитным моментом прецессирует вокруг силовой линии магнитного поля с ларморовской частотой

, (1)

где абсолютная величина заряда электрона, m – его масса, - индукция внешнего поля, - вектор мгновенной угловой скорости прецессии. Прецессия магнитного диполя приводит к появлению дополнительного орбитального тока:

(2)

и соответствующего ему наведенного орбитального магнитного момента:

(3)

По направлению вектор противоположен вектору , последнее означает, что дополнительное собственное наведенное магнитное поле внутри контура с током уменьшает (ослабляет) действие внешнего поля . В формуле (3) – площадь проекции орбиты электрона в круговом движении на плоскость, перпендикулярную внешнему магнитному полю.

Положение дел сильно усложняется ещё и тем обстоятельством, что у электрона в атоме или в молекуле помимо орбитального момента количества движения и орбитального магнитного момента имеется собственный («спиновый») момент количества движения и собственный («спиновый») магнитный момент. Упомянутые величины связаны между собой соответствующим гиромагнитным отношением, которое оказалось вдвое больше, чем гиромагнитное отношение орбитальных моментов. Механические и магнитные моменты в атомной физике могут принимать определенные дискретные, квантовые значения. Изучение этих особенностей движения электронов в элементарных молекулярных токах – предмет квантовой механики.

Для нас пока важно то, что существуют вещества, у которых превалируют эффекты, связанные с первичной ориентацией магнитных диполей, это вещества с положительной магнитной восприимчивостью ( ). Если величина – достаточно мала, но положительна, то такое вещество называют парамагнетиком.

В природе имеют место и вещества, магнитные свойства которых обусловлены вторичными эффектами намагничивания, связанными с прецессией магнитных диполей вокруг силовой линии. У этих веществ величина магнитной восприимчивости является малой отрицательной величиной, эти вещества называют диамагнетиками.

Магнитные диполи в веществе при определенных условиях могут образовывать более или менее упорядоченную структуру (спонтанное намагничивание) в отсутствие внешнего магнитного поля. У таких веществ величина достигает достаточно больших значений, зависимость

(4)

приходится считать нелинейной, для таких веществ характерно наличие «петли гистерезиса». Физически это означает, что зависимость (4) имеет различный вид при намагничивании тела и при размагничивании последнего. Явление спонтанной самоорганизации системы магнитных диполей проявляется при температурах, лежащих ниже так называемой точки Кюри. Описанные вещества, как правило, металлы, называется ферромагнетиками. Точка Кюри – температура, характерная для каждого ферромагнетика, при нагревании ферромагнетика выше этой температуры ферромагнетик теряет свойства «постоянного магнита». Неаполитанский учёный Д.Б. Порта ещё в 1558 г. описал это явление (сегодня об этом свойстве говорят как об эффекте Кюри).

Помимо ферромагнетиков существуют ферриты. Ферриты по магнитным свойствам схожи с ферромагнетиками, а по электрическим свойствам с полупроводниками: если у ферромагнетиков электропроводность падает с ростом температуры (как у металлов!), то у ферритов электропроводность растет с ростом температуры (как у полупроводников!). Абсолютные значения электропроводности ферритов достаточно малы, магнитная проницаемость велика. Эти свойства ферритов широко используются в высокочастотной радиотехнике.

Современные теоретические модели, описывающие магнитные свойства вещества, основаны в основном на квантовомеханических представлениях. Познакомиться с ними можно по монографии С.В. Вонсовского «Магнетизм». :М. – 1971.

В разделе 8.5 рассмотрена классическая теория П. Ланжевена намагничивания парамагнетиков, ее результаты не потеряли своего практического значения до сегодняшнего дня.