Магнитные свойства веществ

Магнитные свойства веществ




Опыт показывает, что все вещества в магнитном поле намагничиваются, изменяя тем самым первоначальное внешнее поле. Их называют магнетиками. При этом одни вещества ослабляют внешнее поле, их называют диамагнетиками, а другие усиливают его. Их называют парамагнетиками.

Подавляющее большинство веществ — диамагнетики (например, фосфор, сера, углерод, золото, серебро, медь, свинец и др.).

Парамагнетиками являются кислород, азот, алюминий, платина и др. Причина диа и парамагнетизма состоит в следующем.

В атомах любого вещества имеются круговые, или орбитальные, токи, образованные движением электронов вокруг ядер (эта идея была впервые высказана Ампером и получила название гипотезы Ампера). Орбитальному току соответствует определенный магнитный момент, который называется орбитальным магнитным моментом: =
где — сила орбитального (электронного) тока, S — площадь орбиты электрона.

Помимо этого, электроны обладают собственным, или спиновым, магнитным моментом.

Геометрическая сумма орбитальных и спиновых магнитных моментов электронов и собственного магнитного момента ядра образует магнитный момент атома.

Величина, показывающая, во сколько раз индукция результирующего поля в магнетике В’ больше или меньше индукции внешнего магнитного поля, называется относительной магнитной проницаемостью магнетика: = ′ /

Относительная магнитная проницаемость — безразмерная величина. Она характеризует магнитные свойства магнетика (среды), его способность намагничиваться под действием внешнего поля. Для вакуума — = 1, у диамагнетиков — ≤ 1, у парамагнетиков — ≥ 1. Магнитная проницаемость и диамагнетиков и парамагнетиков мало отличается от единицы. Например, у одного из самых сильных диамагнетиков — висмута — = 0,999824, у наиболее сильных парамагнетиков — жидкого кислорода и платины — соответственно = 1,0034 и = 1,00086.
Среди парамагнетиков резко выделяется группа веществ, вызывающих большое усиление внешнего поля. Их называют ферромагнетиками. Ферромагнетиками являются железо, никель, кобальт и их соединения. У ферромагнетиков магнитный момент отличен от нуля в отсутствие внешнего магнитного поля не только у отдельных атомов, но и у целых областей магнетика размерами порядка 0,01 – 0,003 см (рис.1). Это явление называется ферромагнетизмом.

Ферромагнетизм
Области самопроизвольного намагничивания ферромагнетика называются доменами.
При некоторой достаточной величине внешнего поля все магнитные моменты доменов оказываются ориентированными вдоль поля, т. е. наступает состояние насыщения.
Величина индукции магнитного поля ферромагнетика, оставшегося после снятия внешнего магнитного поля, называется остаточной намагниченностью Вост. Чтобы ферромагнетик полностью размагнитить, нужно изменить направление внешнего поля на противоположное и постепенно увеличивать его. При некоторой величине этого поля ферромагнетик окажется полностью размагниченным. Величина такого поля называется коэрцитивной силой ферромагнетика Вк.
Если теперь уменьшить внешнее поле до нуля, а затем, изменив еще раз его направление, т. е. сделав его прежним, вновь его увеличить, получим замкнутую кривую, которая называется петлей гистерезиса (рис. 2).

Петля гистерезиса
При определенной для каждого ферромагнетика температуре, называемой точкой Кюри, они теряют свои магнитные свойства. Например, у железа точка Кюри – 770 °С, а у никеля – 360 °С. При температуре выше точки Кюри ферромагнетик превращается в обычный парамагнетик.