Все вещества по магнитным свойствам обычно разделяют на три группы: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики. Как известно, тело, помещенное в магнитное поле, намагничивается и в нем возникает результирующий магнитный момент. Отнесенный к единице объема магнитный момент называют намагниченностью , которую можно рассматривать как внутреннее поле, возникающее в результате действия элементарных магнитных диполей. Намагниченность связана с индукцией внешнего поля соотношением (для изотропной среды при слабых полях)
, (5.31)
где Н – напряженность магнитного поля, – магнитная восприимчивость, являющаяся физической характеристикой материала; – магнитная постоянная в СИ ( Гн/м).
Внешнее и внутреннее поле образуют суммарное поле, действующее на вещество и называемое магнитной индукцией,
(5.32)
Используя (5.31), (5.32) и соотношение
, (5.33)
получим
. (5.34)
Здесь - относительная магнитная проницаемость вещества.
Если магнитная восприимчивость скалярная величина, то вектор намагниченности либо антипараллелен вектору напряженности магнитного поля H, либо параллелен. Соответственно различают два класса веществ: диамагнетики, у которых величина является отрицательной, и парамагнетики, в которых величина положительна. Зависимость намагниченности от напряженности поля для диа– и парамагнетикив носит линейный характер, причем по абсолютной величине восприимчивость парамагнетиков значительно больше такой для диамагнетиков (см. таблицу и рис. 5.11). Вещества, у которых восприимчивость большая и зависит от напряженности магнитного поля и температуры, называются ферромагнетиками.
|
|
а б |
Рис. 5.11. Зависимость намагниченности от напряженности поля для диа-, пара- и ферромагнетиков |
Таблица 5.1. Магнитная восприимчивость некоторых веществ
Диамагнетики | ,10−6 | Парамагнетики | , 10−6 | ||
Водород | -0,063 | Азот | 0,013 | ||
Бензол | -7,5 | Воздух | 0,38 | ||
Вода | -9 | Кислород | 1,9 | ||
Медь | -10,3 | Эбонит | |||
Стекло | -12,6 | Алюминий | |||
Каменная соль | -12,6 | Вольфрам | |||
Кварц | -15,1 | Платина | |||
Висмут | -176 | Жидкий кислород | |||
Ферромагнетики | |||||
Начальное | Максимальное | ||||
Железо | 1100 | 22000 | |||
Никель | 12 | 80 | |||
Пермаллой | 800 | 8000 | |||
Рассмотрим физическую природу различных магнитных свойств вещества.