Магнитная индукция в магнетике 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, называется намагниченностью 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 тоже  и ;

                        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 поля  в диэлектриках.

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

Вывод: Напряженность магнитного поля  в магнетиках соответствует электрическому смещению  в 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